Ateneo - UPO

L’insegnamento fornisce una panoramica dei principali aspetti della biochimica vegetale, con particolare attenzione alla struttura, alle funzioni e al metabolismo dei carboidrati, dei lipidi e delle proteine nelle piante, nonché al ruolo degli enzimi nei processi metabolici e nelle risposte agli stress ambientali.
Una prima parte è dedicata alle principali classi di macromolecole vegetali, approfondendone le caratteristiche chimiche, le funzioni biologiche e il contributo alla crescita, allo sviluppo e all'adattamento della pianta. Saranno esaminati i carboidrati di riserva e strutturali, tra cui amido e cellulosa, i principali lipidi vegetali, inclusi gli acidi grassi, i lipidi di membrana e i triacilgliceroli, e le proteine vegetali, con riferimento alle loro funzioni nutrizionali, metaboliche e biologiche, ai peptidi bioattivi e ai metodi di estrazione e caratterizzazione proteica.
Una seconda parte approfondisce le caratteristiche degli enzimi vegetali e il loro coinvolgimento nella fotosintesi, nella respirazione, nella sintesi e degradazione delle macromolecole, nella nutrizione minerale, nella protezione dallo stress ossidativo e nei meccanismi di difesa dagli stress abiotici e biotici. Saranno discussi esempi di enzimi chiave, tra cui RuBisCO, fosfatasi acide, SOD, CAT, POD/POX, APX, β-1,3-glucanasi, chitinasi e gli enzimi coinvolti nella biosintesi della lignina e dei metaboliti secondari. L'analisi guidata di casi studio scientifici consentirà di collegare le conoscenze teoriche all'interpretazione di semplici risultati sperimentali.

L'insegnamento si propone di fornire le conoscenze fondamentali di biochimica vegetale necessarie per comprendere la struttura e le funzioni delle principali macromolecole biologiche delle piante e il ruolo degli enzimi nei processi metabolici, nella crescita e nelle risposte alle condizioni ambientali.
Al termine dell'insegnamento, le studentesse e gli studenti dovranno essere in grado di:
- Descrivere e confrontare le caratteristiche strutturali e le funzioni biologiche dei principali carboidrati, lipidi e proteine vegetali, collegandoli ai processi di riserva energetica, organizzazione cellulare, crescita e sviluppo della pianta.
- Spiegare il ruolo delle proteine vegetali nei processi metabolici e biologici, riconoscendo le principali categorie funzionali, il potenziale bioattivo di alcuni peptidi e i principi alla base dei metodi di estrazione e caratterizzazione delle proteine.
- Collegare le caratteristiche e le funzioni degli enzimi vegetali ai processi metabolici, alla fotosintesi, alla crescita e ai meccanismi di difesa della pianta.
- Interpretare i principali meccanismi biochimici coinvolti nelle risposte agli stress abiotici e biotici, utilizzando esempi relativi agli enzimi antiossidanti, alle proteine di difesa e agli enzimi coinvolti nella lignificazione.
- Leggere e interpretare semplici dati sperimentali relativi alla composizione delle macromolecole vegetali, all'attività enzimatica e alle risposte metaboliche delle piante, riconoscendo le relazioni tra risultati osservati e processi biochimici.
L'insegnamento corrisponde 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 mediante 8 ore di didattica frontale in presenza. Le lezioni prevedono:
- spiegazione dei concetti fondamentali di biochimica vegetale attraverso schemi, immagini e rappresentazioni delle strutture molecolari e delle vie metaboliche;
- confronto tra le caratteristiche strutturali e funzionali di carboidrati, lipidi e proteine vegetali;
- presentazione e discussione dei principali enzimi coinvolti nei processi metabolici, nella crescita e nella risposta agli stress;
- analisi guidata di grafici, tabelle e risultati sperimentali relativi alla composizione delle macromolecole vegetali e all'attività enzimatica;
- discussione di casi studio tratti dalla letteratura scientifica riguardanti stress salino, stress ossidativo, meccanismi di difesa e interazioni tra piante e microrganismi;
- collegamento tra i contenuti teorici e le applicazioni della biochimica vegetale nell'ambito della qualità delle fonti vegetali, della sostenibilità e delle biotecnologie.
La discussione guidata degli esempi sperimentali favorisce la partecipazione attiva e la capacità di collegare concetti teorici e osservazioni sperimentali. Non sono previste esercitazioni di laboratorio, quiz in itinere o prove intermedie. La verifica dell'apprendimento avviene esclusivamente mediante prova scritta 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, ciascuna con una sola risposta corretta. La prova riguarda tutti gli argomenti del programma e verifica la conoscenza e la comprensione delle principali macromolecole vegetali, delle funzioni degli enzimi e dei meccanismi biochimici coinvolti nei processi metabolici e nella risposta agli stress.
Le domande sono finalizzate a verificare:
-la conoscenza delle caratteristiche strutturali e delle funzioni di carboidrati, lipidi e proteine vegetali;
-la comprensione del ruolo delle macromolecole nei processi di riserva energetica, organizzazione cellulare, crescita e sviluppo;
-la comprensione dei principi di estrazione e caratterizzazione delle proteine vegetali;
-la capacità di associare specifici enzimi alle rispettive funzioni metaboliche e fisiologiche;
-la comprensione dei meccanismi di risposta agli stress abiotici e biotici;
-la capacità di interpretare semplici dati, grafici o risultati sperimentali relativi alla composizione delle macromolecole e all'attività enzimatica.
La valutazione è espressa in trentesimi. Per il raggiungimento della sufficienza è richiesta una conoscenza essenziale ma corretta delle principali macromolecole vegetali e delle funzioni degli enzimi, nonché la capacità di riconoscere le relazioni fondamentali tra struttura, funzione e metabolismo.
Le valutazioni superiori alla sufficienza richiedono una comprensione più completa e integrata degli argomenti e la capacità di applicare le conoscenze a semplici esempi sperimentali. La valutazione di eccellenza richiede una conoscenza approfondita dei contenuti e la capacità di integrare criticamente le conoscenze relative alle macromolecole, ai processi metabolici e alle risposte delle piante agli stress.
Non sono previste prove intermedie, elaborati scritti o prove orali.

