Generalidades. la celula vegetal

FISIOLOGIA VEGETAL

INGENIERIA AGRONOMICAUTC

Ing. Agr. Giovana Paulina Parra GallardoIng. Agr. Giovana Paulina Parra Gallardo

GENERALIDADESFV.es el estudio del funcionamiento de las plantas a nivel celular y a nivel

comunidad, y analiza los procesos y funciones que gobiernan su crecimiento y desarrollo, debido a cambios en el ambiente que las rodea.

Describe y explica las funciones de cada órgano, tejido, célula y organelo celular de plantas, así como la de cada constituyente químico (ion, molécula o macromolécula) y la forma en que los procesos y funciones responden a los cambios ocasionados por factores externos

Proceso: secuencia continua y natural de eventos en plantas vivas, como fotosíntesis, respiración, absorción de iones, translocación, apertura y cierre estomático, transpiración, floración y formación de semillas.

Función: es la actividad natural de una célula, tejido, órgano, sustancia química o alguna otra cosa.

EN EL CONOCIMIENTO HUMANO

• Es parte fundamental de los conocimientos y de los más recientes avances en agricultura, silvicultura, farmacología, fitopatología y otros campos de la botánica.

• Además adquiere cada día más importancia en los programas de investigación y experimentación en las ciencias agrícolas.

• Puede arrojar conocimientos benéficos para algunos aspectos prácticos de agricultura:

1. Incremento en la eficiencia fotosintética en la conversión de la radiación solar

2. Determinación de mejores formas de fijación biológica del nitrógeno por las plantas para elevar significativamente los rendimientos

3. Técnicas de tejido de cultivos 4. El incremento en los rendimientos si se sabe cómo y cuándo los

reguladores del crecimiento pueden ser más efectivos en las plantas.

RELACION CON OTRAS CIENCIA

ANATOMIA

TAXONOMIA

GENETICA MORFOLOGIA

ECOLOGIA

FISOLOGIA

VEGETAL

FITOPATOLOGIA

RIEGOS Y D.

FERTILIZANTES

FLORICULTURA

HORTICULTURA

FRUTICULTURASILVICULTURA

ECONOMIA A.

TECN. SEMILLAS

CONTROL PLAG. ENF.

ESTRUCTURA DE LA FISIOLOGIA VEGETAL Y SUS APLICACIONES

ABSORCION DE AGUA Transpiración

Transporte de nutrientes

BALANCE HIDRICO Hidratación

Deshidratación de tejido

DISOLUCION DE CO2 Tasa fotosintética

Producción y traslocación de carbohidratos

•Tamaño de células, órganos y plantas

•Relación raíz / tallo

•Biomasa producida, suculencia, clase y cantidad de compuestos acumulados

•Rendimientos económicos

CANTIDAD, CALIDAD Y TASA DE CRECIMIENTO Y RENDIMIENTO TOTAL

RESPUESTAS FISIOLOGICAS DE LAS PLANTAS

FACTORES AMBIENTALES: Suelo, Atmósfera

POTENCIAL GENETICO: Características organográficas, Osmorregulación

FACTORES BIOTICOS Y ABIOTICOS QUE MODIFICAN LA RESPUESTA DE LA PLANTA

TEMPERATURA AMBIENTE

RADIACION SOLAR HUMEDAD RELATIVA

TRANSPIRACION Y BALANCE DE ENRGIA

ESTRUCTURA DE LA HOJA RESISTENCIA DE LAS

HOJAS

TRANSPORTE DE LA RAIZ Y EL TALLO

RESPUESTA FISIOLOGIA DE

LA PLANTA

ESTRUCTURA DE RAIZ Y TALLO ABSORCION

RADICULAR

PROPIEDADES FISICO-QUIMICAS DEL SUELO

POTENCIAL TOTAL DEL AGUA EN EL SUELO

TEMPERATURA DEL SUELO

TEORIA CELULAR

•Es una bio-unidad, (unidad de vida) la misma que es la parte más pequeña en donde se desarrolla la vida.

