Biochimica e fisiologia vegetale

Principi di bioenergetica e termodinamica. Sistemi termodinamici e loro relativi ambienti. Prima e seconda legge della termodinamica. Entropia ed energia libera. Reazioni esoergoniche ed endoergoniche; reazioni energeticamente accoppiate. ATP e trasferimento di gruppi fosforici. Altri composti ad alta energia. Gli stati di ossidazione del carbonio nelle molecole di interesse biologico. Il potenziale di ossidoriduzione. Reazioni di ossidoriduzione. Relazione fra delta E e variazione di energia libera (delta G). Coenzimi di ossidoriduzione. Reazioni di ossidoriduzione di interesse biologico (0,5 CFU frontali).
Gli enzimi come catalizzatori biologici: aspetti termodinamici e cinetici della catalisi enzimatica. L'equazione di Michaelis-Menten. Inibizione e regolazione delle reazioni catalizzate da enzimi. (0,5 CFU frontali).
Il metabolismo: concetti di catabolismo ed anabolismo. Metabolismo del carbonio: degradazione dei polisaccaridi di riserva (amido). Glicolisi; fermentazione lattica ed alcoolica. Rendimento energetico della degradazione del glucosio in condizioni anaerobiche. Il ciclo di Krebs. Il flusso degli elettroni e la fosforilazione ossidativa. La teoria chemioosmotica per l'accoppiamento della sintesi di ATP alla forza proton-motrice del gradiente di H+. Rendimento energetico della degradazione del glucosio in condizioni aerobiche. Cenni alla presenza di altri meccanismi per il consumo di O2 nelle cellule vegetali. Altre vie per l'ossidazione del glucosio: la via dei pentosi-fosfati. Cenni agli aspetti fondamentali del metabolismo dei lipidi di riserva; rendimento energetico della degradazione degli acidi grassi. La trasformazione dei lipidi di riserva in carboidrati nelle piante: cenni al ciclo del gliossilato. (0,8 CFU frontali).
La fotosintesi. Lo spettro della radiazione solare; contenuto energetico delle radiazioni di diversa lunghezza d'onda. Radiazione fotosinteticamente attiva. Spettri di assorbimento e spettri d'azione. Pigmenti fotosintetici; fenomeni di eccitazione e deeccitazione. Fotosistemi, complessi antenna, centri di reazione. Trasferimento di energia dai complessi antenna al centro di reazione. Funzione dei pigmenti accessori. Flusso di elettroni e fosforilazione fotosintetici: lo schema a Z. Fotofosforilazione non ciclica e ciclica. Erbicidi che interferiscono con il trasporto fotosintetico di elettroni (cenni). Danni fotoossidativi. La fase di organicazione del carbonio:cicli C3 e C4, metabolismo CAM. La fotorespirazione. (0,8 CFU)
Risposte alla luce ed alla temperatura: il punto di compensazione per la luce, il punto di compensazione per la CO2. (0,1 CFU frontali).
L'acqua e la pianta. Il potenziale dell'acqua: definizione, fattori che lo influenzano: pressione, temperatura, presenza di soluti. Le componenti del potenziale idrico nella cellula vegetale: potenziale di soluto, potenziale di matrice, potenziale di pressione. Fenomeni osmotici. La legge di Van't Hoff. Soluzioni isotoniche, ipotoniche, ipertoniche. Plasmolisi, turgore. La crescita per distensione della cellula vegetale. Il sistema continuo suolo-pianta-atmosfera. Assorbimento dell'acqua da parte delle radici: via apoplastica e via simplastica. La traspirazione. La forza traente per il movimento della linfa grezza nello xilema: teoria della tensione-adesione-coesione. Perdita di acqua dagli stomi; meccanismi di regolazione dell'apertura stomatica. (0,85 CFU frontali).
La traslocazione dei fotosintati nel floema. Meccanismi di caricamento e scaricamento del saccarosio nel e dal floema, ruolo del trasporto attivo degli H+. La teoria del flusso da pressione osmoticamente generato per il trasporto dei fotosintati nel floema. Organi "source" ed organi "sink". (0,1 CFU frontali).
La nutrizione minerale: esigenze nutrizionali delle piante: macro e micronutrienti. Disponibilità dei nutrienti e crescita della pianta. Meccanismi di trasporto nelle cellule vegetali. Le membrane cellulari ed il plasmalemma. Loro ruolo nella fisiologia della cellula. Permeabilità selettiva; potenziali chimici ed elettrochimici e loro ruolo nel determinare la direzione del movimento di una sostanza. Equazione di Nernst. Fenomeni diffusionali, trasporto attivo e passivo. Proteine di trasporto e canali ionici. Cenni al ruolo della H+-ATPasi di membrana nella generazione del gradiente di potenziale elettrochimico dei protoni transmembrana e conseguenze sul movimento degli altri soluti. Assorbimento ed assimilazione di azoto, zolfo e fosforo. Assorbimento di micronutrienti: l'esempio del ferro. Esempi di tossicità da minerali pesanti: l'alluminio. Meccanismi di resistenza a metalli pesanti: esclusione e detossificazione. (1 CFU)
Ormoni vegetali e fitoregolatori. Cenni generali sulle caratteristiche peculiari delle sostanze regolatrici di crescita dei vegetali. Valutazione dell'attività biologica: i test biologici. Auxine, gibberelline, citochinine, acido abscissico ed etilene: descrizione di alcuni effetti fisiologici specifici e di alcune pratiche agronomiche ad essi correlati. Fisiologia dello stress. Il concetto di stress. Gli stress abiotici: stress da bassa temperatura, stress idrico, stress da acidità del suolo, stress ossidativi e da irraggiamento. Aspetti biochimici e fisiologici delle risposte delle piante a tali stress. (0,35 CFU frontali).
Specifici argomenti verranno integrati con lo svolgimento di esercizi ad hoc (esercitazione).