Fisiologia Vegetal Professora Ana Carolina A Célula Vegetal Citoplasma Substância gelatinosa que contém os organóides citoplasmáticos. - Plastos ou Plastídeos: fotossíntese - Mitocôndrias: respiração celular. - Retículo Endoplasmático: circulação de nutrientes. - Ribossomos: síntese de proteínas. - Centríolo: divisão celular e coordenação dos batimentos de cílios e flagelos. - Vacúolos: cavidades. - Citossomos: enzimas. - Microtúbulos: formação parede celular e fibras do fuso. Núcleo Envoltório nuclear ou carioteca. Soco Nuclear ou nucleoplasma: cromossomos e necléolo. Cromossomos. Nucléolo: rico em RNA. Parede Celular Exclusiva! Função: Proteção e sustentação. Resistente à tensão e decomposição de organismos vivos. Permeável, morta e elástica. - Celulose: polissacarídeo. - Cutina e suberina: lipídios. - Lignina: resistência. Estrutura da Parede Celular Lamela média: membrana formada durante a telófase. Une as células entre si. Membrana primária: primeira membrana sobre a lamela média. Elástica, delgada, celulósica e péctica. Membrana secundária: novas deposições de materiais. Espessa, pouco elástica, celulósica, pectina e lignina. Plastos ou Plastídios Exclusivos! Divididos me proplastos, cloroplastos, cromoplastos e leucoplastos. Proplastos: pequenos e incolores. - Sofrem diferenciação celular e se transformam. Cloroplastos - Função: Fotossíntese. - Membranas interna e externa: lipoproteica. - Estroma: DNA, RNA e ribossomos. - Lamelas: dividem a matriz. - Granun: pilhas de tilacóides – clorofilas a e b, carotenas e xantofilas. - Xantoplastos: amarelos. - Eritroplastos: vermelhos. - Leucoplastos: incolores. Armazenam amido. Vacúolos Função: acumular substâncias de reserva e regula pressão osmótica. Origem: células jovens (meristemáticas). Composição: membrana externa lipoproteica e internamente suco vacuolar . Os Tecidos Vegetais Tecidos meristemáticos: embrionário. Meristemas Primários: ápice do caule e raiz – pontos vegetativos. - Protoderme: epiderme. - Procâmbio: tecido de condução primário. - Meristema fundamental: casca. Meristemas secundários: crescimento secundário em espessura do caule e raiz. - Felogênio: casca, caule e raiz – células para fora – formarão o tecido Suberoso ou Cortiça – células para dentro – Feloderma. - Câmbio: cilindro central do caule e raiz – células para dentro: xilema secundário e células para fora: floema secundário. Tecidos Adultos Células especializadas. Parênquima clorofiliano: fotossíntese. Dois tipos: - Parênquima paliçadico: fotossíntese, proteção contra a transpiração, filtro de luz solar. - Parênquima lacunoso: fotossíntese. Parênquima de reserva: reserva várias substâncias. Três tipos: - Parênquima amilífero: grãos de amido. Ex: órgãos subterrâneos. - Parênquima aquífero: acúmulo de água. Ex: plantas regiões secas. - Parênquima aerífero: acúmulo de ar. Ex: plantas aquáticas. Epiderme: Células vivas, justapostas, sem cloroplastos. - Funções: proteção contra a transpiração e ferimentos, absorção, trocas gasosas, secreção, excreção. - Anexes: cutícula, pelos, papilas, escamas, estômatos. Cutícula: película na parede da célula. Formada de cutina – ceras (impermeável à água). - Função: evitar perda excessiva de água por transpiração. Pelos: saliências epidérmicas. - Função: proteção contra transpiração, desvio de raios solares, produz secreção, urticante, transporte de sementes, absorção. Papilas: saliências epidérmicas pequenas, unicelulares. - Função: secreção. Acúleos: saliências epidérmics pontiagudas. - Função: defesa. Escamas: estruturas pluricelulares. - Função: proteção ou absorção de água. Estômatos: estruturas epidérmica. - Função trocas gasosas. Colênquima: células vivas com paredes celulares reforçadas. - Função: sustentação mecânica. Esclerênquima: células mortas - Função: sustentação