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3. Quali sono le reazioni della carbossilazione?

Nella prima fase del ciclo di Calvin-Benson, tre molecole di CO e tre di H O reagiscono

2 2

con tre molecole di ribulosio 1,5-bifosfato per formare sei molecole di 3-fosfoglicerato.

Questa reazione è catalizzata dall’enzima del cloroplasto ribulosio-1,5-bifosfato

+

carbossilasi/ossigenasi, denominato rubisco. Nella prima reazione parziale, un H è

L’aggiunta della CO

estratto dal carbonio in 3 del ribulosio 1,5-bifosfato. gassosa

2

all’intermedio instabile enediolo legato alla rubisco conduce alla seconda reazione parziale

per la formazione irreversibile di 2-carbossi-3-chetoarabinitol 1,5-bifosfato. Infine,

l’idratazione dell’intermedio porta a due molecole di 3-fosfoglicerato. Le piante (grano, riso,

leguminose) che effettuano questo meccanismo sono dette piante C3, perché si formano

molecole a 3C.

Che cos’è la RUBISCO? Quali proprietà

4. particolari ha? Quali ruoli svolge?

La RUBISCO è una carbossilasi/ossigenasi sullo stesso substrato, la ribulosio-1,5

bifosfato che nel caso della carbossilazione lega questo substrato con legame C-C la CO

2

atmosferica, mentre nel caso dell’ossigenazione con legame C-O. La carbossilazione

avviene nella fotosintesi, mentre l’ossigenazione in alcune piante con la fotorespirazione.

La RUBISCO è l’enzima più abbondante al mondo, ma non il più veloce, è formata da 8

piccole subunità s8 e 8 più grandi subunità L8 da 56 kDa

5. Quali sono le reazioni della riduzione?

La fase di riduzione del ciclo di Calvin-Benson riduce il carbonio del 3-fosfoglicerato

proveniente dallo stadio di carbossilazione.

In primo luogo, l’ATP formata nelle reazioni alla luce fosforila il 3-fosfoglicerato al gruppo

carbossilico, producendo un’anidride mista, l’1,3-bifosfoglicerato, in una reazione

chinasi. Successivamente, il NADPH, generato anch’esso

catalizzata dalla 3-fosfoglicerato

dalle reazioni alla luce, riduce l’1,3-bifosfoglicerato a gliceraldeide 3-fosfato, in una

reazione catalizzata da un enzima del cloroplasto, la NADP-gliceraldeide-3-fosfato

deidrogenasi

6. Quali sono le reazioni della rigenerazione del RudP?

Per evitare l’esaurimento delle sostanze intermedie del ciclo di Calvin-Benson, la continua

assimilazione di CO atmosferica richiede la rigenerazione costante del ribulosio 1,5-

2

bifosfato.

 Due molecole di gliceraldeide 3-fosfato vengono convertire in diidrossiacetone

fosfato nella reazione catalizzata dalla trioso fostato isomerasi.

 Una molecola di diidrossiacetone fosfato subisce la condensazione aldolica con

una terza molecola di gliceraldeide 3-fosfato, una reazione catalizzata dalla

aldolasi, per formare fruttosio 1,6 bifosfato.

 Il fruttosio 1,6-bifosfato è idrolizzato a fruttosio 6-fosfato in una reazione catalizzata

da una fruttosio 1,6-bifosfatasi specifica del cloroplasto.

 Una unità a 2 atomi di carbonio della molecola del fruttosio 6-fosfato viene trasferita

attraverso l’enzima transchetolasi ad una quarta molecola di gliceraldeide 3-fosfato

per formare xilulosio 5-fosfato. Gli altri quattro atomi di carbonio della molecola del

formano l’eritrosio 4-fosfato.

fruttosio 6-fosfato

 L’eritrosio 4-fosfato si unisce poi, tramite l’aldolasi, con la restante molecola di

diidrossiacetonefosfato per formare lo zucchero a 7 atomi di carbonio, il

sedoeptulosio 1,7-bifosfato.

 Il sedoeptulosio 1,7-bifosfato viene poi idrolizzato per mezzo di una fosfatasi

specifica, la sedoeptulosio 1,7-bifosfatasi, per formare sedoeptulosio 7-fosfato.

 dona un’unità a 2 atomi di carbonio alla quinta molecola di

Il sedoeptulosio 7-fosfato

gliceraldeide 3-fosfato, tramite la transchetolasi, producendo xilulosio 5-fosfato. I

rimanenti cinque atomi di carbonio della molecola di sedoeptulosio 7-fosfato

diventano ribosio 5-fosfato.

 Due molecole di xilulosio 5-fosfato vengono convertite in due molecole di ribulosio

5-fosfato da una ribulosio 5-fosfato epimerasi, mentre la terza molecola di ribulosio

5-fosfato proviene dal ribulosio 5-fosfato isomerasi.

 Infine, la fosforibulochinasi catalizza la fosforilazione di tre molecole di ribulosio 5-

fosfato con ATP, in modo da rigenerare le tre molecole necessarie dell’accettore

iniziale della CO .

2

Che cos’è la fotorespirazione e da quale enzima è innescata?

7. ha la capacità di catalizzare sia la carbossilazione che l’ossigenazione del

La RUBISCO

ribulosio 1,5-bifosfato. La carbossilazione genera due molecole di 3-fosfoglicerato, mentre

l’ossigenazione produce una molecola di 3-fosfoglicerato e una di 2-fosfoglicolato.

L’ossigenazione del ribulosio 1,5-bisfosfato catalizzata dalla rubisco dà inizio ad una rete

coordinata di reazioni enzimatiche che sono compartimentale nei cloroplasti, nei

perossisomi della foglia e nei mitocondri. Questo processo, noto come fotorespirazione,

provoca nelle foglie foto sinteticamente attive la perdita parziale della CO fissata dal ciclo

2

e l’assimilazione simultanea di ossigeno. Come substrati alternativi per

di Calvin-Benson

la rubisco, CO e O competono per la reazione con il ribulosio 1,5-bisfosfato perché la

2 2

carbossilazione e l’ossigenazione si verificano all’interno dello stesso sito attivo.

L’incorporazione di una molecola di O nell’isomero 2,3-enediolo del ribulosio 1,5-

2

bisfosfato genera un intermedio instabile che si divide rapidamente in 2-fosfoglicolato e 3-

fosfoglicerato. La capacità di catalizzare l’ossigenazione del ribulosio 1,5-bisfosfato è una

proprietà di tutte le rubisco.

8. Quale rapporto esiste tra fotorespirazione e fotosintesi?

Il rapporto tra fotosintesi e fotorespirazione è di 3:1 a favore della carbossilazione. La

fotorespirazione è molto usata dalle piante 3C, è molto meno efficiente della fotosintesi,

può arrivare a raggiungere fino al 40% in meno della capacità fotosintetica. Pure essendo

così poco efficiente esiste probabilmente perché le piante si sono evolute in un atmosfera

prevalentemente riducente, quindi potrebbe essere un relitto dell’evoluzione. Un’altra

ipotesi è che questo ciclo serva a fornire elementi, come l’azoto, oppure potrebbe servire

da valvola di sfogo nel caso di fotosintesi eccessiva come meccanismo di regolazione.

Alcune piante sono riuscite ad evitare la fotorespirazione e sono le piante C4 e CAM.

9. Illustra le varie tappe nel processo foto respiratorio descrivendo quali enzimi e

organuli sono coinvolti.

formato nei cloroplasti dall’ossigenazione del ribulosio 1,5-bisfosfato

Il 2-fosfoglicolato

viene rapidamente idrolizzato a glicolato da una fosfatasi specifica dei cloroplasti.

Il successivo metabolismo del glicolato prevede la cooperazione di due altri organuli:

mitocondri e perossisomi. Il glicolato esce dai cloroplasti attraverso una proteina

trasportatrice specifica della membrana interna e migra verso i perossisomi. Qui una

catalizza l’ossidazione

ossidasi flavina mononucleotide dipendente, la glicolato ossidasi

del glicolato producendo H O e gliossilato. La catalasi degrada H O liberando O , mentre

2 2 2 2 2

il gliossilato subisce la transamminazione con il glutammato, producendo l’amminoacido

glicina.

La glicina lascia il perossisoma ed entra nel mitocondrio, dove il complesso multi

enzimatico formato da glicina decarbossilasi e serina idrossimetiltrasferasi catalizza la

+

reazione fra due molecole di glicina e una di NAD per la produzione di una molecola di

4+

serina, NADH, NH e CO . La nuova serina formata diffonde dal mitocondrio verso i

2

perossisomi dove è convertita da una transamminazione a idrossipiriruvato, che, a sua

volta, è ridotto a glicerato tramite una reduttasi NADH-dipendente. Infine, il glicerato rientra

4+

In parallelo, l’NH

nei cloroplasti dove viene fosforilato a formare il 3-fosfoglicerato.

rilasciato dall’ossidazione della glicina diffonde dalla matrice del mitocondrio al cloroplasto,

dove la glutammina sintetasi catalizza la sua incorporazione ATP-dipendente nel

glutammato, formando glutammina. Successivamente, una glutammato sintasi

ferredossina-dipendente catalizza una reazione in cui reagiscono glutammina e 2-

oxoglutarato, portando alla produzione di due molecole di glutammato.

Quindi tre cicli simultanei di fotorespirazione garantiscono la circolazione del carbonio,

dell’azoto e degli atomi di ossigeno.

 Nel primo ciclo, gli atomi di carbonio escono dal cloroplasto sottoforma di due

molecole di glicolato e ritornano come una molecola di glicerato, lasciando una

molecola di CO nel mitocondrio.

2

 Nel secondo ciclo, gli atomi di azoto lasciano il cloroplasto sottoforma di una

4+

molecola di glutammato e ritornano, come una molecola di NH , in ultima analisi

Di conseguenza, l’azoto totale

associata ad una molecola di 2-oxoglutarato. rimane

invariato perché la formazione di azoto inorganico rimane invariato perché la

4+

formazione di azoto inorganico (NH ) nel mitocondrio è bilanciata dalla sintesi di

glutammina nei cloroplasti.

 Nel terzo ciclo (legato all’O ) le attività della rubisco e della glicolato ossidasi

2

incorporano due molecole di O ciascuna, ma la catalasi rilascia una molecola di O

2 2

dall’ H O Così, quando due molecole di ribulosio 1,5-bisfosfato entrano nel ciclo C

2 2. 2

per l’ossidazione fotosintetica del carbonio, vengono ridotte tre molecole di O .

2

L’equilibrio tra il ciclo di Calvin-Benson per l’ossidazione fotosintetica del

e quello C 2

carbonio è determinato principalmente da tre fattori: uno inerente alla pianta (le proprietà

cinetiche della rubisco) e due legati all’ambiente (la temperatura e la concentrazione di

substrati, CO e O . Un aumento della temperatura esterna modifica le costanti cinetiche

2 2

della rubisco, aumento la percentuale di ossigenazione più di quella di carbossilazione, e

più di quella dell’O

diminuisce la concentrazione della CO in una soluzione in equilibrio

2 2

con l’aria. Quindi, a temperature elevate, l’aumento della fotorespirazione rispetto alla

fotosintesi limita notevolmente l’efficienza di assimilazione fotosintetica del carbonio.

10. Quale ruolo hanno gli stomi nel processo fotosintetico?

Gli stomi regolano gli scambi gassosi: se aperti si ha elevata conduttanza stomatica, al

contrario se chiusi si ha la massima resistenza stomatica. Attraverso gli stomi entra la CO 2

ed esce vapor d’acqua. Nelle piante C3 gli stomi sono tenuti aperti durante il giorno, al

contrario nelle piante CAM sono chiusi di giorno e aperti di notte.

11. Perché è comodo utilizzare le alghe per studiare la fotosintesi?

Le piante sono organismi che vivono in acqua e sono più facilmente monitorabili,

calcolando la resa quantica e tenendo sotto controllo i reagenti. Un esempio è

l’esperimento condotto da Calvin in cui delle alghe unicellulari vengono messe in un

ampolla piatta, si aggiunge della CO marcata e sotto una beuta con etanolo caldo.

2

Facendo cadere le alghe nell’etanolo queste venivano fissate e si osservò così che dopo 5

secondi dalla somministrazione di CO al sistema veniva già prodotto uno zucchero a 3

2

atomi di C (acido 3-fosfoglicerico), più piccole quantità di zuccheri difosfati e monofosfati,

ma anche acido malico, alanina e altri composti triosofosfati. Quindi vuol dire che il ciclo di

Calvin avviene molto rapidamente visto che si hanno i prodotti solo dopo 5 secondi.

12. Quali sono le differenze fra amido primario e amido secondario? Dove vengono

rispettivamente accumulati?

L’amido primario viene sintetizzato all’interno dello stesso cloroplasto, nello stroma in cui

l’amido primario è un amido di transizione, si trova

operano gli enzimi del ciclo di Calvin,

nel cloroplasto come deposito provvisorio del C organico, si accumula di giorno quando

l’attività fotosintetica supera la capacità di esportare i prodotti. Di sera o di notte quando la

fotosintesi rallenta o cessa viene mobilizzano. Le prime tappe di sintesi sono comuni a

quelle del saccarosio..

L’amido secondario si trova negli amiloplasti (funzioni di riserva) ed è traslocato

generalmente come saccarosio nel floema. Una permeasi permette l’ingresso

nell’amiloplasto. Negli amiloplasti la crescita avviene attorno ad uno o più centri per

apposizione a formare granuli di amido. Negli amiloplasti si trovano lipidi, fosfati ed enzimi

(es. amilasi).

Capitolo 6b_ Fotosintesi: le piante C e le piante CAM

4

1. Quali sono le principali caratteristiche anatomiche delle piante C ?

4

La fotosintesi C sembra essersi evoluta come uno dei principali meccanismi di

4

concentrazione del carbonio usato dalle piante terrestri per compensare le limitazioni

associate al ballo livello di CO atmosferica. Questa via metabolica si svolge in due tipi

2

morfologicamente distinti- quelle del mesofillo e quelle della guaina del fascio- che sono

seprati dalle loro rispettive membrane. Fin dalle ricerche di base degli anni ’50 e ’60, il

ciclo C è stato associato ad una particolare struttura fogliare, chiamata anatomia kranz,

4

che presenta un anello interno di cellule della guaina del fascio intorno al tessuto

vascolare e uno strato esterno di cellule del mesofillo a stretto contatto con l’epidermide.

Questa particolare anatomia fogliare garantisce la compartimentazione in due tipi differenti

di cellule degli enzimi essenziali per la funzione della via C .

4

Le caratteristiche principali del ciclo C sono state inizialmente scoperte in foglie di piante

4

vascolari i cui tessuti sono circondati da due tipi distinti di cellule fotosintetiche: un anello

interno di cellule della guaina del fascio, che è avvolto da un anello esterno di cellule del

mesofillo. I cloroplasti nelle cellule della guaina del fascio sono disposti concentricamente

tilacoidi non granali. D’altra parte, le

e mostrano grandi granuli di amido e membrane

cellule del mesofillo contengono cloroplasti disposti in modo casuale con tilacoidi impilati e

poco se non assente amido.

2. Quali sono le più importanti piante C ?

4

Originariamente descritto per le graminacee tropicali, il ciclo C è ormai noto verificarsi in

4

18 famiglie sia di monocotiledoni che di dicotiledoni, ed è particolarmente importante nelle

Poaceae (mais, miglio, sorgo, canna da zucchero), Chenopodiaceae e cyperaceae.

3. Descrivi le principali differenze nel meccanismo di prima carbossilazione fra piante

C e piante C .

3 4

, l’enzima fosfoenolpiruvato carbossilasi (PEPCasi), piuttosto che la rubisco,

Nel ciclo C

4

catalizza la carbossilazione primaria in un tessuto che si trova vicino all’ambiente esterno.

Il conseguente flusso di acido a 4 atomi di carbonio attraverso la barriera di diffusione

verso la regione vascolare, dove viene decarbossilato, libera CO , che è ri-fissata dalla

2

rubisco tramite il ciclo di Calvin-Benson. Anche se tutte le piante C condividono la

4

carbossilazione primaria attraverso la PEPCasi, i percorsi specifici con cui è concentrata la

CO nelle vicinanze della rubisco variano notevolmente tra le diverse specie C . Nelle

2 4

piante C la reazione tra CO e acqua con una molecola accettore a 5 atomi di carbonio (il

3 2

ribulosio 1,5-bifosfato) per generare due molecole di un composto intermedio a 3 atomi di

carbonio (3-fosfoglicerato).

Temperature elevate diminuiscono sia la capacità carbossilante della rubisco che la

solubilità della CO , così da limitare il tasso di assimilazione fotosintetica di CO nelle

2 2

piante C . Nelle piante C due caratteristiche superano gli effetti deleteri della temperatura

3 4 3-

elevata: in primo luogo, l’affinità della PEPCasi per suo substrato, l’HCO , è

da saturare l’enzima ai livelli ridotti di CO

sufficientemente elevata presenti nei climi caldi.

2 3-

Inoltre, l’attività ossigena sica è in gran parte soppressa perché l’HCO non è in

concorrenza con l’O nella carbossilazione iniziale. Questa elevata attività della PEPCasi

2

consente alle piante C di ridurre la loro apertura stomatica alle alte temperature e, quindi,

4

conservare l’acqua durante la fissazione di CO a tassi superiori o uguali a quelli delle

2

. In secondo luogo, l’alta concentrazione di CO

piante C nelle cellule della guaina del

3 2

fascio riduce al minimo funzionamento del ciclo fotosintetico ossidativo C 2.

4. Quale ruolo svolge il fosfoenolpiruvato? Quale enzima lo utilizza come substrato

per la carbossilazione?

per l’assimilazione fotosintetica del carbonio

Il ciclo C coinvolge cinque passaggi

4

successivi in due differenti scomparti delle cellule fogliari. Nella regione esterna delle

cellule fogliari, ovvero nelle cellule del mesofillo, la PEPCasi catalizza la reazione della

3-

HCO con il fosfoenolpiruvato (PEP), un composto a 3 atomi di carbonio. Nelle piante

CAM? +

che utilizza come enzima l’enzima malico NADP

5. Descrivi la via C e qual è la sua

4

localizzazione subcellulare. dall’atmosfera alle cellule della guaina del fascio

Nelle piante C il trasporto della CO

4, 2

precede attraverso cinque fasi successive:

 3-

Prima fase: Fissazione della HCO attraverso la carbossilazione del

fosfoenolpiruvato catalizzata dalla PEPCasi nelle cellule del mesofillo. Il prodotto di

reazione, l’ossalacetato, è successivamente ridotto a malato dalla malato

deidrogenasi NADP-dipendente o convertito in aspartato dalla transamminazione

con il glutammato.

 Seconda fase: trasporto degli acidi a 4 atomi di carbono (malato o aspartato) verso

le cellule della guaina del fascio che circondano i fasci vascolari.

 Terza fase: decarbossilazione degli acidi a 4 atomi di carbonio e generazione della

CO che viene quindi ridotta a carboidrati attraverso il ciclo di Calvin-Benson.

2

Prima di questa reazione in alcune piante C una aspartato amminotransferasi

4

catalizza la conversione di aspartato che torna ad ossalacetato. Sottotipi diversi di

piante C fanno uso di decarbossilasi diverse per rilasciare la CO per la

4 2

soppressione efficace della reazione ossigenasica della rubisco.

 Quarta fase: trasporto dello scheletro a 3 atomi di carbonio (piruvato o alanina)

formato dalla decarbossilazione verso le cellule del mesofillo

 3-

rigenerazione dell’accettore di HCO

Quinta fase: .

In tutti i casi, il funzionamento del ciclo C richiede il coinvolgimento collaborativo dei due

4

distinti tipi di cellula che contengono cloroplasti, ovvero cellule del mesofillo e della guaina

del fascio disposte nella caratteristica anatomia Kranz. Il processo di trasporto agevolato

da plasmodesmi che collegano i due tipi di cellule genera una concentrazione molto più

elevata di CO nelle cellule della guaina del fascio ( la regione vascolare) che nelle cellule

2

del mesofillo (la regione esterna). Questa elevata concentrazione di CO al sito di

2

del ribulosio 1,5-

carbossilazione della rubisco porta alla soppressione dell’ossigenazione

bisfosfato e quindi della fotorespirazione. Rubisco e PEPCasi si trovano rispettivamente

nelle cellule della guaina del fascio e del mesofillo, mentre le decarbossilasi si trovano in

cellula della guaina del fascio: l’enzima NADP-malico

vari compartimenti intracellulari delle

nei cloroplasti, l’enzima NAD-malico nei mitocondri e la fosfoenolpiruvato carbossichinasi

nel citoplasma.

I cloroplasti nel mesofillo e nelle cellule della guaina del fascio delle piante C presentano

4

anche altre differenze anatomiche e biochimiche. L’attività del PSII e il correlato flusso

lineare di elettroni verso il PSI, che genera sia NADPH che ATP, sono generalmente

presenti nei cloroplasti contenenti ampi ammassi di grana, mentre il flusso di elettroni

ciclico mediato dal PSI, che produce per lo più ATP, è presente nei cloroplasti con pochi

grana. Questi due tipi di cloroplasti sono messi in correlazione con il fabbisogno

energetico della fotosintesi C . Le specie C che prevalentemente formano malato

4 4

richiedono più potere riducente per la conversione di ossalacetato delle specie che

formano aspartato. Di conseguenza, le specie C del tipo enzima malico NADP-

4

dipendente, in cui il malato passa dal mesofillo alle cellule della guaina del fascio,

presentano grana ben più sviluppati nei cloroplasti del mesofillo, mentre quelle delle

cellula della guaina del fascio sono carenti in grana. +

che utilizza come enzima l’enzima malico NAD

6. Descrivi la via C e qual è la sua

4

localizzazione subcellulare. dall’atmosfera alle cellule della guaina del fascio

Nelle piante C il trasporto della CO

4, 2

precede attraverso cinque fasi successive:

 3-

Prima fase: Fissazione della HCO attraverso la carbossilazione del

fosfoenolpiruvato catalizzata dalla PEPCasi nelle cellule del mesofillo. Il prodotto di

reazione, l’ossalacetato, è successivamente ridotto a malato dalla malato

deidrogenasi NADP-dipendente o convertito in aspartato dalla transamminazione

con il glutammato.

