Appunti completi di Ecofisiologia vegetale

Componenti non enzimatici

SOD produce ossigeno e acqua ossigenata, la quale è detossificata ad acqua grazie alla CAT. Questo avviene soprattutto nei mitocondri, mentre nei cloroplasti agisce la APX, ossia l'ascorbatoperossidasi, che utilizza come substrato l'acqua ossigenata che è ossidata, poi utilizza un donatoredi elettroni, l'acido ascorbico, e riduce l'acqua ossigenata ad acqua, con successiva liberazione dimonodeidroascobato (MDHA), che è la forma ossidata dell'acido ascorbico. Questo viene ridottoad ascorbato dalla monodeidroascorbato riduttasi (MDHAR) che utilizza NADPH e libera NADP+ (ilquale è molto prezioso perché accettore di elettroni della catena fotosintetica). Il MDHA puòspontaneamente trasformarsi in DHA (deidroascorbato), il quale può essere riportato a generareacido ascorbico grazie alla deidroascorbato reduttasi. Quest'ultima utilizza come donatore dielettroni il glutatione ridotto.

Il quale diventa glutatione ossidato. La glutatione reduttasi rigenera il glutatione ridotto a partire da quello ossidato, con consumo di NADPH e produzione di NADP+.

Dunque, possiamo trovare due complessi di reazioni: un complesso di reazioni che fanno capo alla detossificazione delle specie reattive, e un complesso di reazioni che fanno capo alla rigenerazione delle molecole che sono state coinvolte nel processo di detossificazione.

Acido ascorbico (vitamina C): composto riducente (donatore di elettroni) coinvolto nei processi di crescita, differenziazione, metabolismo cellulare, ma anche nel processo di detossificazione (molecola più efficiente nella detossificazione di H202). Ha una funzione antinfiammatoria.

Sia le piante che gli animali (ad eccezione dei primati) lo producono.

L'acido ascorbico viene formato a partire dal glucosio 6P attraverso enzimi che sono localizzati principalmente nel citoplasma. È presente in tutti i compartimenti, inclusa la parete cellulare.

(90% citoplasma o organelli, 10% apoplasto). Nelle piante l'acido ascorbico è il più abbondante antiossidante e ha anche la funzione di donare elettroni per la sintesi di altri metaboliti o altri antiossidanti (come la zeaxantina).

L'acido ascorbico può, nella sua forma ridotta, donare elettroni all'acqua ossigenata per portarla a diventare acqua. L'enzima che fa questa operazione è l'ascorbato perossidasi. L'acido ascorbico diventa quindi ossidato, si produce MDHA che verrà ridotto nuovamente ad acido ascorbico dalla MDHAR utilizzando NAPDH e liberando NADP+; se MDHA si trasforma spontaneamente in DHA (avviene quando il pH della cellula è maggiore di 6), sarà ridotto ad acido ascorbico (se non viene convertito in acido ascorbico può decomporsi in tartrato e ossalato che sono dannosi per la cellula) utilizzando glutatione ridotto, il quale sarà rigenerato dalla glutatione reduttasi utilizzando NADPH.

Questa parte di "rigenerazione" si chiama ciclo di Halliwell-Asada o ciclo dell'ascorbatoglutatione-> avviene in tutte le cellule di tutti gli organelli! Il ciclo di rigenerazione/riduzione utilizza come agente riducente il NADPH e il glutatione ridotto, rilasciando NADP+ (utilizzato come substrato dal trasporto elettronico fotosintetico o da tutte le molecole che dovranno cedere i loro elettroni-> tutto questo aiuta a ridurre la produzione di ROS). I modi per rigenerare l'acido ascorbico dal monodeidroascobato sono:

1. utilizzare gli elettroni che provengono dal NADPH attraverso l'enzima monodeidroascorbato reduttasi
2. riduzione diretta del monodeidroascorbato ad ascorbato ad opera della ferrodossina ridotta che genera ferrodossina ossidata.

Questo è importante perché la ferrodossina ridotta è il donatore di elettroni al NADP+ che diventa NADPH (se non c'è NADP+ anche lei rimarrà in stato ridotto e non potrà

piùacquisire elettroni dal fotosistema I)-> rigenerando ferroddossina ossidata permetto al sistema dirifare il trasporto elettronico fotosintetico (RIGUARDA TRASPORTO ELETTRONICOFOTOSINTETICO).