mecânica. Esclerídeos: membranas lignificadas. Fibras esclerenquimáticas: indústria têxtil. Tecidos de Condução Células vivas ou mortas – condução de seiva. - Seiva bruta ou mineral = xilema. - Seiva elaborada = floema. Lenho ou Xilema Função: reserva, condução seiva e suporte mecânico. Constituição: - Elementos dos vasos e traqueídes: condução da seiva bruta. - Parênquima lenhoso: raios medulares. Função: condução seiva, reserva e suporte mecânico. Composição: - Vasos liberianos: condução. - Parênquima liberiano: reserva. - Elementos mecânicos: sustentação. Líber ou Floema Periderma Felogênio: meristema secundário da casca. Súber ou Cortiça: células mortas. Deposição se suberina formando várias camadas. Função: proteção. Feloderma: acúmulo de tecidos mortos. Quando caem, descascam. Estrutura de Secreção ou Excreção Células secretoras: dois tipos – produtoras de oxalato de cálcio e de cistólito. Papilas e pelos secretores: produção de essência. Bolsas secretoras e vasos resiníferos: eliminam resina, gomas, óleos. Vasos lactíferos: produção de látex. - Contínuos: originam de um único elemento que cresce e ramifica. - Articulados: provém de vários elementos que estão ligados. Hidatódios e Nectários Hidatódios: - Epitemais: eliminam água sob forma de gotas. - Epidermais: células estomáticas rígidas.Eliminam água por processo não esclarecido. Nectários: elementos produtores de néctar. Fotossíntese Energia luminosa Energia química. Duas etapas: - Luminosa ou fotoquímica (cloroplasto). - Química, escura ou enzimática (matriz do cloroplasto). Os Pigmentos Fotossintéticos Absorvem luz para a fotossíntese. Dois tipos: - Clorofilas A e B: verdes (radiação vermelha, azul e violeta). - Carotenos e Xantofilas: alaranjados, vermelhos ou amarelos (radiação azul, verde e violeta). A Química da Fotossíntese Fase Luminosa - Fotossistemas: receptores de luz nos tilacóides. É um centro de reação que contém clorofila a e pigmentos antena (transmitem energia para a clorofila a). - Reações luminosas: Luz absorvida provoca transporte de elétrons através da cadeia transportadora de elétrons. • Fotofosforilação acíclica. • Fotofosforilação cíclica. - Quimiosmose: ATP produzido na fase luminosa. A Química da Fotossíntese Fotofosforilação Acíclica - Fotossistema II: luz absorvida e elétrons clorofila a energizados. - Fotólise: água quebrada, produz 2 elétrons e 2 prótons. - Cadeia transportadora de elétrons: transporta elétrons, produz ATP utilizado no Ciclo de Calvin para síntese de açucar. - Redução do NADP: recebe dois prótons. NADPH2 transporta H+ para o Ciclo de Calvin. - Fotossistema I: elétrons repostos, produção de NADPH2 A Química da Fotossíntese Fotofosforilação Cíclica - Produz apenas ATP. - Não ocorre liberação de O2 e NADPH2. Etapa Luminosa ou Fotoquímica Absorção de luz pelas clorofilas. Transformação de energia luminosa em energia química. Formação de ATP e NADPH. Luz - ATP: Fosforilação - ADP + P ATP Clorofila - NADPH - 2H2O + 2 NADP Luz 2NADPH2 + 2H2O+ O2 Clorofila Fase Escura, bioquímica ou Enzimática Matriz do cloroplasto. Utiliza os produtos da fase luminosa (ATP e NADPH2). Absorção, fixação e redução do CO2 CH2O. - Ciclo de Calvin. CO2 + 2NADPH2 (CH2O) + H2O + 2 NADP Composto por três passagens: Açucar Ribulose difosfato reage com o CO2 e forma o ácido fosfoglicérico. Ácido fosfoglicérico - É reduzido e forma o aldeído fosfoglicérico. Aldeído fosfoglicérico - Forma glicose - Regenera a ribulose difosfato. Ciclo de Calvin Fotossíntese em Bactérias Células com bacterioclorofilas. Fazem fotossíntese sem utilizar água e liberar oxigênio. Composto inorgânico doador de hidrogênio: H2S. Retiram o H2S e liberam enxofre (S). Hidrogênio reduz CO2 e forma carboidrato. 