PROGRAMMA di FISIOLOGIA VEGETALE

(in questa sezione saranno esposti i principali argomenti del programma ricordando che per avere una visione maggiormente dettagliata del corso è consigliabile studiare sui libri di testo opportuni)

Le piante e l'acqua: potenziale idrico; componenti del potenziale idrico nella cellula, nella pianta, nel suolo, nell'aria; flussi di acqua nella cellula e crescita per distensione; circolazione dell'acqua nella pianta; traspirazione. Fotosintesi: struttura e funzione dei fotosistemi, conversione dell’energia luminosa in energia chimica. L'assimilazione della CO2: ciclo di Calvin, fotorespirazione, sintesi di saccarosio e di amido. Piante C4 e CAM. Regolazione metabolica nel ciclo del carbonio. Dipendenza dell'assimilazione della CO2 da luce, pCO2, temperatura, stato idrico. Assunzione e trasporto dei soluti: principali meccanismi di trasporto attraverso le membrane cellulari (pompe protoniche e gradiente elettrochimico di protoni; meccanismi di trasporto dei principali ioni minerali e metaboliti); flussi xilematici e floematici. Assunzione e organicazione di nitrato ed ammonio; gli azoto-fissatori e le piante. Processi fisiologici nel differenziamento e nello sviluppo. Ormoni vegetali (struttura, trasporto, azioni fisiologiche). Ruolo degli ormoni nei processi differenziativi e nei movimenti tropici e nastici. Fotomorfogenesi: fitocromo, criptocromo.

(tratto dall'Università degli studi di Milano - www.unimi.it )

NUTRIZIONE MINERALE

Le cellule delle piante hanno bisogno di numerosi ioni minerali essenziali x il loro funzionamento.

RADICE

(1)

La RADICE presenta peli radicali e le pareti delle cellule della radice non sono impermeabilzzate; I soluti possono diffondere NELLE cellule e TRA le cellule ma giunte nella banda del Caspary, le sostanze devono attraversare la membrana.

1)àmovimento di ioni secondo gradiente di potenziale elettrochimico; appartengono la famiglia dei canali e dei carrier

2)àmovimento di ioni contro gradiente di potenziale elettrochimico per cui Dm_S > 0 e appartengono la famiglia dei carrier

REAZIONI METABOLICHE ESOERGONICHEàper trasporto di soluti

-         nel caso dei cloroplasti è la reazione redox in cui si ha il trasporto controgradiente di H⁺

-         occorrono i TRASPORTATORI ATTIVI che utilizzano l’ATP in quanto possiedono una ATPasi di membrana e si dividono in:

-         TRASPORTATORI ATTIVI 1°àutilizzo di ATP per trasporti contro gradiente

-         TRASPORTATORI ATTIVI 2°àil gradiente elettrochimico dello ione che trasportano può essere utilizzato dagli altri carrier per utilizzare il trasporto contro gradiente di un altro soluto

L’origine di una differenza di potenziale a cavallo della membrana è responsabile della diversa mobilità dei vari ioni e dipende dai sistemi di trasporto attivo. In stato stazionario ho 2 valori alti con il citoplasma negativo rispetto all’esterno di –120 / -240 mV.

L’unico ione che tende a distribuirsi passivamente è il K⁺; gli altri sono nel succo cellulare a [  ] + basse di quelle attese secondo la legge di Nerst e trasportati attivamente all’esterno.

(2)

Gli anioni nelle cellule sono in [  ] > e vengono trasportati attivamente fuori dalle cellule.

La [H⁺] tra vacuolo e citoplasma può essere diversa per via di eventuali gradienti; se è + alta nel vacuolo, nel succo misuro la [H⁺] del vacuolo ma se è + alta nel citoplasma, nel suco misuro una [  ] + diluita.

H⁺ e Ca⁺⁺

La [H⁺] nel vacuolo (o il suo pH) è simile a quella misurata nel succo cellulare cioè ~ 5 mM (pH=5.3) MA nel citoplasma la [H⁺] è 0.055 mM e il pH=7.3.

