AULA 6 Nutrição Mineral
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- Domingos Aníbal Ferrão Paixão
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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE BOTÂNICA DISCIPLINA DE FISIOLOGIA VEGETAL (BO248) L1 AULA 6 Nutrição Mineral Conceitos gerais Todo organismo continuamente troca energia e materiais com o meio ambiente Para uma planta típica a água e os sais minerais são oriundos do solo, enquanto o carbono, oxigênio e as vezes nitrogênio é oriundo da atmosfera Conceitos gerais O sistema radicular de uma planta vascular é composto com uma rede que envolve e captura os nutrientes minerais Marcelo Francisco Pompelli Fonte: Campbell & Reece, Biology 8th edition Conceitos gerais As plantas requerem certos elementos minerais para completarem seu ciclo de vida A maior parte do massa orgânica de uma planta é oriunda do CO 2 do ar mas também dependem da água e sais minerais que vem do solo CO 2, a fonte de carbono para a fotossíntese, se difunde para as folhas por meio dos estômatos minerais CO 2 O 2 H 2 O O 2 Pelo estômato, as folhas expelem a H 2 O e o O 2. As raízes captam O 2 e expelem CO 2. A planta usa o O 2 para a respiração celular, apesar de ser um produto de O 2. Macronutrientes e Micronutrientes Mais de 50 elementos químicos foram identificados entre as substâncias inorgânicas nas plantas, mas nem todos estes são essenciais Um elemento químico é considerado essencial se for indispensável para que a planta complete seu ciclo de vida. Não possa ser subsitituído por outro. Macronutrientes e Micronutrientes As raízes absorvem a H 2 O e os minerais do solo H 2 O CO 2 Fonte: Taiz e Zeiger,
2 Classificação de acordo com a função biológica Grupo 1: Que formam compostos orgânicos com o carbono N aminoácidos, proteínas, nucleotídeos, coenzimas,... S cisteína, cistina, metionina, proteína, ácido lipóico, coenzima A, Glutationa,... Grupo 2: Importantes no armazenamento de energia e integridade estrutural P reações que envolvem o ATP; açúcares fosfato, coenzimas, fosfolipídeos,... B complexa com manitol, mananas e outros constituintes da parede celular; envolvido na elongação das células e no metabolismo de ácidos nucléicos. Si contribui para as propriedades da parede celular, incluindo rigidez e elasticidade. Classificação de acordo com a função biológica Grupo 3: Nutrientes que permanecem na sua forma iônica K ( ) cofator em mais de 40 enzimas; principal cátion envolvido na manutenção do turgor da célula e eletroneutralidade. Na (Na + ) envolvido na regeneração do fosforoenolpiruvato em plantas C 4 e CAM; substitui o em algumas funções. Mg (Mg 2+ ) requerido por várias enzimas envolvidas na tranferência de fosfato; constituinte da clorofila. Ca (Ca 2+ ) constituinte da parede celular; cofator de algumas enzimas envolvidas na hidrólise de ATP e fosfolipídeos; mensageiro secundário na regulação metabólica. Cl (Cl ) requerido para as reações fotossintéticas envolvendo a evolução de O 2. Classificação de acordo com a função biológica Grupo 4: Nutrientes envolvidos na transferência de elétrons Fe constituinte do fitocromo e proteínas envolvidas na fotossíntese, fixação de nitrogênio e respiração. Cu componete da citocromo oxidase, fenolase,... Zn constituinte da alcool desidrogenase, ácido glutâmico desidrogenase,... Mo constituinte da nitrogenase, nitrato redutase,... Ni componete da urease. Em bactérias fixadoras de N 2, constitui a hidrogenase. Classificação de acordo com a mobilidade Também se refere a sua capacidade de translocação durante a deficiência nutricional Móveis N, K, Mg, P, Cl, Na, Zn e Mo Imóveis Ca, S, Fe, B, Cu Elementos químicos essenciais Pesquisas com culturas hidropônicas para determinar se um elemento mineral é essencial ou não APLICAÇÃO TÉCNICA Em cultivo hidropônico, plantas são cultivadas em soluções hidropônicas