Fisiologia vegetale appunti

K+.

Il cloruro viene assorbito contro il suo gradiente elettrochimico attraverso l'attività di

un trasporto cloruro/2H+. L'aumento del gradiente elettrochimico dei protoni e

l'acidificazione del mezzo stimolano l'attività di assorbimento di cloruro tramite il

meccanismo di simporto e quindi consentono un accumulo di cloruro.

Si ha anche un aumento dell'incorporazione di CO2 nel malato e quindi produzione di

malato.

C'è un nesso tra l'attivazione dell'H+ ATPasi e l'aumento della produzione del malato?

Sì, perché la PEP carbossilasi è un enzima che ha un ottimo di pH alcalino. Il pH

nel citoplasma aumenta quindi aumenta l'attività della PEP carbossilasi e quindi

aumenta la produzione di malato.

L'accumulo di potassio cloruro e/o malato determina un aumento della concentrazione

osmotica e quindi mette le cellule di guardia in una condizione di potenziale idrico più

negativo rispetto all'esterno e l'acqua quindi tende ad entrare finché la pressione di

turgore non controbilancia l'aumento negativo del potenziale osmotico.

Tutto questo descrive in modo abbastanza nitido che cosa succede a livello della

membrana plasmatica ma le cellule di guardia sono delle cellule adulte ampiamente

vacuolate. Questo vuol dire che la larga maggioranza del potassio e

del cloruro che entrano o la maggior parte del malato che

viene fatto, dovranno essere trasportati dentro il vacuolo.

Ciò vuol dire che se aumenta la concentrazione di

potassio, questo può andare avanti solo se succede

qualcosa anche a livello dei meccanismi di trasporto del

tonoplasto tale per cui il potassio viene trasportato nel

vacuolo e lo stesso per quel che riguarda il cloruro e il

malato.

Come l'acido abscissico induce la chiusura degli stomi?

E' la molecola che segnala alle cellule di guardia degli stomi una condizione di stress

idrico, ossia di mancanza d'acqua. Può arrivare dalle radici e può essere prodotto

anche direttamente nella foglia in condizioni di eccessiva traspirazione.

L'inibizione dell'H+ ATPasi della membrana plasmatica non è l'effetto

primario dell'azione dell'acido abscissico.

L'acido abscissico può agire tramite due meccanismi, noi parleremo solo di uno, più

noto e meglio descritto.

In queso meccanismo l'effetto primario dell'acido abscissico è quello di

2+

determinare un aumento nella concentrazione di Ca nel citoplasma.

In seguito alla somministrazione di acido abscissico si ha un aumento della

2+

concentrazione di Ca nel

citoplasma.

Le concentrazioni sono espresse, in

questo grafico, in moli per metro

cubo. 2+

La concentrazione basale del Ca è

-8 -5

intorno a 10 molare, ossia 10 moli

per metro cubo.

L'aumento è un aumento cospicuo,

aumenta di quasi un centinaio di

volte.

La cosa più rilevante è il fatto che

l'aumento della concentrazione di calcio avviene prima che gli stomi comincino a

chiudersi. l'aumento

E' rilevante perché solo in questo caso possiamo iniziare a pensare che

della concentrazione di calcio sia la causa della chiusura degli stomi.

Dobbiamo trovare un altro modo per far aumentare la concentrazione del calcio senza

l'acido abscissico per vedere se gli stomi si chiudono lo stesso.

caged molecules

Uno dei modi è quello di utilizzare delle che hanno legato il calcio,

che si trova ingabbiato in esse e quindi che di per sé non influenza la concentrazione

di calcio libero.

Si fanno entrare queste molecole nelle cellule di guardia e con una "bottarella" di luce

ultravioletta questa molecola si rompe e libera il calcio. Il risultato di questi

è sufficiente far aumentare la concentrazione di calcio nel

esperimenti è che

citoplasma per indurre la chiusura degli stomi anche senza acido abscissico.

2+

Se l'acido abscissico fa aumentare la concentrazione di Ca nel citoplasma vuol dire

2+

che induce l'apertura dei canali permeabili al Ca . Il passaggio è dovuto sia all'influsso

2+

attraverso la membrana plasmatica, sia al rilascio del Ca dal vacuolo che segue

l'influsso. 2+

Posso fare un altro esperimento: impedire l'influsso del Ca e somministrare acido

abscissico e andare a vedere se gli stomi si chiudono oppure no.

Per impedire o ridurre l'influsso di calcio dall'esterno posso riempire la soluzione

extracellulare di molecole che chelano il calcio, in modo che tutto il calcio presente in

soluzione venga legato da queste molecole riducendo la concentrazione di calcio

libero in modo drastico, oppure posso utilizzare degli inibitori che bloccano la

2+

funzionalità dei canali del Ca .

Osservo che in queste condizioni gli stomi non si chiudono più.

L'insieme di questi esperimenti costituisce una chiara evidenza del fatto che la

percezione dell'acido abscissico determina un aumento della concentrazione

2+

citoplasmatica del Ca che è causa sufficiente per la chiusura degli stomi.

diminuzione dell'osmolarità del succo cellulare e

La chiusura degli stomi però implica

delle concentrazioni quindi di potassio, cloruro e malato. 2+

Il che significa che l'aumento della concentrazione citoplasmatica di Ca è

causa necessaria e sufficiente di efflusso di K+, di efflusso di cloruro e di

efflusso e/o demolizione del malato.

