Aula 2 e 3 - Introdução a Fisiologia Vegetal e Célula
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Prof. Francisco Hevilásio F. Pereira Fisiologia Vegetal CONCEITO DE FISIOLOGIA VEGETAL FISIOLOGIA VEGETAL Introdução a fisiologia vegetal É o ramo da botânica que estuda os processos e as funções do vegetal, bem como as respostas das plantas às variações do meio ambiente. Processo: é qualquer seqüência natural e contínua de acontecimentos que possa ser observada nas plantas. Ex: FS. Função: é a atividade natural de uma parte qualquer do vegetal, ou seja, o papel desempenhado por um órgão, tecido, célula, organela ou constituinte químico da planta. Ex: mitocôndria (respiração). POMBAL – PB [ [ FISIOLOGIA VEGETAL E ÁREAS AFINS • A estrutura e a origem dos diferentes tecidos e órgãos que compõem o corpo da planta (morfologia vegetal, citologia e anatomia vegetal); APLICAÇÕES DA FISIOLOGIA VEGETAL • Germinação das sementes • Crescimento e produção da planta • Maturação e pós-colheita de produtos vegetais • As características do vegetal que são transmitidas de uma geração a outra (genética); - Olericultura • A classificação das plantas (taxonomia) e quais suas relações filogenéticas (sistemática); - Fruticultura • Interação entre as plantas e o ambiente que as cerca (ecologia); - Grandes culturas • E como os vegetais crescem, desenvolvem-se e se multiplicam (fisiologia vegetal). - Floricultura - Forragicultura A PLANTA Grande diversidade de tamanhos e formas vegetais CARACTERÍSTICAS DOS VEGETAIS • Estruturalmente reforçadas • As plantas perdem água continuamente por transpiração • Tamanho: 1,0 cm até 100m de altura • Formas: herbácea (melancia) até arbóreas (mangueira) CARACTERÍSTICAS DOS VEGETAIS • Fotossíntese → Luminosa: captação de energia solar e conversão em energia química (ATP e NADPH) → Carboxilativa: captação de CO2 e água p/ síntese de carboidratos • Não são moveis: crescem em busca dos recursos essenciais (água, luz e nutrientes minerais do solo) • As plantas apresentam mecanismos de transporte → Água e nutrientes do solo (xilema) → fotossíntese (folha) → Carboidratos produzidos na fotossíntese (folhas) → p/ outros órgãos da planta (floema) ESTRUTURAS EXTERNAS E INTERNAS DA PLANTA Três órgãos principais: • Folhas: fotossíntese • Caule: sustentação • Raiz: fixação e absorção de água e nutrientes do solo Prof. Francisco Hevilásio F. Pereira Fisiologia Vegetal FISIOLOGIA VEGETAL A célula vegetal POMBAL – PB A célula vegetal ◊ O termo célula → Latim : cellula (pequena cela) Descobridor: físico inglês Robert HooKe “inventor do Microscópio” Características da célula vegetal ◊ Parede celular: parte mais externa da célula e que envolve a membrana plasmática ◊ Membrana plasmática: circunda o citoplasma ◊ Citoplasma: parte fluida onde está contido o núcleo e as organelas ◊ Núcleo e as organelas ◊ Definição: são unidades estruturais e funcionais que constituem os organismos vivos. Parede celular • Constituintes da parede celular → Microfibrilas de celulose ♦ 30 a 100 moléculas de celulose ♦ Unidas por pontes de hidrogênio → Polissacarídeos não-celulosicos: hemicelulose e pectina Outras substâncias: ♦ Água ♦ Lignina ♦ Proteínas: extensina (rigidez) e α-expansina (expansão) ♦ Lipídios: suberina, cutina e ceras Prof. Francisco Hevilásio F. Pereira Fisiologia Vegetal Tipos de parede celular • Primária: deposição entrelaçada de microfibrilas (célula em expansão) • Secundária: deposição em arranjo ordenado de microfibrilas (após célula cessar seu crescimento) → Três camadas: S1, S2 e S3 → Deposição acentuada de lignina Crescimento da parede celular • Síntese das microfibrilas de celulose: → Celulose-sintase → Membrana plasmática Condições para a síntese da microfibrila de celulose • Baixo teor de Ca2+ no citoplasma • Alto teor de Mg2+ no citoplasma • pH em torno de 7,2 • Presença do precursor: UDP-glicose (Uridina difosfato) Deposição das microfibrilas de celulose • Coordenada pelos microtúbulos Síntese de Hemicelulose e pectina • Local: complexo de golgi • Vesículas são secretadas do CG → fundem-se com a MP → libera o conteúdo na parede celular Prof. Francisco Hevilásio F. Pereira Fisiologia Vegetal Formação da parede celular primária Membrana plasmática • Divisão celular: placa celular O fragmoplasmo é uma camada de microtúbulos que auxilia a deposição • Composta por uma bicamada lipídica, proteínas e carboidratos de celulose. • Dois ácidos graxos + Glicerol + Fosfato + serina • Moléculas de lipídios: porção polar (cabeça – fora) porção