 Seconda fase: trasporto degli acidi a 4 atomi di carbono (malato o aspartato) verso

le cellule della guaina del fascio che circondano i fasci vascolari.

 Terza fase: decarbossilazione degli acidi a 4 atomi di carbonio e generazione della

CO che viene quindi ridotta a carboidrati attraverso il ciclo di Calvin-Benson.

2

Prima di questa reazione in alcune piante C una aspartato amminotransferasi

4

catalizza la conversione di aspartato che torna ad ossalacetato. Sottotipi diversi di

piante C fanno uso di decarbossilasi diverse per rilasciare la CO per la

4 2

soppressione efficace della reazione ossigenasica della rubisco.

 Quarta fase: trasporto dello scheletro a 3 atomi di carbonio (piruvato o alanina)

formato dalla decarbossilazione verso le cellule del mesofillo

 3-

rigenerazione dell’accettore di HCO

Quinta fase: .

L’enzima NAD malico si trova nei mitocondri. Nelle specie C del tipo enzima malico NAD-

4

dipendente, il prodotto primario della fissazione della CO delle cellule del mesofillo è

2

l’aspartato, che richiede meno potere riducente e quindi un minor flusso lineare di elettroni

verso il PSI. Siccome l’ATP prodotta dal flusso di elettroni ciclico del PSI guida

trasformazione del piruvato in fosfoenolpiruvato, i cloroplasti delle cellule del mesofillo

delle specie C del tipo enzima malico NAD-dipendente mostrano meno grana dei

4

cloroplasti delle cellule della guaina del fascio.

ENZIMA malico nad dipendente: il piruvato viene transaminato (non passa direttamente) e

diventa alanina grazie all’alanina amino transferasi. L’A torna alla cellula del mesofillo

all’alfachetoglutarato. Il piruvato torna poi ad essere

dove cede l’amminogruppo

fosfoenolpiruvato attraverso la reazione catalizzata dalla piruvatoortofosfato dichinasi

che utilizza come enzima l’enzima fosfoenolpiruvato

7. Descrivi la via C 4

carbossicinasi e qual è la sua localizzazione subcellulare.

Pep carbossichinasi: è un enzima citosolico, usa ATP come fonte di fosforili e l’acido

ossalacetico come substrato: riforma PEP attraverso una sola reazione diretta che libera

CO . Il PEP così formato ritorna alla cellula del mesofillo. Per garantire i passaggi di

2

transaminazione viene trasformato il piruvato in alanina. +

8. Come viene rigenerato il fosfoenolpiruvato nelle vie enzima malico-NAD ed

+

enzima malico-NADP ?

Quinta fase: Il piruvato, il residuo di acido a 3 atomi di carbonio, viene convertito in

fosfoenolpiruvato nella reazione catalizzata dalla piruvato-fosfato dichinasi. In questa fase

è richiesta una molecola supplementare di ATP per la trasformazione dell’AMP in ADP

catalizzata dalla adenilato chinasi. Quando l’alanina è il composto a 3 atomi di carbonio

esportato fuori dalle cellule della guaina del fascio, la formazione di piruvato tramite

l’azione della alanina amminotrasferasi precede la fosforilazione catalizzata dalla piruvato-

fosfato dichinasi.

9. Come varia la fotorespirazione fra piante C e piante C ?

3 4

Temperature elevate diminuiscono sia la capacità carbossilante della rubisco che la

solubilità della CO , così da limitare il tasso di assimilazione fotosintetica di CO nelle

2 2

piante C . Nelle piante C due caratteristiche superano gli effetti deleteri della temperatura

3 4 3-

primo luogo, l’affinità della PEPCasi per il suo substrato, l’HCO

elevata. In , è

sufficientemente elevata da saturare l’enzima ai livelli ridotti di CO presenti nei climi caldi.

2 3-

Inoltre, l’attività ossigenasica è in gran parte soppressa perche l’HCO non è in

concorrenza con l’O nella carbossilazione iniziale. Questa elevata affinità della PEPCasi

2

consente alle piante C di ridurre la loro apertura stomatica alle alte temperature e, quindi,

4

conservare l’acqua durante la fissazione di CO a tassi uguali o superiori a quelle delle

2

. In secondo luogo, l’alta concentrazione di CO

piante C nelle cellule della guaina del

3 2

fascio riduce al minimo il funzionamento del ciclo fotosintetico ossidativo C .

2

10. Che cosa sono le piante CAM e quali sono le specie più diffuse? In quali ambienti

vivono?

Molte piante che popolano gli ambienti aridi con disponibilità di acqua stagionali,

comprendenti anche piante commercialmente importanti come l’ananas, l’agave, il cactus

e le orchidee, mostrano un altro meccanismo per concentrare la CO nel sito della rubisco.

2

Proprio come nel meccanismo C , la fotosintesi CAM sembra abbia avuto origine durante

4

gli ultimi 25 milioni di anni per catturare la CO atmosferica e ridurre la CO respiratoria

2 2

negli ambienti aridi. Un attributo delle piante CAM è la loro capacità di conseguire

un’elevata biomassa in habitat dove le precipitazioni sono insufficienti, o dove

l’evaporazione è così grande che le precipitazioni sono insufficienti per la crescita delle

colture. La fotosintesi CAM è generalmente associata a caratteristiche anatomiche che

minimizzano la perdita di acqua, come ad esempio le cuticole spesse, il basso rapporto

superficie-volume, i vacuoli di grandi dimensioni e stomi con piccole aperture. Inoltre, la

densità delle cellule del mesofillo migliora le prestazioni CAM, limitando la perdita di CO 2

durante il giorno. Tipicamente, una pianta CAM perde 5-10 grammi di acqua per ogni

grammo di CO acquisita, rispetto ai 250-300 grammi delle piante C e ai 400-500 grammi

2 4

delle piante C .

3

11. Come avviene la fotosintesi nelle piante CAM e in che cosa differisce delle piante

C e C ?

3 4

La formazione di acidi a 4 atomi di carbonio nelle piante C avviene in un comparto (le

4

cellule del mesofillo) in pochi secondi prima che avvenga la decarbossilazione e la ri-

fissazione della CO tramite il ciclo di Calvin-Benson in un altro comparto (le cellule della

2

guaina del fascio). Nelle piante CAM, la cattura iniziale della CO atmosferica in acidi C e

2 4

l’inserimento finale di CO nelle strutture carboniose sono eventi spazialmente vicini ma

2

temporalmente fuori fase di quasi 12 ore sulle 24 ore del ciclo lice-buio. Di notte, la

PEPCasi citosolica fissa CO atmosferica (e respiratoria) in ossalacetato, utilizzando il

2

fosfoenolpiruvato formato attraverso la degradazione glicolitica di carboidrati

deidrogenasi citosolica converte l’ossalacetato in malato,

immagazzinati. Una NAD-malato

che è accumulato nel vacuolo acido per il resto della notte. Durante il giorno il malato è

trasportato al cloroplasto e decarbossilato da meccanismi simili a quelli presenti nelle

piante C , cioè da un enzima malico NADP-dipendente citosolico, da un enzima malico

4

NAD-dipendente mitocondriale o da una fosfoenolpiruvato carbossichinasi mitocondriale.

La CO liberata è messa a disposizione del cloroplasto per la trasformazione attraverso il

2

ciclo di Calvin-Benson, mentre gli acidi complementari a 3 atomi di carbonio vengono

convertiti in trioso fosfati e successivamente in amido o saccarosio attraverso la

gluconeogenesi, come nelle piante C . Le variazioni del tasso di assorbimento del

4

carbonio e della regolazione degli enzimi durante tutta la giornata creano un ciclo CAM da

24 ore che si divide in quattro fasi distinte: fase I (notte), fase II (mattino), fase III (diurno) e

fase IV (tardo pomeriggio). Durante la fase notturna I, quando gli stomi sono aperti e le

foglie respirano, la CO viene catturata e accumulata come malato nel vacuolo.

2

L’assimilazione della CO da parte della PEPCasi domina la fasi I. Nella fase III diurna,

2

quando gli stomi sono chiusi e le foglie sintetizzano, il malato accumulato è

decarbossilato. Ciò si traduce in alte concentrazioni di CO in tutto il sito attivo della

2

rubisco, alleviando così gli effetti negativi della fotorespirazione. Le fasi transitorie II e IV

sono di preparazione: nella fase II aumenta l’attività della rubisco, che diminuisce nella

fase IV; al contrario, l’attività della PEPCasi aumenta nella fase IV, ma diminuisce nella

fase II. I trioso fosfati prodotti dal ciclo di Calvin-Benson sono accumulati come amido nei

cloroplasti o utilizzati per la sintesi di saccarosio, in dipendenza della specie vegetale.

Tuttavia, questi carboidrati garantiscono in definitiva non solo la crescita delle piante, ma

anche la fornitura di substrati per la successiva fase notturna di carbossilazione.

Com’è regolata la fosfoenolpiruvato carbossilasi nelle piante CAM?

12. e l’inserimento finale

Nelle piante CAM, la cattura iniziale della CO atmosferica in acidi C

2 4

di CO nelle strutture carboniose sono eventi spazialmente vicini ma temporalmente fuori

2

fase di quasi 12 ore sulle 24 ore del ciclo lice-buio. Di notte, la PEPCasi citosolica fissa

CO atmosferica (e respiratoria) in ossalacetato, utilizzando il fosfoenolpiruvato formato

2

attraverso la degradazione glicolitica di carboidrati immagazzinati. Le variazioni del tasso

di assorbimento del carbonio e della regolazione degli enzimi durante tutta la giornata

creano un ciclo CAM da 24 ore che si divide in quattro fasi distinte: fase I (notte), fase II

(mattino), fase III (diurno) e fase IV (tardo pomeriggio). Durante la fase notturna I, quando

gli stomi sono aperti e le foglie respirano, la CO viene catturata e accumulata come

2

malato nel vacuolo. L’assimilazione della CO da parte della PEPCasi domina la fasi I.

2

Nella fase III diurna, quando gli stomi sono chiusi e le foglie sintetizzano, il malato

accumulato è decarbossilato. Ciò si traduce in alte concentrazioni di CO in tutto il sito

2

attivo della rubisco, alleviando così gli effetti negativi della fotorespirazione. Le fasi

transitorie II e IV sono di preparazione: nella fase II aumenta l’attività della rubisco, che

diminuisce nella fase IV; al contrario, l’attività della PEPCasi aumenta nella fase IV, ma

diminuisce nella fase II.

Capitolo 7_ Traslocazione del floema

1. Quali sono i tessuti direttamente coinvolti nella traslocazione delle sostanze

elaborate dalle foglie?

Attraverso la pianta scorrono due vie di trasporto a lunga distanza, il floema e lo xilema. Lo

è il tessuto che trasporta l’acqua e gli elementi minerali dal sistema radicale alle

xilema

parti aeree della pianta. Il floema è il tessuto in grado di traslocare i prodotti della

fotosintesi da foglie adulte ed aree di accrescimento e di accumulo, comprese le radici. Il

floema di solito è situato nella parte esterna sia dei tessuti vascolari primari che secondari;

il floema, nelle piante con accrescimento secondario, rappresenta la parte più interna della

corteccia. Anche se la posizione del floema è di solito esterna rispetto allo xilema, si trova

anche nella parte interna di molte famiglie di eudicotiledoni. Le cellule del floema, che

trasportano lo zucchero e le altre sostanze organiche attraverso la pianta, sono definite

elementi del cribro. Con il termine elementi del cribro si intendono sia gli elementi dei tubi

cribrosi, altamente differenziati e tipici delle angiosperme, che le cellule cribrose

relativamente non specializzate delle gimnosperme. Oltre agli elementi del cribro, il

tessuto floematico contiene cellule compagne, cellula parenchimatiche (che accumulano e

rilasciano molecole nutritive) e, in alcuni casi, fibre e sclereidi (per la protezione e il

rafforzamento del tessuto) e laticiferi (cellule contenenti lattice). Comunque, solo gli

elementi del cribro sono direttamente coinvolti nella traslocazione. Le piccole venature

delle foglie e i fasci vascolari primari dei fusti sono spesso circondati da una guaina del

fascio, che consiste di uno o più strato di cellule con disposizione compatta. Nei tessuti

vascolari delle foglie la guaina del fascio circonda le piccole venature dall’inizio alla fine,

isolandole dagli spazi intercellulari della foglia.

2. Che cosa capita se si provoca un taglio circolare ad un giovane fusto in modo da

asportare il floema?

La rimozione di un anello di corteccia, che rimuove il floema, intorno a un tronco di un

albero di fatto blocca il trasporto degli zuccheri dalle foglie alle radici, senza alterare il

trasporto nello xilema. Dopo qualche tempo si osserva l’accumulo di fotosintati sopra

l’anello, quando le riserve delle radici finiscono la pianta muore (le radici sono infatti

eterotrofe).

3. Come si dimostra che gli zuccheri passano attraverso il floema?

Uno dei primi esperimenti sul trasporto floematico ha dimostrato che la rimozione di un

anello di corteccia, che rimuove il floema, intorno a un tronco di un albero di fatto bloccava

il trasporto degli zuccheri dalle foglie alle radici, senza alterare il trasporto nello xilema.

Successivamente sono stati utilizzati gli isotipi radioattivi per marcare gli zuccheri prodotti

nel processo fotosintetico e seguire la loro traslocazione attraverso gli elementi del cribro

del floema. Ad esempio la distribuzione della radioattività nelle foglie di barbabietola da

14

zucchero può essere determinata una settimana dopo che la CO è stata somministrata

2

14

per 4 ore a una singola foglia sorgente; si osserva così che il C marcato è traslocato

principalmente alle foglie pozzo direttamente sopra la foglia sorgente (cioè alle foglie

pozzo sulla stessa ortostica della sorgente; ortostica= linea verticale che unisce i punti di

intersezione di due foglie sovrapposte sullo stesso fusto).

4. Descrivi gli elementi del cribro.

Gli elementi maturi del cribro sono cellule vive specializzate per la traslocazione. Essi

sono privi di numerose strutture di solito presenti nelle cellule viventi, comprese le cellule

indifferenziate da cui si formano gli elementi maturi del cribro. Per esempio, durante lo

sviluppo, gli elementi del cribro perdono di solito il nucleo e il tonoplasto (la membrana

vacuolare). Risultano anche assenti dalle cellule mature i microfilamenti, i microtubuli,

l’apparato del Golgi e i ribosomi. Oltre alla membrana plasmatica, gli organuli che

rimangono sono dei mitocondri modificati, i plastidi e il reticolo endoplasmatico liscio. Le

pareti non sono lignificate anche se in alcuni casi presentano degli inspessimenti

secondari. Cosi, gli elementi del cribro risultano essere ben distinti dagli elementi tracheali

dello xilema che a maturità sono morti, mancano di una membrana plasmatica e

possiedono pareti secondarie lignificate. La caratteristica peculiare degli elementi del

cribro è la presenza di grandi pori nelle pareti cellulari. Gli elementi del cribro sono

caratterizzati dalle aree cribrose, porzioni della parete cellulare dove dei pori mettono in

connessione le cellule conduttrici.

5. Descrivi le caratteristiche dei due tipi di elementi del floema: elementi dei tubi

cribrosi e cellule cribrose.

Elementi del cribro è un termine comune che comprende sia gli elementi dei tubi cribrosi,

altamente differenziati e tipici delle angiosperme, che le cellule cribrose relativamente non

specializzate delle gimnosperme. Gli elementi del cribro sono caratterizzati dalle aree

cribrose, porzioni della parete cellulare dove dei pori mettono in connessione le cellule

conduttrici. I pori dell’area cribrosa vanno da un diametro di meno di 1 μm fino a circa 15

μm. Le aree cribrose degli elementi dei tubi cribrosi (angiosperme) sono più specializzare

di quelle delle cellule cribrose (gimnosperme). Per esempio. alcune aree cribrose degli

elementi dei tubi cribrosi si differenziano in placche cribrose. Le placche cribrose

possiedono dei pori più grandi di quelle delle altre aree cribrose della cellula e sono situate

di solito sulle pareti terminali degli elementi dei tubi cribrosi, dove le singole cellule si

uniscono per formare una serie longitudinale definita tubo cribroso. I pori delle placche

cribrose degli elementi dei tubi cribrosi sono fondamentalmente dei canali aperti che

permettono il trasporto fra le cellule.

Invece, tutte le aree cribrose sono più o meno uguali in gimnosperme come le conifere. I

pori delle aree cribrose delle gimnosperme si riuniscono in grandi cavità mediane al centro

della parete. Il reticolo endoplasmatico liscio (SER) copre le aree cribrose ed è in

continuità attraverso il poro e la cavità mediana.

Gli elementi del cribro danneggiati possono essere sigillati: le principali proteine coinvolte

nella riparazione degli elementi del cribro danneggiati sono proteine strutturali definite

proteine P. Gli elementi dei tubi cribrosi della maggior parte delle angiosperme, comprese

tutte le dicotiledoni e molte monocotiledoni, sono solitamente ricchi in proteina P. La

proteina P non si trova mai nelle gimnosperme.

6. Che cosa e quale funzione svolgono le cellule compagne?

Ogni elemento del tubo cribroso è associato a una o più cellule compagne e i due tipi

cellulari derivano dalla divisione di una singola cellula madre. Le cellule compagne

giocano un ruolo nel trasporto dei prodotti fotosintetici dalle cellule produttrici delle foglie

mature agli elementi del cribro nelle venature minori (più piccole) della foglia. Esse si

fanno anche carico di alcune funzioni metaboliche cruciali, come la sintesi proteina, che

risultano ridotte o perse durante il differenziamento degli elementi del cribro. I numerosi

mitocondri delle cellule compagne possono inoltre fornire energia agli elementi del cribro

sotto forma di ATP. Nelle venature minori delle foglie mature che esportano vi sono

almeno tre tipi distinti di cellule compagne comuni, transfer cells e cellule intermedie.

Le cellule compagne comuni sono caratterizzate da cloroplasti con tilacoidi ben sviluppati

e da pareti cellulari con una superficie interna liscia.

La transfer cell è simile a una cellula compagna comune, ma con lo sviluppo di

invaginazioni digitiformi della parete, particolarmente presenti nelle pareti cellulari opposte

a quelle a contatto con gli elementi del cribro. Queste invaginazioni della parete

aumentano notevolmente la superficie della membrana plasmatica, aumentando così

potenzialmente il trasferimento di soluti attraverso la membrana. Si ritiene che le cellule

compagne comuni e le transfer cells siano specializzate nell’assorbimento di soluti

dall’apoplasto o dalla parete cellulare.

A differenza delle transfer cells, le cellule intermedie sono specializzate nell’assorbimento

di soluti tramite connessioni citoplasmatiche. Le cellule intermedie contengono numerosi

plasmodesmi che le collegano alle cellule che le circondano, in modo particolare alle

cellule della guaina del fascio. Sono anche distinguibili dalle altre cellule per la presenza di

numerosi piccoli vacuoli, come anche di cloroplasti privi di granuli d’amido e con tilacoidi

poco sviluppati.

In generale, le transfer cells sono presenti nelle piante in cui gli zuccheri di trasporto

entrano nell’apoplasto durante lo spostamento degli zuccheri dalle cellule del mesofillo agli

elementi del cribro. In queste piante, queste cellule trasferiscono gli zuccheri

dall’apoplasto al simplasto negli elementi del cribro e nelle cellule compagne delle foglie

sorgente. Le cellule intermedie invece hanno una funzione nel trasporto simplastico degli

zuccheri dalle cellule del mesofillo agli elementi del cribro nelle piante dove non sembra

esserci un passaggio ipoplastico nelle foglie sorgente.

7. Descrivi la differenza fra tessuti sorgente e tessuti del pozzo.

La traslocazione del floema avviene da aree di rifornimento definite sorgenti verso aree di

metabolismo o di accumulo definito pozzi.

Le sorgenti comprendono qualsiasi organo in grado di esportare, di solito le foglie adulte, e

capace di produrre fotosintati in eccesso rispetto al proprio fabbisogno. Un altro tipo di

sorgente è un organo di riserva durante la fase di esportazione del suo sviluppo. Per

esempio, la radice che accumula riserve nella barbabietola selvatica bienne è un pozzo

durante la prima stagione di crescita, quando accumula gli zuccheri provenienti dalle foglie

sorgente. Durante la seconda stagione di crescita, la stessa radice diventa una sorgente,

gli zuccheri vengono rimossi e utilizzati per produrre un nuovo germoglio che alla fine

diventa produttivo.

I pozzi comprendono tutti gli organi non fotosintetici della pianta e quegli organi che non

producono a sufficienza prodotti fotosintetici tali da sostenere il loro fabbisogno di

accrescimento e di accumulo. Le radici, i tuberi, i frutti in via di sviluppo e le foglie non

mature che devono importare carboidrati per lo sviluppo normale sono tutti esempi di

tessuti pozzo.

8. Di che cosa è composto il succo floematico e come può essere studiato e

analizzato?