La differenza di potenziale tra vacuolo e citoplasma: +20mV

Il gradiente elettrochimico di H⁺ a cavallo della membrana plasmatici è + ripido di quello del succo cellulare e il gradiente elettrochimico del tonoplasto è positivo perché vengono accumulati H⁺ contro gradiente.

La [Ca⁺⁺] nel citoplasma ha valori molto bassi e questo è essenziale per una cellula ke utilizza il fosfato inorganico come moneta di scambio per il metabolismo. Il fosfato di calcio [Ca₃(PO₄)₂] è un sale poco solubile e una elevata [  ] di calcio comporta la precipitazione e la sottrazione dello ione fosfato.

Il Ca⁺⁺ ha la proprietà di interagire con le proteine cambiandone la struttura e quindi l’attività biologica.

Il Ca⁺² è un SECONDO MESSAGGERO.

H⁺-ATPasi

È la principale pompa elettrogenica sulla membrana plasmatica:                                        

-         di tipo P perché durante il ciclo catalitico si forma un intermedio fosforilato

-         codificata da famiglia di geni con caratteristiche biochimiche diverse

-         stechiometria 1:1

-         dominio C-ter nel plasmalemma con sito autoinibitorio che lega le proteine 14-3-3

-         queste impediscono l’autoinibizione

-         stimolata dalla luce bluàapertura stomi e la FUSICOCCINA (tossina fungina) stimola l’associazione delle 14-3-3

-         l’attività catalitica ha un optimum tra pH 6-6.5 e diminuisce a pH 7-7.5 e il pH della cellula è 7.3

-         fa diventare + negativo il potenziale all’interno del citoplasma che influenza il trasporto di K⁺ per il quale sono presenti 2 canali sulla membrana; il K tende ad entrare in cellula termodinamicamente ma anche grazie ai canali

L’insieme della differenza di H⁺, di pH e ddpàgradiente elettrochimico di protoni tra citoplasma ed esterno.

I protoni tendono a rientrare termodinamicamente e il loro rientro libera altrettanti Joule (20 kJ usati per espellerli) usati per fare lavoro purchè ci sia l’accoppiamento tra l’influsso di H⁺ che libera energia e un processo che richiede l’apporto di tale energia.

Il gradiente di H⁺ generato dalla H⁺-ATPasi del plasmalemma viene utilizzato da vari sistemi per energizzare:

-         tramite SIMPORTOàl’assorbimento di metabolici come zuccheri e aa; l’assorbimento di anioni minerali; l’assorbimento di K⁺ quando è poco disponibile e l’influsso positivo tramite i canali non sarebbe sufficiente a mantenere l’omeostasi di questo ione; l’assorbimento di ormoni come l’auxina.

-         Tramite ANTIPORTOàl’espulsione di Na⁺ dal citoplasma nelle piante tolleranti la salinità

L’H⁺-ATPasiàiperpolarizza la ddp a cavallo della membrana favorendo l’accumulo nel citoplasma di cationi assorbiti tramite canali voltaggio sensibili, come il K⁺.

In caso di ioni bivalenti (SO₄^-2; HPO₃^-2)àsimporto ma la simmetria è di 3 H⁺.

COTRASPORTO AA: 3 tipi

-         AA-acidi (COOH)

-         AA-basici (NH₃)

-         AA-neutri (zwitterione)

CANALI IONICI PERMEABILI AL Ca⁺⁺:

-         lo ione Ca è molto importante

-         l’entrata di Ca avviene secondo gradiente di [  ] e può essere mediato da sistemi di trasporto passivo e viceversa per l’uscita

-         lo stato dei canali è di essere chiusi per mantenere il gradiente

-         tra le proteine che legano il Ca nel citoplasma vi è la CALMODULINA che lega 4Ca per molecola e può interagire con altre proteine chiamate PROTEINKINASICALCIODIPENDENTIàfosforilano altre proteine

Il principale trasporto attivo che espelle CaàCALCIO-ATPasi (P-ATPasi) che:

-         trasporta il Ca contro gradiente con l’idrolisi di ATP

-         il dominio N-ter è un sito di legame per la calmodulina

-         il legame della calmodulina al sito inibitorioà> attività enzimatica

-         è una proteina bersaglio

-         catalizza anche lo scambio tra Ca⁺⁺ e H⁺à

MEMBRANA VACUOLARE:

La H-ATPasi e la H-PPasi del tonoplasto cooperano nel generare e mantenere un gradiente elettrochimico di protoni a cavallo del tonoplasto. L’H-PPasi potrebbe essere implicata anche nel trasporto di K⁺ nel vacuolo. Questo gradiente energizza vari sistemi di antiporti che catalizzano l’accumulo nel vacuolo di ioni e metaboliti.

L’H-ATPasi del vacuolo è diversa da quella della membrana plasmatici in fatti quando si lega l’ATP, si libera il P e l’ADP viene liberato in seguito.

L’H-PPasiàpirofosfatasi: pompa H⁺ nel vacuolo usando l’energia di idrolisi del PPi presente nel citoplasma ed è strettamente dipendente dal K.

ANTIPORTO Na/Hànelle alofite per accumulo di Na nel vacuolo.

Sul tonoplastoà

-         1 o + meccanismi di trasporto attivo del Ca che mediano l’accumulo nel vacuolo di Ca contro gradiente elettrochimico

-         Ca-ATPasi: regolata da calmodulina e simile a quella plasmatici

-         Antiporto 2°: trasporta anche Mg ed ha un’affinità < per il Ca

VACUOLOà

-         + grande magazzino delle cellule vegetali

-         risorsa di Ca per innalzare la [Ca] nel citoplasma

-         sul tonoplastoàcanali per il Ca

IONI:

Nutrizioneàminerale e serve per la distribuzione di assimilati fotosintetici

Omeostasiàregolazione concentrazioni soluti intracellulare

Compartimentazioneàmetabolismo

Trasmissione di segnali

REGOLAZIONE STOMI:

-         dipende dall’attività di proteine di trasporto

-         i principali segnali sono:

di APERTURAàstimolata dalla luce; inibita da CO₂ (quando all’interno della camera sottostomatica supera certi valori, ne viene indotta la chiusura); dipende dall’H₂O (lo stress idrico inibisce l’apertura e induce la chiusura). Il mediatore dello stress idrico è l’ABA

di CHIUSURAàvedere in seguito

STOMI:

-         2 cellule di guardia che delimitano una fessura: RIMA stomatica (aperta/chiusa)

-         struttura isolata simplasticamente dalla foglia (no-plasmodesmi)

-         tutti gli scambi avvengono tramite la membrana cellulare

-         cellule di GUARDIAàcellule epidermiche differenziate, cloroplasti per fotosintesi e parete cellulare non omogenea

-         parete con spessore resistente nella zona della rima

-         disposizione radiale delle microfibrille di cellulosaàaumento pressione di turgore (entra H₂O)àresistenza in espansione.

Una cellula in equilibrio idrico con l’ambiente esterno, se la illumino, entra H₂Oàpotenziale idrico cellulare è diventato + negativo rispetto a quello esterno: j_cell < j_out

I soluti responsabili della variazione della componente osmotica sono i sali di K e gli anioni sono Cl^- e malato.

CONDIZIONI DI APERTURA:

-         accumulo di Cl^- e malato

-         iperpolarizzazione ddp

-         estrusione H⁺

-         aumento pH citoplasmatico

-         aumento fissazione CO₂ su malato

-         fusicoccina stimola H-ATPasi e l’apertura degli stomi anche in condizioni non permissive

-         la luce BLU aumenta l’associazione al dominio regolativi dell’H-ATPasi delle proteine 14-3-3

Quando il pH tende a salire, l’H-ATP estrude H⁺ ma aumenta l’attività della PEP-carbossilasiàacido malicoàcaduta di pH.