apolar (calda – dentro) Função da parede celular • Lipídios em maior quantidade: fosfolipídios • Estrutura permeável a água e outras substâncias • Inerte → dinâmica → modifica-se durante crescimento celular • Conter o citoplasma conferindo forma e rigidez a célula e pta Glicosilglicerídeos • Proteínas: Integrais Perifericas • Previne a ruptura da Membrana Plasmática (pressão de tugor) • Atua na defesa contra fungos e bactérias Função da membrana plasmática • Controlar a entrada e saída de substâncias na célula → Transporte passivo: a favor de um gradiente de concentração ♦ Difusão simples Ex: água, oxigênio e CO2 ♦ Difusão facilitada: proteínas carreadoras Ex: Ca2+, K+, Na+ → Transporte ativo: contra um gradiente de concentração ♦ Bomba de prótons: H+ - ATPase Matriz citoplasmática ou citosol → Matriz fluida onde se encontram o núcleo e as organelas → Delimitado pela membrana plasmática • Estrutura e composição da matriz citoplasmática ♦ Células indiferenciadas: maior componente celular ♦ Células diferenciadas: fina camada junto a M. Plasmática ♦ Composição: água (> constituinte) Carboidratos Lipídios Íons (cátions e ânions) Substâncias do metabolismo secundário Prof. Francisco Hevilásio F. Pereira Fisiologia Vegetal Citoplasma apresenta movimento constante: ciclose Vacúolo • Só está presente em células vegetais • Caracteriza-se por: • Células meristemáticas: grande qde de pequenos vacúolos → Microfilamentos: miosina (proteína motora) • Células diferenciadas: fusão dos pequenos vacúolos em apenas → Gasto de energia: quebra de ATP um grande vacúolo • Maior compartimento celular: ocupa mais de 90% da célula • Funções do citoplasma Estrutura e composição do vacúolo ♦ Local onde ocorre as principais reações bioquímicas da célula ♦ Facilita a troca de substâncias dentro da célula ♦ Acumula substancias do metabolismo primário e secundário ♦ Responsável pela formação do fragmoplasto → É circundado por uma membrana denominada de tonoplasto → Composição do conteúdo vacuolar ♦ Água ♦ Substâncias inorgânicas: Ca2+, K+, Cl-, Na+ e HP04♦ Substâncias orgânicas: açúcares, ac. orgânicos, proteínas. Função dos vacúolos Três grupos de plastídios: • Gerar pressão de tugor: importante no processo de alongamento • Cloroplastos (pigmentos) e divisão celular • Participa na manutenção do pH celular • Plantas CAM: pH = 6,0 (dia) e pH = 3,5 (noite) • Cromoplastos (pigmentos) • Leucoplastos • Compartimento dinâmico na armazenagem de íons e proteínas • Acúmulo de compostos do metabolismo secundário: fenóis • Acúmulo de cristais de oxalato de cálcio: drusas e ráfides Obs: Todos os tipos de plastídios apresentam duas membranas lipoproteicas. Plastídios Formação dos plastídios • Só estão presentes em células vegetais • Precursor na formação dos plastídios é o proplastídio • São estruturas semi-autônomas: DNA, RNA, ribossomos e • Os proplastídios estão localizados em células meristemáticas enzimas para transcrição de proteínas Cloroplasto • Síntese: proplastídio → cloroplasto ↔ cromoplasto ↔ amiloplasto • Presença do pigmento clorofila: fundamental no processo de FS • Apresenta outros pigmentos acessórios: carotenóides • Estão localizados em partes verdes da planta: folha • Duas membranas lipoprotéicas e espaço intermembrana • Matriz do cloroplasto: estroma • Estroma: Tilacoides (sacos achatados e membranosos) • Dois tipos de tilacoides: Grana e Estroma • Tilacoides apresentam: Membranas e Lúmen • É nos tilacoides onde localizam-se: CTE (FSI e II, ATPsintase) Prof. Francisco Hevilásio F. Pereira Fisiologia Vegetal Cromoplasto Leucoplastos • Organela rica em pigmentos carotenóides • Não possuem pigmentos • Não apresenta clorofila e não participa do processo de FS • Classificação: • Órgãos onde ocorre a síntese: ♦ Folhas em senescência ♦ Pétalas de flores ♦ Frutos ♦ Amiloplastos (mais comum) → batata, mandioca, entre outras ♦ Proteinoplastos → plastídios-P (monocotiledôneas): milho, sorgo, entre outras ♦ Raízes • Como são sintetizados: Função dos plastídios ♦ Cloroplastos ↔ Cromoplasto (mais comum) • Fotossíntese, síntese de aminoácidos, assimilação de N e S ♦ Proplastídios • Armazenar amido e proteínas ♦ Leucoplastos (amiloplastos) • Atração de insetos polinizadores (carotenóides) Microcorpos Citoesqueleto • São organelas pequenas • Forma uma rede complexa de elementos protéicos localizados • Constituídos de uma única membrana lipoprotéica Dois tipos: principalmente no citoplasma • Divide-se em: ♦ Peroxissomos ♦ Microtúbulos ♦ Glioxissomos ♦ Microfilamentos