Glutatione: tripeptide non enzimatico e non proteico, a basso peso molecolare, costituito daglutammina-cisteina-glicina. Molecola che può esistere sia in forma ridotta (-> tiolo ridotto, GSH)che in forma ossidata; quando è ridotto e cede il suo elettrone, può reagire con un’altra molecoladi glutatione dando la molecola GSSG (si forma un ponte disolfuro tra due molecole di glutatione).

Il glutatione ridotto può andare 1) rigenerare ascorbato a partire dal deidroascorbato (glutationeridotto cede elettroni al deidroascorbato e genera ascorbato, con conseguente generazione diglutatione ossidato), ma può anche 2) agire indipendentemente e andare a ridurre l’acquaossigenata liberando acqua e generando glutatione ossidato (glutatione

La perossidasi svolge questa azione, detta PRX). La glutatione reduttasi (GPX) rigenera il glutatione ridotto a partire da quello ossidato, il cui donatore di elettroni è il NADPH. Si trova principalmente nei mitocondri. Il glutatione è considerato un sensore dello stato redox della cellula perché il rapporto tra molecole in stato ridotto e in stato ossidato dà un'informazione alla cellula del livello di riduzione dei suoi composti. In una condizione di assenza di stress, il rapporto glutatione ridotto-ossidato è stabile 20:1 - quando aumentano i glutationi ossidati (il che vuol dire che sono stati utilizzati molti glutationi ridotti per andare a ridurre l'acqua ossigenata o altri composti ossidati), vuol dire che c'è un problema di stress ossidativo. Il glutatione è coinvolto in molti processi: detossificazione ROS e acqua ossigenata (funge da donatore di elettroni grazie alla glutatione perossidasi), rigenerazione dell'ascorbato.

membrane plastidiali. L'alfa tocoferolo è in grado di detossificare i radicali lipidici derivanti dall'azione dei ROS sugli acidi grassi (perossidazione lipidica che altera la funzionalità delle membrane). Dona un elettrone e un protone al radicale lipidico e lo trasforma in idroperossido lipidico che può generare altre molecole o può essere detossificato ulteriormente. Una volta che il tocoferolo ha ceduto questo elettrone e questo protone diventa a sua volta un radicale che deve essere ridotto ad opera dell'acido ascorbico che gli dona un elettrone e lo rigenera ad alfa tocoferolo. Implicato nella detossificazione dell'ossigeno singoletto e dei perossidi lipidici che vengono prodotti quando i ROS sono in concentrazione elevata. Acido ascorbico, glutatione e tocoferoli sono considerati la triade di molecole antiossidanti che coordina la risposta agli stress abiotici. Sono coinvolti nel sistema antiossidante, hanno una funzione di redox buffers.

perché sono molecole che possono ossidarsi e ridursi, e in base alle concentrazioni di queste molecole e al loro livello di ossidazione o riduzione, sono in grado di indurre le risposte di acclimatazione o i processi di morte cellulare programmata.

Il tocoferolo può essere stoccato nei plastoglobuli nei cloroplasti (costituiti da lipidi in cui è intercalato il tocoferolo, poi ci sono plastochinoni e altre molecole). Essi sono un indicatore di condizione di stress ossidativo nella pianta -> questo perché in condizione di stress c'è perossidazione lipidica, viene prodotto tanto tocoferolo e viene stoccato in questi plastoglobuli.

Il tocoferolo è in grado di acquisire l'energia di eccitazione e dissiparla -> quindi agisce come antiossidante, oltre ad avere un ruolo fondamentale per neutralizzare i radicali.

La capacità di scavenging delle specie reattive dei lipidi (scavenger = sostanza in grado di trasformare i radicali liberi

dell'ossigeno reagisce con un acido grasso di un lipide si forma un radicale lipidico, il quale reagisce con l'ossigeno e dà un radicale perossidrilico, il quale porta la coda idrofobica dell'acido grasso (che è diventata radicalica) ad esporsi verso la zona polare della membrana, dove trova la testa del tocoferolo con l'idrogeno fenolico (ossial'idrogeno che può essere donato ai radicali lipidici che si formano a partire dai ROS) pronto a reagire, e si ha la trasformazione del radicale perossidrilico in idroperossido lipidico (PHGPX: riporta gli idroperossidi lipidici a livello basale, utilizzando il glutatione ridotto).

Schematizzando: radicale lipidico + ossigeno -> radicale perossilipidico -> (detossificato a) idroperossido lipidico (LOOH) dal tocoferolo -> questo diventa radicale a sua volta e verrà rigenerato utilizzando gli elettroni (ed eventualmente i protoni) dell'acido ascorbico.

Reazioni di iniziazione: