Riassunti per esame Biochimica agraria

DESCRIVERE PROCESSO DI ASSORBIMENTO E ASSIMILAZIONE DEL NITRATO(NO3)

ASSORBIMENTO DEL NITRATO

L’assorbimento del NITRATO al contrario di quello che si verifica per altri nutrienti

forma ANIONICA

presenti nella soluzione del suolo sia in (es. SO4 2- /ione

CATIONICA

solfato/ e H2PO4- / ione idrogeno fosfato / che (,NH4+/

ammonio/) è un fenomeno individuabile dalla presenza dell’anione.

• Le piante con cui non sono mai state a contatto col nitrato o che lo siano state

ma a valori di concentrazione di quest’ultimo molto ridotte, la velocità di

assorbimento dello ione è piuttosto bassa e solo il contatto con anione può

determinare l’aumento.

Quando l’accumulo di nitrato interno supera la necessità metaboliche dei vegetali, si

osserva una diminuzione della velocità di influsso del nitrato [RETROFISSAZIONE]

• L’assorbimento del nitrato è mediato da trasportatori ed avviene attraverso

meccanismi di SIMPORTO COTRASPORTANDO 2 O PIU’ H+ PER

CIASCUNA MOLECOLA DI NITRATO

Nel sistema radice-suolo, salvo situazioni particolari l’assorbimento del nitrato da

parte degli apparati radicali va a formare un processo di trasporto attivo

necessaria fonte di E

secondario( quindi una per il trasporto dell’anione

attraverso la membrana) che coinvolgerebbe la H+-ATPasi nella membrana

plasmatica.

• L’H-ATPasi di membrana, estendono H+ all’esterno delle cellule, crea un

gradiente di pH ed elettrico. Il trasportatore del nitrato co-trasportando 2 o più H+

per ciascuna molecola di NO3- va a garantire l’influsso del nutriente nella

cellula contro gradiente di concentrazione.

TRASPORTATORI

I trasportatori di NO3- (nitrato) si caratterizzano per diversa capacità di trasportare

diverse affinità per substrato:

• CHATS: trasportatori costituitivi ad ALTA AFFINITA’ e BASSA CAPACITA’ di

trasporto. Sono responsabili dell’assorbimento dell’anione e basse concentrazioni

(<1 mM)

• IHATS: trasportatori indicibili ad ALTA AFFINITA’ ed ALTA CAPACITA’,

responsabili incremento transitorio di assorbimento del nitrato

• LATS: trasportatori a BASSA AFFINITA’ che trasportano il nitrato quando è

presente a concentrazioni >0.2 mM. Presentano cinetica non saturabile a

concentrazione elevate.

PENTOSO FOSFATI

Il ruolo della via dei pentoso fosfati è anabolico(=è un processo di sintesi o biformazione

delle molecole organiche da quelle più semplici a quelle più complesse, che possono così

soddisfare le vie metaboliche ad esempio della glicolisi), volto dalla sintesi di zuccheri

pensosi che costituiscono gli acidi nucleici e gli amminoacidi.

Un’altra funzione di questa via metabolica è quella di produrre potere riducente sotto forma

di NADPH. E’ possibile dividere la via dei pentoso fosfati in due stati:

• Nello Stato ossidativo il glucosio-6-fosfato viene convertito in acido 6-fosfogluconico con

la produzione di NADPH ad opera di 2 enzimi. Successivamente,l’acido, con una

decarbossilazione ossidativa, viene trasformato in ribulosio-5-fosfato da un enzima

deidrogenasi, con un un’ulteriore riduzione di NADPH. Il pentoso, attraverso

isomerizzazione viene convertito a ribosio 5-fosfato oppure in xilosio-5-fosfato

• Nello Stadio non ossidativo gli zuccheri vengono convertiti negli intermedi di reazione

della glicolisi in modo da recuperare gli scheletri carbonio senza “perderli” sotto forma di

CO2. Dunque avvengono delle reazioni di isomerizzazione e di epimerizzazione con la

formazione del Ribosio-5-P(R5P) e Xilulosio-5-P(Xu5P); trasformazione di 2 Xu5P e 1