•Existen células simples formando parte de organismos simples.

•Pueden alcanzar un grado de complejidad cumpliendo funciones especializadas, para formar seres superiores.

• Las células no viven aisladas, hay comunicación y coordinación para cada especialización.

• La fisiología vegetal será la encargada del estudio del funcionamiento de la célula y sus partes.

CELULA VEGETAL

CELULA VEGETAL1. N, C, O, H MATERIA VIVA (PROTEINAS, NUCLEOTIDOS, CARBOH, LIPIDOS)ENLACES MULTIPLES EXCEPTO (H+) -H y O (IONICA) - H GENERA GRADIENTE ELECTROQUIMIC. - O ELECTRO NEGATIVO (TRANSPORTE DE ELECTRONES)2. P, S ENERGIA (Mg)ENLACES COVALENTES PARA PRODUCIR ENERGIA ACETIL Co A (TIENE S)

3. K, Ca, Mg, Mn, Zn, Mo, Cl, B BASE DE PROCESOS FISIOLOGICOS - ESTRUCTURA Ca, Mg - ENZIMAS Cl, Mn - POTENCIAL OSM K, Ca, Mg

4. Fe, Cu OXIDO – REDUCCION

PARED CELULAR. FUNCIONES

•Presenta una función más bien mecánica.

•No funciona como barrera fisiológica

•Sirve como soporte de la célula y estructuras pluricelulares

•Tiene un grado de rigidez y dureza, evita el rompimiento de la membrana celular; evita el rompimiento de la célula cuando ingresa agua a la misma y otras sustancias (TURGENCIA) al inflarse la pared celular sin que llegue a reventarse.

• Es una barrera que evita el ingreso de patógenos

•Determina el tamaño y la forma: influye en el crecimiento celular.

• No es una barrera de permeabilidad, es porosa (plasmodesmos) y no diferenciada.

•Permite la formación de organismos altos y erectos excepto en ciertas zonas para permitir el crecimiento.

PARED CELULAR. PROCESO DE FORMACION

PARED CELULAR

PARED CELULAR. COMPOSICION QUIMICA

ACUMULACION DE FIBRILLAS DE CELULOSA. Se piensa qe cada roseta forma una sola microfibrilla que se relaciona lateralmente con las microfibrillas de otras rosetas para formar una fibra cada vez mayor. Toda la disposición de las rosetas puede desplazarse lateralmente en la membrana conforme va siendo empujada por las moléculas de celulosa que se alargan. La dirección del movimiento pudiera estar dada por la orientación de os microtúbulos.


1. CELULOSA.- Es un componente fibrilar formado por polímeros lineales (D-Glcp unidos por enlaces B (1-4) que forman agregados moleculares (fibrillas estabilizadas por puentes de hidrógeno) que le confieren estructura cristalina. El grado de empaquetamiento cristalino aumenta con la edad. La disposición microfibrilar de la celulosa permite la existencia de espacios microcapilares de 20 a 40 nm que son ocupados por polisacáridos

matriciales, lignina o suberina.


3 . PROTEINAS ESTRUCTURALES. Componente importante de la pared celulara. Los aminoácidos más frecuentes son : hidroxiprolina, serina, histidina, lisina, tirosina y valina sumados a la arabinosa y galactosa ( aúcares). Las azúcares forman del 10 al 100% de peso de la pared celular.

4. PROTEINAS ENZIMATICAS. Hidrolasas (25) y oxidoreductasas (4).


5. LIGNINAS.- Se encuentran en las paredes secundarias, es un polímero constituido por restos fenilopropanoides derivados de ácidos p – cumárico, coniferílico y sinapílico unidor por enlaces de éter.

La lignina tiene un carácter hidrofóbico, por lo que desplaza el agua, aumentando la resistencia física y química y la rigidez. Es abundante (20 30%) en las células conductoras (vasos xilemáticos) y estructurales (fibras) con engrosamiento secundario.