L’acqua è la sostanza più trasportata nel floema. Disciolti nell’acqua vi sono i soluti

traslocati che consistono in carboidrati, amminoacidi e proteine, ormoni, alcuni ioni

inorganici, Rna e alcuni metaboliti secondari coinvolti nella protezione e difesa. I

carboidrati sono i soluti più importanti e più concentrati nel succo floematico e il saccarosio

è lo zucchero più comunemente trasportato negli elementi del cribro. Il modo ideale per

raccogliere il succo floematico è di utilizzare lo stiletto di un afide. Gli afidi sono dei piccoli

insetti che si nutrono inserendo il loro apparato buccale, costituito di un rostro formato da

quattro stiletti tubulari, in un singolo elemento del cribro di una foglia o di un fusto. Il succo

può essere raccolto dallo stiletto dell’afide reciso dal corpo dell’insetto, di solito con un

laser, dopo un anestesia con CO . La forte pressione di turgore degli elementi del cribro

2

spinge il contenuto della cellula attraverso il tubo digerente e l’intestino dell’insetto, da

dove può essere raccolto. L’essudazione degli stiletti recisi può continuare per ore,

indicando che l’afide previene il normale funzionamento dei meccanismi di occlusione. I

carboidrati traslocati sono tutti zuccheri non riducenti, probabilmente perché meno reattivi

delle loro componenti riducenti. Gli zuccheri riducenti, come il glucosio e il fruttosio,

contengono un gruppo libero aldeidico o chetonico. In uno zucchero non riducente, il

gruppo chetonico o aldeidico è ridotto a un alcole o risulta essere unito a un gruppo simile

presente su un altro zucchero.

9. A quale velocità si muove tipicamente il succo floematico? Può muoversi a tale

velocità tramite la diffusione?

La velocità di spostamento delle sostanze degli elementi del cribro può essere espressa in

due modi: come velocità, ovvero la distanza lineare percorsa nell’unità di tempo, o come

velocità di trasferimento di massa, la quantità di materiale che passa attraverso una data

sezione trasversale di floema o di elementi del cribro nell’unità di tempo. Sia la velocità

che le velocità di trasferimento di massa possono essere misurate con traccianti

radioattivi. Nel tipo più semplice di esperimento, viene applicata per un breve periodo di

11 14

tempo a una foglia sorgente (marcatura a impulso) la CO marcata con C o C, e viene

2

misurato con un rilevatore appropriato l’arrivo della marcatura in un tessuto pozzo o in un

certo punto lungo la via di trasporto. In generale, le velocità misurate tramite una varietà di

tecniche sono mediamente di 1 m/h, mentre la velocità di diffusione è di un metro ogni 32

anni.

10. Descrivi come avviene la distribuzione ortostica del floema e come si può

dimostrare.

La distribuzione della radioattività nelle foglie di barbabietola da zucchero può essere

14

determinata una settimana dopo che la CO è stata somministrata per 4 ore a una

2

14

singola foglia sorgente; si osserva così che il C marcato è traslocato principalmente alle

foglie pozzo direttamente sopra la foglia sorgente (cioè alle foglie pozzo sulla stessa

ortostica della sorgente; ortostica= linea verticale che unisce i punti di intersezione di due

foglie sovrapposte sullo stesso fusto).

11. Descrivere il modello di flusso da pressione per il movimento del succo

floematico. In questo modello l’acqua si sposta secondo il suo gradiente di

potenziale idrico?

Il modello del flusso da pressione, descritto nelle angiosperme, stabilisce che il flusso della

soluzione all’interno degli elementi del cribro sia portato da un gradiente di pressione

generato osmoticamente fra la sorgente e il pozzo. Il gradiente di pressione è stabilito in

conseguenza al caricamento di floema alla sorgente e allo scaricamento al pozzo. Nei

tessuti sorgente, un accumulo di zuccheri negli elementi del cribro genera un basso

(negativo) potenziale di soluto e causa un rapido calo nel potenziale idrico. In risposta al

gradiente di potenziale idrico, l’acqua entra negli elementi del cribro e causa l’aumento

della pressione di turgore. Al capo ricevente della via di traslocazione, lo scaricamento del

floema porta a una minor concentrazione di zuccheri negli elementi del cribro, generando

un maggiore (più positivo) potenziale di soluto negli elementi del cribro dei tessuti del

pozzo. Come il potenziale idrico del floema aumenta al di sopra di quello dello xilema,

l’acqua tende ad abbandonare il floema in risposta al gradiente di potenziale idrico,

causando la diminuzione della pressione di turgore negli elementi del cribro del pozzo. In

assenza di pareti trasversali nella via di traslocazione, cioè se l’intera via fosse un singolo

scomparto racchiuso da una membrana, le due pressioni differenti alla sorgente e al pozzo

raggiungerebbero rapidamente l’equilibrio. La presenza delle placche cribrose aumenta

fortemente la resistenza lungo la via e ha come risultato la generazione e il mantenimento

di un gradiente di pressione sostanziale che si verifica fra la sorgente e il pozzo negli

elementi del cribro. Il succo floematico si sposta per flusso di massa, più che per osmosi.

Non vengono cioè attraversate membrane durante il trasporto da un tubo cribroso a un

altro, e i soluti si muovono alla stessa velocità delle molecole d’acqua. Poiché questo è

proprio il caso, il flusso di massa avviene da un organo sorgente con un potenziale idrico

maggiore, o viceversa, secondo l’identità degli organi sorgente.

12. Caricamento e scaricamento nel floema.*

Numerosi passaggi sono coinvolti nel movimento dei fotosintati durante il trasporto dai

cloroplasti del mesofillo agli elementi del cribro delle foglie mature.

 Il trioso fosfato che si forma durante la fotosintesi è trasportato dal cloroplasto al

citosol, dove è convertito in saccarosio. Durante la notte, il carbonio accumulato

nell’amido di riserva esce dal cloroplasto principalmente sotto forma di maltosio ed

è convertito in saccarosio.

 Il saccarosio quindi si sposta dalle cellule del mesofillo in prossimità degli elemnti

del cribro, presenti nelle venature più piccole della foglia. Questa via richiede una

distanza di solo due o tre diametri cellulari e viene definita come via di trasporto a

breve distanza.

 Nel terzo passaggio, definito caricamento del floema, gli zuccheri sono trasportati

dentro gli elementi del cribro e nelle cellule compagne, dove raggiungono

concentrazioni superiori a quelle del mesofillo. Una volta dentro, gli elementi del

cribro, il saccarosio e gli altri soluti vengono traslocati lontano dalla sorgente, un

processo conosciuto come esportazione. La traslocazione al pozzo tramite il

sistema vascolare viene detta trasporto a lunga distanza.

I processi di caricamento del floema alla sorgente e di scaricamento al pozzo producono la

forza motrice per il trasporto a lunga distanza e sono quindi di importanza basilare anche

un punto di vista agricolo. Il caricamento del floema avviene attraverso l’apoplasto o il

da

simplasto. La via a breve distanza iniziale è sempre simplastica. Comunque gli zuccheri

potrebbero muoversi interamente attraverso il simplasto tramite i plasmodesmi o a un

certo punto possono alternativamente entrare nell’apoplasto prima del caricamento del

floema., Le vie apoplastiche e simplasiche sono utilizzate in specie differenti. Il

+

caricamento del floema nella via apoplasto coinvolge un importatore saccarosio-H :

l’energia dissipata dai protoni che rientrano nella cellula è accoppiata all’assorbimento di

sostanze, in questo caso del saccarosio.

In un certo modo, gli eventi che si susseguono nei pozzi sono semplicemente l’inverso di

L’importazione di zuccheri nelle cellule pozzo coinvolge i

quanto capita alle sorgenti.

seguenti passaggi:

 Scaricamento del floema: è il processo tramite il quale gli zuccheri traslocati

fuoriescono dagli elementi del cribro dei tessuti del pozzo.

 Trasporto a breve distanza: dopo lo scaricamento, gli zuccheri sono trasportati alle

cellule del pozzo tramite una via di trasporto a breve distanza.

 Accumulo e metabolismo: nell’ultimo passaggio, gli zuccheri sono accumulati o

metabolizzati nelle cellule pozzo.

Lo scaricamento del floema e il trasporto a breve distanza possono essere simplastici o

apoplastici.

13. Descrivi gli eventi che si susseguono nella transizione da foglia pozzo a foglia

sorgente e come possono essere dimostrati.

La transizione dallo stato di pozzo a quello di sorgente si verifica più tardi nello sviluppo,

generalmente quando la foglia è al 25% circa dell’espansione, e viene di solito completato

dell’espansione. La maggior parte delle specie in cui è stata

quando raggiunge il 40-50% carica il floema dall’apoplasto. L’esportazione

studiata la transizione da pozzo a sorgente

da parte della foglia inizia dalla punta o dall’apice della lamina e procede verso la base,

fino a quando tutta la foglia è in grado di esportare. Durante il periodo di transizione la

punta esporta zuccheri, mentre la base li importa da altre foglie sorgente. La maturazione

delle foglie è accompagnata da un gran numero di cambiamenti funzionali e anatomici,

che portano all’inversione della direzione di trasporto dall’importazione all’esportazione. In

la cessazione dell’importazione e l’inizio dell’esportazione sono eventi

generale,

indipendenti. L’esportazione di zuccheri ha inizio quando il caricamento del floema ha

accumulato sufficientemente fotosintati negli elementi del cribro da permettere la

fuori della foglia. Così l’esportazione ha inizio quando:

traslocazione

 la foglia sintetizza fotosintati in quantità sufficiente per l’esportazione di una parte di

essi, vengono espressi i geni per la sintesi del saccarosio;

 sono maturate le venature minori responsabili del caricamento;

 +

il importatore saccarosio-H si esprime nel complesso elemento del cribro-cellula

compagna.

Si sa che le foglie sono dei pozzi all’inizio dello sviluppo e che diventano sorgenti

14. come acquisiscono competenza nella fotosintesi. Quali esperimenti progetteresti

per studiare la transizione delle foglie da pozzo a sorgente?

Con l’autoradiografia di una foglia estiva di zucca si può osservare la transizione della

foglia dallo stato di pozzo a quello di sorgente. In tutti i casi, le foglie hanno ricevuto per 2h

14

C dalla foglia sorgente della pianta. Il composto marcato è visibile sottoforma di un

accumulo nero. All’inizio la foglia è tutta nera, è tutta un pozzo, che importa zuccheri dalla

foglia sorgente, poi man mano che la punta della foglia smette di importare zucchero,

acquista la capacità di caricare e scaricare zuccheri, come dimostrato alla perdita degli

accumuli neri. I fotosintati sono caricati nelle venature minori, mentre le venature maggiori

hanno solo il compito di esportare e non possono più scaricare.

Che cos’è la forza di pozzo?

15.

La capacità di un pozzo di muovere assimilati verso di sé è descritta come la forza di

pozzo, che dipende da due fattori: la dimensione di pozzo e l’attività di pozzo.

Forza di pozzo = dimensione di pozzo x attività di pozzo.

La dimensione di pozzo è il peso totale del tessuto pozzo, mentre l’attività di pozzo è la

velocità di assunzione di assimilati per unità di peso di tessuto pozzo. L’alterazione della

dimensione o dell’attività del pozzo porta a cambiamenti nella modalità di trasporto.

16. Descrivi alcuni tipi di frutti in cui si può descrivere la forza di pozzo.

Per esempio la capacità di un baccello di importare carbonio dipende dal peso secco del

baccello in proporzione al numero totale dei baccelli. La sorgente si regola su .lunghi tempi

in funzione del cambiamenti nel rapporto sorgente/pozzo. Quando tutte le foglie sorgente

di una pianta di soia, ad eccezione di una, vengono oscurate per un periodo prolungato,

avvengono numerosi cambiamenti nella singola foglia rimanente, quali la diminuzione

della concentrazione dell’amido e l’aumento della velocità fotosintetica, dell’attività della

rubisco, della concentrazione di saccarosio, del trasporto dalla sorgente e della

concentrazione di orto fosfato. Così, mentre a breve termine può cambiare solo la

distribuzione di assimilati fra differenti pozzi, il metabolismo della sorgente può adattarsi a

lungo termine alle condizioni alterate. Gli zuccheri agiscono come molecole segnale che

regolano molti processi metabolici e di sviluppo nelle piante. In generale, la riduzione di

carboidrati aumenta l’espressione dei geni della fotosintesi, la mobilitazione delle riserve e

i processi di esportazione, mentre abbondanti risorse carboniose favoriscono i geni per

l’accumulo e l’utilizzo. Il saccarosio e gli esosi che si accumulano a seguito della

diminuzione della richiesta da parte dei pozzi sono noti per la loro capacità di reprimere i

geni della fotosintesi.

Capitolo 8_ Assimilazione dei nutrienti minerali

L’incorporazione degli elementi minerali in sostanze organiche quali pigmenti, cofattori di

enzimi, lipidi, acidi nucleici o amminoacidi è definita assimilazione di nutrienti.

 3-

Nell’assimilazione del nitrato (NO ), l’azoto è convertito in una forma

2-

energeticamente superiore, il nitrito (NO ), successivamente convertito in una

4+

forma energeticamente superiore, l’ammonio (NH ), per essere infine convertito

nell’azoto ammidico dell’amminoacido glutammina.

 Alcune piante, come le leguminose, formano associazioni simbiontiche con alcuni

batteri azoto fissatori che convertono l’azoto molecolare in ammoniaca (NH ). L’NH

3 3

è il primo prodotto stabile della fissazione naturale, tuttavia, a pH fisiologico

l’ammoniaca è protonata a formare lo ione ammonio. Il processo di fissazione

biologica dell’azoto, insieme alla successiva assimilazione dell’NH in un

3

amminoacido, consuma l’equivalente di 10 ATP per ogni azoto ammidico.

 42-

L’assimilazione del solfato (SO ) nell’amminoacido cisteina tramite le due vie

presenti nelle piante consuma circa 14 ATP.

L’assimilazione di altri nutrienti, specialmente i cationi macronutrienti e micronutrienti,

2+

implica la formazione di complessi con composti organici. Per esempio, il Mg si associa

2+ 6+

con i pigmenti della clorofilla, il Ca con i pectati della parete cellulare, e il Mo con

enzimi quali nitrato reduttasi e nitrogenasi. Questi complessi sono estremamente stili e la

rimozione del nutriente dal complesso può portare alla perdita della funzionalità.

dell’azoto

1. Descrivi le principali tappe del ciclo

L’azoto contiene grandi quantità di azoto molecolare, circa il 77% del volume totale.

L’acquisizione di azoto dall’atmosfera (fissazione dell’azoto) richiede la rottura di un triplo

legame covalente, eccezionalmente stabile presente tra due atomi di azoto per produrre

ammoniaca o nitrato. I processi naturali che fissano l’azoto sono: i fulmini, che causano la

formazione di radicali liberi ossidrilici, atomi liberi di ossigeno, a partire dal vapor d’acqua e

dall’ossigeno contenuti nell’atmosfera; queste specie reattive attaccano l’azoto molecolre e

formano acido nitrico (HNO ) che precipita al suolo con la pioggia; le reazioni

3

fotochimiche, che coinvolgono ossido nitrico gassoso (NO) e ozono (O ), che producono

3

con la pioggia.; fissazione biologica dell’azoto, in cui i

acido nitrico, che precipita al suolo

batteri o cianobatteri fissano l’N in ammoniaca, questa si scioglie in acqua per formare

2

ammonio.

L’azoto, una volta fissato in ammoniaca o nitrato, entra in un ciclo biogeochimico e passa

attraverso diverse forme organiche ed inorganiche prima di ritornare alla forma

molecolare. Solo una piccola parte dell’ammonio ricavato dall’azoto atmosferico viene

assunto dalle piante e incorporato in molte molecole organiche mediante una riduzione

assimilativa, per essere poi utilizzato dai consumatori dei vari ordini. Il sistema biologico

può rilasciare l’azoto attraverso la decomposizione, l’azoto, attraverso il processo di

ammonificazione, torna al terreno sotto forma di ione ammonio, quindi viene trasformato in

nitrato di batteri nitrificanti del terreno e reso cosi ancora disponibile per le piante. Se il

suolo è povero di ossigeno, diventano attivi i batteri denitrificanti, che trasformano il nitrato

in nitrito, in ossidi di azoto e in azoto elementare.

Qual è l’effetto tossico dell’ammonio per le cellule vegetali?

2. Come è possibile

evitare tale tossicità?

In condizioni di elevata concentrazione nel suolo, come accade dopo la fertilizzazione,

l’assorbimento dell’ammonio e del nitrato da parte delle radici può eccedere la capacità

della pianta di assimilazione, portando ad un accumulo degli ioni nei tessuti vegetali. Se si

accumula nei tessuti viventi al alte concentrazioni, l’ammonio risulta tossico sia per le

piante sia per gli animali. L’ammonio dissipa il gradiente protonico transmembrana

indispensabile per il trasporto degli elettroni sia della fotosintesi sia della respirazione.

Poiché elevate concentrazioni di ammonio sono pericolose, gli animali hanno sviluppato

una tipica avversione al suo odore. Il composto attivo presente nei Sali di rianimazione è il

carbonato d’ammonio. Le piante assimilano l’ammonio vicino ai siti di assorbimento o di

produzione e accumulano rapidamente qualsiasi eccesso nei vacuoli, evitando così i suoi

o sul citosol. Le piante, a differenza dell’ammonio, possono

effetti tossici sulle membrane

accumulare elevate quantità di nitrato e possono traslocarlo da tessuto a tessuto senza

effetti deleteri.

Descrivi quale enzima è coinvolto nell’assimilazione del nitrato e nella

3. sua

riduzione ad ammonio.

Le radici delle piante assorbono attivamente il nitrato dalla soluzione del suolo tramite

numerosi cotrasportatori nitrato-protone. Le piante assimilano la maggior parte del nitrato

assorbito in composti organici azotato. Il primo passaggio di questo processo è la

riduzione citosolica del nitrato in nitrito, una reazione che comporta il trasferimento di due

elettroni, ad opera dell’enzima nitrato reduttasi.

La forma più comune di nitrato reduttasi utilizza solo NADH come donatore di elettroni,

mentre un’altra forma dell’enzima si trova principalmente in tessuti non verdi, come le

radici, e può utilizzare sia NADH che NADPH. Le nitrato reduttasi delle piante superiori

sono omodimeri, composte cioè da due subunità identiche, ognuna con tre gruppi

prostetici: FAD, un eme e un molibdeno complessato con una molecola organica detta

pterina. Il dominio che lega il FAD accetta due elettroni dal NADH o dal NADPH, gli

elettroni passano quindi attraverso il dominio dell’eme per giungere al complesso

molibdebo, dove sono trasferiti al nitrato. Il nitrito è uno ione altamente reattivo e

potenzialmente tossico, le cellule vegetali trasportano immediatamente il nitrito generato

durante la riduzione del nitrato dal citosol nei cloroplasti nelle foglie e nei plastidi nelle

radici. In questi organuli l’enzima nitrito reduttasi riduce il nitrito in ammonio secondo la

reazione:

La ferredossina ridotta deriva dal trasporto elettronico fotosintetico nei cloroplasti e dal

NADPH generato dalla via ossidativa dei pentosi fosfati nei tessuti non verdi. I cloroplassti

e i plastidi della radice contengono diverse forme dell’enzima, ma entrambe le forme

consistono di un singolo polipeptide che contiene due gruppi prostetici: un centro ferro-

zolfo ed un eme specializzato. Questi gruppi agiscono insieme per legare il nitrito e lo

riducono direttamente ad ammonio. Anche se non vi è accumulo di composti azotati o di

stati redox intermedi, una piccola percentuale di nitrato ridotto è liberata come ossido

nitroso, un gas da effetto serra.

Assimilazione dell’ammonio*

4.

Le cellule vegetali evitano la tossicità dell’ammonio convertendo rapidamente l’ammonio

generato dall’assimilazione del nitrato o dalla fotorespirazione in amminoacidi. La via

l’azione sequenziale della glutammina

principale per questa conversione coinvolge

sintetasi e della glutammato sintasi. La glutammina sintasi unisce l’ammonio con il

glutammato per formare la glutammina. 2+

Questa reazione richiede l’idrolisi di un ATP e coinvolge uno ione bivalente come Mg ,

2+ 2+ come cofattore. Elevate quantità di glutammina plastidiale stimolano l’attività

Mn o Co

della glutammato sintasi. Questo enzima trasferisce il gruppo ammidico della glutammina

al 2-oxoglutarato, formando due molecole di glutammato. le piante contengono due tpi di

GOGAT, una accetta elettroni dal NADH, l’altra accetta elettroni dalla ferrdossina.

L’ammonio può essere assimilato tramite una via alternativa. La glutammato deidrogenasi

(GDH) catalizza la reazione reversibile capace di sintetizzare o deaminare il glutammato.

Una volta assimilato nella glutammina e nel glutammato l’azoto è incorporato in altri

amminoacidi attraverso reazioni di transamminazione. Queste reazioni vengono portate a

termine da enzimi conosciuti come amminotrasferasi (AAT), in cui l’ammino gruppo del

glutammato è trasferito sul gruppo carbossilico dell’aspartato. Tutte le reazioni di

transamminazione richiedono come cofattore il piridossal fosfato (vitamina B ).

6

5. Come varia il succo xilematico fra diverse specie quando si analizza la sua

componente azotata?

Sia i germogli che le radici assimilano nitrato, e questo varia da specie a specie. In piante

come la lappola il metabolismo del nitrato è limitato al germoglio, in altre piante come il

lupino bianco la maggior parte del nitrato è metabolizzata nelle radici. Si può anche notare

la presenza di ureidi, composti azotati specializzati, nel fagiolo e nel pisello; solo le

leguminose di origine tropicale esportano azoto sotto forma di questi composti.

dell’azoto e quali vantaggi offre alle

6. In che cosa consiste al fissazione biologica

piante.