CONDIZIONI DI CHIUSURA:

-         ABAàcondizione di stress idrico

-         Aumento [CO₂] nella fogliaàeccesso di substrato intrafogliare

-         Se si interrompe l’irrigazione viene a meno ABA nella foglia, che è prodotto da foglia e radici

-         ABA chiude gli stomi in base ad un aumento [Ca] citoplasmatico

-         Gli stomi si chiudono anche in condizioni permissive

ENZIMA MALICO: nelle C4           malato + NADPàpyr + CO₂ + NADPH

-         ha un optimum di pH al valore di 6

-         da un acido bicarbossilico a monocarbossilico che diminuisce l’acidità del succo

-         = e contrario alla PEP carbossilasi

-         effetto pHstato

L’H₂O esce e cala la pressione di turgore e gli stomi si chiudono

L’ABAàagisce sulle cellule di guardia secondo 2 meccanismi:

1)      apertura canali Ca⁺⁺ e aumenta [Ca] citoplasmatico

2)      ancora in fase di studio

Anche nel caso della CO₂ l’effetto è un aumento [Ca] citolpasmatico e l’apertura dei canali ionici sulla membrana plasmatici o tonoplasto.

CRESCITA PER DISTENSIONE:

-         questo aumento di volume è causato da un ingresso di H₂O

-         le dimensioni lineari delle cellule aumentano fino di 10 volte

-         il volume cellulare aumenta fino a 100 volte

-         il peso fresco aumenta come il volume

-         il peso secco (campione disidratato) aumenta molto meno: 5-10 volte

Nella cellula è il compartimento vacuolare che aumenta  di volume ed è un processo a basso costo perché ciò ha a che vedere con la autotrofia e sessilità della piantaàoccorre aumentare le superfici per la fotosintesi e a livello radicale aumentare la superficie assorbente.

All’inizio la cellula era in equilibrio: j_cell = j_s + j_p cioè j_cell = j_out  ma quando assorbe H₂O

j_cell < j_out cioè j_s diventa + negativo (cellule di guardia) e j_p diventa – positivo (diminuisce la R meccanica della parete).

In realtà la [  ] di soluti non aumenta (resta costante) e la j_s non diventa + negativo.

La componente del potenziale idrico che cambia in seguito a un segnale chimico, è la componente di pressione che diventa – positivaàaumento della DISTENSIBILITA’ PLASTICA

Se entra tanta H₂O, si diluisce la [  ] per cui entrano anche tanti soluti, inoltre la cellula deve produrre nuove macromolecole per sintetizzare la parete cellulare, la membrana e il tonoplasto.

Il segnale che fa diminuire la R della parete è di tipo ORMONALE:

IAAàauxine: crescita per distensione nelle radici e epicotili/coleoptili

GAàgibberelline: ipocotili

CKàcitochinine: crescita per distensione delle foglie

AUXINA:

-         trasportata attraverso la membrana

-         sintetizzata in germogli e coleottile

-         se taglio via l’apice ottengo la zona subapicale e la tratto con IAAài coleottili abrasi rispondono all’auxina estrudendo H⁺ (abbassa il pH); DE si iperpolarizza (H-ATPasi)

-         se iperstimolo l’H-ATPasi con fusicoccinaàcrescita per distensione

-         se fornisco VANADATOàinibisco H-ATPasi e lo stimolo di IAA e della crescita

La R meccanica della parete 1° è dovuta alla cellulosa e al reticolo che possono formare le pareti ricche di PROLINA e quindi occorre rompere i legami gli sodici o i ponti HàIDROLASIàoptimum di pH acido.

ESPANSINAàproteina di parete attivata da un abbassamento di pH della pareteàrompe i ponti H

ETILENEàdisorienta la disposizione delle fibrille e fa si che non perdano l’orientamento ordinatoàdiminuisce la R in senso RADIALE e aumenta quella longitudinale e si ha un allungamento meno direzionale.