2H2S + CO2 (CH2O) + H2S = 2S. Quimiossíntese das Bactérias Síntese de substâncias orgânicas a partir de inorgânicas – reação exotérmica. Primeira fase Composto Inorgânico + O2 → Compostos Inorgânicos oxidados + Energia Química Segunda fase CO2 + H2O + Energia Química → Compostos Orgânicos Bactérias sulfurosas: oxidam o H2S em duas etapas. - H2S oxidado a enxofre e água, liberando energia. 2H2S + O2 2H2O + 2S + energia - Enxofre é oxidado em presença de água, formando ácido sulfúrico e liberando energia. 2S + 2H2O + 3O2 2H2SO4 + energia Nitrobactérias - Nitromonas e nitrosococcus: oxidam amônia e nitrito. 2NH3 + 3O2 2NO2- + 2H + 2 2O + energia - Nitrobacter: nitrito a nitrato. 2NO2- + O2 2NO3- Fatores que Influenciam na Fotossíntese Fatores internos: abertura dos estômatos, quantidade de clorofila, etc. Fatores externos: luz, temperatura, etc. Fator limitante: fator que está em menor intensidade. Ex: efeito da conc. de CO2 na fotossíntese em três diferentes intensidades luminosas. Luz na Fotossíntese Pigmentos absorvem luz. - Clorofila a: verde-azulada. Pico absorção 430nm e 660 nm. - Clorofila b: verde-amarela. Pico 465nm e 660nm. - Carotenóides: amarelo, alaranjado, vermelhos ou pardos. Pico 400 a 500nm. - Ficobilinas: azul e vermelho. Pico 500 e 600nm. Ponto de Compensação Luminoso (fótico) Intensidade luminosa em que a razão de fotossíntese é igual à razão de respiração. Os dois fenômenos se neutralizam no PCF. Taxa fotossíntese > taxa respiração = crescimento da planta. - Plantas umbrófilas: PCF baixo. - Plantas heliófilas: PCF alto. A Influência do Dióxido de Carbono na Fotossíntese CO2 penetra pelos estômatos, utilização pelos cloroplastos na fotossíntese = baixa concentração do CO2, facilitando sua entrada. A velocidade que o CO2 se difunde depende de sua concentração no ar. A Influência da Temperatura na Fotossíntese Somente na etapa química. De 0° a 40° C dobram de velocidade a cada aumento de 10° C na temperatura. A 57° C a fotossíntese cessa. Pouca luz: temperatura não influencia (fator limitante). Muita luz: temperatura intensifica a fotossíntese. Localização das Etapas da Respiração Celular na Mitocôndria Respiração Aeróbia Obtenção de energia dos compostos orgânicos e transferida para as moléculas de ATP. Dividida em três fases: - Glicólise - Ciclo de Krebs - Cadeia Respiratória: Equação completa. Glicólise Citoplasma. Produz 2NADPH2 (4H+ + 4e-) Consome 2 ATPs. Produz 4 ATP, saldo de 2 ATP. Forma 2 moléculas de ácido pirúvico. O Ciclo de Krebs Matriz mitocondrial. Requer ácido pirúvico da glicólise. Cada volta usa 1 piruvato e produz 3NADH, 1 FADH (transportam prótons e elétrons), 1 ATP e 2 CO2. Cada molécula de glicose – Duas voltas no ciclo. Ausência de NAD cessa o ciclo e a célula morre. - NAD+ e FAD+: forma oxidada. - NADH e FADH: transporta 1 próton e 2 elétrons. Cadeia Transportadora de Elétrons Cristas mitocondriais. Bomba de prótons: transporta H+ para fora da membrana interna – gradiente de prótons. Cadeia Respiratória Prótons interior da matriz pelas ATPsintetase. Síntese de ATP. Produção de 38 ATPs a partir de uma molécula de glicose. 1 NADH 3 ATPs. 1 FADH 2 ATPs. Respiração Anaeróbica (Fermentação) Obtenção de energia na ausência de oxigênio. Envolve um receptor de elétrons diferente do oxigênio Ex: fungos e bactérias, sementes em germinação. Enzimas açúcar --------------> álcool + CO2 Fermentação Alcóolica (etílica) Fungos Saccharomyces. Fabricação de pães e bolos, cerveja. Formação de bolhas de CO2. Produção de 4 ATPs e consumo de 2 ATPs. Fermentação Lática Glicose Ácido pirúvico Ácido lático. Lactobacillus acidophylus. Falta de Oxigênio nos músculos. Osmose, Absorção e Gutação O que é difusão? - Pressão de difusão: tendência que diferentes partículas têm para a difusão. - Ex: água e substância em mistura – a pressão de difusão da água diminui e é proporcional à quantidade de substância que se dissolve. Osmose Difusão