La fissazione biologica dell’azoto è responsabile della maggior parte della fissazione

nell’N atmosferico in ammonio e ciò richiede la rottura di un triplo legame covalente,

2

eccezionalmente stabile, presente fra due atomi di azoto per produrre ammoniaca o

nitrato. Il procariote fornisce direttamente l’azoto fissato alla pianta in cambio di nutrienti e

altri carboidrati. La fissazione dell’azoto richiede condizioni anaerobiche, ad esempio nei

cianobatteri le condizioni anaerobiche sono create in cellule specializzate dette eterocisti. I

cianobatteri possono fissare l’azoto in condizioni anaerobiche, come quelle che si

verificano in terreni allagati.

7. Spiega le associazioni simbiontiche fra piante superiori e batteri azoto-fissatori e

presenta un esempio.

Alcuni batteri possono convertire l’azoto atmosferico in ammonio. La maggior parte di

questi procarioti azoto-fissatori vive libera nel suolo, di solito in modo indipendente da altri

organismi. Pochi di essi formano associazioni simbiontiche con le piante superiori in cui il

procariote fornisce direttamente alla pianta ospite l’azoto fissato in cambio di altri nutrienti

e carboidrati. Tali simbiosi si trovano nei noduli che si formano nelle radici delle piante e

che contengono i batteri azoto-fissatori. Il tipo più frequente di simbiosi si trova fra i

membri della famiglia delle leguminose e i batteri del suolo del genere rhizobia. Un altro

tipo di simbiosi avviene fra molte specie legnose, come l’ontano, ed i batteri del suolo del

genere Frankia; queste piante sono note come piante attinorriziche. La pianta erbacea

e la piccola felce d’acqua

sudamericana Gunnera Azolla formano associazioni

simbiontiche rispettivamente con i cianobatteri del genere Nostoc e Anabaena.

8. Illustra i meccanismi chimici e morfologici che portano alla formazione dei noduli

radicali.

I procarioti simbionti che fissano l’azoto dimorano nei noduli, gli organi speciali della pianta

ospite separati dal citoplasma da membrana derivate dalla membrana plasmatica della

pianta. Nel caso delle leguminose e delle piante attinorriziche, sono i batteri azoto-fissatori

che inducono la pianta a formare noduli. La simbiosi fra le leguminose ed i rizobi non è

obbligatoria. Le particelle di leguminose germinano senza associarsi ai rizobi e possono

rimanere in assenza di questa associazione per tutto il loro ciclo vitale. I rizobi si possono

anche trovare come organismi liberi nel suolo. In condizioni di limitazione di azoto i

simbionti si cercano vicendevolmente attraverso un elaborato scambio di segnali. I geni

delle piante specifici per la nodulazione sono detti geni della nodulina (Nod), mentre i geni

dei rizobi che partecipano alla formazione del nodulo sono detti geni della nodulazione. I

geni nod codificano proteine di nodulazione, la maggior parte dei quali è coinvolta nella

biosintesi dei fattori Nod. I fattori Nod sono molecole di segnale lipochitin oligosaccaridi

legata in β

che, ognuna di esse ha uno scheletro di chitina con N-acetil-D-glucosammina

1,4, che varia in lunghezza da tre a sei unità di zucchero, e una catena di acile grasso

nella porzione C2 dello zucchero non riducente.

Durante la formazione del nodulo radicale avvengono due processi simultanei: l’infezione

e l’organogenesi del nodulo. Durante il processo di infezione i rizobi attaccati ai peli

radicali rilasciano i fattori Nod che inducono un pronunciato incurvamento della cellula del

pelo radicale. Le pareti cellulari dei peli radicali cominciano a degradarsi in questa zona,

anche in risposta ai fattori Nod, permettendo alle cellule batteriche un accesso diretto alla

superficie esterna della membrana plasmatica della pianta. Il passaggio seguente implica

la formazione del filamento di infezione, un’estensione tubulare interna della membrana

plasmatica prodotta dalla fusione delle membrane di vescicole generate dal Golgi nel

punto di infezione. Il filamento cresce dalla punta, tramite la fusione di vescicole secretrici

verso la parte terminale del tubo. Le cellule corticali infette della radice si differenziano e

cominciano a dividersi, formando un’area ben distinguibile della corteccia, definita

All’inizio i batteri continuano a

primordio del nodulo, dalla quale si svilupperà il nodulo.

dividersi e le membrane che li circondano aumentano la loro superficie per permettere

questa crescita fondendosi con vescicole più piccole. Poco dopo, a seguito di un segnale

dalla pianta ancora non determinato, i batteri smettono di dividersi ed iniziano ad

ingrandirsi e differenziarsi in organuli endosimbiontici azoto-fissatori definiti batteroidi.

Descrivi l’attività enzimatica del complesso della nitrogenasi.

9.

La fissazione biologica dell’azoto produce ammoniaca a partire da azoto molecolare.

La riduzione dell’N a 2NH , un trasferimento di sei elettroni, è accoppiata alla riduzione di

2 3

due protoni per formare H . Questa reazione è catalizzata dal complesso enzimatico della

2

nitrogenasi. Il complesso enzimatico della nitrogenasi può essere separato in due

componenti, la Fe proteina e la MoFe proteina, nessuna delle quali ha una propria attività

catalitica. La Fe proteina è la più piccola delle due componenti ed ha due subunità

2-

, l’ammasso ferro-zolfo

identiche. Per ogni dimero contiene un gruppo 4Fe e uno 4S

partecipa alle reazioni redox coinvolte nella conversione di N in NH . La Fe proteina è

2 3

estremamente sensibile all’ossigeno. La MoFe proteina ha quattro subunità, possiede due

atomi di molibdeno per molecola in due ammassi Mo-Fe-S; la MoFe proteina è anche

disattivata dall’ossigeno. Nella reazioni generala della riduzione dell’azoto, la ferredossina

dona elettroni alla Fe proteina, la Fe proteina idrolizza quindi l’ATP e riduce la MoFe

proteina. La MoFe proteina può quindi ridurre numerosi substrati, sebbene in condizioni

+

naturali reagisca solo con l’N l’H dall’N

e . La produzione dei NH e H è una reazione

2 3 2 2

esoergonica. per l’assimilazione del solfato in

10. Perché è necessaria icomposti organici? Quali

sono i primi passaggi nell’assimilazione dello zolfo?

Lo zolfo è uno degli elementi più versatili presenti negli organismi viventi. I ponti disolfuro

delle proteine giocano ruoli strutturali e di regolazione. Lo zolfo partecipa al trasporto

elettronico tramite gli ammassi ferro-zolfo. I siti catalitici di numerosi enzimi e coenzimi,

come l’ureasi e il coenzima A, contengono zolfo. La maggior parte dello zolfo presente nei

costituenti carboniosi delle cellule delle piante superiori deriva principalmente dal solfato

42- + 42-

(SO ), assorbito tramite un importatore H -SO dalla soluzione del suolo. Il solfato

presente nel terreno deriva prevalentemente dallo sgretolamento di materiale proveniente

dalla roccia madre. L’utilizzo di combustibili fossili libera diverse forme gassose di zolfo,

) e l’acido solfidrico (H

come il biossido di zolfo (SO S), che sono poi veicolati nel terreno

3 2

tramite la pioggia. Nella fase gassosa, l’anidride solforosa reagisce con un radicale

ossidrile e con l’ossigeno per formare triossido di zolfo. L’SO si scioglie in acqua per

3

diventare acido solforico (H SO ), un acido forte che è il principale responsabile delle

2 4

piogge acide.

La prima tappa nella sintesi di composti organici solforati è la riduzione del solfato per

formare l’amminoacido cisteina. Il solfato è molto stabile e quindi, prima di procedere in

L’attivazione inizia con la reazione fra il solfato e

altre reazioni, deve essere riattivato.

l’ATP per formare l’adenosina-5’-fosfosolfato (APS) e pirofosfato (PPi).

L’enzima che catalizza questa reazione è l’ATP solforilasi. La reazione di attivazione è

energeticamente sfavorevole. Per spingere questa reazione avanti occorre che i prodotti

APS e PPi siano convertiti rapidamente in altri composti. Il PPi è idrolizzato a fosfato

inorganico (Pi) dalla pirofosfasazione inorganica secondo la reazione:

L’altro prodotto, l’APS, è rapidamente ridotto o fosforilato. La riduzione è la via

predominante. La riduzione dell’APS è un processo a tappe multiple che avviene

esclusivamente nei plastidi. La fosforilazione dell’APS, localizzata nel citosol, è la via

alternativa. Prima l’APS chinasi catalizza la reazione dell’APS con l’ATP per formare

3’fosfoadenosina-5’-fosfosolfato (PAPS).

LA solfotrasferasi può quindi trasferire il gruppo solfato dal PAPS a vari composti quali

colina, brassinosteroidi, flavonoli, glucoside dell’acido gallico, glucosinolitati, peptidi e

polisaccaridi.

Come avviene l’assimilazione del fosfato inorganico?

11. 42-

Il fosfato (HPO ) contenuto nelle soluzioni del terreno è assorbito rapidamente dalle

+ 42-

radici delle piante tramite un importatore H -HPO e incorporato in una gran varietà di

composti organici, come gli zuccheri fosfati, i fosfolipidi e i nucleotidi. Il principale punto

d’entrata del fosfato nella via di assimilazione è durante la formazione di ATP. La reazione

generale per questo processo implica l’addizione di fosfato inorganico al secondo gruppo

fosfato dell’adenosina difosfato per formare un legame di estere fosforico. Nei mitocondri

l’energia per sintetizzare ATP proviene dall’ossidazione del NADH tramite la fosforilazione

dall’energia luminosa nel processo di

ossidativa. La sintesi di ATP è anche generata

fotofosforilazione, che avviene nei cloroplasti.

La glicolisi incorpora il fosfato inorganico nell’acido 1,3-difosfoglicerico formando un

ad alta energia. Questo fosfato può essere donato all’ADP per

gruppo acil-fosfato formare

fosforilazione a livello di substrato. Una volta incorporato nell’ATP il

ATP in una reazione di

gruppo fosfato può essere trasferito tramite diverse reazioni per formare i vari composti

fosforilati che si trovano nelle cellule delle piante superiori.

12. Descrivi come vengono assimilati i principali cationi.

I cationi assorbiti dalle cellule vegetali formano complessi con composti organici in cui il

catione si lega al composto carbonioso con la formazione di legami non covalenti. I cationi

macronutritivi come il potassio, il magnesio e il calcio, come anche i cationi micro nutritivi

come il rame, il ferro, il manganese, il cobalto, il sodio e lo zinco sono assorbiti dalle piante

in questo modo. I legami non covalenti che si formano tra i cationi e i composti carboniosi

sono di due tipi: legami di coordinazione e legami elettrostatici. Nella formazione di

complessi di coordinazione l’ossigeno, o gli atomi di azoto di un composto carbonioso

donano gli elettroni spaiati per formare un legame con il nutriente cationico. Come la

risultato, la carica positiva sul catione è neutralizzata. I legami di coordinazione si formano

tipicamente fra cationi polivalenti e molecole organiche, come fra il rame e l’acido tartarico

elettrostatici si formano a causa dell’attrazione di

o fra il magnesio e la clorofilla a. I legami

cationi carichi positivamente per gruppi di composti organici carichi negativamente, come il

-

carbossilato (-COO ) su un composto carbonioso. Nei legami elettrostatici, a differenza di

quelli di coordinazione, il catione mantiene la sua carica positiva. In generali, i cationi quali

2+ 2+

magnesio (Mg ) e calcio (Ca ) sono assimilati tramite la formazione sia di complessi di

coordinazione sia di legami elettrostatici con amminoacidi, fosfolipidi e altre molecole

cariche negativamente.

Il ferro è importante nelle ferro-zolfo proteine e come catalizzatore delle reazioni redox

mediate dagli enzimi. Le piante acquisiscono il ferro dal suolo, dove è principalmente

3+ 2+ 4-

presente in forma ferrica (Fe ) negli ossidi sottoforma di Fe(OH) , Fe(OH) e Fe(OH) .

3

Le radici, per assorbire quantità sufficienti di ferro dalla soluzione del suolo, hanno

sviluppato numerosi meccanismi che aumentano la solubilità del ferro e quindi la sua

l’acidificazione del suolo, che aumenta la

disponibilità. Questi meccanismi comprendono 2+

sua solubilità del ferro ferrico; la riduzione del ferro ferrico nella forma ferrosa (Fe ) più

solubile; il rilascio di composti che formano complessi stabili e solubili con il ferro. Le radici

il suolo che le circonda. Esse estrudono protoni durante l’assorbimento

di solito acidificano

e l’assimilazione di cationi, in particolare ammonio, rilasciando acidi organici come l’acido

malico e il citrato, che aumentano la disponibilità del ferro e del fosfato. Le carenze di ferro

stimolano l’estrusione di protoni dalla radice. Numerosi composti secreti dalle radici

formano chelanti stabili con il ferro; ne sono un esempio l’acido malico, l’acido citrico, i

composti fenolici e l’acido piscidico. Le graminacee producono una classe speciale di

chelanti del ferro definiti siderofori. I siderofori sono costituiti da amminoacidi non

riscontrabili nelle proteine, come l’acido mugineico, e formano complessi estremamente

3+

stabili con il Fe . Le cellule delle radici delle graminacee possiedono sistemi di trasporto

3+

per Fe -siderofori nelle loro membrane plasmatiche capaci di portare il chelato nel

citoplasma. Quando le radici assorbono ferro o un chelato del ferro, esse lo ossidano in

una forma ferrica e ne traslocano la maggior parte nelle foglie come complesso

elettrostatico con il citrato o con la nicotianammina. Quando è nelle foglie, il ferro va

incontro ad una importante reazione di assimilazione attraverso la quale è inserito nel

precursore porfirinico del gruppo eme che si trova nei citocromi localizzati nei cloroplasti

nei mitocondri. Questa reazione è catalizzata dall’enzima ferochetalasi. Il ferro libero

(quello non complessato con composti organici) può interagire con l’ossigeno per formare

.

radicali idrossile OH altamente dannosi. Le cellule vegetali possono limitare il danno

accumulando il ferro in eccesso in un complesso ferro-proteina chiamato fitoferritina.

Come viene assimilato l’ossigeno.

13.

La respirazione è responsabile della maggior parte (circa il 90%) dell’ossigeno utilizzato

dalle cellule vegetali. Un’altra grande via di assimilazione dell’ossigeno in composti

organici comprende l’incorporazione dell’O dell’acqua. Una piccola parte di ossigeno può

2

essere assimilata direttamente in composti organici nel processo definito fissazione

dell’ossigeno da enzimi noti come ossigenasi. L’ossigenasi più importanti nelle piante è la

ribilosio 1,5-bisfosfato carbossilasi/ossigenasi (rubisco), che durante la fotorespirazione

incorpora ossigeno in un composto organico e libera energia.

L’assimilazione dell’ossigeno può avvenire secondo due vie: la reazione diossigenasica, in

cui vengono trasferiti tutti e due gli atomi di ossigeno al substrato, questa reazione è

catalizzata dalla lipossigenasi che reagisce con gli acidi grassi; la reazione

monoossigenasica. in cui viene trasferito al substrato un solo atomo della molecola di O ,

2

la reazione è catalizzata dagli enzimi della famiglia del cyt p340 monossigenasi, questa

reazione rende il substrato più polare, usando come donatore di elettroni il NADPH, il tutto

avviene nei cloroplasti o nel reticolo endoplasmatico. Il NADPH diventa NADP, da una

molecola (ad esempio acido cinnamico) costituita da una piccola parte polare (il gruppo

COOH) e una grossa parte lipofila, si forma una molecola più polare (acido p-cumarico)

grazie all’aggiunta di un gruppo OH. Questo fa sì che si aumenti anche la solubilità della

molecola infatti questo meccanismo viene usato per sequestrare sostanze tossiche nel

anche essere usata per risanare l’ambiante.

vacuolo. la reazione di monossigenasi può

Capitolo 9_ Metaboliti secondari delle piante

1. Quali sono le principali funzioni dei metaboliti secondari?

Le piante producono una vasta e diversificata gamma di composti organici che non

sembrano avere una funzione diretta sulla loro crescita e sullo sviluppo. Queste sostanze

sono conosciute come metaboliti secondari. I metaboliti secondari differiscono anche dai

metaboliti primari per avere una distribuzione ristretta nel regno vegetale, in quanto si

trovano tipicamente solo in una specie vegetale o un in gruppo di specie imparentate,

mentre i metaboliti primari di base si trovano in tutto il regno vegetale.

I metaboliti secondari svolgono importanti funzioni ecologiche nelle piante:

 proteggono le piante dall’essere mangiate dagli erbivori e dalle infezioni dei

patogeni microbici;

 sono degli attrattanti (odori, colori e gusti) per gli impollinatori e per gli animali in

grado di disperdere i frutti;

 hanno funzioni come agenti di competizione fra pianta e pianta e nelle simbiosi

pianta-microbo.

2. Cosa intendiamo per metabolismo secondario del carbonio e quali vie metaboliche

sono comprese in questa categoria?

Per metaboliti primari si intendono carboidrati, proteine e zuccheri.

I metaboliti secondari vegetali possono essere suddivisi in tre gruppi chimicamente distinti:

terpeni, fenoli e composti contenenti azoto. I terpeni sono sintetizzati a partire dai

metaboliti primari in almeno due modi differenti: la via dell’acido mevalonico, in cui tre

molecole di acetil Co-A si uniscono sequenzialmente per formate acido mevalonico, che

l’IPP; l’IPP può essere

viene poi pirofosforilato, decarbossilato e deidratato per formare

formato anche tramite la via metabolica del metileritritolo fosfato (MEP), che opera nei

e in altri plastidi. L’IPP, isopentenil difosfato è il composto attivato di base a

cloroplasti

cinque atomi di carbonio dei terpeni. I fenoli vegetali sono sintetizzati seguente due vie

biosintetiche di base: la via dell’acido scichimico e la via dell’acido malonico. La via

dell’acido scichimico converte semplici precursori carboidrati derivanti dalla glicolisi e dalla

via ossidativa dei pentosi fosfati nei tre amminoacidi aromatici: fenilalanina, tirosina e

triptofano, uno degli intermedi è l’acido scichimico. La via dell’acido malonico, intermedio

della sintesi degli acidi grassi, sebbene sia una fonte importante di prodotti secondari

fenolici nei funghi e nei batteri, riveste nelle piante superiori un significato minore.

I composti secondari contenenti azoto sono sintetizzata a partire dagli amminoacidi

azotati, attraverso la via dell’acido scichimico.

3. Discutere sulle principali funzioni dei metaboliti secondari nelle piante e mettere in

relazione queste funzioni con i siti di accumulo dei metaboliti secondari nella

pianta.

I metaboliti secondari nelle piante hanno il ruolo di proteggere le piante dall’essere

mangiate dagli erbivori e dalle infezioni dei patogeni microbici; sono degli attrattanti (odori,

colori e gusti) per gli impollinatori e per gli animali in grado di disperdere i frutti. hanno

funzioni come agenti di competizione fra pianta e pianta e nelle simbiosi. I terpeni sono la

classe più vasta di metaboliti secondari, hanno funzione di difesa contro gli erbivori, sono

tossine che agiscono da deterrenti per un gran numero di insetti e di mammiferi fitofagi.

Per esempio, gli esteri monoterpenici chiamati piretro idi che si trovano nelle foglie e nei

fiori delle specie di Chrysanthemum, mostrano di avere una potentissima attività

come il pino e l’abete, i monoterpeni si accumulano nei canali

insetticida. Nelle conifere,

resiniferi degli aghi, dei ramoscelli e del tronco e sono tossici per un discreto numero di

insetti, inclusi i coleotteri della corteccia, che sono pericolosi agenti infestanti delle specie

conifere, Molte piante contengono miscele di monoterpeni e sesquiterpeni volativi, definite

oli essenziali, che possiedono delle proprietà repellenti per gli insetti che sono ben

conosciute: essi si trovano frequentemente in tricomi ghiandolari, che si protendono fuori

dalle epidermidi e servono da avvertimento sulla tossicità della pianta, agendo da

repellenti sui potenziali erbivori ben prima che questi possano dare un morso. Nei tricomi

ghiandolari i terpeni sono sequestrati in uno spazio extracellulare modificato, situato tra

cuticola e parete cellulare. Fra i terpeni non volatili antierbivori vi sono i limonoidi, un

gruppo di triterpeni, che sono ben conosciuti come sostanze amare dei frutti degli agrumi.

gli insetti è l’azadiractina, deterrente

Forse il più potente deterrente conosciuto contro

L’ingestione di fitoecdisoni distrugge il ciclo della muta degli

alimentare per alcuni insetti.

insetti, interferendo con la perdita del vecchio esoscheletro e la produzione del nuovo, c

conseguenze letali. I triperpeni che difendono la piante dagli erbivori vertebrati

comprendono i cardenolidi e le saponine. I cardenolidi sono dei glicosidi con gusto amaro

estremamente tossici per gli animali superiori. Le saponine sono glicosidi di steroidi e

triterpeni così chiamate a causa delle loro proprietà simili a quelle del sapone, la loro

tossicità è presumibilmente il risultato della loro capacità di formare complessi con gli

steroli.