Amidoàdegradato e trasportato nella notte e siccome non può essere trasportato perché è insolubile, allora deve essere degradato e risintetizzato negli organi di riserva.

FLUSSO DEI TRIOSO – FOSFATI:

Nello stroma dei cloroplastiàpirofosfatasi che idrolizza il PPi

L’ADP-Glu reagisce con una molecola di AMIDO: ADP-Glu + (amido)_nà(amido)_n+1 + ADP tramite l’amilosio sintasi che sintetizza l’AMILOSIO che è costituito da tante molecole di amido disposte in ramificazioni: queste ramificazioni sono opera di ENZIMI RAMIFICANTI. 

Dalla cellula madre alla figlia si ha ereditarietà dei PLASTIDI che poi si differenziano. I proplastidiàpiccoli granuli di amido che fa da precursore per la sintesi di nuovo amido.

La sintesi del saccarosio avviene nel citosol:

-         per far si che il metabolica passi dal cloroplasto al citosol la membrana esterna dei cloroplasti è a bassa selettività perché possiede una proteina canaleàPORINA

-         la membrana interna è altamente selettivaàTRASPORTATORE del P e specifiche proteine

Questi sono trasportatori passiviàseguono il gradiente di trioso P o di P.

La [  ] totale (Pi libero + Pi legato) resta costante nel cloroplasto e nel citosol indipendentemente dall’attività metabolica; quello che varia è il rapporto Pi libero/P-legato man mano che la fotosintesi procede nel cloroplasto.

DOAPà

-         diidrossiacetonfosfato

-         intermedio di 2 vie metaboliche: pentoso-fosfati e glicolisi

-         DOAPàPIRUVATOàMITOCONDRIàcilo di KrebsàCO₂

4 TRIOSO FOSFATOà1 saccarosio + 5 Pi

Se dentro al cloroplasto continua la fotosintesi, allora potrà continuare anche l’afflusso di triosi. Nel cloroplasto la fotosintesi produce triosi che portano a esosi fosfati i quali possono entrare in 3 vie metaboliche differenti.

La velocità con cui procedono questi 3 processi deve essere regolata in modo tale che la sintesi di amido e saccarosio non blocchi il ciclo di Calvin.

L’esportazione funziona solo se [TRIOSI] nei cloroplasti è > della [TRIOSI] nel citosol.

1)      inibito da Fru-2,6-P

2)      inibito da saccarosio, Pi; attivato da Glu-6-P

3)      inibito da Pi; attivato da Fru-1,6-P e PGA

SINTESI E DEGRADAZIONE DEL FRUTTOSIO-2,6-P:

KINASI: Fru6P + ATPàFru-2,6-P ed è attivata da Pi, Fru6P; inibita da 3PGA, 2PGA, PEP, DOAP

FOSFATASI: (Fru2,6P + H₂OàFru6P + Pi) è inibita da Pi e Fru-6-P

Viceversa quando il rapporto sopra è basso.

Il Fru2,6P è inibitore della conversione da Fru1,6PàFru6P

Per sintetizzare saccarosioàaumentare il rapporto sopraàdipende dall’attività del trasportatore e delle [  ] nello stroma

L’atro segnale regolatore è l’accumulo del saccarosio stesso

SINTESI DI AMIDO:

Enzima ADPGpirofosforilasi

Se il rapporto sopra è bassoà

-         no esportazione DOAP e GAP

-         no saccarosio

-         no amido

-         solo Calvin

Se è medioà

-         esportazione

-         rapporto alto nel citosolàsaccarosio

-         Calvin

-         Feedback

Se è altoà

-         inibita la sintesi di saccarosio

-         no esportazione

-         sintesi amido                                         

-     Calvin

La velocità di fotosintesi tende ad essere MINORE quando produce AMIDO 1° di quando fa saccarosio perché nell’amido 1° la [Pi libero] è bassa e quest’ultimo costituisce un substrato della sintesi di ATP per l’ATPsintasi: ADP + Pi + H⁺(lume)àATP + H⁺(stroma)

Il saccarosio prodotto nel citosol viene accumulato nel vacuolo; viene esportato dal mesofillo e scaricato nel floema dove si ha il trasporto dei prodotti fotosintetici agli organi utilizzatori.