MONOMEROS CONSTITUYENTES DE LA LIGNINA


6.Se puede además encontrar otros componentes de la pared celular, así por ejemplo ceras, cutinas y suberinas. Compuestas por mezclas de compuestos alifáticos (alcanos). Aparecen en la superficie de la cutícula, así como embebiendo las paredes cutinizadas y suberificadas.

La CUTINA es el principal componente de la cutícula, depositada sobre su superficie así como impregnando las paredes externas e las células epidérmicas de las partes aéreas de la plantas.

La SUBERINA presente en la peridermis ey en la superficies de raíces y tllos como en la Banda de Caspari. Está consitutida por ácidos fenólicos esterificados a ácidos grasos de cadena larga.

El carácter hifrofóbico de la cutina, suberina y ceras reduce la permeabilidad al agua y solutos estableciendo la barrera fisiológica que evita su pérdida.

POLIMEROS CONSTITUYENTES DE CUTINA Y SUBERINA


7. COMPUESTOS INORGANICOS. También es posible encontrar compuestos orgánicos dentro de la pared, especialmente cationes metálicos como Ca+ formando

complejos con grupos carboxílicos presentes en la pared.

CAPAS DE LA PARED CELULAR


Cadenas de xiloglucano impiden la separación de las microfibrillas


2. MADURACION DE FRUTOS

Bajo la acción de las enzimas se produce una transformación bioquímica en la matriz de polisacáridos , pectina y hemicelulosa (pared y Lámina media) dando como resultado un cambio en la textura y pérdida de la firmeza del fruto.


3. ABSCISIÓN

Es la caída de una parte de la planta, debido a que la lámina media se debilita, y pierde su capacidad cementante. El punto de abscisión afecta a dos filas de la célula circularmente. Este punto de abscisión está marcado por condiciones naturales o propias de la planta. El proceso de degradación comienza en la pared celular y después en la lámina media por acción de poligalacturonasa


4. Movilización de las sustancias de reserva de la semilla.

las paredes celulares de muchas semillas, contienen sustancias de reserva que movilizan durante la germinación y el crecimiento. Sustancias de reserva como: polisacáridos: mananos, xiloglucanos y galactanos.


5. Interacción con microorganismos A través de mecanismos activos o pasivos: Al constituirse en una barrera física (posee poros pequeños que sólo

permiten el paso de microorganismos del tamaño de los mismos o menores).

Modificación de la pared: lignificación, acumulación de proteína rica en hidroxiprolina, depósito de calosa. Al primer contacto con el microorganismo se activa la acción de cambio de síntesis en al membrana.

Acumulación de FITOALEXINAS (compuestos antimicrobianos de bajo peso molecular) cuando la planta es atacada, en la pared celular se sintetizan fitoalexinas, las cuales actúan como los glóbulos blancos en el hombre. También puede darse esta reacción por daños mecánicos o temperaturas extremas.

PARED PRIMARIA

• NO ES PARTE MUERTA

• ES ACTIVA

• ELONGACION (ROMPEN ENLACES, ELASTICA, PLASTICA)

• NO REGULA LO QUE ENTRA O SALE

• SE HA ENCONTRADO LIBERACION DE FRAGMENTOS DE PARED CELULAR (OLIGOSACARINAS)

• DEFENSA NATURAL (AZUC.) MENSAJEROS ESPECIFICOS DE ALGO EXTRAÑO; LUEGO SE FORMAN FITOALEXINAS (TOXICOS PARA LOS PATOGENOS) O PRODUCEN HIPERSENSIBILIDAD (AISLAMIENTO) REACCIONAN CON LA LUZ (SINTESIS DE PRESURSORES)

• CALCIO (Ca) MENSAJERO SECUNDARIO

PARED SECUNDARIA

• SE PRESENTA EN CIERTAS CELULAS (TALLO, FLOEMA, XILEMA)