I fenoli rivestono diversi ruoli nella pianta: molti servono come difesa da erbivori e

patogeni, altri come sostegno meccanismo, come fonte di attrazione per gli impollinatori e

per la dispersione del frutto o come inibitori di crescita sulle piante in competizione che

crescono nelle vicinanze della pianta che li produce. Le furano cumarine non sono

tossiche fino a quando non vengono attivate dalla luce e una volta attivate possono

inserirsi nella doppia elica del DNA e legarsi alle basi pirimidiniche citosina e timina,

bloccano così la trascrizione e la riparazione e portano alla morte della cellula. La lignina è

una complessa macromolecola fenolica, si trova nelle pareti cellulari di diversi tipi cellulari

che formano tessuti di sostegno e di conduzione come le tracheidi e i vasi xilematici. si

deposita nella parete secondaria ispessita, ma si può anche trovare nella parete primaria e

nella lamella mediana. La rigidità meccanica della lignina rafforza i fusti e i tessuti

vascolari permettendo all’acqua egli elementi minerali di essere trasportati attraverso lo

xilema senza il collasso dei tessuti, anche sotto pressioni negative. La sua durezza fisica

scoraggia la nutrizione degli animali e la sua persistenza chimica la rende relativamente

indigeribile agli erbivori. Una delle classi più vaste appartenenti ai fenoli vegetali è quella

dei flavonoidi, e ne esistono quattro gruppi principali: le antocianine sono flavonoidi

colorati che attraggono gli animali, forniscono segnali visivi che aiutano ad attirare

impollinatori e dispersori di semi; i flavonoidi possono proteggere dal danno dovuto alle

radiazioni UV; gli isoflavonoidi hanno una vasta attività farmacologica; i tannini sono

composti deterrenti contro gli erbivori, sono generalmente delle tossine che riducono in

modo significativo la crescita e la sopravvivenza, agiscono come repellenti per

in grande quantità di animali, infatti i frutti immaturi di solito hanno un alto

l’alimentazione

contenuto di tannini che scoraggiano la nutrizione dei frutti fino a quando sono abbastanza

maturi per la dispersione. Tra i composti contenenti azoto ci sono le ben note difese contro

gli erbivori quali gli alcaloidi e i glicosidi cianogeni, di considerevole interesse a causa della

loro tossicità per gli uomo e per le loro proprietà medicali. Gli alcaloidi sono noti per i forti

effetti farmacologici sui vertebrati, molto sono tossici per gli erbivori, così possono fungere

da difesa contro i predatori. Altri alcaloidi come la cocaina, la nicotina e la caffeina godono

di diffusi usi non medici sotto forma di stimolanti o sedativi. I glucosidi cianogeni liberano

l’acido cianidrico, le specie che producono glicosidi cianogeni producono anche gli enzimi

necessari per idrolizzare lo zucchero e liberare l’HCN. I glicosidi cianogeni di solito non

sono degradati nella pianta intatta poiché il glicoside e gli enzimi degradanti sono separati

spazialmente in diversi comparti cellulari o in differenti tessuti, in condizioni normali,

questa compartimentalizzazione previene la decomposizione del glicoside. Ma quando la

foglia è danneggiata, come durante l’erbivoria, i contenuti delle differenti cellule si

mescolano e si libera HCN, che è una tossina ad azione rapida che blocca la respirazione

cellulare legandosi al gruppo eme contenente ferro della citocromo ossidasi, un enzima

chiave della respirazione mitocondriale. Una seconda classi di glicosidi vegetali che si

spezzano per rilasciare sostanze volatili di difesa è rappresentata dai glucosinolati o

glicosidi dell’olio di senape. I glucosinolati liberano composti che sono responsabili

dell’odore e del gusto di alcuni ortaggi come il cavolo, i broccoli e i ravanelli.

4. Quale rapporto esiste metabolismo primario e secondario.

Il metabolismo primario è l’insieme di processi e di reazioni necessarie per la

sopravvivenza della cellula, e porta alla formazione dei carboidrati. dai quali possono

essere ricavati i metaboliti secondari. I terpeni possono essere prodotti attraverso la via

dell’acido mevalonico a partire dall’acetil CoA, prodotto dalla glicolisi, oppure tramite la via

MEP, a partire da composti intermedi della glicolisi o della via della riduzione fotosintetica

del carbonio come il piruvato e il 3-fosfoglicerato. I composti fenolici sono prodotti

attraverso la via dell’acido scichimico, che converte semplici precursori carboidrati derivati

dalla glicolisi e dalla via ossidativa dei pentoso fosfati nei tre amminoacidi aromatici:

fenilalanana, tirosina e triptofano, oppure tramite la via dell’acido malonico che è un

intermedio della sintesi degli acidi grassi. La maggior parte dei metaboliti secondari

contenenti azoto è sintetizzata a partire da amminoacidi comuni.

5. Quali funzioni hanno la cutina, la suberina e le cere? In quali cellule si trovano e

come possiamo distinguerli chimicamente?

Tutte le superfici delle piante esposte all’atmosfera sono ricoperte da strati di materiale

per limitare la perdita d’acqua e limitare l’ingresso di funghi e di batteri patogeni.

lipidico

La superficie esterna è ricoperta da composti generati dalla parete cellulare delle cellule

epidermiche. Sono acidi grassi a lunga catena (fino a 50 C), idroassiacidi grassi e esteri di

acidi grassi. Verso l’esterno la parete cellula forma strati cuticolari composti da diverse

molecole di natura polisaccaridica, proteina, ma soprattutto lipidica, quali cutine, cere e

carboidrati. Sopra la parete troviamo la cuticola, strato altamente idrofobico costituito da

polimeri di cutina immersi in una matrice di cera. Seguono gli strati epicuticolari, composti

da cere pure in forma cristallina che possono essere tossiche per piccoli erbivori. La

cutina si trova nella maggior parte delle zone epigee, mentre la suberina è presenti nelle

parti ipogee (radice) nel fusto e nelle cicatrici. Le cere sono associate sia alla cutina che

alla suberina. La cutina è una macromolecola idrofobica formata da esteri di acidi grassi a

lunga catena. La cutina forma una struttura multi stratificata che riveste la parete cellulare

dell’epidermide delle piante. Le cere sono miscele complesse di lipidi a lunga catena e

sono depositate sotto forma di goccioline attraverso pori della parete. Sulla superficie della

cuticola cristallizzano formando intricate strutture a bastoncino, tubo o a placca. La

suberina è anch’essa formata da esteri di acidi grassi complessi che danno

impermeabilizzazione e non lasciano passare la luce. È presente nella parte esterna delle

cortecce (radice e fusto) e nei tessuti di cicatrizzazione.

6. Cosa sono chimicamente i terpeni e come sono sintetizzati e classificati? Dare un

esempio dei terpeni che fungono da molecole bioattive.

I terpeni derivano dall’unione di elementi a 5 atomi di carbonio, chiamate unità

isopreniche. I terpeni sono classificati in base al numero delle unità C che contengono.

5

Terpeni a 10 atomi di carbonio, che contengono unità C , sono detti monoterpeni; terpeni

5

a 15 atomi di carbonio (tre unità C ) sono detti sesquiterpeni; terpeni a 20 atomi di

5

carbonio (4 unità C ) sono detti diterpeni. Terpeni più grandi comprendono i triterpeni (30

5

atomi di carbonio), i tetra terpeni (40 atomi di carbonio) e i politerpenoidi ([C ] atomi di

5 n

carbonio dove n>8. I terpeni sono sintetizzati a partire dai metaboliti primari in almeno due

dell’acido mevalonico, tre molecole di acetil-CoA

modi differenti. Nella via si uniscono

sequenzialmente per formare acido mevalonico. Questo acido di base a sei atomi di

pirofosforilato, decarbossilato e deidratato per formare l’isopentenil

carbonio è quindi

difosfato (IPP). L’IPP è il composto attivo di base a cinque atomi di carbonio dei terpeni.

L’IPP su può anche formare da composti intermedi della glicolisi o della via della riduzione

fotosintetica del carbonio tramite una diversa serie di reazione definita via metabolica del

metileritritolo fosfato (MEP) che opera nei cloroplasti e in altri plastidi. La gliceraldeide 3-

fosfato e due atomi di carbonio che derivano dal piruvato condensano a formare un

composto intermedio a cinque atomi di carbonio, l’1 deossi-D-xilulosio 5-fosfato. Dopo il

riarrangiamento e la riduzione di questo composto a formare il 2-C-metil-D-eritrolo 4-

fosfato (MEP), quest’ultimo viene alla fine convertito in IPP. L’IPP e il suo isomero, il

dimetilallil difosfato (DMAPP), costituiscono le forme attive di base a 5 atomi di carbonio

dei terpeni, che si uniscono per formare molecole più grandi. Prima IPP e DMAPP

reagiscono per formare il geranil difosfato (GPP), il precursore a 10 atomi di carbonio di

tutti i monoterpeni. IL GPP si può quindi legare ad un’altra molecole di IPP per formare

farnesil difosfato (FPP), il precursore di quasi tutti i sesquiterpeni. L’aggiunta di un ulteriore

molecole di IPP forma il composto a 20 atomi di carbonio geranilgeranil difosfato (GGPP),

il precursore dei diterpeni. Infine, FPP e GGPP dimerizzano a formare rispettivamente i

triterpeni (C ) ed i tetraterpeni (C ). Sesquiterpeni e triterpeni sono sintetizzati attraverso

30 40

dell’acido mevalonico, mentre i monodi, tetraterpeni derivano dalla via

la via citosolica

cloroplastica MEP. Certi terpeni hanno una funzione ben caratterizzata nella crescita o

nello sviluppo, per esempio le giberelline, sono un importante gruppo di ormoni vegetali e i

brassinosteroidi, un'altra classi di ormoni vegetali con funzioni di regolazione di crescita,

originano dai triterpeni. Per esempio, gli esteri monoterpenici chiamati piretro idi che si

trovano nelle foglie e nei fiori delle specie di Chrysanthemum, mostrano di avere una

potentissima attività insetticida. Nelle conifere, come il pino e l’abete, i monoterpeni si

accumulano nei canali resiniferi degli aghi, dei ramoscelli e del tronco e sono tossici per un

discreto numero di insetti, inclusi i coleotteri della corteccia, che sono pericolosi agenti

infestanti delle specie conifere, Molte piante contengono miscele di monoterpeni e

sesquiterpeni volativi, definite oli essenziali, che possiedono delle proprietà repellenti per

gli insetti che sono ben conosciute: essi si trovano frequentemente in tricomi ghiandolari,

che si protendono fuori dalle epidermidi e servono da avvertimento sulla tossicità della

pianta, agendo da repellenti sui potenziali erbivori ben prima che questi possano dare un

morso. Nei tricomi ghiandolari i terpeni sono sequestrati in uno spazio extracellulare

modificato, situato tra cuticola e parete cellulare. Fra i terpeni non volatili antierbivori vi

sono i limonoidi, un gruppo di triterpeni, che sono ben conosciuti come sostanze amare

dei frutti degli agrumi. Forse il più potente deterrente conosciuto contro gli insetti è

l’azadiractina, deterrente alimentare per alcuni insetti. L’ingestione di fitoecdisoni distrugge

il ciclo della muta degli insetti, interferendo con la perdita del vecchio esoscheletro e la

produzione del nuovo, c conseguenze letali. I triperpeni che difendono la piante dagli

erbivori vertebrati comprendono i cardenolidi e le saponine. I cardenolidi sono dei glicosidi,

contenenti uno zucchero o numeri zuccheri, con gusto amaro estremamente tossici per gli

animali superiori. Nell’uomo hanno effetti sulla muscolatura cardiaca poiché influenzano le

+ +

Na /K ATPasi e a dosi strettamente controllate sono in grado di rafforzare il battito

cardiaco, infatti cardenoli estratti dalla digitale sono prescritti ai cardiopatici. Le saponine

sono glicosidi di steroidi e triterpeni così chiamate a causa delle loro proprietà simili a

quelle del sapone, la loro tossicità è presumibilmente il risultato della loro capacità di

formare complessi con gli steroli.

7. Che cosa sono i fenoli e come sono classificati? Descrivi alcuni esempi.

Le piante producono una gran varietà di composti contenti un gruppo fenolico, cioè un

gruppo ossidrilico legato ad un anello aromatico. Molti fenoli servono come difesa da

erbivori e patogeni; altri come sostegno meccanico, come fonte di attrazione per gli

impollinatori e per la dispersione del frutto o come inibitori di crescita sulle piante in

competizione che crescono nelle vicinanze della pianta che li produce. I fenoli vegetali

sono sintetizzati secondo due vie principali: la via dell’acido scichimico e la via dell’acido

malonico. La via dell’acido scichimico partecipa alla biosintesi della maggior parte dei

fenoli vegetali. La via dell’acido malonico, sebbene sia una fonte importante di prodotti

secondari fenolici nei funghi e nei batteri, riveste nelle piante superiori un significato

minore. La via dell’acido scichimico converte semplici precursori carboidrati derivati dalla

glicolisi e dalla via ossidativa dei pentosi fosfati nei tre aminoacidi: fenilalanina, tirosina e

triptofano. Uno degli intermedi è l’acido scichimico, che dà il nome a tutta la sequenza

delle reazioni. La via dell’acido scichimico non è presente negli animali, che non sono in

grado di sintetizzare questi tre amminoacidi. La maggior parte delle classi di composti

fenolici secondari vegetali deriva dalla fenilalanina tramite l’eliminazione della molecolare

di ammoniaca per formare acido cinnamico e questa reazione è catalizzata dalla

fenilalanina ammoniaca liasi (PAL). Ulteriori reazioni, oltre a quelle catalizzate dalla PAL,

portano all’addizione di più gruppi ossidrilici e altri sostituenti. I metaboliti acido trans-

cinnammico, acido p-cumarico e i loro derivati sono fenoli semplici definiti: fenilpropanoidi

perché contengono un anello benzenico, e una catena laterale composta da tre atomi di

carbonio. I composti fenolici semplici sono molto diffusi nelle piante vascolari. Le loro

strutture sono le seguenti: fenilpropanoidi semplici, come l’acido trans-cinnamico, l’acido

e i loro derivati come l’acido caffeico che hanno come base uno scheletro di

p-cumarico

carbonio fenilpropanoide. I lattoni fenilpropanici chiamati cumarine, che hanno anche uno

scheletro carbonioso fenilpronaoide. Derivati dell’acido benzoico, che hanno uno scheletro

carbonioso formato da fenilpropanoidi a seguito della scissione di un frammento di due

atomi di carbonio della catena laterale. Le piante possono modificare gli scheletri di

carbonio di base di questi composti fenolici semplici per rendere prodotti più composti. Le

furano cumarine sono composti che contengono un anello furanico e non sono tossici

finchè non vengono attivati dalla luce nella regione dell’ultravioletto. Furanocumarine

attivate possono inserirsi nella doppia elica del Dna e legarsi alle base pirimidiniche

citosina e timina, bloccando così la trascrizione e la riparazione e portando alla fine alla

morte della cellula. I fenoli semplici che vengono dispersi nel suolo possono limitare la

crescita di altre piante, tramite un processo noto come allolapia. Altre molecole proteiche

sono lignina, flavonoidi, isoflavonoidi, tannini.

8. Confronta e distingui le strutture e le funzioni di ognuno dei seguenti composti

fenolici: lignina, flavonoidi, isoflavonoidi, tannini. I composti fenolici giocano un

ruolo nel metabolismo primario o nello sviluppo della pianta?

La lignina è una complessa macromolecola fenolica, un polimero altamente ramificato del

gruppo fenilpropanoico. La lignina è in generale formata da tre differenti alcoli

fenilpropanici: l’alcool coniferilico, l’alcool cumarilico e l’alcool sinapilico, che sono

sintetizzate a partire dalla fenilalanina attraverso derivati di acidi cinnammici. Gli alcoli

fenilpropanici sono uniti a formare un polimero tramite l’azione di eznimi che generano

radicali liberi intermedi. La lignina si trova nelle pareti cellulari di diversi tipi cellulari che

formano tessuti di sostengo o di conduzione come le tracheidi o vasi xilematici. Si deposita

principalmente nella parete secondaria ispessita, ma si può anche trovare nella parete

primaria e nella lamella mediana. La rigidità meccanica della lignina rafforza i fusti e i

tessuti vascolari, permettendo la crescita verso l’alto e concedendo all’acqua e agli

elementi minerali di essere trasportati attraverso lo xilema senza il collasso dei tessuti,

anche sotto pressioni negative. La lignina ha funzioni protettive importanti nelle piante: la

sua durezza fisica scoraggia la nutrizione degli animali e la sua persistenza chimica la

rende relativamente indigeribile agli erbivori. Legandosi alla cellulosa e alle proteine, la

lignina ne riduce la digeribilità. I flavonoidi rappresentano una delle classe più vaste

appartenenti ai fenoli. Lo scheletro carbonioso di base di un flavonoide contiene 15 atomi

di carbonio disposti con una struttura costituita di due anelli aromatici collegati da un ponte

di 3 atomi di carbonio. I flavonoidi sono classificati in gruppi differenti basati principalmente

sul grado di ossidazione del ponte a tre atomi di carbonio e sono classificati in quattro

gruppi: le antocianine, i flavoni, i flavonoli e gli isoflavoni. Le antocianine sono pigmenti

colorati delle piante che forniscono segnali visivi che aiutano ad attirare impollinatori e

dispersori di semi. Le antocianine sono dei glicosidi che possono contenere vari zuccheri

legati in posizione 3 e qualche volta anche in altre posizioni. Due altri gruppi principali di

flavonoidi presenti nei fiori sono i flavoni e i flavonoli. I flavonoidi di solito assorbono la luce

d’onda più corte di quelle assorbite dalle antocianine e per questo motivo non

a lunghezza

sono visibili all’occhio umano. Si è ipotizzato che queste due classi di flavonoidi

proteggano le cellule da un eccesso di radiazioni UV a causa della loro capacità di

assorbire fortemente nella regione UV lasciando passare in modo ininterrotto le lunghezze

d’onda del visibile. Gli isoflavoni sono un gruppo di flavonoidi nei quali la posizione di uno

degli anelli aromatici è spostata. Gli isoflavoni, che si trovano principalmente, nei legumi,

svolgono differenti funzioni biologiche. Alcuni, come il rotenone, possono essere utilizzati

efficacemente come insetticidi, pesticidi e pescicidi. Altri isoflavoni posseggono proprietà

antiestrogene. Oltre alla lignina un secondo tipo di polimero fenolico vegetale con

proprietà difensive è rappresentato dai tannini. Ci sono due categorie di tannini,

condensati e idrolizzabili. I tannini condensati sono composti formati dalla

polimerizzazione di unità di flavonoidi. Essi sono costituenti frequenti in piante legnose. I

tannini idrolizzabili sono polimeri eterogenei contenenti acidi fenolici, acido gallico e

zuccheri semplici. Sono più piccoli dei tannini condensati e possono essere più facilmente

idrolizzabili. I tannini sono generalmente delle tossine che riducono in modo significativo la

crescita e la sopravvivenza, i tannini agiscono come repellenti per l’alimentazione in una

grande quantità di animali. Frutti immaturi, per esempio, hanno di solito un alto contenuto

d tannini che scoraggiano la nutrizione dei frutti fino a quando i loro semi sono

abbuastanza maturi per la dispersione. I tannini possono inattivare gli enzimi della

digestione degli erbivori e creare aggregati complessi di tannini e proteine vegetali difficili

da digerire. Gli erbivori che di solito si nutrono di piante ricche in tannini possiedono degli

interessanti adattamenti atti a rimuovere questi tannini da loro sistema digerente. Per

esempio, alcuni mammiferi, come i roditori ed i conigli, producono proteine salivari con un

elevato contenuto in prolina che hanno un’elevata affinità per i tannini. La secrezione di

queste proteine è indotta dall’ingestione di cibo con un altro contenuto in tanni,

diminuendone fortemente l’effetto tossico.

9. In che cosa differiscono gli alcaloidi degli altri metaboliti secondari? Tenendo

conto del loro effetto biologico, qual può essere il loro significato ecologico?

Descrivi alcuni esempi.

Gli alcaloidi sono una grande famiglia di metaboliti secondari contenenti azoto. L’atomo di

azoto in questi composti fa parte di solito di un anello eterociclico, un anello contenente

cioè sia atomi di carbonio che di azoto. Gli alcaloidi sono noti per i forti effetti farmacologici

sugli animali vertebrati. La maggior parte degli alcaloidi ha caratteristiche alcaline, a valori

l’atomo di

di pH che si trovano comunemente nel citosol (pH 7) o nel vacuolo (pH 5-6),

azoto viene protonato, quindi gli alcaloidi risultano essere carichi positivamente e in

genere idrosolubili. Gli alcaloidi sono normalmente sintetizzati a partire da alcuni

amminoacidi comuni coma la lisina, la tirosina e il triptofano. Diversi tipi di molecole,

compresa la nicotina ed i suoi derivati, derivano dall’ornitina, un intermedio nella biosintesi

dell’arginina. L’acido nicotinico della vitamina B (niacina) è un precursore dell’anello

piridinico (a sei atomi) di questo alcaloide; l’anello pirrolidinico (a cinque atomi) della

nicotina deriva dall’ornitina. Molti alcaloidi sono tossici per gli erbivori, così possono

fungere da difesa contro i predatori, in particolar modo i mammiferi, a causa della loro

tossicità generale e capacità deterrente. Alcuni alcaloidi come la cocaina, la nicotina e la

caffeina godono di diffusi usi non medici sotto forma di stimolanti o sedativi.

10. Quali composti di difesa troviamo prevalentemente nei semi?

glucosidi cianogeni????? aa non proteici??

11. Che cosa sono i glicosidi cianogeni? Quale ruolo è svolto dal gas velenoso HCN

nella difesa delle piante?

Nelle piante oltre agli alcaloidi si trovano anche altri composti protettivi a base azotata.