R5P in 2 moli di Fruttosio-6-P e 1 di Gliceraldeide-3-P

RUOLO DELLA VIA DEI PENTOSO FOSFATI

• Integrare la glicolisi

• Produrre NADPH che può essere utilizzato dalle piante nel metabolismo energetico cellulare

• Il ribulosio-5-P può essere utilizzato nella produzione di ribosio e deossiribosio,neccessari, alla produzione

di RNA e DNA

• L’eritorsio-4-P può reagire con il PEP (fosfoenolpiruvato) e dare luogo alla via dell’acido scichimico

(amminoacidi aromatici, lignina, metaboliti secondari)

REGOLAZIONE DELLA VIA DEI PENTOSO-FOSFATI

Uno dei fattori che controlla se il glucosio-6-P va verso la via glicolitica o la via dei pentodo-fosfati è il

fattore energetico che determina una regolazione di tipo allosterico.

COMPLESSIVAMENTE LA REAZIONE COMPRENDE:

3glu-6-P+6NADP+ 3H20 —-> 6NADPH+6H+3CO2++2Fru-6-P+G3P

ASSIMILAZIONE DEL NITRATO

RIDUZIONE DEL NITRATO

• C’è un primo passaggio di assimilazione dell’azoto assorbito come nitrato è la

riduzione ad ammonio. Essa avviene attraverso due reazioni che

complessivamente richiedono 8 e-. La prima reazione avviene nel CITOSOL ad

opera dell’enzima nitrato ridottasi che utilizzando due elettroni donati dal

NADPH catalizza la sintesi del nitrito:

NO3- + NADPH+ H—->NO2- + NADP + H20

Questo enzima utilizza come donatore di elettroni NADPH o NADH. La forma attiva

del NITRATO RIDUTTASI (NR) è costituita da un dimero, in cui ogni subunità è

composta da 3 gruppi prostetici contenenti un FAD, un gruppo emico ed un

gruppo prostetico MoCo(molibdeno Cobalto).

Il NITRITO viene trasportato nel PLASTIDIO, amminoplasto in tessuti non verdi

ammonio

e nel CLOROPLASTO nei tessuti fotosintetici, dove viene ridotto ad

dalla nitrato riduttasi.

Mentre nei CLOROPLASTI, la ferrodossina ridotta è prodotta dalla

FOTOSINTESI rilascia gli elettroni per la riduzione del nitrito, nei tessuti non

fotosintetici, che utilizza come donatore di elettroni il NADPH prodotto dalla via

Ossidativa di Pentosofosfati.

La riduzione del nitrato ad ammonio può avvenire sia nelle cellule radicali sia in

quelle fogliari.

ASSIMILAZIONE DELL’AMMONIO-CICLO GS/GOGAT

Il processo di Assimilazione dell’ammonio avviene attraverso 2 reazioni sequenziali

ad opera degli enzimi GLUTTAMINA SINTASI( GS) E GLUTTAMATO

SINTASI (GOGAT). Il ruolo prioritario del CICLO GS/GOGAT

nell’assimilazione dell’ammonio è associato all’affinità della GS per il substrato.

La GS può essere presente in più isoforme:

• GS1= localizzato nel Citosol

• GS2= forma plastidiale

Complessivamente, il Ciclo GS/GOGAT prevede il trasferimento dell’ammonio

’acido glutammico glutammina. catalizzata da GS

sull a dare Questa reazione è

richiede ATP

e :

Glutammato+ NH4+ + ADP ——> Glutammina+ADP+Pi

gruppo amminico

• L’enzima GOGAT catalizza il trasferimento del dalla

2-oxoglutarato 2 molecole di acido glutammico.

glutammina al a dare

• Questt’ultima reazione richiede potere riducente, come Fd o NADH, per le forme

a) Fd-GOGAT o b) NADH-GOGAT.

• IL GLUTAMMATO GENERATO PUO’ REAGIRE CON VARI SCHELETRI

CARBONIO derivati dalla glicolisi, dalla riduzione fotosintetica, dal ciclo di

Krebs o dalla via dei pentoso fosfati. Può reagire con il privato, grazie all’alanina

ammino trasferissi per generare alassina.