Quando la velocità di produzione del saccarosio supera quella di esportazione, la [saccarosio] aumenta nel citosol; la velocità dell’esportazione dipende dalla velocità con cui gli organi utilizzatori utilizzano il saccarosio che gli arriva.

TRASLOCAZIONE:

Nei tubi cribrosi scorre il succo floematico con saccarosio, raffinosio, stochiosio con un flusso di ~10-20g/cm²/h.

Al saccarosio sono legate 3-4 molecole di galattosio.

Nella foglia la [SACCAROSIO]à~1M

Nel mesofillo la [SACCAROSIO] = 1-10mM (inibitore) per cui occorre lavoro per arrivare alla foglia

Si ha un accumulo contro gradiente di [  ] nel floema.

Le cellule compagne possono essere trasformate in cellule di trasferimento.

I PORI della PLACCA CRIBROSAànella pianta viva sono aperti ma nelle sezioni erano chiusi per la disposizione del CALLOSIO prodotto e cacciato a tappare i pori in seguito a ferita.

Nella superficie di contatto tra mesofillo e floema, la densità dei plasmodesmi cala molto. Il passaggio di saccarosioàmembrana cellulare. Questo è un processo passivo mediato da PERMEASI secondo gradiente. L’assorbimento di saccarosio è trasporto ATTIVOàsimporto con H⁺ e H-ATPasi.

Il trasporto del floema può essere basipeto o acropeto.

Il saccarosio viene rilasciato dal floema all’organo utilizzatore:

-         SOURCEàorgano produttore

-         SINKàorgano utilizzatore

Il saccarosio arriva nel sink per via simplastica o apoplastica e il trasporto dipende:

-         dalla natura del sink: per es. nella spiga l’amido sta nei semi ma è un individuo diverso perché non ha gli organi

-         dal tipo di metabolismo del sink: se l’organo sink è in fase di crescita (meristema), prende il saccarosio e in parte diventa substrato respiratorioàATP

-         se il sink è un organo di RISERVA: accumulo saccarosio come tale a livello del vacuolo o per produrre amido 2° che essendo insolubile non aumenta l’osmolarità del succo.

Nelle piante che producono amido, è meglio il trasporto per via simplastica. Nel caso in cui lo scaricamento sia apoplastico, il saccarosio viene immesso nell’apoplasto (extracellulare) dove trova un enzima: INVERTASI (idrolizza il legame glicosidico fra glu e fru nel saccarosio; si chiama invertasi perché inverte la polarizzazione della luce). La [Sac] nell’apoplasto è bassa e quindi il Sac può uscire perché viene decomposto a glu e fruàriassorbiti attivamente nel parenchima.

A livello della foglia (SOURCE)à

-         assorbimento attivo di saccarosio all’interno degli elementi cribrosi

-         [sac] a valori elevati (~100 mM)

-         [  ] osmotica all’interno degli elementi floematici è elevataàvalore componente osmotica è negativoàrichiamo di H₂Oàpressione di turgore elevata

L’opposto accade a livello del SINKà

-         il saccarosio come arriva, esce

-         [sac] è decine di volte + bassa del source

-         [  ] osmotica + bassaà- negativo il valore della componente osmotica

Accumulo di saccarosioàabbassa la componente osmotica p: p = - j_S

Fra SOURCE e SINKàdifferenza di pressione di 0.3 MPa che sono 3 atm e questa ferma il flusso di massa della soluzione nei tubi cribrosi dal source al sink. Viene mantenuta la DC e DPàflusso continuo che va secondo gradiente di pressione. L’H₂O si muove contro il potenziale idrico, o meglio, si muove tutta la soluzione (H₂O + soluti).