Due gruppi di queste sostanze, i glicosidi cianogeni e i glucosinolati, non sono tossici di

per sé, ma sono facilmente degradati in modo da liberare veleni volatili quando la pianta è

frantumata. I glicosidi cianogeni rilasciano acido cianidrico. La degradazione dei glicosidi

cianogeni vegetali è un processo enzimatico a due tappe. Le specie che producono

glicosidi cianogeni producono anche gli enzimi necessari per idrolizzare lo zucchero e

liberare l’HCN: nella prima tappa, lo zucchero è staccato da una glicosidasi, un enzima

idrolitico che separa gli zuccheri dalle molecole a cui sono legati; nella seconda tappa, il

di idrolisi, chiamato α-idrossinitrile,

risultante prodotto può decomporsi spontaneamente e

lentamente per liberare HCN. I glucosidi cianogeni di solito non sono degradati nella

pianta intatta poiché il glicoside e gli enzimi degradanti sono separati spazialmente in

diversi comparti cellulari o in differenti tessuti. In condizioni normali, questa

compartimentazione previene la decomposizione del glicoside, Ma quando la foglia è

danneggiata, come per esempio durante l’erbivoria, i contenuti delle differenti cellule si

mescolano e si libera HCN. I glucosidi cianogeni sono ampiamente distribuiti nel regno

vegetale e si trovano spesso nei legumi, nelle graminacee e nelle specie della famiglia

della rosa. L’HCN è una tossina ad azione rapida che blocca la respirazione cellulare

legandosi al gruppo eme contenente ferro della citocromo ossidasi, un enzima chiave della

respirazione mitocondriale. La presenza di glucosidi cianogeni scoraggia la nutrizione da

parte di insetti e altri erbivori, come le chiocciole e le lumache. I tuberi della manioca, una

risorsa alimentare di base contenente carboidrati delle regioni tropicali, contengono alte

concentrazioni di glicosidi cianogeni. I metodi tradizionali di grigliatura, macinazione,

infusione ed essiccamento permettono la rimozione o la degradazione di una gran quantità

di glicosidi cianogeni presenti nei tuberi di manioca. Nonostante ciò l’avvelenamento

cronico da cianuro è ancora ampiamente diffuso.

12. Che cosa sono i glucosinolati?

Una seconda classe di glicosidi vegetali che si spezzano per rilasciare sostanze volatili di

difesa è rappresentato dai glucosinolati. I glucosinolati, che si trovano principalmente nelle

brassicacee e nelle famiglie affini, liberano composti che sono responsabili dell’odore e del

gusto di alcuni ortaggi come il cavolo, i broccoli e i ravanelli. La degradazione dei

glucosinolati è caratterizzata da un enzima idrolitico chiamato tioglucosidasi, o mirosinasi,

che spezza il legame fra lo zucchero e l’atomo di zolfo. L’aglicone che ne risulta, cioè la

porzione non zuccherina della molecola, si trasforma in modo tale da fornire prodotti

chimicamente reattivi e dall’odore pungente come quello degli isotiocianati e dei nitrili,

secondo le condizioni di idrolisi. Questi prodotti di difesa agiscono da tossine per gli

erbivori e hanno un gusto repellente. Nella pianta intatta, come i glicosidi cianogeni, i

glucosinolati sono accumulati separatamente dagli enzimi che li idrolizzano e sono messi

a contatto con questi enzimi solo al momento della frantumazione. Come per altri

metaboliti secondari, alcuni animali si sono adattati a nutrirsi di piante che contengono

glucosinolati senza subirne gli effetti

13. A che cosa servono gli amminoacidi non proteici?

Molte piante contengono anche degli amminoacidi non proteici, che non sono incorporati

in proteine, ma sono presenti in forma libera e agiscono da sostanze di difesa. Molti

amminoacidi non proteici sono spesso simili agli amminoacidi proteici comuni. La

canavanina è un analogo molecolare dell’arginina. Gli amminoacidi non proteici mostrano

la loro tossicità in diversi modi; alcuni bloccano la sintesi o l’assorbimento di amminoacidi

proteici, altri possono essere incorporati nelle proteine per errore. Dopo l’ingestione da

parte di un erbivoro la canavanina è riconosciuta dall’enzima che normalmente lega

l’arginina alla molecola di Rna di trasferimento dell’arginina e in questo modo viene

incorporata nelle proteine al posto della vera arginina. La canavanina è meno basica

del’arginina e la sua incorporazione di solito produce una proteina non funzionale perché o

la sua struttura terziaria o il suo sito catalitico sono interrotti. Le piante che sintetizzano

amminoacidi non proteici non sono suscettibili alla tossicità di questi composti. la pianta

Canavalia ensiformis, che sintetizza grandi quantità di canavanina nei suoi semi. una un

sistema di sintesi proteina in grado di discriminare fra la canavanina e l’arginina, non

incorporando mai canavanina nelle sue proteine. Alcuni insetti che si sono adattati a

nutrirsi di piante che contengono amminoacidi non proteici mostrano simili adattamenti

biochimici. Parte terza: Accrescimento e Sviluppo

Capitolo 10_ Fitocromo

Qual è la differenza fondamentale fra l’assorbimento della luce nella

1. fotomorfogenesi e quello nella fotosintesi?

La maggior parte dei germogli utilizzati per preparare sandwich (fagioli mungo ed erba

medica ad esempio) vengono fatti germinare e crescere al buio, dove subiscono uno

sviluppo definito con il nome di scoto morfogenesi. Queste pianticelle eziolate hanno fusti

allungati, cotiledoni ripiegati e non producono clorofilla. Ora immaginiamo queste

pianticelle crescere nel terreno con il fusto allungato che spinge le prime delicate foglie

fuori dal suolo usando per farsi strafa l’apice vegetativo ripiegato ad uncino. Quando la

particella emerge dal terreno e vengono esaurite le limitate riserve energetiche dai

cotiledoni (dicotiledoni) o dall’endosperma (monocotiledoni), il germoglio deve provvedere

da solo a produrre il proprio sostentamento. La morfogenesi di una pianta può essere

modulata, la fotomorfogenesi è lo sviluppo di una pianta in presenza di luce o di una certa

quantità di luce. Una pianta germogliata al buio è completamente diversa da una nata alla

Nell’Eruca,

luce e nelle dicotiledoni la differenza è ancora più evidente. una dicotiledone, i

sintomi dell’eziolatura sono l’assenza dell’inverdimento, la riduzione della dimensione delle

foglie, l’allungamento dell’ipocotile e la conservazione della forma apicale a gancio. In

una monocotiledone, i sintomi dell’eziolatura comprendono l’assenza

piantine di mais,

dell’inverdimento, la riduzione dello spessore della foglia, l’incapacità delle foglie di

srotolarsi e l’allungamento del coleottile e del mesocotile.

2. Descrivi il processo di fotomorfogenesi e le proprietà fotochimiche del fitocromo.

La transizione da scoto morfogenesi a fotomorfogenesi è un processo estremamente

rapido e complesso. Nell’arco di minuti dall’applicazione di un singolo lampo di luce

relativamente debole a una pianticella di pisello cresciuta al buio, avvengono numerosi

cambiamenti dello sviluppo:

 la diminuzione nella velocità di allungamento del fusto;

 l’inizio del raddrizzamento del gancio apicale e

 la sintesi di pigmenti caratteristici delle piante verdi.

Così la luce agisce da segnale per indurre il cambiamento della forma della plantula, da

ciò che facilita la crescita sotto il suolo a ciò che permette alla pianta di raccogliere in

modo efficiente l’energia luminosa e convertirla in zuccheri essenziali, proteine e lipidi

necessari per la crescita della pianta. Fra i diversi pigmenti che nelle piante sono in grado

di promuovere risposte fotomorgeniche, i più importanti sono quelli che assorbono la luce

blu e quella rossa. Il fitocromo, un fotorecettore proteina-pigmento che assorbe soprattutto

la luce nel rosso e nel rosso lontano, ma è anche in grado di assorbire la luce blu.

3. Quali furono le prime osservazioni sulla germinazione dei semi di lattuga che

portarono al classico modello d’azione del fitocromo?

Un momento fondamentale nella storia del fitocromo fu la scoperta che gli effetti della luce

rossa (650-680 nm) sulla morfogenesi potevano essere rovesciati da una successiva

irradiazione mediante luce di lunghezza d’onda maggiore (710-740 nm), definita luce nel

rosso lontano. La prima osservazione, fatta nel 1935, fu che la germinazione dei semi di

lattuga era stimolata dalla luce rossa ed era inibita da quella nel rosso lontano. Tuttavia, la

vera scoperta fu fatta molti anni dopo, ne 1952, quando i semi di lattuga furono sottoposti

ad esposizioni alternate di luce rossa e rosso lontano. Quasi il 100% dei semi che

ricevevano la luce rossa come trattamento finale germinavano, mentre nei semi in cui il

trattamento finale era con luce nel rosso lontano le germinazione era fortemente inibita.

Questo esperimento dimostro che le risposte alla luce rossa e rosso lontano non sono

semplicemente opposte, ma antagoniste. Si dimostrò, in seguito, la presenza di un singolo

pigmento che può esistere in due forme interconvertibili, una che assorbiva la luce rossa e

l’altra quella nel rosso lontano.

4. Che cosa si intende per interconversione?

Le due forme di fitocromo sono interconvertibili. In piante cresciute al buio o eziolate il

fitocromo è presente nella forma che assorbe la luce rossa, riferita come forma Pr. Questa

forma, di colore blu, è convertita dalla luce rossa nella forma che assorbe la luce nel rosso

lontano, detta forma Pfr, che ha un colore verde acquamarina. La forma Pfr, a sua volta,

può essere riconvertita dalla luce nel rosso lontano in quella Pr. Questa capacità di foto

reversibilità è la proprietà più distintiva del fitocromo e può essere espressa in forma

abbreviata come segue:

L’interconversione fra le forme Pr e Pfr può essere misurata in vivo o in vitro. La luce rossa

a 660 nm è prevalente di giorno, mentre quella nel rosso lontano a 730 nm è presente

soprattutto all’alba e al tramonto. Pfr è la forma fisiologicamente attiva che, quando si

accumula, determina la risposta fisiologica, Pr la forma fisiologicamente inattiva.

In estate, essendoci 16 h di luce, le piante convertono Pr in Pfr e di notte hanno poco

tempo per riconvertirlo in Pr, le piante che fioriscono in estate sono longidiurne (o

brevinotturne). In inverno le giornate sono brevi e le notti lunghe e le piante che fioriscono

in inverno sono dette brevidiurne (o longinotturne). Es.: i crisantemi non hanno bisogno di

troppa luce, così come le mimose, il pomodoro invece è neutrodiurno, fiorisce sempre.

La fotoconversione di una forma di fitocromo nell’altra è sempre

5. al 100%?

Giustifica la tua risposta.

Il pool di fitocromo non è pienamente convertito nelle forme Pr o Pfr a seguito di

irradiazione con luce rossa o rosso-lontana perché gli spettri di assorbimento delle forme

Pfr e Pr si sovrap-pongono. Così quando le molecole di Pr ricevono la luce rossa, la

maggior parte di esse la assorbirà e verrà convertita nella forma Pfr, ma alcune delle

molecole di Pfr assorbiranno anche la luce rossa e saranno quindi riconvertite nella forma

Pr. La proporzione di fitocromo nella forma Pfr sottoposto a irradiazione saturante con la

dell’88%. Allo stesso modo, la piccolissima quantità di luce nel rosso

luce rossa è solo

lontano assorbita dal Pr rende impossibile convertire completamente il Pfr in Pr con una

luce a largo spettro nel rosso lontano, anche se si raggiunge un equilibrio costituito dal

98% da Pr e dal 2% dal Pfr. Questo equilibrio è definito stato fotostazionario.

6. Disegna lo spettro di assorbimento del fitocromo.

Gli spettri di assorbimento di fitocromo delle forme Pr e Pfr si sovrappongono. Nella parte

superiore della chioma vi è una distribuzione relativamente uniforme della luce nello

spettro visibile, ma sotto una densa chioma gran parte della luce rossa viene assorbita dai

pigmenti vegetali, con conseguente trasmissione della luce per lo più nel rosso lontano.

7. Descrivi le parti molecolari del fitocromo.

Il fitocromo è un dimero, in cui ogni subunità è formata da due componenti: un pigmento

che assorbe la luce, il cromoforo, e una catena polipeptidica, l’apoproteina. Insieme,

l’apoproteina e il suo cromoforo formano l’oloproteina. Il cromoforo del fitocromo delle

piante superiori è un tetra pirrolo lineare definito fitocromobilina. La sola apoproteina del

fitocromo non è in grado di assorbire la luce rossa o quella nel rosso lontano. La luce può

essere assorbita solamente quando il polipeptide è legato covalentemente alla

fitocromobilina per formare l’oloproteina. La fitocromobilina è sintetizzata all’interno dei

plastidi e deriva dall’acido 5-amminolevulinic tramite una via che si ramifica da quella della

biosintesi delle clorofille. La fitocromobilina è esportata nel citosol dove si lega

all’apoproteina tramite un legame tioestere ad un residuo di cisteina. L’assemblaggio

dell’apoproteina del fitocromo con il suo cromoforo auto catalitico, cioè avviene

spontaneamente quando il polipeptide purificato del fitocromo è mescolato in provetta con

il cromoforo purificato, senza l’aggiunta di proteine o cofattori. In risposta alla luce rosso e

incontro ad un’isomerizzazione cis-trans

rosso-lontano, il cromoforo va nel carbonio in 15,

e basta lo spostamento da cis a trans per cambiare le proprietà ottiche della proteina, la

forma attiva è quella Pfr (trans).

8. Qual è il ruolo del fitocromo nei ritmi circadiani?

Numerosi processi metabolici delle piante, come lo sviluppo di ossigeno e la respirazione,

compiono alternativamente dei cicli, che vanno da fasi ad alta attività a quelle a bassa

attività, con una periodicità regolare di circa 24h, questi cambiamenti ritmici sono definiti

ritmi circadiani e sono di natura endogena, poiché persistono anche in assenza di fattori di

controllo esterni. Nelle piante e negli animali. la luce è un forte modulatore di ritmi. In

esperimenti allestiti per caratterizzare in questo processo il ruolo dei fotorecettori, sono

stati incrociati mutanti carenti in fitocromo con linee contenenti il gene reporter per la

luciferasi. Quando le piante mutanti phyA erano cresciute in luce rossa debole, il passo

dell’oscillatore era rallentato (cioè aumentava la lunghezza del periodo), ma non

succedeva ad elevate fluenze di luce rossa. I mutanti phyB mostravano difetti nel tempo

solo quando sottoposti a luce rossa ad alta fluenza. I criptocromi (recettori della luce blu)

dell’orologio circadiano. Questi

CRY1 e CRY2 erano necessari per la sincronizzazione

risultati indicano che sia i fitocromi che i criptocromi sincronizzano l’orologio circadiano di

Arabidopsis. Il fitocromo può anche interagire a livello di espressione genica con il ritmo

circadiano. L’espressione della famiglia genica LHCB, che codifica le proteine che si

legano alla clorofilla a/b nel centro di raccolta della luce del fotosistema II, è regolata a

livello trascrizionale sia dal ritmo circadiano sia dal fitocromo. Nelle foglie di pisello e nel

grano, la concentrazione di mRna di LHCB oscilla durante i ccli giornalieri di notte e

giorno, aumentando al mattino e diminuendo alla sera. Il fitocromo è in grado di perturbare

questo modello ciclico di espressione. Quando le piante di grano sono trasferite da un

ciclo con 12 ore di luce e 12 ore di buio ad un periodo di buio continuo, il ritmo persiste per

un po’, ma tende poi a diminuire. Invece, se alle piante viene dato un impulso di luce rossa

prima di essere trasferite al buio costante, non si ha alcuna diminuzione (cioè le

concentrazione di mRna di LHCB sono le stesse dei cicli luce-buio) Al contrario, se si dà

alla fine del giorno, questo previene l’espressione di

un lampo si luce rosso-lontano LHCB

in buio costante, e l’effetto della luce nel rosso-lontano è invertito dalla luce rossa. É stato

dell’ambiente

osservato che piante in cui i ritmi circadiani concordano con il ciclo luce-buio

(risonanza circadiana) avevano più clorofilla e una biomassa superiore di piante i cui

Così la risonanza circadiana aumenta la fitness

orologi erano fuori fase con l’ambiente.

evoluzionistica, promuovendo l’accrescimento vegetativo (fotosintesi e biomassa) e lo

sviluppo riproduttivo in tempi ottimali.

Che cos’è il rapporto R/FR? Come rispondono le piante da sole e da ombra

9. al

variare del rapporto Pfr/Ptotale?

Il fitocromo permette alla piante di adattarsi ai cambiamenti nella qualità della luce. La

presenza in tutte le piante verdi, dalle alghe alle dicotiledoni, di un pigmento reversibile per

indica che queste lunghezza d’onda della luce forniscono

il rosso e il rosso lontano

informazioni che aiutano le piante ad adattarsi al loro ambiente. Il rapporto tra la luce

rossa (R) e la luce nel rosso lontano (FR) varia sensibilmente in ambienti diversi.

Questo rapporto può essere definito come:

La diminuzione del rapporto R/FR causa l’allungamento delle piante da sole. Un

importante funzione del fitocromo è che permette alle piante di percepire l’ombra generata

da altre piante. Le piante che incrementano l’estensione del fusto in risposta

all’ombreggiamento mostrano una risposta di evitazione dell’ombra. Man mano che

l’ombreggiamento aumenta, diminuisce R/FR. Una percentuale maggiore di luce rosso

lontano converte più Pfr in Pr, così il rapporto fra Pfr e fitocromo totale (Pfr/Ptotale)

diminuisce.

10. In che cosa differiscono le piante da sole rispetto a quelle da ombra.

Quando le cosiddette piante da sole (le piante che normalmente si sviluppano in un habitat

in campo aperto) sono coltivate in luce naturale sotto un sistema di ombre tale che R:FR

possa essere controllato, i tassi di estensione del fusto aumentano in risposta ad un più

alto contenuto di luce nel rosso lontano (cioè un rapporto inferiore Pfr:Ptotale). In altre

parole, la simulazione dell’ombreggiamento dovuto alla chioma degli alberi (alti livelli di

luce rosso lontano; basso rapporto Pfr:Ptotale) induce queste piante ad allocare una

maggior quantità delle loro risorse per crescere più verso l’alto. Questa correlazione non è

così forte per le piante da ombra, che normalmente crescono in un ambiente ombreggiato.

Le piante da ombra mostrano poche o nulle variazioni nella velocità di distensione del

fusto rispetto alle piante da sole quando sono esposte a valori sempre più alti di R/FR.

sistematica fra l’accrescimento controllato dal fitocromo

Così risulta esistere una relazione

e l’habitat delle specie. Per una pianta da sole vi è un chiaro valore adattativo

nell’allocazione delle sue risorse per un accrescimento rapido per distensione, quando è

soggetta all’ombra generata da un’altra pianta. In questo modo può aumentare le sue

possibilità di crescere al di sopra della chioma degli alberi sovrastanti e acquisire una

maggior quantità di luce non filtrata e foto sinteticamente attiva.

Com’è distribuito il fitocromo in

11. una pianta eziolata?

In una pianta cresciuta al buio, il fitocromo sarà abbondante nei meristemi apicali e

intercalari e in particolare nell’apice vegetativo, dove avverrà la formazione delle foglie. Il

fitocromo è più abbondante in particelle eziolate e in particolar modo nei meristemi apicali

della radice e dell’epicotile, dove avvengono i cambiamenti di sviluppo più marcati.

12. Illustra la via di trasduzione del segnale per il fitocromo.

Esistono almeno 5 famiglie di fitocromo: a, b, c, d, e. Lo stimolo è dovuto ad un segnale

luminoso continuo (nel rosso, nel rosso lontano, oppure l’ombra prodotta da altre piante).

Per il rosso lontano il fitocromo fondamentale è phyA, per il rosso è phyB. Il fitocromo è

una proteina chinasi capace di autofosforilazione con funzione serina/treonina chinasi. le

proteine chinasi sono enzimi che hanno la capacità di trasferire gruppi fosfato dall’ATP ad

amminoacidi quali serina o tirosina, sia presenti sulla stessa proteina che su altre. Nel

citosol l’oloproteina del fitocromo si dimerizza nello stato inattivo Pr. Dopo aver assorbito

la luce il cromoforo Pr va incontro ad una isomerizzazione cis-trans tramite rotazione

intorno al doppio legame fra gli atomi di carbonio 15 e 16 del legame tioestere. Durante la

a Pfr, la componente proteica dell’oloproteina del fitocromo va

conversione da Pr

anch’essa incontro a cambiamenti conformazionali nella regione cardine che espone un

segnale di localizzazione nucleare nella regione C-terminale del fitocromo portando al

movimento delle molecole di fitocromo dal citosol al nucleo. Qui il fitocromo interagisce

con i regolatori di trascrizione che mediano i cambiamenti nella trascrizione genica. Così

un importante funzione del fitocromo è di regolazione che portano a cambiamenti globali

nella trascrizione genica. Il fitocromo è noto per regolare la trascrizione di un determinato

numero di geni nucleari, numerosi dei quali coinvolti nel rinverdimento, come i geni

codificati dal nucleo della proteina che lega le clorofille a/b nel complesso di raccolta della

luce. Il fitocromo sopprime anche la trascrizione di vari geni e svolge un ruolo importante

nella sincronizzazione dell’orologio circadiano.

[La luce blu stimola l’apertura di foglie chiuse, mentre la luce rossa seguito dal buio causa

la chiusura di foglie aperte]. ORMONI VEGETALI

Gli ormoni sono messaggeri chimici prodotti in una cellula e modulano i processi cellulari

di un’altra cellula interagendo con proteine che fungono da recettori legati a vie di

trasduzione cellulari. Come per gli animali, molti ormoni vegetali sono sintetizzati in un

tessuto e agiscono in siti specifici di un altro tessuto a concentrazioni bassissimi. Gli

ormoni che sono trasportati ai siti di azione in tessuti distanti dal loro sito di sintesi sono

definiti ormoni paracrini. Lo sviluppo delle piante è regolato da sei principali tipi di ormoni:

L’auxina fu il

auxine, gibberelline, citochinine, etilene, acido abscissico e brassinosteroidi.

primo ormone vegetale ad essere studiato nelle piante. Sia l’auxina sia la citochinina

differiscono dagli altri ormoni vegetali e dagli agenti di segnale per un aspetto importante,

sono necessari per la vitalità dell’embrione. Mentre tutti gli altri ormoni vegetali sembrano

agire da regolatori specifici di processi di sviluppo, l’auxina e la citochinina sono richiesti

più o meno continuativamente.