Carboidrati nelle piante
Struttura e classificazione dei carboidrati: monosaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi. Principali monosaccaridi e loro ruolo metabolico. Saccarosio e trasporto degli zuccheri nella pianta. Amido come polisaccaride di riserva: struttura dell'amilosio e dell'amilopectina, sintesi e degradazione. Cellulosa come componente strutturale della parete cellulare: struttura, legami e proprietà. Emicellulose e pectine. Ruolo dei carboidrati nella fotosintesi, nella respirazione, nella crescita e nell'organizzazione dei tessuti vegetali.

Lipidi vegetali
Struttura e classificazione dei lipidi. Acidi grassi saturi e insaturi e relazione tra grado di insaturazione e proprietà fisiche. Triacilgliceroli come riserve energetiche, con particolare riferimento ai semi oleaginosi. Fosfolipidi, glicolipidi e altri lipidi di membrana: struttura e funzione nell'organizzazione delle membrane cellulari e degli organelli. Acidi grassi essenziali e metabolismo lipidico. Ruolo dei lipidi nella germinazione, nella protezione cellulare, nella segnalazione e nella risposta agli stress ambientali.

Proteine vegetali
Amminoacidi, legame peptidico e livelli di organizzazione strutturale delle proteine. Classificazione funzionale delle proteine vegetali: proteine di riserva, strutturali, enzimatiche, di trasporto e di difesa. Principali fonti proteiche vegetali, tra cui cereali, legumi, semi oleosi e pseudocereali. Composizione amminoacidica, valore nutrizionale, digeribilità e potenziale bioattivo delle proteine vegetali. Peptidi bioattivi e possibili attività biologiche.
Estrazione e caratterizzazione delle proteine vegetali
Principi alla base dei metodi di estrazione delle proteine da matrici vegetali. Influenza di pH, solubilità, forza ionica e condizioni di estrazione sul recupero delle diverse frazioni proteiche. Principi generali delle tecniche di caratterizzazione, tra cui elettroforesi e metodi spettrofotometrici. Relazione tra metodo di estrazione, caratteristiche della matrice, composizione proteica e interpretazione dei risultati sperimentali.

