Ateneo - UPO

Il corso fornisce una panoramica dei principali aspetti biochimici delle piante, con particolare attenzione al ruolo delle proteine vegetali, degli enzimi vegetali e delle risposte metaboliche agli stress ambientali.

La prima parte introduce il legame tra sostenibilità alimentare, sistemi agroalimentari e fonti proteiche vegetali, con approfondimento sulla composizione biochimica dei semi di Cannabis sativa L., sulle proteine dei semi di canapa, sui peptidi bioattivi e sui metodi di estrazione e caratterizzazione proteica.

La seconda parte è dedicata agli enzimi vegetali e al loro ruolo nei processi metabolici, nella crescita, nella fotosintesi, nella nutrizione minerale, nella risposta allo stress ossidativo, negli stress abiotici e biotici e nei meccanismi di difesa. Verranno discussi esempi di enzimi chiave quali RuBisCO, fosfatasi acide, SOD, CAT, POD/POX, APX, perossidasi di classe III, β-1,3-glucanasi, chitinasi, enzimi della biosintesi della lignina ed enzimi coinvolti nella produzione di metaboliti secondari.

Materiale principale: Slide e materiali didattici forniti dalla docente sulla piattaforma DIR. Articoli scientifici e casi studio discussi durante il corso. Testi consigliati per l’approfondimento: Nelson D.L., Cox M.M., Lehninger Principles of Biochemistry, W.H. Freeman. Campbell, Farrell, McDougal, Biochemistry, 9th Edition.Plant Biochemistry, Birgit Piechulla, Hans-Walter Heldt, Paperback ISBN: 9780443266164 Gli articoli scientifici indicati nelle slide, inclusi i casi studio su proteine di semi di canapa, enzimi antiossidanti, stress salino e risposta a patogeni, costituiscono materiale utile per l’approfondimento dei contenuti trattati.

L’insegnamento si propone di fornire alle studentesse e agli studenti conoscenze essenziali sulla biochimica vegetale, con particolare attenzione al ruolo delle molecole e degli enzimi vegetali nei processi metabolici, nella sostenibilità alimentare, nella qualità nutrizionale delle fonti vegetali e nella risposta agli stress ambientali.

Al termine del corso, la studentessa o lo studente sarà in grado di:
- descrivere il ruolo delle piante e delle fonti vegetali nella sostenibilità alimentare;
- riconoscere le principali categorie di proteine vegetali e discutere il valore biochimico-nutrizionale delle proteine dei semi;
- descrivere la composizione dei semi di Cannabis sativa L. e il ruolo delle proteine e dei peptidi bioattivi;
- comprendere l’importanza dei metodi di estrazione e caratterizzazione delle proteine vegetali;
- spiegare le principali caratteristiche degli enzimi vegetali, inclusa la compartimentalizzazione cellulare, la presenza di isoenzimi e la regolazione ambientale;
- collegare specifici enzimi vegetali a funzioni metaboliche, di crescita, difesa e risposta allo stress;
- interpretare esempi sperimentali relativi alla risposta enzimatica delle piante a stress abiotici e biotici.

L’insegnamento è pari a 1 CFU ed è articolato in 8 ore di didattica frontale in presenza, integrate dallo studio individuale dei materiali forniti dalla docente.

Non sono previste propedeuticità formali.

È consigliata una conoscenza di base di biologia vegetale, chimica generale e biochimica, utile per comprendere struttura e funzione delle proteine, attività enzimatica, metabolismo cellulare, stress ossidativo e principali meccanismi di risposta delle piante all’ambiente.

Il corso è erogato attraverso 8 ore di didattica frontale in presenza.

Le lezioni prevedono:
- spiegazione dei concetti fondamentali di biochimica vegetale;
- presentazione e discussione di schemi metabolici, immagini, grafici e dati sperimentali;
- analisi guidata di casi studio tratti dalla letteratura scientifica;
- discussione di esempi relativi a proteine vegetali, semi di canapa, enzimi - antiossidanti, stress salino, stress biotico e interazioni pianta-microrganismi;
- collegamento tra contenuti biochimici, sostenibilità alimentare, qualità nutrizionale e risposta delle piante agli stress.

Non sono previsti quiz in itinere. La verifica dell’apprendimento avviene esclusivamente mediante prova finale.