Capitolo 11_ Auxine

1. Illustra le principali tappe nella scoperta delle auxine.

In alcuni esprimenti i Darwin usarono piantine di scagliola (Phalaris canariensis) che

hanno le giovani foglie incapsulate in organo protettivo che si chiama coleottile. I coleottili

e le pianticelle molto giovano sono estremamente sensibili alla luce, specialmente a

quella blu. Se vengono illuminate da una sola parte con un breve impulso di luce blu

crescono verso la sorgente luminosa nell’arco di un ora. I Darwin scoprirono

flebile. essi

che era la punta del coleottile che percepiva la luce, poiché se essi coprivano la punta con

un foglio il coleottile non si piegava. Ma la regione del coleottile responsabile del

ripiegamento verso la luce, definita zona di allungamento, si trova a molti millimetri sotto

l’apice. Così essi conclusero che un certo segnale di crescita era prodotto nell’apice,

raggiungeva la zona di crescita e faceva sì che la parte in ombra crescesse più

velocemente rispetto a quella rivolta verso la luce.

Seguì un lungo periodo di sperimentazione da parte di molti ricercatori sulla natura dello

stimolo di crescita nei coleottili. Si sapeva che se l’apice del coleottile veniva reciso,

l’accrescimento del coleottile si arrestava. I recettori avevano cercato di isolare ed

identificare il composto chimico promotore di crescita macinando l’apice del coleottile e

valutando l’attività dell’estratto, ma questo approccio fallì poiché la macinatura dei tessuti

distruggeva il composto attivo. Frits Went dimostrò la presenza di una sostanza chimica

che promuoveva la crescita nella punta dei coleottili di avena (Avena sativa). La più

grande scoperta di Went fu di evitare di macinare i tessuti permettendo che la sostanza

diffondesse dagli apici recisi dei coleottili in blocchetti di gelatina. Se uno di questi blocchi

di gelatina veniva posto da una parte o dall’altra dell’apice di un coleottile reciso, si poteva

valutare la capacità del blocco di gelatina di causare il ripiegamento in assenza della luce

unilaterale. Poiché la sostanza che diffondeva dal tessuto alla gelatina promuoveva

l’allungamento di sezioni di coleottile, si dette il nome di auxina alla sostanza, da greco

aurei che significa aumentare o crescere, e visto che questa sostanza veniva prodotta in

un posto e trasportata in piccole quantità nel suo sito d’azione si trattava di un vero e

proprio ormone vegetali.

Che cos’è un saggio biologico e come hanno contribuito i saggi biologici alla

2. scoperta dell’auxina?

Il saggio biologico è un metodo di analisi impiegato per la determinazione e il dosaggio

quantitativo di sostanza biologicamente attive, quali farmaci, ormoni e vitamine. Il saggio

biologico consiste nell’osservazione degli effetti che la sostanza in esame esercita su

organi, tessuti o interi organismi viventi, confrontando quindi la sua attività con quella di

campioni a concentrazione nota o di standard. I saggi biologici sono stati di importanza

fondamentale per l’identificazione dell’auxina come sostanza fondamentale

nell’accrescimento. Il saggio di curvatura del coleottile messo a punto da Went dimostrò

inequivocabilmente che l’influenza del promotore di crescita ottenuto dall’apice del

coleottile era dovuta ad una sostanza chimica.

3. Quali sono le auxine naturali? Quali quelle sintetiche e che utilizzo hanno?

Alla metà degli anni ’30 del ‘900, si determinò che l’auxina naturale principale è l’acido

indol-3-acetico (IAA). Successivamente furono scoperte molte altre auxine nelle piante

ma l’IAA è di gran lunga la più abbondante e fisiologicamente importante. Poiché

superiori, è relativamente semplice, i laboratori delle industrie e dei centri

la struttura dell’IAA

universitari hanno avuto la possibilità di sintetizzare una vasta gamma di molecole con

attività auxinica. Alcuni di questi composti sono ora ampiamente utilizzati come erbicidi in

orticoltura e in agricoltura. Le auxine possono essere definite come composti con attività

biologiche simili a quelle dell’IAA, compresa la capacità di promuovere l’allungamento

delle cellule nei coleottili e in sezioni di fusto, la divisione in colture di calli in presenza di

citochinine, la formazione di radici avventizie su foglie e fusti recisi e altri fenomeni legati

allo sviluppo associati all’azione dell’IAA. Anche se sono diverse chimicamente, una

caratteristica comune delle auxine attive è una distanza molecolare di circa 0,5 nm fra una

carica positiva frazionale sull’anello aromatico e una carica negativa del gruppo

carbossilico.

4. Dove sono sintetizzate nelle piante le auxine e quale ruolo interpretano nello

sviluppo vascolare della foglia?

La biosintesi dell’IAA è associata ai tessuti in rapida divisione e accrescimento, in

particolar modo nel germoglio. Sebbene virtualmente tutti i tessuti vegetali siano capaci di

produrre basse concentrazioni di IAA, i siti primari di sintesi di IAA sono i meristemi apicali

dei germogli e le giovani foglie. Anche i meristemi apicali delle radici sono siti importanti di

sintesi di auxine, soprattutto quando le radici si allungano e maturano, sebbene la radice

dipenda principalmente dall’auxina fornita dal germoglio. I giovani frutti ed i semi

contengono elevate quantità di auxina, ma non è chiaro se questa auxina sia

neosintetizzata o trasportata dai tessuti materni durante lo sviluppo. Durante lo sviluppo

fogliare si notano accumuli di auxina sui margini fogliari, ma gradatamente l’auxina si

sposta verso la base della foglia e, più tardi, verso la zona centrare della lamina. Questi

siti di accumulo rappresentano i futuri idatodi, modificazioni di tipo ghiandolare dei tessuti

fondamentale e vascolare che permettono la liberazione di acqua liquida (fluido di

guttazione) tramite i pori dell’epidermide in presenza di una pressione radicale.

5. Come avviene la regolazione delle auxine?

La regolazione è un punto cruciale per il buon funzionamento di ormone, infatti per essere

efficaci segnali di sviluppo gli ormoni devono essere di breve durata e non si devono

accumulare nel tempo, per cui devono essere presenti dei meccanismi in grado di

eliminare gli ormoni quando la concentrazione eccede il livello ottimale o quando la

risposta all’ormone è completata.

La biosintesi dell’IAA può avvenire tramite due vie di biosintesi: una dipendente dal

triptofano, infatti l’IAA presenta l’anello indolico caratteristico del triptofano e una

indipendente dal triptofano. Entrambe contribuiscono all’aumento del pool di IAA bioattivo,

un altro modo di aumentare la concentrazione di IAA è di trasportarlo da zone in cui è

stato già sintetizzato, e sempre tramite il trasporto si può ridurre la quantità di IAA

Un altro modo di rimuovere l’IAA è la compartimentazione, questo prevede

portandolo via.

l’accumulo di IAA nel cloroplasto, rimuovendolo così dal citosol e abbassandone la

concentrazione, al bisogno può essere recuperato. Tramite la coniugazione si può rendere

inattivo l’IAA, esso può essere coniugato a diversi composti a basso peso molecolare

come gli amminoacidi o gli zuccheri, o a molecole con alto peso molecolare come i peptidi,

o le glicoproteine. Quando l’IAA è coniugato non è più bioattivo, ma può

i glicani complessi

essere rapidamente liberato da molti, ma non tutti, i coniugati, tramite processi enzimatici.

Trasporto, compartimentazione e coniugazione sono vie sia afferenti che efferenti al pool

biologico di auxina. Il catabolismo dell’auxina assicura la degradazione dell’ormone attivo

quando la concentrazione eccede il livello ottimale o quando la risposta all’ormone è

dell’IAA

completata. Come per la sua biosintesi, la degradazione enzimatica ossidazione

può coinvolgere più di una via metabolica e due step successivi ossidazione e

decarbossilazione, entrambe sono reazioni irreversibili.

Discuti sulle relazioni fra coniugazione e ossidazione dell’IAA

6.

L’auxina può essere legata covalentemente a composti con alto e basso peso molecolare.

Queste auxine coniugate si trovano in misura maggiore o minore in tutte le piante superiori

e sono considerate ormonalmente inattive. L’IAA può essere coniugato a diversi composti

a basso peso molecolare come gli amminoacidi o gli zuccheri, o a molecole con alto peso

molecolare come i peptidi, i glicani complessi o le glicoproteine. L’IAA è rapidamente

liberato da molti coniugati. Il metabolismo di coniugati può essere il fattore principale nella

regolazione della concentrazione di auxina libera. Inoltre, i fattori ambientali come la luce e

la gravità hanno dimostrato un effetto sia sulla velocità di coniugazione dell’auxina sia sul

tasso di rilascio di auxina libera. La formazione di auxina coniugata può avere altri scopi,

compresi lo stoccaggio e la protezione dalla degradazione ossidativa. Il catabolismo

dell’auxina assicura la degradazione dell’ormone attivo quando la concentrazione eccede

il livello ottimale o quando la risposta all’ormone è completata.

7. Quali sono le principali caratteristiche del modello chemiosmotico per il trasporto

polare dell’auxina? Quali componenti del modello sono stati identificati nelle

piante? Quali sono le prove che supportano il modello?

Gli assi principali del germoglio e della radice, insieme alle loro ramificazioni,

mostrano una polarità strutturale apice-base dipendente dalla polarità del trasporto

dell’auxina. Questo tipo di trasporto unidirezionale è definito trasporto polare.

polare dell’auxina, la forza proton

Secondo il modello chemiosmotico per il trasporto

motrice attraverso la membrana plasmatica è responsabile dell’assorbimento di

auxina, mentre l’efflusso di auxina è causato solamente dal potenziale di membrana.

L’auxina è un acido e come tutti gli acidi può essere protonato a pH acido o deprotonato

- -

pH neutro. Nel citosol l’auxina si trova nella forma dissociata e deprotonata IAA . L’IAA

dissociata è trasportata in parete da specifici trasportatori che riconoscono

specificatamente la IAA ionica, incontra un pH più acido (4-5), e passa dalla forma

deprotonata a quella protonata, IAAH. La parete cellulare è mantenuta a pH acido

+

dall’attività della H -ATPasi della membrana plasmatica. La forma IAAH riesce ad

attraversare la membrana plasmatica senza l’ausilio di trasportatori. Nel citosol, che ha un

-

pH neutro, predomina la forma anionina (IAA ). Gli anioni escono dalla cellula tramite i

carrier di efflusso per l’anione auxina posti alla base di ogni cellula nella via longitudinale.

I trasportatori dell’auxina sono presenti in diverse cellule e hanno anche orientamenti

diversi. La maggior parte dell’auxina si sposta verso il basso dai germogli in modo

basipeto fino a raggiungere la giunzione radice-fusto. Tuttavia, in radici sviluppate dopo la

verso il basso è descritto come acropeto, poiché l’auxina

germinazione questo flusso e verso l’apice della radice.

viene trasportata lontano dalla giunzione radice-fusto

A seconda del trasportatore l’auxina si muove lateralmente, dall’altro verso il basso e

così la redistribuzione dell’auxina.

viceversa, determinando

ha la funzione di riversare dentro il cilindro centrale l’auxina, di trasportarla dall’apice

PIN3

del germoglio verso quello della radice, ma anche di ridistribuirla dagli strati che sono nel

cilindro centrale.

si trova nella cuffia e fa una redistribuzione laterale dell’auxina verso le cellule del

PIN7

protoderma, e aiuta il trasporto dell’auxina in modo acropeto e iuta anche la

redistribuzione dalle cellule del parenchima verso le cellule del cilindro centrale.

è quello che esclusivamente trasporta l’auxina all’interno del cilindro centrale.

PIN1 va a concentrare l’auxina nella zona meristematica.

PIN4 ha un meccanismo opposto nella redistribuzione dell’auxina e ha redistribuzione di

PIN2

tipo basipeta.

I primi studi sul trasporto polare sono stati fatti utilizzando il metodo del blocco di agar

donatore/ricevente: un blocco di agar che contiene auxina marcata radioisotopicamente è

posto all’estremità di un segmento di tessuto, e un blocco ricevitore è posto all’altra

estremità. Si può determinare, in un determinato lasso di tempo, il movimento dell’auxina

attraverso il tessuto fino al ricevitore misurandone la radioattività. Questo metodo è stato

affinato per consentire la deposizione di gocce molto più piccole di auxina radio marcata

su specifiche superfici vegetali, migliorando l’accuratezza degli studi sul trasporto a breve

termine. Sono emerse da molti studi come questo le proprietà generali del trasporto polare

dell’IAA. I tessuti differiscono nel grado di polarità di trasporto di IAA. Nei coleottili, nei fusti

vegetativi, nei piccioli delle foglie e nel rizoderma predomina il trasporto basipeto, mentre

nei tessuti della stele della radice l’auxina è trasportata acropetamente. Il trasporto polare

del tessuto (almeno in periodi brevi), essendo così

non è influito dall’orientamento

indipendentemente alla gravità.

Descrivi l’andamento di una tipica curva dose-risposta

8. indicando le concentrazioni

critiche.

L’auxina fu scoperta come l’ormone coin-

volto nel ripiegamento verso la luce del

coleottile. Il coleottile si piega a causa della

diversa velocità di allungamento cellulare

della parte in ombra rispetto a quella

illuminata. In esperimenti a lungo termine, il

trattamento con auxina di sezioni di

coleottile o di fusti di dicotiledone stimola la

velocità di allungamento della sezione fino a

20 ore. In una curva dose-risposta la

crescita per distensione di segmenti di

coleottile o giovane fusto è rappresentata in

funzione dell’aumento della concentrazione

di IAA aggiunta. La concentrazione ottimale -6 -5 L’inibizione che si riscontra

pe

per la crescita in allungamento è tipicamente di 10 -10 M.

quando le auxine eccedono la concentrazione ottimale è generalmente attribuita alla

biosintesi di etilene indotta dall’auxina.

9. Che cosa si intende per accrescimento acido? Come avviene e quali effetti ha

sulla cellula?

la teoria dell’accrescimento acido, l’aumento della concentrazione di auxine in un

Secondo

tessuto causa un aumento dell’acidità della parete cellulare e questo aumento provoca un

abbassamento del pH nella parete. I polisaccaridi della parete ( cellulose ed emicellulose)

sono legati tra loro da ponti idrogeno, quando il pH diminuisce, i ponti idrogeno si rompono

e i polisaccaridi slittano l’uno sull’altro, comportando un indebolimento della struttura della

parete cellulare (la parete di distende più facilmente), questo comporta anche un aumento

della pressione sul vacuolo che preme sulle sue pareti. Questo meccanismo è detto

accrescimento acido perché la cellula cresce a seguito dell’indebolimento della parete. La

distensione della parete è un processo irreversibile perché la cellula si distende ed è più

grande perché è stata costruita nuova parete. L’auxina è un ormone con un proprio

recettore e una propria via d trasduzione del segnale.

Quando l’auxina si lega al suo recettore si attivano una serie di eventi che porta alla

+ L’mRna esce dal nucleo ed è tradotto in

trascrizione del gene che pompa H -ATPasi.

proteina nel RER, si formano delle vescicole dirette al Golgi e da lì sulla parete. Più è

prodotta auxina, più il pH si abbassa. L’acidificazione rompe i legami, il vacuolo si gonfia e

la parete si distende; l’acidificazione, dovuta alle pompe, attiva anche un’altra molecola,

l’espansina, che crea nuova parete cellulare assemblando polisaccaridi.

Che cos’è l’ipotesi di accrescimento acido per l’azione dell’auxina

10. e quali prove vi

sono a supporto?

Secondo il modello ampiamente accettato dell’ipotesi dell’accrescimento acido, gli ioni

idrogeno agiscono da intermediari fra l’azione dell’auxina e l’indebolimento della parete

+

cellulare. La responsabile dell’estrusione di protoni è la H -ATPasi della membrana

plasmatica, la cui attività si ritiene aumenti in risposta all’auxina. L’ipotesi

dell’accrescimento acido permette di fare le seguenti cinque previsioni:

 I tamponi acidi dovrebbero promuovere l’accrescimento a breve termine, ammesso

che la cuticola sia abrasa per permettere ai protoni l’accesso alla parete cellulare.

 L’auxina dovrebbe aumentare la velocità di estrusione di protoni (acidificazione

della parete), e la cinetica dell’estrusione dei protoni dovrebbe corrispondere a

quella della crescita indotta dall’auxina.

 I tamponi neutri dovrebbero inibire l’accrescimento indotto dall’auxina.

 I composti (diversi dall’auxina) che promuovo l’estrusione protonica dovrebbero

stimolare la crescita.

 Le pareti cellulari dovrebbero contenere un fattore di indebolimento della parete con

un ottimo pH acido.

Sono state confermate tutte e cinque queste previsioni. I tamponi acidi causano un rapido

ed immediato aumento nella velocità di crescita, a patto che la cuticola sia abrasa.

L’auxina stimola l’estrusione di protoni nella parete cellulare dopo un tempo di latenza di

10-15 min, in accordo con le cinetiche di crescita.

11. Quale struttura o quali strutture agiscono per la percezione della gravità nelle

cellule vegetali? Dov’è la localizzazione di queste strutture nel germoglio e nella

radice?

Il gravitropismo, o crescita in risposta alla gravità, permette alle radici di crescere nel suolo

verso il basso e ai fusti di crescere verso l’alto, lontano dal suolo, risposte particolarmente

critiche durante i primi momenti della germinazione.

La radice ha il centro meristematico e la cuffia: quest’ultima protegge la radice e contiene

le cellule di sfaldamento. Nella cuffia è presente una serie di cellule che prende il nome di

(parte centrale della cuffia). All’interno della columella ci sono le statocisti,

columella

cellule che contengono le statoliti. Gli statoliti fanno percepire la gravità alle statocisti.

Quando la radice è orientata normalmente (dall’alto verso il basso, verticalmente) gli

statoliti sono tutti posizionati verso la parte basale, premendo verso il basso. Se la radice è

posizionata orizzontalmente, le statocisti si spostano e si ritrovano sulla parete laterale

della radice (che secondo la gravità è verso il basso). Lo spostamento delle statoliti è

percepito dalla cellula e si trasmette come una distribuzione differenziata della

concentrazione dell’auxina. L’auxina si accumula maggiormente dove sono presenti più

statoliti mentre la concentrazione è bassissima nella parte opposta, dove non sono

presenti gli statoliti. L’auxina, quando è molto concentrata, ha un effetto tossico mentre

quando è meno concentrata ha un effetto stimolante; per questo quando si ritrova

maggiormente concentrata le cellule non si distendono più di tanto mentre nella parte

opposta genera un effetto di distensione. Se le cellule superiormente si distendono di più

ma quelle sotto no, la radice si curva verso il basso. La sessa cosa avviene per il fusto

solo che il gravitropismo è opposto.

Che cos’è il

12. fototropismo?

Il fototropismo, o crescita verso la luce, è espresso in tutti i fusti e in alcune radici, esso

assicura che le foglie ricevano una quantità ottimale di luce per la fotosintesi. La luce è

percepita all’apice del coleottile, ma il ripiegamento avviene sotto di esso. Quando un fusto

cresce verticalmente l’auxina è trasportata polarmente dall’apice in accrescimento alla

zona di allungamento. La polarità del trasporto auxinico dall’apice alla base segue lo

sviluppo ed è indipendente dall’orientamento gravitazionale. Comunque l’auxina può

anche essere trasportata lateralmente e questo movimento laterale dell’auxina è la base

del modello per i tropismi. In risposta ad uno stimolo luminobso direzionale, l’auxina

prodotta nell’apice invece di essere trasportata basipetamente è trasportata lateralmente

verso la zona in ombra. Due flavoproteine, le fototropine 1 e 2, sono i fotorecettori per la

via di segnale della luce blu che inducono il ripiegamento foto tropico degli ipocotili di

Arabidopsis e dei coleottili di avena quando sottoposti a condizioni di fluenza sia bassa

che elevata.

Capitolo 12_ Gibberelline

1. Come avvenne la loro scoperta? Da quale microorganismo sono alterate?

Le gibberelline sono state scoperte studiando una malattia del riso. I coltivatori asiatici di

riso conoscevano da molto tempo una malattia che faceva crescere in altezza le piante di

riso e che ne impediva la produzione di semi. I patologi vegetali che studiavano la malattia

scoprirono che i sintomi di questa malattia scoprirono che i sintomi di questa malattia

erano causati da un fungo patogeno, la Gibberella fujikuroi, che infettava le piante.

Coltivando questo fungo in laboratorio e analizzandone i filtrati, gli scienziati giapponesi

riuscirono negli anni ’30 ad ottenere cristalli impuri con attività di promozione di crescita

Negli anni ’50, due

per le piante, e dettero a questa miscela il nome di gibberellina A.

gruppi di ricerca, uno in Inghilterra e l’altro negli Stati Uniti, riuscirono a chiarire la struttura

del composto che entrambi purificarono da filtrati di colture di Gibberella al quale dettero il

nome di acido gibberellico. Circa nello stesso periodo gli scienziati giapponesi isolarono e

caratterizzarono tre gibberelline a partire dalla gibberellina A originale e le chiamarono

gibberellina A , gibberellina A e gibberellina A . Il sistema di numerazione per le

1 2 3

gibberelline è basato su questa nomenclatura. Gli scienziati giapponesi dimostrarono poi

e l’acido gibberellico isolato da inglesi e statunitensi

che la gibberellina A erano identici.

