System Physiology (2011/2012)

Course code
4S02706
Credits
12
Coordinator
Roberto Bassi
Teaching is organised as follows:
Unit Credits Academic sector Period Academic staff
FISIOLOGIA UMANA 4 BIO/09-PHYSIOLOGY II semestre Mario Rosario Buffelli
FISIOLOGIA VEGETALE 8 BIO/04-PLANT PHYSIOLOGY II semestre Roberto Bassi

Learning outcomes

Module: FISIOLOGIA VEGETALE
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This subject is aimed to provide an integrative vision of the plant function as resulting from the co-adaptation between the different biochemical and cellular functions that are differentially expressed in the different organs and tissues.
The first 4 credits will be dedicated to the plant bmetabolism, the seconf 4 credits will be dedicated to the integration of plant biochemistry and structure into plant physiology. The major differences between autotrophic and heterotrophic organisms and the adaptation needed in order to cope with an environment where energy from light is available in a very diluted form. The student will have to consider the effect of the biochemical and physiological integration and identify the limiting factors for the plant productivity. Importance will be given to the methods for the study of plant physiology with special reference to genetic and biophysics. The practical work will be specifically aimed to clarify the methodological aspects of functional genetic.


Module: FISIOLOGIA UMANA
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Syllabus

Module: FISIOLOGIA VEGETALE
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Biochimica vegetale (4 crediti)

Parte 1 : Luce come sorgente di energia e di informazione nelle piante : meccanismi di controllo del metabolismo primario e secondario.

Parte 2 : Trasporto di elettroni e sintesi di ATP nei batteri, alghe verdi e piante superiori. Trasporto ciclico e lineare. Controllo del trasporto elettronico.

Parte 3 : Fissazione del Carbonio : Ciclo di Calvin, Ciclo di Hatch et Slack, metabolismo CAM. Perspettive di modificazione del métabolismo nelle piante coltivate.

Parte 4 : Biosintesi e mobilizzazione dell’amido nel cloroplasto e nei leucoplasti.Relazioni metaboliche tra cloroplasto e citoplasma. Trasporto degli zuccheri nella pianta.

Parte 5 : metabolismo dell’idrogeno come sorgente di energia. Le idrogenasi nelle alghe verdi, nei cianobatteri e nei batteri termofili. Bioenergetica della produzione di idrogeno.

Parte 6 : Métabolismo dell’azoto. Fissazione simbiotica e batterica dell’azoto atmosferico. Organicazione dell’azoto. Biosintesi degli aminoacidi essenziali.

Parte 7 : Métabolismo dello zolfo. Biosintesi di métionina et cisteina. Il glutatione, le fitochelatine et la detossificazione delle sostanze xenobiotiche. Erbicidi ed inquinanti.

Parte 8 : Métabolismo secondario. La pianta come macchina biosintetica programmabile. A) : i terpénoidi. Biotechnologia dei caroténoïdi per la produztione di coloranti, vitamine et antiossidanti.

Parte 9 : Metabolismo secondario II. Les alcaloïde: biosintesi et produzione dei prodotti farmaceutici nelle piante.

Partie 10 : Metabolismo secondario III. fenilpropanoidi: organizzazione et modificazione genetica di una via metabolica per la produzione di fibre, pigmenti e altri additivi alimentari.

Partie 11 : Biosintesi e degradazione dei lipidi. Ruolo nell’adattamento delle piante alla temperatura. I lipidi come substrato per la traduzione del segnale e biosintesi dell’acido jasmonico.

Partie 12 : Produzione e immagazzinamento delle proteine di riserva dei semi. Mobilitazione delle riserve proteiche.


Fisiologia Vegetale (4 crediti)



1. Introduzione: cos’è la fisiologia vegetale e delimitazione del suo campo di indagine. Metodi di studio. Significati e adattamenti dell’autotrofia vs eterotrofia. Organizzazione strutturale e funzionale della pianta rispetto alla densità di energia della luce incidente. Densità di materia vivente di una pianta vs animale.

2. Differenze tra cellula vegetale e animale: plastidi e cloroplasto, mitocondrio, vacuolo, perossisoma. (argomento già trattato in biochimica vegetale – comunque le allego la presentazione che ho usato io)

3. L’acqua. Osmosi, flusso di massa. Il potenziale chimico dell’acqua. Assorbimento radicale. Lo xilema, struttura e funzione. Movimento dell’acqua nello xilema: "Cohesion tension theory". Cavitazione e meccanismi di protezione\recupero. Origine della tensione. La foglia: gli stomi e la traspirazione.

4. Struttura e funzioni delle membrane biologiche. Relazioni ioniche cellulari: energetica di processi di trasporto, equazione di Nernst, origine della differenza di potenziale elettrico transmembrana, meccanismi di trasporto (traslocatori, canali, pompe).

5. Fisiologia dell’acquisizione dei nutrienti minerali, macro- e micro-nutrienti. Il concetto di elementi essenziali.

6. Il floema: struttura funzione. Pressure-flow hypothesis. Il trasporto: composizione della linfa floematica, loading e unloading.

7. Biosintesi della cellulosa e sua deposizione nella parete cellulare. La parete cellulare: estensibilità, teoria della crescita acida. Le espansine. La polarità della crescita, il Ca2+.

8. Ciclo cellulare e crescita dell’organismo vegetale: formazione del seme, dormienza e germinazione. Sintesi\mobilizzazione di amido, proteine di riserva e lipidi di riserva.

9. Percezione e trasduzione del segnale.

10. Gli ormoni vegetali. Le auxine: struttura, biosintesi, movimento dell’IAA, modello chemiosmotico del trasporto polare. Meccanismo d’azione dell’auxina. Acido abscissico (ABA): sviluppo e dormienza del seme. ABA e chiusura degli stomi. Accenni agli altri ormoni delle piante.

11. Fitocromo: la percezione della luce come informazione, la luce rossa-rosso lontano, crescita e sviluppo, fotoperiodismo. Le risposte alla fluenza: VLFR, LFR e HIR. La struttura del fitocromo, attività chinasica, localizzazione nella pianta e localizzazione cellulare.

12. Criptocromo: la luce blu ed UVA. Fototropismo e luce blu. Regolazione dell’apertura degli stomi. Caratterizzazione dei geni coinvolti nella percezione della luce blu: mutanti Hy4 e mutanti Cry. Fototropismo.


Module: FISIOLOGIA UMANA
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Assessment methods and criteria

Module: FISIOLOGIA VEGETALE
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Examination- Plant Biochemistry

a) Written examination: in 45 minutes the student will write out using chemical formulae and enzyme names a metabolic pathway chosenn between those typical of plant biochemistry and illustrated during the course.

b)oral discussion on the different subject of plant biochemistry.


Esamination - Plant Physiology)


c) Multiple choice questions. This part is propedeutical to the oral examination. Student that do not like to undergo oral examination may reach the maximum score of 24/30 by this way. A report (personal) on practical work is requie and will be discussed.

d) Oral. Discussion with teacher on the major subjects considered in the program. It is possible to chose a subject and prepare a powerpoint presentation on it.


Module: FISIOLOGIA UMANA
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