Anche in questo caso la conoscenza dei principali trasportatori presenti sulla

membrana plasmatica e dei meccanismi che ne regolano lo stato di apertura ci

consente di costruire e testare un modello di come l'aumento della concentrazione del

calcio sotto effetto dell'acido abscissico possa indurre la chiusura degli stomi.

La concentrazione citoplasmatica

2+

del Ca determina in particolare,

se aumentata, la chiusura dei

canali per il K+ di "influsso",

mentre si aprono dei canali

permeabili al cloruro.

Poiché il cloruro è accumulato

nelle cellule contro il suo

gradiente elettrochimico,

l'apertura di canali permeabili al

cloruro determina l'efflusso del

cloruro che viene rilasciato.

L'uscita del cloruro attraverso

questi canali è un'uscita massiva

di cariche negative e quindi

questo determina una

depolarizzazione del potenziale.

A questo punto il potenziale

diventa meno negativo del

potenziale di equilibrio

elettrochimico del potassio. In

queste condizioni viene indotta

l'apertura dell'atro tipo di canali

per il K+, ossia quelli che si

aprono sono quando il potenziale è depolarizzato rispetto al potenziale di equilibrio del

potassio. Quindi se si aprono questi canali il potassio esce.

Cosa succede al malato?

Il malato in realtà può venire rilasciato attraverso i canali anionici che si aprono in

queste condizioni oppure può venire decomposto all'interno delle cellule di guardia

stesse.

Quest'ultima cosa può avvenire in seguito all'attività dell'enzima malico che catalizza

la decarbossilazione ossidativa del malato:

L'enzima malico ha una caratteristica: se l'enzima malico che decompone il malato

fosse attivo nello stesso compartimento e nelle stesse condizioni in cui è attiva la PEP

carbossilasi la cellula farebbe un ciclo futile. L'enzima malico citoplasmatico ha una

dipendenza dal pH diversa da quella della PEP carbossilasi, di conseguenza è inattivo

nelle condizioni in cui è attiva la PEP carbossilasi, ed è attivo se il pH nel citoplasma

scende.

Cos'è che può fare scendere il pH nelle cellule di guardia in presenza di acido

abscissico?

Le possibilità sono due:

1. La prima è l’inibizione dell'H+ ATPasi della membrana plasmatica.

2. La seconda è legata al fatto che se si aprono i canali per il calcio e il calcio

entra, da una parte la cellula avrà la necessità di ricacciare fuori il calcio per la

sua sopravvivenza e dall'altra parte un aumento della concentrazione di calcio

fa sì che la calmodulina leghi il calcio, si attivi e abbia fra i suoi bersagli

l’ATPasi che caccia fuori il calcio. Quindi quando la concentrazione di calcio

aumenta l'ATPasi lo ributta fuori.

Questo centra perché la calcio ATPasi del citoplasma catalizza lo scambio del

calcio con i protoni, quindi se il calcio viene estruso dal citoplasma al suo

posto entrano protoni e quindi il pH tende a diminuire.

Queste due attività convergono nel far diminuire il valore del pH nel citoplasma e

quindi da una parte viene inibita la PEP carbossilasi e dall'altra attivato l’enzima

malico.

Il rilascio di potassio e cloruro e il rilascio/demolizione del malato nel citoplasma

attraverso la membrana plasmatica possono continuare solo se gli stessi in modo

sincrono vengono rilasciati dal vacuolo.

ORGANICAZIONE DELL’AZOTO

L'azoto molecolare è la forma più abbondante di azoto sulla terra.

Gli organismi fissatori dell'azoto possiedono un enzima in grado di ridurre l'azoto

molecolare ad azoto ammoniacale in una reazione che consuma circa 15 ATP oltre al

potere riducente necessario per passare dallo stato di riduzione 0 a -3.

Alcuni di questi microorganismi azoto fissatori sono in grado di formare una

simbiosi con le piante. Vivono in simbiosi con le piante, si formano strutture chiamate

Forniscono alle piante l'azoto ammoniacale.

noduli radicali sulle radici delle piante.

L'azoto ammoniacale è la forma in cui l'azoto viene utilizzato nelle reazioni di

organicazione dell'azoto.

La simbiosi con questi microorganismi è vantaggiosa per le piante in quanto in questo

modo hanno a disposizione "gratis" il substrato necessario alla produzione delle

molecole azotate. leguminose

Fra le piante che formano queste simbiosi ci sono le (piselli, fagioli, ceci

ecc.) e non a caso i semi di queste piante sono la principale fonte di proteine vegetali

nella nostra alimentazione. Infatti il costo per l'acquisizione dell'azoto per la sintesi

degli aminoacidi è basso.

I semi durante la loro maturazione accumulano tutti quantità rilevanti di riserve.

Queste riserve sono quelle che servono durante la germinazione del seme per la

nutrizione della plantula che si forma fintantoché questa pianta non esce dal terreno e

non acquisisce la capacità di fare fotosintesi e quindi l'autotrofia. Le riserve

accumulate nei semi sono di 3 tipi: amido (in grandi quantità dei cereali, da cui si

fanno le farine), lipidi (trigliceridi) e proteine.

L'accumulo di zucchero o di lipidi può essere, a seconda del tipo di semi, fortemente

sbilanciato in base alla tipologia di