Le studentesse e gli studenti con disabilità, Disturbi Specifici dell’Apprendimento, DSA, o Bisogni Educativi Speciali, BES, possono richiedere servizi e strumenti specifici rivolgendosi allo Staff Sviluppo e Coordinamento Carriere e Servizi alle Studentesse e agli Studenti e consultando la pagina dedicata del sito di Ateneo:

https://uniupo.it/it/servizi/servizi-studenti-disabili-e-dsa

Le studentesse e gli studenti con disabilità, DSA o BES possono inoltre contattare la docente titolare dell’insegnamento per concordare, in raccordo con gli uffici competenti, eventuali adattamenti delle modalità didattiche e di verifica.

La verifica dell’apprendimento consiste in una prova scritta finale composta da 30 domande a risposta multipla sugli argomenti trattati durante il corso.

Le domande sono finalizzate a verificare:
- la conoscenza dei principali concetti di biochimica vegetale;
- la comprensione del ruolo delle proteine vegetali e degli enzimi vegetali;
- la capacità di collegare specifiche molecole o enzimi a funzioni metaboliche, nutrizionali, di crescita, difesa e risposta allo stress;
- la comprensione dei principali meccanismi biochimici coinvolti nella risposta a stress abiotici e biotici;
- la capacità di interpretare semplici dati, grafici o risultati sperimentali presentati durante il corso.

La prova riguarda tutti i contenuti del programma, inclusi i casi studio discussi a lezione. Non sono previsti quiz in itinere, prove intermedie o elaborati scritti.

La valutazione è espressa in trentesimi. Il livello minimo di sufficienza è raggiunto quando la studentessa o lo studente dimostra una conoscenza essenziale ma corretta dei principali contenuti del corso, con particolare riferimento a proteine vegetali, enzimi vegetali, stress ossidativo e risposte metaboliche agli stress.

Valutazioni intermedie o buone sono attribuite quando la studentessa o lo studente dimostra una comprensione solida dei contenuti, sa collegare in modo corretto enzimi, vie metaboliche e funzioni biologiche e interpreta adeguatamente i principali esempi sperimentali discussi a lezione.

L’eccellenza è raggiunta quando la studentessa o lo studente dimostra una conoscenza approfondita e integrata dei contenuti, riconosce le connessioni tra biochimica vegetale, sostenibilità, qualità nutrizionale e adattamento ambientale, e applica in modo critico le conoscenze acquisite all’interpretazione dei casi studio.

