Codice Denominazione insegnamento CFU A.A. G2408- Biochimica e fisiologia vegetale 6 2

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1 Obiettivi formativi Il Corso si propone di fornire le conoscenze di base relative ai processi biochimici e fisiologici fondamentali delle piante superiori, allo scopo di comprendere i meccanismi maggiormente coinvolti nella determinazione della produttività delle specie coltivate, anche in ambienti sfavorevoli. Competenze acquisite Conoscenza dei meccanismi che regolano le trasformazioni energetiche e della materia negli organismi vegetali. Conoscenza dei fattori biochimici e fisiologici alla base della produttività delle specie coltivate, anche in ambienti sfavorevoli. Sintesi del programma Bioenergetica e termodinamica. Catalisi enzimatica. Glicolisi, fermentazione, ciclo TCA, altre vie del metabolismo del C. Fosforilazione ossidativa. Fotosintesi: fase luminosa e fase di assimilazione. Ecofisiologia della fotosintesi. Rapporti pianta-h2o. Traspirazione, regolazione stomatica, ascesa della linfa grezza. Traslocazione dei fotosintati. Nutrizione minerale. Potenziali chimici ed elettrochimici, assorbimento ed assimilazione di soluti. Fitoregolatori e adattamento agli stress (cenni).

2 Programma 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. 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. 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. 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. Risposte alla luce ed alla temperatura: il punto di compensazione per la luce, il punto di compensazione per la CO2. 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. 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". La nutrizione minerale: esigenze nutrizionali delle piante: macro e micronutrienti. Disponibilità dei nutrienti e crescita della pianta.

3 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. 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.

4 Articolazione dei CFU Lez. frontali Esercitaz. in aula Esercitaz. in lab. Laboratorio Seminari Altro 5 1 Prerequisiti La comprensione dei contenuti del corso non può prescindere dall'aver assimilato, dai relativi corsi, le conoscenze fondamentali di Biologia Vegetale, Fisica, Chimica Inorganica e Chimica Organica. Propedeuticità Nessuna obbligatoria. Tuttavia, il superamento degli esami del primo anno (Biologia Vegetale, Fisica, Chimica Inorganica e Chimica Organica) è fortemente raccomandato prima di affrontare la preparazione all'esame. Materiale didattico W.K. Purves, D. Sadava, G.H. Orians, H.C. Heller "biologia. La cellula" - Zanichelli; Raven P.H., Evert R.F., Eichhorn S. Biologia delle piante Zanichelli; Nelson D., Cox M. Introduzione alla biochimica di Lehninger, ed. Zanichelli, Bologna. Taiz L., Zeiger E. Elementi di Fisiologia Vegetale, Piccin Editore, Padova. Pinton et al. "fondamenti di Biochimica Agraria", Patron Editore, Bologna; D'Andrea "biochimica Essenziale" EdiSES. Appunti delle lezioni del corso. Copia delle slides mostrate a lezione saranno messe a disposizione degli studenti del CdL nel sito Ariel 2.0 di UniMi (Biochimica e Fisiologia Vegetale) dalla prof.ssa Morgutti. Modalità d'esame e altre informazioni A partire dal primo appello dell'aa ,

5 l'esame consisterà in due verifiche scritte (ciascuna della durata di 2 ore), una riguardante la prima parte del corso (Biochimica Vegetale) e l'altra riguardante la seconda metà del corso (Fisiologia Vegetale). Per la prova di Bicohimica, la verifica consterà di 1 domanda aperta (0-9/30), 24 domande chiuse (0,75/30 ciascuna se esatta, 0/30 se assente e -0,25/30 se errata) ed un esercizio (0-3/30). LA prova di Fisiologia Vegetale consterà di 1 domanda aperta (per un totale di 9/30) e 28 domande chiuse (per un totale di 21/30) valutate con il criterio sopra descritto. La prova di Fisiologia Vegetale non potrà essere affrontata qualora non si sia superata la prova di Biochimica. L'esame si intenderà superato avendo riportato la sufficienza (punteggio uguale o maggiore di 17,5/30) in entrambe. In caso di insufficienza grave (punteggio minore di 15/30) la prova non potrà essere ripetuta prima di 30 giorni. Gli esami si svolgeranno presso la sede di Edolo se gli studenti iscritti saranno almeno 5; in caso contrario, si svolgeranno presso la sede della Facoltà di Scienze Agrarie ed Alimentari, via Celoria 2, Milano. Studenti DSA: per poter usufruire delle facilitazioni previste è necessario aver comunicato la propria situazione al Servizio Disabili e DSA di UniMI ( Il referente del CdL in Facoltà è la prof.ssa Raffaella Zanchi (raffaella.zanchi@unimi.it). Inoltre, si richiede agli studenti con certificazione DSA di dare tempestiva comunicazione alla per concordare le modalità di esame. Gli studenti iscritti ad un appello d'esame e che non desiderino più sostenerlo sono tenuti a darne tempestiva comunicazione alla docente. In caso di inadempienza, non potranno presentarsi all'appello successivo. Sulla base di specifiche e documentate esigenze degli studenti Fuori Corso si potranno attivare, previo accordo con la, appelli d esame aggiuntivi anche presso la Sede di Milano