• Le reazioni di transaminazione che utilizzano glutammato rigenerano alfa-

chetoglutarato, cioè il principale scheletro carbonio necessario per

l’assimilazione dell’N.

a) Glutammna+ 2-oxoglutarato+ Fdrid——> 2- Glutammato + Fdoss

b) Glutammina+ 2-oxoglutarato+ NADH+H+ ——-> 2 -Glutammato + NAD+

L’enzima Fd-GOGAT avrebbe hanno localizzazione cloroplasti, mentre NADH-GOGAT è

presente nei plastidi dei tessuti non fotosintetici.

CARENZE DA AZOTO

1)Se c’è poco azoto la pianta ridurrà la crescita apicale e aumenterà quella delle radici

per andare in cerca dell’elemento. In terreni poveri di azoto le piante presenteranno molte

radici

2) Provoca ingiallimento delle piante, crescita stentata.

3) Ingiallimento prende prima le foglie vecchie e poi quelle giovani.

CALCIO

FORME,ACQUISIZIONE E UTILIZZO DEL CALCIO

• CONCENTRAZIONE DEL CALCIO E’ VARIABILE NEI TESSUTI VEGETALI E A SECONDA

DELLA SPECIE I VALORI POSSONO VARIARE DA 0,2 A 0,3% fino a 2-5%.

• La MAGGIOR PARTE DI QUESTO NUTRIENTE SI TROVA IN PROTOPLASTO A LIVELLO DELLA

PARETE CELLULARE.

• LE FUNZIONI BIOLOGICHE più importanti sono quelle STRUTTURALI e di MESSAGGERO

SECONDARIO

• Può andare a irrigidire la parete cellulare perchè i gruppi carbossilici delle pectine possono essere

coordinati dal calcio e irrigidire la parete.

• INOLTRE PUO’ IL CALCIO FA LEGAMI CON IL FOSFATO DEI FOSFOLIPIDI E LA MEMBRANA

VIENE STABILIZZATA.

LE FORME DI CALCIO

• PUO’ essere variabile da valori minimi di terreni acidi a valori alti in terreni.

• Il Calcio E’ IL CATIONE PIU’ ABBONDANTE NELLA MAGGIOR PARTE DEI SUOLI

• ABBIAMO IL CALCIO SCAMBIABILE CHE E’ PIU’ IMPORTANTE PER LA STRUTTURA DEL

SUOLO CHE PER LA NUTRIZIONE

ASSORBIMENTO DEL CALCIO

• Il calcio viene assorbito dalle cellule radicali attraverso i canali nella membrana intracellulare

• Abbiamo strutture come Ca 2+-ATPasi (localizzate nel vacuolo, membrana plasmatica, reticolo) e

trasportatori con un ruolo di trasportare attivamente il Ca 2+ come tale o in antiporto con protoni.

(Ca 2+- ATPasi—> capace di estrudere i protoni contro il gradiente elettrochimico dei protoni stessi. Sulla

membrana plasmatica esistono entità capaci di estrudere protoni utilizzando l’ossidazione di NADPH. La

proteina ATPasi è capace di accoppiare l’estrusione dei protoni all’idrolisi dell’ATP.

CARENZA DI CALCIO

• Carenza di calcio possono dare clorosi internervale, deformazioni, dislocamenti apici vegetativi e margini

fogliari

FOSFORO

FORME, ACQUISIZIONE E UTILIZZO DEL FOSFORO

• Il fosforo rappresenta il 0,2/1% della sostanza secca di un vegetale.

• NELLE CELLULE E’ PRESENTE IN FORMA SOLUBILE SIA COME ORTOFOSFATO(Pi)

CHE COME PIROFOSFATO(PPi) IN FORMA ORGANICA, E’ UN ELEMENTO LEGATO

A GRUPPI OSSIDRILICI DI ZUCCHERI E ALCOLI ATTRAVERSO LEGAMI ESTERI,

SVOLGENDO UN RUOLO FONDAMENTALE PER IL METABOLISMO DDEI

CARBOIDRATI

• IL Pi (ortofosfato) E’ IMPORTANTE PERCHE’ CONTRIBUISCE AL MANTENIMENTO

DEL pH IN QUESTO AMBIENTE CELLULARE VICINO ALLA NEUTRALITA’