• TEJIDO DE SOPORTE

• CELULAS DE MAXIMO CRECIMIENTO

• FORMAN 1,2,3 CAPAS DE PARED CELULAR, ANTES QUE LA CELULA DEJE DE SER FUNCIONAL

• CELULOSA 41 - 45%• HEMICELULOSA 30 %• LIGNINA 22 - 28 % (RICIDEL)

• SE PODRIA DECIR “NO VIVA”

MEMBRANA CELULAR

MEMBRANA CELULAR

•Se encuentra después de la pared celular, es semipermeable y selectiva,

está sujeta a leyes físicas, bioquímicas y termodinámicas.

•La membrana recubre la célula y la divide en compartimentos fisiológicos, químicos (intercambio iónico), y físicos (existencia de cribas y agujeros).

•Es elástica.

•Regula el contenido celular

•Preserva la identidad por su organización básica.

•Regula el ingreso y salida de sustancias (transporte)

ESTRUCTURA.

Se compone de dos capas externas de proteínas y una bicapa de lípidos. Los glóbulos de proteínas se encuentran envueltos en lípidos.Esta estructura se denomina unidad de membrana:

1. Bicapa de lípidos: Con centro hidrofóbico y superficies hidrofílicas donde se localizan las cabezas de los lípidos.

2. Las proteínas: pueden fijarse a la superficie de la bicapa (proteínas extrínsecas) a insertarse a través de la bicapa (proteínas intrínsecas).

Algunas veces tienen unidos grupos carbohidratos y proteolípidos.

ESTRUCTURA.

Las proteínas confieren especificidad, mientras que los lípidos proporcionan una matriz más inerte.

Se encuentran: + proteínas en la membrana mitrocondrial

interna y la membrana del tilacoide. + lípidos membrana plasmática Hay 2 excepciones a esta estructura: Membranas compuestas por glóbulos de fosfolípidos

revestidos de proteína Membranas asimétricas Membranas formadas por poros hidrófilos

ESTRUCTURA.

BICAPA DE LIPIDOS. EL CENTRO DE UNA MEMBRANA CONTIENE UNA CAPA BIMOLECULAR DE FOSFOLIPIDOS ORIENTADA CON SUS GRUPOS HIDROSOLUBLES HACIA EL FRENTE DE LA SUPERFICIE EXTERNA Y SUS COLAS DE ACIDOS GRASOS HIDROFOBOS HACIA EL INTERIOS

Representación actual de la membran que muestra la msima organización básica propuesta por Singer y Nicolson. Ahora se sabe que la superfiie externa de la mayor parte de las proteínas d la mebran, y

tambi0n un pequño porcentaje de los fosfolípidos, cotienen cadenas cortas de azúcares (cadenas con cuentas amarillas y verdes) que constituyen glucoproteínas y glucolípidos. Estas porciones de las cadenas de polpéptidos se extienden a través de todo el espesor de la bicapa en lípidos; en condiciones típicas se

presentan como hélices alfa compuesta de aminoácidos hidrofobos

OLIGOSACARIDO

GLUCOLIPIDOPROTEINA INTEGRAL

HELICE ALFA HIDROFOBA

FOSFOLIPIDO

PROTEINA

INTEGRAL

CLASES DE PROTEINA DE MEMBRANA

Proteínas integrales que pueden contener una o más hélices que atraviesan la membrana.

Proteínas periféricas de la superficie interna de la membrna que mantienen uniones no covalentes con los grupos polares de la bicapa de lípidos o con alguna protína integral de la membran

Proteínas ancladas en lípidos, las cuales pueden enlazarse en forma covalente a un fosfolípido o a un ácido graso integrado en la bicapa de lípido

TIPOS DE MEMBRANAS.-

•Membrana plasmática: Atraviesa la pared celular.

•Tonoplasma: Separa el citoplasma de las vacuolas.