da água através de uma membrana semipermeável. Deixa passar livre o solvente, não deixando passar os solutos. Gradiente de pressão de difusão – transporte ativo. Osmômetro Demonstra a osmose e mede a pressão osmótica da solução. Pressão Osmótica da Solução Diferença de pressão de difusão entre a água pura e a solução . Pressão que se deve exercer sobre a solução, que está separada da água destilada por uma membrana semipermeável, para compensar a diferença de pressão de difusão das moléculas de água existente entre a solução e a água pura. Quanto maior a concentração da solução, maior é a pressão osmótica. A Célula Vegetal é um Osmômetro PO = água penetra por osmose. PT = água forçda a sair pela pressão da parede. DPD = parede da pressão osmótica não compensada pela pressão da parede- sucção celular. Movimento da água nas células vegetais. Plasmólise Célula mergulhada em meio hipertônico – Pressão osmótica maior que a DDP da célula. PT = 0 e DPD = PO. Desplasmólise: Célula plasmolisada – água destilada ou meio hipotônico – absorção de água – turgor. Absorção Região pilosa da raiz. Micorrizas aumentam a absorção. Seca fisiológica: resfriamento do solo, substâncias tóxicas e ausência de oxigênio. Absorção de Nutrientes Macronutrientes: plantas requerem em grande quantidade. Ex: Potássio, fósforo, cálcio, magnésio, enxofre Micronutrientes: plantas necessitam em pequenas quantidades. Ex: Ferro, manganês, Boro, Cloro, Zinco. Absorção passiva ou ativa de íons. - Ativa: Pressão osmótica elevada – pressão positiva. Gutação ou Sudação Eliminação de água no estado líquido através de hidatódios. Relaciona-se com absorção e aumento de sais no interior do xilema. - Hidatódio epidermal: única célula epidérmica que excreta água por transporte ativo. - Hidatódio epitermal: duas células estomáticas rígidas com poro sempre aberto. Tipos de Transpiração O que é transpiração? Qual é a função da transpiração? Dois tipos: - Estomática (Te): é controlada pela planta e vale 90% do total. - Cuticular (Tc): não é controlada pela planta e vale 10% do total. Sendo assim: Tt = Te + Tc. Estômatos Epiderme dos órgãos aéreos das plantas. Em relação à localização, as folhas podem ser: - Epiestomáticas: epiderme superior. Ex: flutuantes. - Hipoestomáticas: epiderme inferior. Ex: árvores e arbustos. - Anfiestomáticas: duas epidermes.Ex: gramíneas. - Inexistentes em plantas aquáticas. Estrutura dos Estômatos Duas células-guarda: cloroplastos. Ostíolo: fenda entre as células-guarda. Células anexas ou companheiras. Mecanismos de Transpiração Estomática: É controlada pelo vegetal. Permite a entrada de CO2 e permite a realização da fotossíntese. Cuticular: poros permitem a evaporação da água. Não é controlada pela planta. Ação dos fatores Ambientais na Transpiração Temperatura. Luz: estômatos abrem durante o dia e fecham-se à noite. Umidade do Ar: maior umidade, menor transpiração. Vento: diminuem a transpiração pois fecham os estômatos. Umidade do Solo: maior umidade, maior transpiração. Efeitos dos Fatores Internos da Planta na Transpiração Área de Evaporação: relação direta entre intensidade de transpiração e área de evaporação. Espessura da Cutícula: relação inversa entre a espessura da cutícula e a intensidade de transpiração. Pelos: retém a umidade, refletem a luza solar. Grau de Abertura e Freqüência dos Estômatos: maior abertura e freqüência, maior transpiração. Disponibilidade em água do vegetal: diminuição do suprimento de água,reduza a transpiração. Demonstração Experimental da Transpiração Potômetro. Método gravimétrico de pesagens rápidas: - Corta-se a folha e a pesa. - Faz-se pesagem de minuto a minuto. - A massa da folha aumenta ou diminui? Mecanismos de Abertura e Fechamento dos Estômatos Hidroativo: Aumento de turgor (ganho de água) nas células estomáticas abre o