Teoria di MUNCH: i pori devono essere aperti per far si che passano gli assimilati nel floema. Il flusso di massa implica che all’interno di un vaso il flusso sia unidirezionale: SOURCEàSINK però è bidirezionale o pluridirezionale perché i sink sono in varie direzioni rispetto al source. Il floema è fatto di tanti vasi e in piantaàflusso bidirezionale pur avendo nel tubo cribroso un flusso unidirezionale (basipeto e acropeto). Tutto ciò dipende dalla differenza di pressione che si genera dall’attività del sink perché l’abbassamento di pressione a livello del sink dipende dalla velocità con cui il saccarosio viene sottratto.

Forza del sinkàè la risultante della sua attività metabolica moltiplicata per la sua dimensione fisica e determina la velocità di esportazione degli assimilati fotosintetici e quindi influenza anche l’attività del processo fotosintetico.

La sintesi di saccarosioà

-         velocità dipendente dal sink

-         inibita dalla fotosintesi se direzionata verso l’amido 1°

-         rallentamento perché per l’amido 1° si creano condizioni inibitorie per il processo fotosintetico

-         la velocità della fotosintesi è controllata dalla comunicazione tra source e sink attraverso il floema

IL TRASPORTO XILEMATICO:

-         continua sempre

-         può diminuire la quantità di H₂O assorbita

L’accumulo di saccarosio richiama H₂O nei tubi cribrosi dallo xilema che genera una pressione negativa a livello dello xilema fogliare che è < di quella che si forma quando c’è la traspirazione MA sufficiente a drenare un flusso di massa nello xilema. L’H₂O viene fatta poi ritornare nello xilemaàRICIRCOLO

SOURCE-SINKà

-         definizione funzionale

-         attività metabolica che svolge l’organo in quel momento

Gli acidi grassi vengono sintetizzati nei plastidi.

Le piante possono trovarsi in carenza di O₂ a causa dell’H₂O e la velocità di diffusione in fase liquida è < rispetto alla fase gassosaàdiminuzione [O₂] in prossimità della radiceàmetabolismo anaerobioàfermentazione (lattica o alcolica) e capacità di modulare la glicolisi.

NUTRIZIONE AZOTATA:

Il costo energetico dell’organicazione dell’N è > di quello della CO₂àil costo energetico dell’accumulo dell’N è ¹/₅ dell’assimilazione della CO₂.

Nel terreno sono presenti NH₄⁺; NO₂^- e NO₃^- che è la prevalente.

L’N è presente in forma ridotta negli aa e il substrato utilizzato per la sua organicazione è quello NH₄⁺.

Sulla membrana cellulare è presente un SIMPORTO che utilizza il gradiente di H⁺ generato dalla H-ATPasi:

L’NH₄ permea attraverso i canali del K tramite la PERMEASI (trasporto passivo e carrier).

L’NO₂ è tossico e non si accumula mai perché l’attività della NITRITO RIDUTTASI è ~ 10 volte superiore a quella della NITRATO RIDUTTASI.

Nei cloroplasti la Fx viene ridotta nella reazione di Hill e una parte viene utilizzata per la riduzione dell’NO₂.

Nelle radici: NADPH + 2Fx_oxàNADP⁺ + 2Fx_red

Il NADPH riduce la Fx e occorre però ridurre il NADPH e questo viene fatto nei plastidi radicali dalla Glu-6-P deidrogenasi. Qui gli zuccheri attraversano il floema e possono essere metabolizzati attraverso la via dei pentoso-fosfati riducendo quindi il NADP in NADPH.

Per transaminazione si formano tutti gli altri aa dall’acido glutammico.

Il vantaggio evolutivo è dovuto al fatto che gli azotofissatori forniscono direttamente NH₄ alla pianta.