•Membrana del retículo endoplasmático

FUNCIONES:

•Protección y aislamiento.•Resistencia mecánica y eléctrica; recibe y envía

mensajes electrónicos y químicos, esenciales para procesos metabólicos.

•Intercambia y transporta sustancias así como por ej: enzimas.

•Inmunidad•Son portadores de enzimas•Recibe y envía mensajes químicos y eléctricos

esenciales para procesos metabólicos.

H +

H2O

2

3

HORMONA

4

IP 3

Ca 2+

HIDROLASAS ACIDAS

15

ADP

ATP7

6

FUNCIONES DE LA MEMBRANA

1. Ej. De una membrana compartamentalizada en la cual las enzimas hidrolíticas ( hidrolasas ácidas) quedan encerradas dentro de una vacuola rodeada por una membrana.2. Ej. Del papel de las membranas como barrera selectivamente permeable.3. Ej. De transporte de soluto.4. Ej. De la participación de una membrana en la transferencia de información de un lado a otro (transducción de señales).5. Ej. Del papel de la membran en la comunicación de célula a célula a través de los plasmodesmos.6. Ej. Del papel de la membrana citoplamática como sitio de localización de enzimas.7. Ej. Del papel de las membranas en la transducción de energía. La conversión de ADP a ATP ocurre en íntima comexión con la membrana externa de la mitocondria.

PROPIEDADES

1. FLUIDEZ

•Es lo contrario a la rigidez

•Se basa en la ordenación de los lípidos.

•Depende de:

las proteínas presentes,

la relación fosfolípido-esteroles, y

el grado de saturación de los ácidos grasos.

PROPIEDADES

PROPIEDADES

Este potencial de superficie (negativo), depende de:-Número de cargas negativas.-Tipos de cationes.-Concentración de cationes. La consecuencia del potencial de superficie es que atraen

moléculas cargadas positivamente como cationes inorgánicos: H+, K+, Ca2+, Mg2+, etc. Su concentración es mayor cerca de la superficie de la membrana que en el medio que lo rodea.

Loa aniones (-): ATP, ADP, NADH son repelidos y su concentración es menor en la superficie que en el medio.

Debido a la concentración de cationes el potencial de membrana se reduce y se dice que los cationes “tapan” las cargas de la membrana. La capa de membrana que da al citoplasma está más tapada.

PROPIEDADES

1. HETEROGENEIDAD o Transversal: Las superficies de las

membranas son diferentes: dependiendo si la proteína es extrínseca o intrínseca o de la composición de la bicapa lipídica

o Lateral: Mas bien dinámicas que estáticas.

PROPIEDADES

MECANISMOS DE TRANSPORTE A TRAVES DE LA MEMBRANA

• La membranas biológicas son totalmente permeables básicamente a moléculas pequeñas no cargadas eléctricamente (agua, oxígeno).

• Las moléculas mayores: no cargadas como sacarosa o como iones inorgánicos o ácidos grasos no pueden atravesar la bicapa lipídica y su paso se da a través de canales o transportadores de los que cada membrana posee su propio y único conjunto.

• La energía necesaria para este proceso lo suministra las ATPasas H+

Transmisión de señales a través de la membrana.

Implica la recepción de la señal en un lado, la transferencia de información a través de la membrana y la producción de un segundo mensajero en el lado opuesto de la membrana. Generalmente las moléculas de hormonas vegetales que son las que ingresan por este mecanismo son pequeñas y pueden atravesar fácilmente la membrana en sus formas no cargadas.

Por tanto no hay una razón perse para que exista este mecanismo pero es posible que sean debidas a interacciones más directas entre la hormona y algún componente dentro de la célula. Ej: la transcripción genética.

PROTEINAS DE TRANSPORTE

• Existen dos principales grupos de proteínas de transporte: los transportadores o carriers y los canales.

• Los transportadores además pueden ser primarios o secundarios, tanto para los carriers como para los canales.

PROTEINAS DE TRANSPORTE

PRIMARIOS.- Crean y mantienen el gradiente electroquímico de protones, así por ejemplo las ATP asas (que son las enzimas encargadas de descomponer el ATP).