ostíolo;- a diminuição de turgor (perda de água) fecha o ostíolo. Influência do CO2: Aumento na pressão do gás carbônico faz os estômatos fecharem, e a redução de gás carbônico faz com que eles abram. Fotoativo - Ação da Luz: Mais luz, mais fotossíntese, menos CO2 = meio alcalino (básico). Logo, forma glicose = aumenta a pressão osmótica, puxando a água das células vizinhas e finalmente abrindo o ostíolo. - Ausência de Luz: Respiração, aumenta CO2 =meio ácido. Logo, a glicose se transforma em amido que diminui a pressão osmótica da célula estomática, perdendo água para as células vizinhas e fechando o ostíolo. Plantas suculentas MAC: Estas plantas abrem seus estômatos durante a noite e fecham-nos durante o dia. Efeito da Temperatura: Baixas e muito altas fecham os estômatos. Ação Hormonal: O Ácido abscísico (ABA) impede a absorção de íons potássio (K+) pelas células-guarda, fechando os estômatos. O Ácido jasmônico (JA) fecha os estômatos. O Ácido faseico (fusicoccina) é produzida por fungos que determina uma abertura permanente do estômato o que leva ao murchamento das folhas. Transporte de Nutrientes nos Vegetais Transporte no xilema: água e nutrientes. Constituição: - Sistema traqueário: células mortas, lignina - elementos de vaso e traqueídes. - Parênquima lenhoso: células vivas do sistema traqueário. - Elementos mecânicos: células mortas do esclerênquima. Mecanismos de Transporte de Seiva Bruta Teoria da coesão ou teoria da Sucção das Folhas de Dixon: - Interior do xilema, da raiz as folhas. - A coluna líquida se mantém continua, mantida pelas forças de coesão e adesão. - Estado de tensão (pressão negativa): Sucção das folhas movimento ascendente, mas gravidade e atrito agem contrárias. Transporte no Floema Transporte no floema: seiva elaborada. Constituição: - Células do vaso crivados: poros com depósito de calose para proteção. - Células anexas ou companheiras: controle metabólico das células componentes do vaso crivado. Hipótese de Munch A – Parênquima clorofiliano – Pressão osmótica alta: fotossíntese. B – Parênquimas de reserva – Pressão baixa. C – Líber e D – Lenho. Água – parênquima clorofiliano – lenho – produtos da fotossíntese – líber – parênquimas de reserva e tecidos. Explicação do movimento da seiva. Mecanismo de Transporte de Seiva Elaborada Floema: transporta substâncias produzidas na fotossíntese. Seiva elaborada: glicose, hormônios, aminoácidos, ácidos graxos. Produção nas folhas e órgãos de reserva. Movimento: maior pressão osmótica para baixa pressão osmótica. Provas do Transporte da Seiva Elaborada pelo Floema Afídeos ou pulgões: parasitas de plantas que extraem seiva elaborada. Cortando o aparelho bucal do animal observa-se a saída da seiva – floema pressão positiva. Anel de Malpighi ou cintamento. Regulação Hormonal Crescimento: aumento irreversível em tamanho ou volume. Fenômeno quantitativo. - Divisão celular - Distensão celular - Diferenciação celular Desenvolvimento: modificações da forma. Fenômeno qualitativo. Cinética do Crescimento Medido em função do tempo: curva padrão de crescimento. Ex: curva sigmóide. Medindo o tamanho da planta. Ex: curva de Gauss. - Crescimento lento. - Crescimento rápido. - Crescimento lento. - Obtém-se a média do crescimento. Hormônios Vegetais Fitormônios. AIA (ácido indolilacético) - Produção de AIA: ponta caule, raiz, frutos, folhas jovens e adultas, embriões sementes. - Transporte: ápice para a base. - Destruição: peroxidases e fenoloxidases. Descoberta das Auxinas Cortou coleóptilos e colocou as pontos sobre blocos de ágar – retirou as pontas e colocou os blocos unilateralmente nos coleóptilos decapitados. AIA produzido na ponta do coleóptilo permite o crescimento da planta. Ação das Auxinas Células: aumenta plasticidade multiplicação. Caule: estimula ou inibe a distensão celular. Raiz: estimula ou inibe crescimento. Gemas laterais: inibe o desenvolvimento – DORMÊNCIA APICAL Folhas: controla a permanência da folha. - AIA folha > AIA caule: permanece. - AIA folha < AIA caule: destaca. (abscisão). Frutos: desenvolvimento e permanência na planta. Câmbio: estimula as atividades das células. Aplicação Artificial de Auxinas Estacas: estimula a divisão celular e produção de raízes adventícias. Flores: desenvolvimento do ovário. Frutos: evita a formação da camada de abscisão. Auxinas e herbicidas: seletivos. Ex: 2,4-D (ácido 2,4 diclofenoxiacético). Auxinas e floração:não são hormônios promotores da floração, exceção de algumas espécies como o abacaxi. Tropismos Fenômeno de crescimento ou curvatura orientados em relação a um agente excitante. - Fototropismo: caule positivo (lado escuro maior concentração de AIAacelera) e raiz negativo (lado escuro maior concentração de AIA inibe). - Geotropismo: caule negativo (AIA na parte inferior – acelera) e raiz positiva (AIA na parte inferior - inibe). Nastismo/ Tactismo Nastismo: curvatura não orientada em relação ao agente excitante. - Fotonastismo: luz. Ex: abertura de flores quando iluminadas. - Tigmonastismo: toque. Ex: planta insetívora. - Quimionastismo: substância química. Ex: plantas insetívoras. - Nictinastismo: excitação exterior e interior. Ex: fechamento dos folíolos. Tactismo: movimento de deslocamento orientado em relação ao exitante. - Quimiotactismo: substância química. - Aerotactismo: oxigênio. Ex: bactérias aerotáteis. - Fototactismo: luz. Ex: cloroplastos. Tigmotropismo: movimento de curvatura em resposta à um estímulo mecânico. Ex: enrolamento da gavinha. Quimiotropismo: crescimento orientado em relação à uma substância química. Ex: tubo polínico nas angiospermas e hifas dos fungos em direção ao alimento. Pigmento Fitocromo Proteína de cor azul ou azul-verde. Função: - absorve radiação vermelha – comprimento de onda 660nm – ativado. - Absorve luz vermelha – comprimento de onda 730nm – inativo. Ação do Fitocromo Estiolamento: plantas jovens no escuro, caules crescem e folhas ficam pequenas. - Luz 660 nm: caule cresce devagar e folhas rapidamente, cessando o estiolamento. - Luz 730 nm: inverso. - Pigmento: fitocromo. Fotoblastismo – Germinação de Sementes Fotoblásticas positivas: germinam na presença de luz. Ex: orquídeas, bromélias. Fotoblásticas negativas: germinam na ausência completa de luz. Ex: melancia. Tratamento Fotoblásticas Positivas Fotoblásticas Negativas Luz branca Germinam Não germinam Escuro Não germinam Germinam Fotoperiodismo Germinação do vegetal quanto a duração dos dias e noites. Floração: gemas vegetativas em florais. - Plantas de dias curto: exposição à luz inferior a um valor crítico. - Plantas de dias longos: tempo de exposição superior ao valor crítico. - Plantas indiferentes: independem do tempo de exposição. Temperatura e Floração Temperatura - Efeito direto: fotoperiodicidade. - Efeito posteriores ao tratamento térmico: tratamento em temperaturas baixas. Floração: fotoperiodicidade. Giberelinas Produção: folhas jovens, embriões de sementes jovens, frutos, sementes em germinação. Transporte: sem polarização. Ação - Caule: alongamento. - Folhas: alongamento - Fruto: distensão celular. - Semente: germinação - Floração: indução. Etileno Produção: fruto. Transporte: fruto. Ação: maturação do fruto, abscisão folhas, frutos e flores, início da floração Citocinas Produção: ponta da raiz. Transporte: raiz para caule e folhas. Ação: regulam as divisões celulares, metabolismo, aparecimento do callus, queda/dormência gemas laterais. Ácido Abscísico (ABA) Produção: diversos locais da planta. Transporte: não polarizado. Ação: respostas ao estresse hídrico, inibição da germinação de sementes, desenvolvimento dos gomos, crescimento e desenvolvimento do caule. Fim!