L`acqua e la cellula vegetale

L’ACQUA E LA CELLULA VEGETALE
L’ACQUA E LA CELLULA VEGETALE
L’ACQUA NELLE CELLULE VEGETALI SI MUOVE
PER DIFFUSIONE
IL TRASPORTO A LUNGA DISTANZA NELLA
PIANTA AVVIENE INVECE PER FLUSSO DI MASSA
L’ACQUA E LA CELLULA VEGETALE
LA DIFFUSIONE E’ UN MOVIMENTO A LIVELLO
MOLECOLARE CAUSATO DA DIFFERENZE DI
POTENZIALE CHIMICO
L’ACQUA E LA CELLULA VEGETALE
NELLE MEMBRANE DELLE CELLULE VEGETALI IL
PASSAGGIO DELLE MOLECOLE D’ACQUA
AVVIENE SIA ATTRAVERSO IL DOPPIO STRATO
LIPIDICO SIA ATTRAVERSO PARTICOLARI PORI:
LE ACQUAPORINE
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LE ACQUAPORINE SONO PROTEINE INTEGRALI
CHE FORMANO UN CANALE SELETTIVO PER
L’ACQUA
L’ACQUA E LA CELLULA VEGETALE
IL FLUSSO DI MASSA E’
IMPLICATO NEL TRASPORTO A
LUNGA DISTANZA ED E’
PROVOCATO DA GRADIENTI DI
PRESSIONE
L’ACQUA E LA CELLULA VEGETALE
LA DIFFUSIONE SECONDO LA TERMODINAMICA
LE MOLECOLE DI ACQUA SI MUOVONO IN
RISPOSTA A GRADIENTI DI POTENZIALE IDRICO
ΨW
Ψ W = Ψs + Ψ p + Ψ g + Ψ M
ΨW = potenziale idrico
Ψs = potenziale del soluto o osmotico
Ψp = potenziale di pressione
Ψg = potenziale gravitazionale
ΨM = potenziale di matrice
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Da dove deriva l’espressione di ΨW?
Il potenziale chimico di una qualsiasi specie
chimica è l’energia libera riferita a una mole
= ° + RTln a + zFE + PV + mgh
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Per l’acqua:
W = °W + RTln aW + PVW + mWgh
Dalla legge di van’t Hoff e da altre considerazioni
termodinamiche deriva che:
RTln aW = - sVW
L’ACQUA E LA CELLULA VEGETALE
RTln aW = - sVW
Osmometro di Pfeffer
L’ACQUA E LA CELLULA VEGETALE
Per l’acqua:
W = °W + RTln aW + PVW + mWgh
Dalla legge di van’t Hoff e da altre considerazioni
termodinamiche deriva che:
RTln aW = - sVW
Per cui l’espressione precedente diventa:
W = °W - sVW + PVW + mWgh
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Trascurando il contributo della gravità:
W = °W - sVW + PVW
W - °W = VW (P - s)
W - °W = (P - s)
VW
W - °W = ΨW
VW
ΨW = P - s = Ψp + Ψs
Ψ W = Ψp + Ψ s
L’ACQUA E LA CELLULA VEGETALE
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OSMOSI
Diffusione di acqua
dentro e fuori dalle
cellule in risposta a
gradienti di
potenziale idrico
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W - °W= RTln aW
MISURA DEL
IDRICO
a =POTENZIALE
p = UR
Wv
p° 100
ΨWv = Wv - °Wv= RTln aWv
VW
VW
ΨWv = RT ln UR
VW 100
ΨWv = 10,63 T log UR
100
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MISURA DEL POTENZIALE IDRICO
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MISURA DEL POTENZIALE IDRICO
L’ACQUA E LA CELLULA VEGETALE
MISURA DEL POTENZIALE IDRICO
METODO DI CHARDAKOV
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MISURA DEL POTENZIALE IDRICO
METODO DELLA CAMERA A PRESSIONE
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MISURA DEL POTENZIALE OSMOTICO
METODO CRIOSCOPICO
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MISURA DEL POTENZIALE OSMOTICO
METODO DELLA PLASMOLISI INCIPIENTE
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MISURA DEL POTENZIALE DI PRESSIONE
L’ACQUA E LA CELLULA VEGETALE
MISURA DEL POTENZIALE DI PRESSIONE
L’ACQUA E LA CELLULA VEGETALE
IL MOVIMENTO DELL’ACQUA A LIVELLO CELLULARE E’ IN
CORRELAZIONE CON IL MOVIMENTO DEI SOLUTI. PRIMARIO
E’ IL RUOLO SVOLTO DALLE MEMBRANE CELLULARI
IN TUTTE LE CELLULE RIVESTE
PARTICOLARE IMPORTANZA PER
IL TRASPORTO LA MENBRANA
PLASMATICA
NELLE CELLULE VEGETALI
NON MENO IMPORTANTE E’
LA MEMBRANA CHE
DELIMITA IL VACUOLO
(TONOPLASTO)
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FISIOLOGIA DELLE MEMBRANE VEGETALI
Dei 6000 geni che
costituiscono il genoma
del lievito 2000
codificano per proteine
di membrana, la maggior
parte delle quali è
coinvolta in sistemi di
trasporto.