3

Man mano che ulteriori gibberelline furono caratterizzate da Gibberella e dai vegetali si

adottò uno schema per numerarle (GA -GA ) in ordine cronologico secondo la loro

1 n

scoperta.

2. Cosa sono i saggi biologici? Come vengono utilizzati per lo studio delle

gibberelline?

Il saggio biologico è un metodo di analisi impiegato per la determinazione e il dosaggio

quantitativo di sostanza biologicamente attive, quali farmaci, ormoni e vitamine. Il saggio

biologico consiste nell’osservazione degli effetti che la sostanza in esame esercita su

organi, tessuti o interi organismi viventi, confrontando quindi la sua attività con quella di

campioni a concentrazione nota o di standard. Saggi biologici di estratti di molte specie

vegetali mostrarono la presenza di sostanze simili alla gibberellina. La concentrazione di

gibberelline nei semi immaturi (circa una parte per milione) eccede di gran lunga quella dei

tessuti vegetali (1-10 parti per miliardo), facendo dei semi immaturi il materiale di elezione

per l’estrazione di GA, tuttavia la caratterizzazione chimica richiede ancora l’uso di decine

di chilogrammi di semi. La prima identificazione di una GA da un estratto vegetale fu la

giorno d’oggi, la

scoperta nel 1958 della GA da semi immaturi di fagiolo di Spagna. Al

1

disponibilità di metodi spettroscopici molto sensibili permette l’identificazione e la

qualificazione di GA da meno di un grammo di materiale vegetale.

3. Che cosa sono chimicamente le gibberelline e quante se ne conoscono? Quali

sono le caratteristiche comuni delle gibberelline e a quale classe generale di

composti appartengono?

Sono state identificate almeno 136 GA naturali. Le GA sono dei diterpeni formati da

quattro unità isopreniche, ognuna formata da cinque atomi di carbonio. Esse possiedono

uno scheletro tetraciclico ent-gibberellanico (contenente 20 atomi di carbonio) o uno

scheletro 20-nor-ent-gibberellanico (contenente solo 19 atomi di carbonio poiché manca

2

l’atomo in 20) . Le gibberelline che hanno uno scheletro di terpenico da 20 atomi di

carbonio (come la GA ) sono definite C -GA. Quelle che hanno solo 19 atomi di

12 20

carbonio, avendo perso il carbonio in 20 durante il metabolismo, sono definite C -GA. In

19

quasi tutte le C -GA il carbossile nel carbonio in 4 forma un lattone nel carbonio in 10.

19

Altre modificazioni strutturali comprendono l’aggiunta di gruppi funzionali come i gruppi

ossidrilici (-OH) o i doppi legami. La posizione e la stereochimica di questi gruppi

funzionali può avere profondi effetti sull’attività biologica.

4. Le gibberelline sono tutte biologicamente attive?

A differenza delle auxine, che sono definite dalle loro proprietà biologiche, le GA

condividono tra loro una struttura chimica simile, ma poche possiedono un’attività

hanno un’attività biologica intrinseca sono

biologica intrinseca. Molte delle GA che non

precursori metabolici delle GA bioattive o loro prodotti di degradazione. Esistono poche

GA bioattive in ogni singola pianta e le loro concentrazioni sono di solito correlate con

l’altezza del fusto. Le GA con attività biologiche intrinseche elevate, come GA , GA , GA

1 3 4

e GA , sono state fra le prime ad essere scoperte. Tutte queste GA sono tutte delle C -

7 19

GA e possiedono un lattone-4,10, un acido carbossilico (-COOH colorato in verde) nel C-6

con orientamento β.

e un gruppo ossidrile nel C-3

Qual è l’effetto più manifesto delle gibberelline?

5.

Le gibberelline svolgono anche importanti ruoli in una gran varietà di fenomeni fisiologici in

quanto promuovono la germinazione dei semi, stimolano l’accrescimento della radice e del

fusto, regolano la transizione della fase giovanile a quella adulta, hanno effetto nella

formazione dei fiori e sulla determinazione del sesso, promuovono lo sviluppo del polline e

la fruttificazione e lo sviluppo precoce del seme.

Molti semi, in particolare quelli delle specie vegetali selvatiche, non germinano subito dopo

la dispersione dalla pianta madre e possono necessitare di un periodo di dormienza.

L’acido abscissico (ABA) e le GA bioattive agiscono in modo antagonistico, e le quantità

dei due ormoni all’interno del seme possono, in molte specie, determinare il grado

relative

di dormienza. Durante la germinazione la GA induce la sintesi di enzimi idrolitici, quali le

amilasi e le proteasi dei cereali. Come il seme matura, questi enzimi degradano le riserve

alimentari accumulate nell’endosperma o nell’embrione. Questa degradazione di

carboidrati e proteine di riserva fornisce il nutrimento e l’energia per sostenere la crescita

delle pianticelle.

L’applicazione di GA non genera vistosi effetti sull’allungamento del fusto di piante che

sono già alte dal momento che le GA bioattive possono non essere limitanti per alcune

piante ad alto fusto. Tuttavia, l’applicazione di GA può promuovere l’allungamento

dell’internodo in mutanti geneticamente nani, in specie a rosetta come anche in membri

appartenenti alla famiglia delle graminacee. La GA esogena causa un tale allungamento

del fusto nelle piante nane di mais da farle somigliare alle piante più alte della stessa

specie.

Molte piante legnose perenni non fioriscono o producono coni fino al raggiungimento di un

determinato stadio di maturità, e fino a quello stadio sono definite giovanili. L’applicazione

di GA è in grado di regolare il cambiamento di fase, ma il fatto che anche la GA ritardi o

acceleri la transizione da giovanile ad adulto dipende dalle specie. In molte conifere la

fase giovanile, che può durare fino a 20 anni, può essere accorciata da un trattamento con

GA .

3

In piante con fiori imperfetti (unisessuati) più che perfetti (ermafroditi), la determinazione

del sesso è regolata geneticamente. Comunque può essere anche influenzata da fattori

ambientali come il fotoperiodo e lo status nutrizionale, e questi effetti dell’ambiente possno

essere mediati dalle GA. hanno un impedimento nello sviluppo dell’antera e

I mutanti nani carenti in gibberelline

nella produzione di polline, ed entrambi questi effetti portano alla maschio-sterilità possono

essere recuperati tramiti trattamento con GA bioattiva.

L’applicazione di gibberellina può causare la fruttificazione (l’inizio dell’accrescimento del

frutto a seguito dell’impollinazione) e l’accrescimento di alcuni frutti. La fruttificazione

indotta dalle GA può avvenire in assenza di impollinazione, portando a frutti partenocarpici

(senza semi). Nell’uva (Vitis vinifera) la varietà senza semi produce normalmente piccoli

frutti a causa dell’aborto precoce dei semi. I frutti possono essere stimolati ad ingrandirsi

con trattamento tramite GA .

3

Alcuni mutanti carenti in GA o piante transgeniche con disattivazione accentuata delle GA

presentano un elevato tasso di semi abortiti. La mancanza dello sviluppo normale dei semi

può essere attribuita alla diminuizione della concentrazione di GA bioattive nei semi molto

giovani. Il trattamento con GA non recupera il normale sviluppo del seme in quanto le GA

esogene sono incapaci di entrare nei nuovi semi.

I principali usi commerciali delle GA (tipicamente GA ) sono per la promozione della

3

crescita in colture da frutto, per la stimolazione del processo di formazione del malto da

orzo per la produzione industriale di birra, e per l’aumento della resa in zucchero della

canna da zucchero. Gli inibitori della biosintesi di GA sono stati utili per le colture in cui è

richiesta una riduzione dell’altezza della pianta. Per esempio, l’altezza è uno svantaggio

per i cereali coltivati in climi freschi e umidi, come in Europa, dove l’allettamento può

essere un problema (l’allettamento è il ripiegamento del fusto al suolo a causa del peso

dell’acqua raccolta sulle spighe mature, che rende difficile la raccolta delle cariossidi con

le trebbiatrici).

6. Come avviene la regolazione delle gibberelline?

La concentrazione della forma attiva di GA può essere aumentata per effetto del freddo e

1

di giornate più lunghe e notti brevi, la sintesi di GA può avere un effetto di inibizione

1

retroattiva della sintesi. La concentrazione di GA può essere diminuita anche dalla

1

disattivazione catabolica, che è una reazione irreversibile e non può diventare

nuovamente una gibberellina attiva. Anche la coniugazione con gli zuccheri è una modalità

che permette alla cellula di togliere gibberellina attiva coniugandola, questo è però un

processo reversibile. Anche il trasporto fuori dalla cellula ne diminuisce la concentrazione,

cha aumenta invece con l’importo nella cellula.

7. Descrivere le fasi di germinazione delle cariossidi e il coinvolgimento delle

gibberelline nell’idrolisi dell’endosperma amilaceo. Discuti sulla struttura e

funzione degli strati di aleurone dei cereali. Quale ruolo svolge la gibberellina nella

fisiologia dell’aleurone?

Le cariossidi dei cereali sono suddivise in tre parti: l’embrione, l’endosperma e la fusione

del frutto). L’embrione, che si svilupperà nella

testa pericarpo (involucro seminale-parete specializzato nell’assorbimento, lo scutello.

nuova pianticella, è costituito da un organo

L’endosperma è formato da due tessuti, l’endosperma amilaceo in posizione centrale e lo

strato aleurone. L’endosperma amilaceo morto è formato da cellule dalla parete sottile e

piene di granuli d’amido. Lo strato di cellule vive dell’aleurone, che circonda l’endosperma

amilaceo, sintetizza e rilascia enzimi idrolitici nell’endosperma durante la germinazione. Di

conseguenza, le riserve alimentari dell’endosperma sono degradate e gli zuccheri

amminoacidi e altri prodotti vengono trasportati verso l’embrione in via di

solubilizzati, gli I due enzimi responsabili della degradazione dell’amido sono l’α- e β-

accrescimento.

amilasi. L’α-amilasi idrolizza internamente le catene di amido per produrre oligosaccaridi

La β-amilasi

costituiti da residui di glucosio legati con legame 1,4-α. degrada questi

oligosaccaridi a partire dalle zone terminali per produrre il maltosio, un disaccaride. Il

maltosio può essere ulteriormente degradato a due residui di glucosio dall’enzima maltasi.

La cariosside è il seme delle graminacee, e la prima cosa che serve per far germinare il

seme è l’idratazione con acqua. L’idratazione è percepita dall’embrione che sta nel seme

come un segnale positivo per la germinazione e scatena il primo evento, che è la

formazione del primordio del fusto e della radice (nelle graminacee, piumetta e radichetta).

Quando un embrione germina è completamente eterotrofo, quindi dipende dalle risorse

che gli stanno attorno, nell’endosperma. Infatti nel seme si accumulano delle sostanze

(specie-specifiche), ad esempio nelle noci e nel ricino si acculano dei lipidi, mentre nella

maggior parte delle graminacee si accumulano zuccheri sottoforma di amido (endosperma

amilaceo). È proprio l’amido la fonte energetica della cariosside, ma è una forma non

solubile, quindi l’embrione, per scioglierlo, attiva le gibberelline che passano attraverso

uno strato di cellule, chiamato scutello, e raggiungono la parte di avvolgimento

dell’endosperma (dato dalle cellule dell’aleurone). Nell’aleurone ci sono delle cellule

cristallizzate, che hanno i recettori per le gibberelline; quando si legano ai recettori è

attivato un programma che porta alla liberazione di enzimi idrolitici dell’amido, come le

alfa-amilasi. Le alfa-amilasi sono trascritte e tradotte e si attivano, si riversano

nell’endosperma e l’amido è idrolizzato (si liberano monosaccaridi, disaccaridi e

trisaccaridi, che saranno usati dall’embrione per la prima crescita eterotrofa, che poi

diventa autotrofa).

8. Come avviene la trasduzione del segnale indotto dalle gibberelline nelle cellule

dell’aleurone?

La via di trasduzione del segnale inizia con un recettore specifico per GA posto sulla

membrana plasmatica delle cellule dell’auleurone. Quando avviene il legame si attiva la

proteina G eterotrimerica collegata al recettore e la subunità α + GTP dà inizio a due vie di

la prima porta alla produzione di α-amilasi,

trasduzione del segnale, mentre la seconda

regola la secrezione: 2+

-la via di segnalazione del segnale del Ca attiva la calmodulina che stimola processi che

stimolano la secrezione; 2+ porta all’attivazione di geni, in

la via di trasduzione del segnale Ca -indipendente

particolare quello dell’alfa-amilasi. I ribosomi dei reticolo endoplasmatico producono alfa

amilasi che viene trasportata in vescicole dopo essere transitate nel Golgi. Le vescicole si

aprono quando trovano la via del calcio-dipendente, questo da il segnale alle vescicole di

fondersi con la membrana e così si liberano le alfa-amilasi attive.

(vedi immagine pag 321)

Capitolo 13_ Citochinine

1. Come avvenne la scoperta delle citochinine?

Le citochinine sono state scoperte durante la ricerca di fattori che stimolassero la divisione

delle cellule vegetali (cioè in citochinesi). È stata valutata una grande quantità di sostanze

per studiare l’effetto di induzione e mantenimento della proliferazione di tessuti del fusto in

colturali normali. Si è osservato che l’accrescimento delle colture era

condizioni

drasticamente stimolato quando si aggiungeva nel mezzo di coltura l’endosperma liquido

della noce di cocco, noto anche come latte di cocco. Alla fine si dimostrò che il latte di

cocco conteneva la citochinina zeatina, ma questo non avvenne che molti anni dopo la

scoperta delle citochinine La prima citochinina scoperta fu l’analogo sintetico chinetina.

Negli anni ’40-’50, Folke Skoog e collaboratori dell’Università del Wisconsin valutarono la

capacità di molte sostanze nel dare inizio e mantenere la proliferazione di tessuti in colture

di tabacco. Osservarono che la base di acido nucleico adenina aveva un debole effetto

promotore, così valutarono la possibilità che gli acidi nucleici potessero stimolare la

divisione di questi tessuti. Sorprendentemente si scoprì che il Dna di sperma di aringa

invecchiato o autoclavato aveva un potente effetto promotore sulla divisione cellulare.

Dopo molto lavoro si identificò da Dna autoclavato una piccola molecola a cui fu dato il

nome di chinetina. Si dimostrò che era un derivato dell’adenina (6-amminopurina), la 6-

furfuril amminopurina. In presenza di una auxina, la chinetina stimolava il tessuto

parenchimatico del midollo di tabacco a proliferare in coltura. La chinetina non è un

regolatore vegetale di crescita naturale e non è presente come base nel Dna di nessuna

specie. Invece è un sottoprodotto indotto dal calore della degradazione del Dna, durante la

quale lo zucchero desossiribosio dell’adenosina è convertito in un anello furfurilico e

spostato dalla posizione 9 alla posizione 6 dell’anello dell’adenosina. Numerosi anni dopo

la scoperta della chinetina si dimostrò che gli estratti di endosperma immaturo di mais

contenevano una sostanza che aveva lo stesso effetto biologico della chinetina. Questa

sostanza stimola la divisione di cellule mature della pianta quando aggiunta ad un mezzo

di coltura che contiene un’auxina. Letham isolò la molecola responsabile di questa attività

e la identificò come trans-6-(4-idrossi-3-metilbutil-2-enilammino) purina, che chiamò

zeatina. La struttura molecolare della zeatina è simile a quella della chinetina. Entrambe le

molecole sono derivati dall’adenina (amminopurina). Anche se presentano differenti

in entrambi i casi queste sono legate all’azoto in 6 dell’adenina. Poiché la

catene laterali,

catena laterale della zeatina ha un doppio legame, essa può esistere nella configurazione

cis o trans. Nelle piante superiori, la zeatina si trova in entrambe le configurazioni, cis e

trans, e queste forme possono essere interconvertite da un enzima noto come zeatina

isomerasi presente in alcune piante ma non in tutte. La forma trans della zeatina è più

attiva nei saggi biologici.

2. Quali sono le citochinine naturali più diffuse?

Le citochinine sono definite composti

che possiedono un’attività biologica

simile a quella della trans-zeatina.

Queste attività comprendono la

capacità di indurre la divisione cellulare

in calli in presenza di un’auxina,

promuovere la formazione di gemme o

di radici da colture di callo in

appropriato rapporti molari con le

auxine, ritardare la senescenza delle

foglie, promuovere l’espansione dei

cotiledoni nelle dicotiledoni. Le

citochinine possono essere presenti

nella pianta come ribosidi (in cui uno

zucchero ribosio è legato all’azoto in 9

dell’anello purinico), come ribotidi (in

cui il ribosio contiene un gruppo

fosfato) o come glicosidi (in cui una

molecola di zucchero è legata all’azoto

in

in 3, 7 o 9 dell’anello della purina o ad un ossigeno della zeatina o della catena laterale

della diidrozeatina). Quasi tutti i composti attivi come cito-chinine possiedono

6

amminopurine sostituite in N come la benziladenina (BA) e tutte le citochinine naturali

sono derivati di amminopurine. Le citochinine biologicamente attive sono presenti come

molecole libere (non legate covalentemente a molecole) sia nelle piante che nei batteri. Di

solito, la citochinina libera più abbondante è la zeatina, ma la diidrozeatina (DZ) e

l’isopentenil adenina (iP) sono anche comunemente presenti nelle piante superiori e nei

batteri.

3. Qual è la citochinina sintetica più utilizzata?

Esistono anche citochinine sintetiche che non sono state identificate nelle piante, e le più

note sono le citochinine di tipo difenilurea, come il tidiazuron, che è utilizzato

commercialmente, come defoliante ed erbicida.

4. Quali malattie della pianta sono associate alla produzione di citochinine? Quali

sono i sintomi principali di queste malattie?

Alcuni batteri e funghi sono intimamente associati alle piante superiori, molti di questi

microrganismi producono e secernono sostanziali quantità di citochinine e/o causano la

sintesi da parte della pianta di ormoni vegetali, comprese le citochinine. Le citochinine

l’iP, la

prodotte dai microrganismi comprendono la trans-zeatina, cis-zeatina ed i loro

derivati della zeatina. L’infezione dei tessuti vegetali con

ribosidi, come anche i 2-metiltio

questi microrganismi può indurre i tessuti a dividersi e, in alcuni casi, a formare strutture

speciali come gli arbuscoli delle micorrize in cui il microrganismo stabilisce una relazione

mutualistica con la pianta. Quando il batterio del suolo A. tumefaciens invade una ferita

Senza l’infezione

può causare la malattia neoplastica nota come tumore del colletto.

dell’Agrobacterium le divisioni cellulari indotte da ferita cesserebbero dopo pochi giorni, e

alcune delle nuove cellule si differenzierebbero in strati protettivi di cellule della corteccia o

in tessuti vascolari. Dopo l’infezione le cellule non smettono di dividersi: piuttosto

continuano la divisione per tutta la vita della pianta per produrre una massa disorganizzata

di tessuto tumorale definito galla. Oltre al batterio del tumore del colletto, A. tumefaciens,

altri batteri patogeni possono stimolare la divisione delle cellule vegetali. Per esempio,

l’aumento di citochinina fornito da batteri, funghi, virus o insetti interagenti può causare un

aumento della proliferazione del meristema apicale del flusso e/o la crescita di germogli

laterali, che normalmente rimangono dormienti. Questa proliferazione, conosciuta come

fasciazione, si manifesta spesso come un fenomeno noto come la scopa delle streghe.

L’agente eziologico della fasciazione è Rhodococcus fascians. Certi insetti secernono

citochinine che possono interpretare un ruolo nella formazione di galle utilizzate da questi

insetti come materiale per nutrirsi. Anche i nematodi del marciume della radice producono

citochinine che possono essere coinvolte nella manipolazione dello sviluppo dell’ospite a

produrre cellule giganti delle quali si nutri il nematode.

Quale relazione esiste fra l’induzione di tumori del colletto e le citochinine?

5.

I ceppi virulenti di Agrobacterium contengono un grande plasmide conosciuto come

plasmide Ti. Una piccola porzione del plasmide Ti, conosciuta come T-Dna, è incorporata

nel Dna nucleare della cellula della pianta ospite. Il T-Dna contiene i geni necessari per la

biosintesi delle citochinine, come anche un membro di una classe di composti inconsueti

contenenti azoto chiamati opine. Il gene del T-Dna coinvolto nella biosintesi della

codifica l’enzima isopentenil trasferasi (IPT), che

citochinina, conosciuto come gene ipt,

trasferisce un gruppo isopentenilico all’adenosina monofosfato (AMP) per dare origine alla

tZRMP. Il gene ipt è stato anche definito locus tmr poiché, quando è disattivato dalla

mutazione, porta alla formazione di tumori radicanti. Il T-Dna contiene anche due geni che

il triptofano nell’auxina acido indol-3-acetico

codificano enzimi in grado di convertire (IAA).

Questa via biosintetica per la biosintesi dell’auxina differisce da quella delle cellule non

trasformate e coinvolge l’utilizzo di indolacetammide come composto intermedio. Il gene

ed i due geni per la biosintesi dell’auxina del T-DNA

ipt sono dei fito-oncogeni, poiché

possono indurre tumori nelle piante.

6. Che cosa sono le octopine e a che cosa servono?

I promotori dei geni del T-Dna sono promotori eucariotici, per cui nessuno i questi geni può

essere espresso nel batterio, piuttosto sono trascritti quando sono inseriti nei cromosomi

della pianta. La trascrizione dei geni porta alla sintesi degli enzimi che codificano portando

alla produzione di zeatina, auxina e un’opina. Il batterio può utilizzare l’opina come fonte di


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Corso di laurea: Corso di laurea in scienze biologiche
SSD:
Università: Torino - Unito
A.A.: 2016-2017

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher vanessa.falvo di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Fisiologia vegetale e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Torino - Unito o del prof Maffei Massimo Emilio.

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