Peroxissomos ♦ Filamentos intermediários • Atua no processo de fotorrespiração: cloroplasto e mitocôndria Microtúbulos Glioxissomos • 11-13 filamentos arranjados em círculos ao redor de um eixo oco • Encontrados principalmente em sementes de oleaginosas • Filamento é formado por uma proteína composta: α e β - tubulina • Atua na transformação de lipídios em carboidratos • Estrutura polar (extremidades + e -) Prof. Francisco Hevilásio F. Pereira Fisiologia Vegetal • Proteínas motoras associadas: dineina → (- para +) cinesina → (+ para -) Função dos microtúbulos • Atua na expansão e diferenciação celular • Controlam o alinhamento das microfibrilas de celulose • Direciona o transporte de pectina e hemicelulose sintetizados no complexo de golgi até sua deposição na parede celular • Atua durante a mitose (divisão celular) Microfilamentos • Estrutura protéica filamentosa: actina globular e fibrosa • Apresenta outras proteínas associadas: miosina Função dos microfilamentos Filamentos intermediários • Responsáveis pelo movimento das organelas citoplasmáticas • Estrutura protéica fibrosa • Associação da actina + miosina (proteína motora) • Principais componentes protéicos: queratina e lamina • Participam da expansão e diferenciação celular Função dos filamentos intermediários • Atua durante o processo de divisão celular juntamente com os • Manutenção estrutural do núcleo e da célula • Reorganização do envoltório nuclear durante a divisão celular microtúbulos Complexo de Golgi • Compostos por sacos achatados (4 a 8) • Apresenta subcompartimentos: Face-cis (nova e ± /= RE) Medial (região mediana) Face-trans (madura e ± / = MP) Funções do complexo de golgi • Síntese de compostos não-celulosicos: hemicelulose e pectina ♦ Liberação de vesículas secretoras (face-trans) ♦ Fusão com a MP e liberação de seu conteúdo na parede celular • Síntese parcial de glicoproteínas ♦ Proteína é sintetizada no retículo endoplasmático ♦ Glicosilada no complexo de golgi Prof. Francisco Hevilásio F. Pereira Fisiologia Vegetal Mitocôndria • É uma organela semi-autônoma: DNA, RNA, ribossomos, etc. • Formato ovalado ou alongado • Envoltório formado por duas membranas lipoprotéicas ♦ Membrana externa: permeável ♦ Membrana interna → Seletiva e em formato de crista: ampliam a superfície da membrana → Componentes da CTE (respiração) → ATPsintase: ATP → ADP + Pi • Matriz mitocondrial → Água, íons, fosfatos, enzimas, DNA, RNA, ribossomos, etc. Funções da mitocôndria → Ciclo de Krebs ou ciclo do ácido tricarboxílico (TCA) • Respiração celular • Fotorrespiração (cloroplasto e peroxissomo) • Transformação de lipídios em carboidratos (glioxissomo) Ribossomos • Localiza-se no citoplasma e estão associados ou não ao RE e a membrana nuclear externa • Estão presentes em plastídios (cloroplasto) e mitocôndria • Não apresentam membrana • São compostos de duas subunidade produzidas no núcleo e que se unem no citoplasma → Unidade maior: acopla-se o tRNA → Unidade menor: acopla-se o mRNA Função dos ribossomos • Síntese de proteínas Prof. Francisco Hevilásio F. Pereira Fisiologia Vegetal Retículo endoplasmático • Localiza-se próximo a MP e a membrana externa do núcleo • Estão associados ou não aos ribossomos • Circundados por uma única membrana lipoprotéica • Formados por cisternas (Sacos achatados) • Cavidade interna da cisterna: lúmen • Dois tipos de RE: → RE liso: não associados aos ribossomos → RE rugoso: associados aos ribossomos Núcleo Funções do retículo endoplasmático • Encontra-se imerso na matriz citoplasma • Contem a maior parte da informação genética da célula • Funciona como sistema de comunicação dentro da célula: favorece a distribuição de substâncias • Importante via de troca de material entre o núcleo e citoplasma • Sua ocupação celular varia desde 5% (células diferenciadas) até 75% (células meristemáticas) • Envolvido por duas membranas lipoprotéicas: envoltório nuclear • Espaço perinuclear: entre as duas membranas • RE liso: importante na síntese de lipídios constituintes de membranas → Composição ± / = RE → Estão presentes os ribossomos nucleares • RE rugoso: importante na síntese de proteínas integrais de • No nucleoplasma está presente a cromatina: composta de DNA membranas • No nucleoplasma está presente o nucléolo: atua na formação das subunidades que compõem os ribossomos Funções do núcleo • Controla todas as atividades da célula: determinam que proteínas devem ser produzidas • Responsável pela síntese de todos os ribossomos (exceto no cloroplasto e mitocôndria)