La glutamina sintetasi esiste in 2 isofprme: una plastidiale (foglie) e una citosolica (radice); per la riduzione e l’organicazione (in foglie e radici) partecipano enzimi citoplasmatici e plastidiali.

Nello XILEMA:

-         NO₃ e aa (glu, asp)

-         Non c’è NH₄ perché viene organicata nelle radici

-         Se viene assorbito NO₃àla riduzione e l’organicazione è contestuale cioè avvengono nelle radici o nelle foglie

L’NH₃ è tossica e permea attraverso la componente lipidica delle membrane e sottrae protoni (H⁺) tanto + quanto + è acido quel compartimento. Tenere bassa la [NH₄] è essenziale.

Quando la [NH₄] extracellulare è bassa, la pianta assorbe NO₃ quindi occorrono mecanismi di regolazione.

La capacità di assorbire NO₃ è influenzata dalla disponibilità di N sotto un’altra formaà2 tipi di regolazione a livello dell’espressione dei geni che codificano per il trasportatore del NO₃ e per gli enzimi annessi (NITRATO RIDUTTASI); sono geni la cui trascrizione è regolata in 2 modi:

1)      indotta  da NO₃

2)      repressa da glutammica (1° prodotto organicazione N)

Se c’è [NH₄] nel mezzo esterno, viene assorbito e organicato a glutammica (ne varia la sua [  ]) che inibisce la trascrizione dei geni. Se la [NH₄] esterna diventa così bassa che la velocità di assorbimento e organicazione diminuisce, i geni vengono derepressi e indotti sono se c’è NO₃.

L’ISOFORMA del trasportatore di NO₃ è costitutiva e presente una bassa Vmax e una alta Km; quella indotta da NO₃ e repressa da glutammica ha alta Vmax e bassa Km e si chiama indotta.

La velocità di riduzione dell’NO₃ è regolata anche dalla regolazione dell’attività catalitica dell’enzima e la glutammica ne determina l’inattivazione.

L’assimilazione di N avviene a spese di substrati carboniosi per produrre molecole azotate e con l’assimilazione di N si ha una regolazione tra velocità di organicazione del C e dell’N.

La luce è un segnale per la velocità di organicazione e serve per compiere lavoro nell’assimilare e ridurre l’NO₃.

COMUNICAZIONE TRA LE CELLULE VEGETALI:

-         scambio di informazioni

-         produzione segnaleàrispostaàeffetto

-         es. percezione di stress idrico a livello radicaleàchiusura stomi

-         meccanismi di comunicazione che permettono lo sviluppo coordinato della pianta

ORMONIà

-         permettono regolazione metabolismo

-         analoghi agli ormoni animali ma presentano alcune differenze tipiche  delle piante:

1)      crescita indefinita

2)      non possono muoversià> adattamento

3)      differenziamento meno spintoà> plasticitààtotipotenza

SISTEMA ORMONALEà

-         produzione dell’ormone da organi specializzatiàcircolazioneàorgano bersaglioàrisposta che nelle piante è + plastica perché l’identificazione dello specifico sito di produzione dell’ormone non è chiara in quanto ciascun ormone può agire su diversi organi o cellule bersaglio causando RISPOSTE FISIOLOGICHE differenti e uno stesso processo fisiologico può essere regolato da diversi ormoni.

-         Occorre una proteina capace di riconoscere un ormone

-         Possibilità di essere trasportati da una parte all’altra della pianta

-          Presenti a [  ] basse (mM)

-         modulare la velocità di un processo

AUXINEàIAA

GIBBERELLINEàGA1

CITOCHININEàCK (zeatina)

ACIDO ABSCISSICOàABA

ETILENEàCH₂=CH₂

BRASSINOSTEROIDI

Sono tutte molecole piccole (28 a poche centinaia) perché le cellule vegetali hanno la parete.

                                                                                  SITI DI PIANTA PRODUTTORI DI ORMONI