SECUNDARIOS.- Acoplan la absorción de solutos al

movimiento de protones, a favor del gradiente electroquímico.

El transportador a través de la membrana, según la

carga neta puede ser electroneutro y electrogénico. Electroneutro cuando la carga neta es cero y;Electrogénico cuando la carga neta es diferente de cero.

PROTEINAS DE TRANSPORTECLASIFICACION DE LAS ATPasas H +

(H+ sirven como puentes de unión). Existen tres tipos de ATP asas: Tipo F, tipo P y tipo V. TIPO F.- Pueden hidrolizar ATP y bombardear protones en

contra de un gradiente electroquímico. Se muestra en la tilacoide y en la membrana mitocondrial interna.

* La tilacoide consiste en formaciones vesiculares que se superponen unas sobre

otras formando las granas. * M. M. I. .- Forma invaginaciones hacia el interior de la

membrana. TIPO P .- Incluyen un intermedio fosforilado en un ciclo de

reacción. Se encuentran en la membrana plasmática. TIPO V.- Se encuentran en las endomembranas,

generalmente en las vacuolas donde son responsables de la creación del gradiente electroquímico de protones.

MODELO ESQUEMATICO DE ATPasa DE Na+ Y6 K+. La proteína de transporte consta e dos subunidades, una alfa y una beta. Se indican los diferentes sitios fundionales sobre la subunidad alfa.

ESPACIO EXTRACELULAR

CITOPLASMACONFORMACION E1

CONFORMACION E2

1

23

456

Na

PATP

ADP

Na

NaNa

N

P

P

P

K+

K+

K+

K+

Ciclo de transporte de la atpASA de Na+ y K+ .Los iones de Na:

1.Se enlazan a la proteína en el lado interno de la membrana

2. Se hidroliza el ATP y el fosfato se transfiere a la proteíbna.

3. Cambiando su conformación, y permitiendo que los iones sodio sean expulsados hacia el espacio externo.

4. Se enlazan iones K a la proteína.

5. En seguida se elimnan los grupos fosfato

6. La proteína vuelve con rapidez a su conformación original desplazando iones potasio al interior de la célula.

CANALES Y TRANSPORTADORES

• CANALES.- (poros)• Es una proteína de membrana que forma un

canal hidratado a través de la misma.• El canal puede estar abierto o cerrado,

condición regulada por el potencial de membrana.

• CANAL ABIERTO.- Permite el paso de muchos iones de solutos a través de un gradiente electroquímico sin cambio de conformación molecular. Su capacidad de transporte es elevada, pero solo permanece abierto durante un corto período de tiempo.

CANAL DE K +.

a. Figura bidimensional de un canal de ion potasio que muestra los seis segmentos transmembrana y una porción del polipéptido (llamada H5) que se insinúa en la bicapa para formar parte de la pared del canal.

b. Mecanismo propuesto para manejar la compuerta del canal de K+ en el cual una parte de la proteína actúa como una esfera sobre el extremo de una cadena para ocluir la abertura interna del canal.

CANALES Y TRANSPORTADORES

TRANSPORTADORESEl transportador de solutos posee varios sitios de

unión (que son las valencias). El soluto se une a una cara de la membrana y para ser liberado en la otra cara de la membrana, se requiere un cambio en su conformación molecular por lo que solamente ingresa una molécula a la vez, por esto la velocidad de transporte es menor que en el caso de los canales.

-La mayoría de transportadores son electro génicos. Los transportadores y canales se los encuentra en la membrana y las vacuolas.

GLUCOSA

ENLACE

TRANSPORTE

DISOCIACION

RECUPERACION

DIFUSION FACILITADA. Esquema de un modelo para la difusión facilitada de glucosa que implica un transportador con conformación alternante

para exponer el sitio de enlace a glucosa en el lado interno o en el lado externo de la membrana

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