• Pi si lega ad altri gruppi fosfato MEDIANTE LEGAMI PIROFOSFATO come nel caso della

formazione di ATP (importante perchè è il composto di partenza di diverse vie metaboliche

come la sintesi degli acidi nucleici dove il fosforo ha importanza)

• FORMAZIONE E IDROLISI DI QUESTO LEGAME SONO UNO DEI MECCANISMI

CENTRALI DEL METABOLISMO ENERGETICO CELLULARE

• INOLTRE IL FOSFORO E’ IMPORTANTE PER LA REGOLAZIONE ENZIMATICA

FORME DI FOSFORO NEL SUOLO

FOSFORO SI PRESENTA IN 4 FORME PRINCIPALI:

1) Fosforo in soluzione come Pi e composti organici

2) Fosforo adsorbito sulle superfici dei colloidi inorganici

3) Fosforo in forma minerale cristallina

4) Fosforo come componente sostanza organica nel suolo

In SOLUZIONE può essere H2PO4- / acido fosforico/ che HPO4 2-/diidrogeno fosfato/ in

funzione del pH, in suoli ricchi di sostanza organica

Le forme MINERALI di fosforo nel suolo sono rappresentate da APATITI (fosfati di calcio) e

FOSFATI di FERRO e di ALLUMINIO.

ASSORBIMENTO DEL FOSFATO e TRASPORTO

• Il FOSFATO viene assorbito dalle Radici prelevandolo dalla Soluzione del suolo, nella forma

OSSIANIONICA, H2PO4-/ acido fosforico/ o HPO4 2- /diidrogeno fosfato/.

• Il Trasporto del fosfato è dato da TRASPORTATORI AD ALTA AFFINITA’ O BASSA

AFFINITA’.

• IL TRASPORTO TRASMEMBRANA AVVIENE CONTRO GRADIENTE

ELETTROCHIMICO (ATTIVO) ED E’ ENERGIZZATO DALL’ESTRUSIONE DI H+ DA

PARTE DELLA H+-ATPasi nella membrana plasmatica(la membrana plasmatica è capace di

estrudere i protoni contro gradiente il gradiente elettrochimico dei protoni stessi, si può estrudere

protoni utilizzando l’ossidazione NADPH, la proteina ATPAsi capace di accoppiare l’estrusione

deiprotoniall’idrolisiATP)

• I TRASPORTATORI CAPACI DI GARANTIRE IL TRASPORTO DI FOSFATO IN DIVERSI

TESSUTI DELLA PIANTA APPARTENGONO A 4 FAMIGLIE DIVERSE DI GENI CHE

CODIFICANO GENI(PHT) CHE CODIFICANO PER LA SINTESI DI QUESTE PROTEINE.

• I GENI CHE CODIFICANO PER TRASPORTATORI AD ALTA AFFINITA’ PHT1

ASSORBONO IL FOSFATO DALLA SOLUZIONE AL SUOLO.

CARENZA DI FOSFORO

• Lo STRESS da CARENZA provoca una espressione dei trasportatori che è ampiamente

sovraregolata, con un aumento della capacità di assorbimento.

• Inoltre la pianta attua delle modificazioni all’architettura radicale, promuovendo la crescita

radicale, la proliferazione dei peli radicali e la secrezione di anioni di acidi organici insieme a

composti fenolici che li proteggono dalla degradazione microbica

• Infine rilascia enzimi idrolitici come fosfatasi e fiati per favorire la mobilizzazione del fosforo da

fonti organiche

• Piante crescono in modo stentato con germogli poco lignificati

LO ZOLFO

FORME,ACQUISIZIONE E UTILIZZO (macronutrienti)

• Lo zolfo E’ PRESENTE NELLA PIANTA CON UN BUON QUANTITATIVO TANTO E’ CHE VIENE

CONSIDERATO UN MACRONUTRIENTE, RAPPRESENTA 0,1/0,5% della sostanza secca.