Nelle cellule vegetali il trasporto attraverso le
membrane è responsabile di diversi processi:
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FISIOLOGIA DELLE MEMBRANE VEGETALI
Generazione del turgore cellulare
Acquisizione di nutrienti
Escrezione di prodotti di scarto
Distribuzione di metaboliti
Compartimentazione di metaboliti
Trasduzione di energia
Trasduzione di segnali
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L’ACQUA E LA CELLULA VEGETALE
L’ACQUA E LA CELLULA VEGETALE
Per lo studio delle membrane si è fatto molto
ricorso alle membrane artificiali costituite da un
doppio strato di fosfolipidi
Le membrane biologiche
sono più efficienti per la
presenza di proteine di
trasporto
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ESISTONO TRE CATEGORIE PRINCIPALI DI
TRASPORTATORI:
 CANALI
 CARRIERS
 POMPE
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I CANALI SONO PROTEINE TRANSMEMBRANA
CHE FUNGONO DA PORI SELETTIVI E
POSSEGGONO “CANCELLI” CHE SI APRONO E
CHIUDONO IN RISPOSTA A SEGNALI ESTERNI
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I CARRIERS SONO PROTEINE TRANSMEMBRANA CHE
LEGANO LO IONE DA TRASPORTARE IN UN SITO ATTIVO. IL
LEGAME PROVOCA UNA MODIFICAZIONE
CONFORMAZIONALE CHE
CONSENTE DI
SCARICARE
LO IONE SUL
LATO
OPPOSTO
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IL TRASPORTO MEDIATO DA CARRIERS PUO’ QUINDI
ESSERE TRATTATO CON APPROCCIO DI TIPO CINETICO
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LE POMPE SONO PROTEINE DI MEMBRANA CHE
REALIZZANO IL TRASPORTO ATTIVO PRIMARIO.
SE PROVOCANO SEPARAZIONE DI CARICA SI DEFINISCONO
ELETTROGENICHE, ALTRIMENTI SI DEFINISCONO
ELETTRONEUTRE
Sono tipiche della cellula vegetale:
H+-ATPasi del plasmalemma (P-ATPasi)
H+-ATPasi del tonoplasto (V-ATPasi)
H+-pirofosfatasi del tonoplasto (H+-PPasi)
Ca2+-ATPasi (su diverse membrane)
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H+-ATPasi DEL PLASMALEMMA
Detta P-ATPasi in quanto viene fosforilata durante il
ciclo catalitico (è perciò inibita da ortovanadato, simile
all’ortofosfato, che si lega al sito di fosforilazione)
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H+-ATPasi DEL PLASMALEMMA
L’ACQUA E LA CELLULA VEGETALE
H+-ATPasi DEL PLASMALEMMA
La H+-ATPasi è codificata da una famiglia di almeno
10 geni.
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L’azione delle pompe protoniche determina un
gradiente di H+ (forza motrice protonica) che può
consentire il trasporto contro gradiente elettrochimico di molti altri soluti (trasporto attivo
secondario)
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V-ATPasi
La H+-ATPasi del tonoplasto differisce da quella del
plasmalemma (P-ATPasi)
Strutturalmente è simile alla F-ATPasi di cloroplasti
e mitocondri che però è orientata alla sintesi di ATP
e non alla sua idrolisi
Non implica fosforilazione durante la catalisi e
quindi non è inibita da vanadato
E’ inibita dall’antibiotico bafilomicina e da nitrato a
alte concentrazioni (senza effetto su P-ATPasi)
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V-ATPasi
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H+-PPasi
Il tonoplasto presenta anche una H+-pirofosfatasi
Particolarmente utile in condizioni di stress (ipossia,
freddo) quando la disponibilità di ATP è ridotta
E’ un singolo polipeptide di circa 80 KD presente
esclusivamente in piante e in alcuni archeobatteri
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ABC (ATP-BINDING CASSETTE)
Sono stati recentemente scoperti sul tonoplasto
altri trasportatori che utilizzano direttamente
l’energia dell’idrolisi dell’ATP per pompare
molecole organiche
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Ca2+-ATPasi
L’attività di molti enzimi e altre attività metaboliche
sono regolate dalla concentrazione di calcio
citoplasmatico che è controllata da Ca2+-ATPasi
presenti su diverse membrane
Si tratta di enzimi di tipo P
La Ca2+-ATPasi del tonoplasto è attivata da
calmodulina legata alla estre-mità N-terminale al
contrario delle pompe delle membrane animali
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Ca2+-ATPasi
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F-ATPasi (ATP SINTASI)