1. Introduzione alla biochimica vegetale e alla sostenibilità alimentareRuolo delle piante nei sistemi agroalimentari. Impatto ambientale della produzione alimentare. Sostenibilità alimentare e diete sostenibili. Relazione tra fonti vegetali, sicurezza alimentare, nutrizione e sostenibilità.2. Proteine vegetaliClassificazione delle principali fonti proteiche vegetali: cereali, legumi, semi oleosi, frutta a guscio, pseudocereali, tuberi e altre fonti vegetali. Valore nutrizionale, composizione proteica, digeribilità e potenziale bioattivo delle proteine vegetali.3. Cannabis sativa L. e semi di canapaCaratteristiche generali di Cannabis sativa L.. Composizione biochimica dei semi di canapa: frazione lipidica, carboidrati, fibra e proteine. Rapporto omega-6/omega-3. Ruolo dei semi di canapa come fonte di nutrienti e composti bioattivi.4. Proteine e peptidi dei semi di canapaPrincipali proteine dei semi di canapa: edestina, vicilina C72 e albumine. Ricchezza in amminoacidi essenziali e amminoacidi solforati. Digeribilità delle proteine. Peptidi bioattivi e possibili effetti biologici: attività antiossidante, antiproliferativa, ipocolesterolemizzante, antinfiammatoria e neuroprotettiva.5. Estrazione e caratterizzazione delle proteine vegetaliImportanza della scelta del metodo di estrazione. Relazione tra metodo di estrazione, frazione proteica ottenuta e interpretazione del risultato sperimentale. Casi studio su proteine di semi di canapa, ambiente di coltivazione, cultivar, composizione proteica e potere antiossidante.6. Caratteristiche generali degli enzimi vegetaliGli enzimi vegetali come elementi centrali del metabolismo, dell’agricoltura, dell’industria alimentare e della biotecnologia. Compartimentalizzazione cellulare in cloroplasti, mitocondri, perossisomi, vacuoli, apoplasto, parete cellulare e citosol. Isoenzimi, famiglie geniche, specificità tissutale, regolazione ambientale e ruolo degli enzimi nel metabolismo e nella segnalazione.7. Enzimi vegetali nei processi metabolici e nella crescitaRuBisCO e fissazione della CO₂ nel ciclo di Calvin. Peptidil transferasi e sintesi proteica. Fosfatasi acide e assimilazione del fosforo. Chaperoni HSP70/HSP90 e protezione del proteoma in condizioni di stress. Enzimi della parete cellulare e ruolo nell’allungamento, nella lignificazione e nella difesa.8. Enzimi antiossidanti e stress abioticoDefinizione di stress abiotico: carenza o eccesso di acqua, temperature estreme, salinità, carenze o eccessi nutrizionali, luce e inquinamento. Produzione di specie reattive dell’ossigeno, ROS. Ruolo di SOD, CAT, POD/POX, APX e glutatione reduttasi nella detossificazione dei ROS. Risposte enzimatiche allo stress salino e differenze tra cultivar tolleranti e sensibili.9. Enzimi vegetali e stress bioticoDefinizione di stress biotico. Ruolo di patogeni, parassiti, insetti, nematodi e competizione con altre piante. Proteine PR, β-1,3-glucanasi, chitinasi e perossidasi. Risposta di difesa locale e sistemica. Burst ossidativo, RBOH/NADPH ossidasi, SOD apoplastica e perossidasi di parete.10. Lignificazione, metaboliti secondari e difesaEnzimi della biosintesi della lignina: PAL, C4H, 4CL, CCR, CAD, POD e laccasi. Ruolo della lignina nella rigidità della parete, nella resistenza meccanica e nella difesa contro i patogeni. Enzimi coinvolti nella biosintesi di metaboliti secondari, inclusi fenoli, terpeni, alcaloidi, fitoalessine e composti antiossidanti.11. Casi studio sperimentaliAnalisi di casi studio riguardanti:estrazione di proteine da semi di canapa;composizione biochimica di semi di Cannabis sativa L. coltivati in diversi ambienti;fingerprinting proteico e potere antiossidante in relazione a cultivar e ambiente;risposta enzimatica antiossidante allo stress salino in riso;induzione di enzimi PR e riduzione della malattia da Magnaporthe oryzae mediante rizobatteri promotori della crescita.

Conoscenza e comprensione
Al termine dell’insegnamento, la studentessa o lo studente dovrà conoscere e comprendere:
- i principi essenziali della biochimica vegetale;
- il ruolo delle piante nella sostenibilità alimentare;
- le principali fonti proteiche vegetali e il loro valore biochimico-nutrizionale;
- la composizione biochimica dei semi di canapa;
- le principali classi di proteine e peptidi bioattivi vegetali;
- le caratteristiche generali degli enzimi vegetali;
- il ruolo di enzimi chiave nei processi metabolici, nella crescita e nella difesa;
- i principali meccanismi biochimici di risposta agli stress abiotici e biotici.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione
La studentessa o lo studente dovrà essere in grado di:
- collegare la composizione biochimica di una fonte vegetale al suo valore nutrizionale e funzionale;
- interpretare il ruolo dei metodi di estrazione nella caratterizzazione delle proteine vegetali;
- associare specifici enzimi vegetali alle rispettive funzioni metaboliche;
- distinguere le risposte enzimatiche delle piante a stress abiotici e biotici;
- interpretare semplici dati o risultati sperimentali relativi ad attività enzimatiche, stress ossidativo, proteine vegetali e difesa delle piante.

Autonomia di giudizio
La studentessa o lo studente dovrà essere in grado di valutare criticamente il ruolo di proteine, peptidi ed enzimi vegetali nei processi metabolici, nella qualità nutrizionale, nella sostenibilità alimentare e nella risposta delle piante agli stress.

Abilità comunicative
La studentessa o lo studente dovrà essere in grado di utilizzare correttamente la terminologia scientifica della biochimica vegetale e descrivere in modo chiaro i principali processi biochimici trattati nel corso.

Capacità di apprendimento
La studentessa o lo studente dovrà essere in grado di utilizzare slide, materiali didattici e articoli scientifici per approfondire autonomamente temi relativi a proteine vegetali, enzimi vegetali, stress ossidativo e adattamento delle piante all’ambiente.