• E’ UN ELEMENTO COSTITUTIVO CHE SI TROVA NELLA CISTEINA E METIONINA

• NELLA CISTEINA LO ZOLFO E’ PRESENTE COME GRUPPO SULFIDRILE CHE E’ SOGGETTO A

REAZIONI REVERSIBILI DI OSSIDAZIONE CON FORMAZIONE LEGAME COVALENTE S-S

FORME DI ZOLFO NEL SUOLO

• ZOLFO SI TROVA NEL SUOLO COME SOLFATO IN SOLUZIONE, SOLFATO ASSORBITO SULLE

SUPERFICI DI MINERALI ZOLFO PRESENTE NEI MINERALI E S.O.

• LA MAGGIOR PARTE DI ZOLFO E’ PRESENTE IN FORMA ORGANICA (90%)

• LO ZOLFO E’ PRESENTE COME SOLFATO, IN PARTICOLARE COME OSSIANIONE SOLFATO

ASSORBIMENTO E ASSIMILAZIONE DEL SOLFATO

• LA FORMA DI ZOLFO PIU’ COMUNE E DISPONIBILE PER ASSORBIMENTO DA PARTE DELLE

PIANTE E’ OSSIANIONE SOLFATO(SO4 2-)

• ASSORBIMENTO DEL SOLFATO AVVIENE TRAMITE RADICE E LA SUA DISTRIBUZIONE

ALL’INTERNO DELLA CELLULA E DELLA PIANTA PREVEDE L’ATTRAVERSAMENTO DI

DIVERSE MEMBRANE E IL PASSAGGIO E’ DATO DA TRASPORTATORI SEMPLICI.

• ASSORBIMENTO DEL SOLFATO DALLA SOLUZIONE DEL SUOLO ALL’INTERNO DELLE

CELLULE RADICALI E’ UN PROCESSO DI CO-TRASPORTO CON PROTONI MEDIATO DA

TRASPORTATORI AD ALTA AFFINITA’, PERMESSO DALLA H+-ATPASI( la membrana plasmatica è

capace di estrudere i protoni contro gradiente il gradiente elettrochimico dei protoni stessi, si può

estrudere protoni utilizzando l’ossidazione NADPH, la proteina ATPAsi capace di accoppiare l’estrusione

dei protoni all’idrolisi ATP) DELLA MEMBRANA PLASMATICA.

• I TRASPORTATORI COINVOLTI NEL TRASPORTO DEL SOLFATO SONO SULTR1 E SULTR

1.2 sono coinvolti nell’assorbimento dell’anione dal mezzo esterno della radice

• SONO TRASPORTATORI AD ALTA AFFINITA’, UNO COSTITUTIVO E UNO INDUCIBILE

• ASSIMILAZIONE DEL SOLFATO PREVEDE ATTRAVERSO 3 PASSAGGI DI RIDUZIONE IN

TOTALE, IL SOLFATO RICEVE 8 ELETTRONI FINO A SOLFURO.(S 2-)

REGOLAZIONE DEL TRASPORTO E ASSIMILAZIONE SOLFATO

• AVVIENE A LIVELLO TRASCRIZIONALE DETERMINANDO ATTIVAZIONE DEI MECCANISMI

PREPOSTI A TALI PROCESSI IN CONDIZIONI DI LIMITATA DISPONIBILITA’ DI ZOLFO

CARENZA DI ZOLFO

• La carenza di zolfo induce la trascrizione di geni coinvolti nell’assorbimento e l’assimilazione dello

zolfo, inibita invece dalla somministrazione di solfato.

• Colorazione viola intensa nei gambi delle foglia

• Le foglie rimangono più piccole e le foglie giovani risultano clorotiche su tutta la lamina comprese le

nervature proprio perchè lo zolfo è importante per la costituzione di amminoacidi come Cristina e

metionina e non essendoci ne limita la crescita.

• Alcune foglie presentano giallo scuro

MAGNESIO

FORME,ACQUISIZIONE E UTILIZZO

• La concentrazione citoplasmatica del magnesio è 0,5 mM ed è molto bassa rispetto a

quella del potassio

• La FUNZIONE BIOLOGICA PIU’ IMPORTANTE del magnesio è quella di essere

costituente della clorofilla

• UN ALTRO RUOLO DEL MAGNESIO IMPORTANTE riguarda i flussi dal lume del

tilacoide allo stroma per controbilanciare l’ingresso di H+.

• LA MAGGIOR PARTE del magnesio presente nella cellula svolge un ruolo di cofatore

enzima