Enzimi vegetali
Struttura e funzione degli enzimi. Specificità di substrato, catalisi e principali fattori che influenzano l'attività enzimatica. Isoenzimi, famiglie geniche e regolazione dell'attività. Compartimentalizzazione cellulare in citosol, cloroplasti, mitocondri, perossisomi, vacuoli, apoplasto e parete cellulare. Ruolo degli enzimi nel metabolismo primario e secondario e nella risposta alle condizioni ambientali.
Principali stress abiotici: carenza o eccesso di acqua, temperature estreme, salinità, squilibri nutrizionali, luce e inquinamento. Specie reattive dell'ossigeno (ROS), loro produzione e potenziale danno ossidativo. Ruolo della superossido dismutasi (SOD), della catalasi (CAT), delle perossidasi (POD/POX), dell'ascorbato perossidasi (APX) e della glutatione reduttasi nei sistemi di controllo dei ROS. Variazioni dell'attività enzimatica in risposta allo stress e differenze tra genotipi o cultivar con diversa tolleranza.
Principali agenti di stress biotico: patogeni, parassiti, insetti e nematodi. Proteine correlate alla patogenesi (PR), β-1,3-glucanasi, chitinasi e perossidasi. Meccanismi di difesa locali e sistemici. Burst ossidativo e ruolo delle NADPH ossidasi di tipo RBOH, della SOD apoplastica e delle perossidasi di parete. Interazioni tra piante e microrganismi e ruolo degli enzimi nella risposta difensiva.

Casi studio sperimentali
Analisi guidata di casi studio tratti dalla letteratura scientifica.

Conoscenza e comprensione
Al termine dell'insegnamento, le studentesse e gli studenti dovranno essere in grado di:
descrivere la struttura e le principali funzioni biologiche dei carboidrati, dei lipidi e delle proteine nelle piante;
distinguere i carboidrati di riserva da quelli strutturali e spiegare il ruolo dell'amido, della cellulosa e degli altri principali polisaccaridi vegetali;
descrivere le principali categorie di lipidi vegetali e collegarle alle funzioni energetiche, strutturali e di segnalazione;
riconoscere le principali categorie funzionali delle proteine vegetali e comprenderne il ruolo nutrizionale e biologico;
spiegare i principi fondamentali dell'estrazione e della caratterizzazione delle proteine vegetali;
descrivere le caratteristiche degli enzimi vegetali, la loro compartimentalizzazione e i principali meccanismi di regolazione;
spiegare il ruolo degli enzimi nei processi metabolici, nella crescita e nei meccanismi di difesa e risposta agli stress.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Le studentesse e gli studenti dovranno essere in grado di:
associare le principali classi di macromolecole vegetali alle rispettive funzioni biologiche;
distinguere le funzioni energetiche, strutturali e regolatorie di carboidrati, lipidi e proteine;
riconoscere l'influenza delle condizioni di estrazione sulla caratterizzazione delle proteine vegetali;
associare specifici enzimi ai processi metabolici e fisiologici in cui intervengono;
distinguere i principali meccanismi enzimatici coinvolti nella risposta agli stress abiotici e biotici;
interpretare semplici grafici, tabelle e risultati sperimentali relativi alla composizione delle macromolecole e alle variazioni dell'attività enzimatica.

Autonomia di giudizio
Le studentesse e gli studenti dovranno essere in grado di formulare valutazioni motivate sul significato biochimico di semplici risultati sperimentali riguardanti la composizione delle macromolecole vegetali e le risposte enzimatiche agli stress, riconoscendo l'importanza delle condizioni sperimentali nell'interpretazione dei risultati.

Abilità comunicative
Le studentesse e gli studenti dovranno essere in grado di utilizzare correttamente la terminologia scientifica fondamentale della biochimica vegetale e di descrivere le relazioni tra struttura e funzione delle macromolecole, attività enzimatica e processi fisiologici delle piante.

Capacità di apprendimento
Le studentesse e gli studenti dovranno essere in grado di utilizzare le slide, i materiali didattici e gli esempi bibliografici forniti per consolidare le conoscenze acquisite e approfondire autonomamente gli argomenti relativi alle macromolecole vegetali, agli enzimi e ai meccanismi biochimici di risposta agli stress.