na ausência do elemento que se está estudando. O uso de cultivo hidropônico é para evitar a interferência do solo no estudo As raízes das plantas são banhadas com soluções aeradas de composição mineral conhecida. A aeração fornece o oxigênio para a respiração celular da raiz. Um elemento mineral em particular, tal como o potássio, pode ser omitido para testar se é ou não essencial Elementos químicos essenciais O nutriente é considerado essencial quando a planta não consegue completar o seu ciclo de vida sem ele; O nutriente é considerado essencial se fizer parte de qualquer molécula da planta que seja indispensável para a planta. Controle: Solução contendo todos os minerais Experimental: Solução sem potássio RESULTADOS se o mineral omitido foi essenvial, os sintomas da deficiência mineral aparecerão, na forma de redução do crescimento e folhas amareladas. A deficiência de diferentes elementos pode apresentar diferentes sintomas, o que pode auxiliar na detecção da deficiência do mineral no solo. 2
3 Os nutrientes podem ser adquiridos de outras fontes Parasitismo São plantas que possuem haustórios que penetram no tecido vascular da planta hospederia para absorver água e nutrientes. Ex. Erva de passarinho (Psittacanthus robustus). Os nutrientes podem ser adquiridos de outras fontes Epífitas São plantas que usam as árvores somente como suporte. Obtêm os nutrientes do ambiente. Ex. Bromélias, orquídeas, etc. 3
4 Os nutrientes podem ser adquiridos de outras fontes Absorção por meio de tricomas Plantas carnívoras nutrientes nutrientes Vivem em regiões ácidas onde as condições do solo não são favoráveis Podem obter N e outros nutrientes minerais pela captura, morte e digestão de insetos e outros animais pequenos As armadilhas são evoluções das folhas e possuem glândula que secretam um suco digestivo. Tricoma Plantas carnívoras Diomaea muscupula Drosera rotundifolia O solo e a absorção de íons partícula de solo Ca 2+ Cu 2+ Mg 2+ H 2 O + CO 2 H 2 CO 3 HCO 3 + pêlo radicular Troca catiônica no solo. Íons de hidrogênio ( ) ajudam na disponibilidade dos nutrientes, pois promovem uma troca com outros minerais carregados positivamente (Ca 2+ e Mg +2 ) que se encontram fortemente ligados as partículas negativas do solo. As plantas contribuem com secretandoo através dos pêlos radiculares e também pela respiração celular, a qual libera CO 2 para a solução do solo. O CO 2 reage então com a água para formar o ácido carbônico (H 2 CO 3 ). A dissociação deste ácido libera para a solução do solo. Mecanismo de troca catiônica citosol H+ H ADP +P + i ATP canal ATPase H+ K + K+ protéico Partícula de solo Mg mv NH 4 + Ca ++ 4
5 Chelantes citosol H+ H ADP +P + i H + quelante ATP 100 mv proteína secretora proteína transportadora ATPase H+ K + Partícula de solo K+ Fe ++ NH 4 + Ca ++ O que acontece com os ânions no solo? NO 3, Cl = são repelidos pelas cargas negativas da superfície das partículas do solo e permanecem em solução no solo; PO 4 3 = se ligam às partículas do solo que contém Al 3+, Fe 2+ e Fe 3+ SO 4 2 = na presença de Ca 2+ forma CaSO 4 que é levemente solúvel ph do solo e a disponibilidade de nutrientes ph do solo e a disponibilidade de nutrientes As raízes das plantas são influenciadas pelo sistema 5
6 6
7 Comparativo Geral saudável Sintomas de deficiência de N em tomate Sintomas de deficiência de K em videiras Sintomas de deficiência de Zn em tomateiro Fotossenssibilidade de plantas de Arabidopsis deficientes em Zn deficiente em P deficiente em K Sintomas de deficiência de Mg em morangueiro Sintomas de deficiência de Fe em morangueiro deficiente em N Movimento de íons da solução do solo para a raiz Transporte de íons através das membranas Cotransportadores, Sinporter e Antiporter H 2 PO 4 Uma bomba de prótons gera uma diferença de concentração de e um potencial de membrana. Necessita de energia O potencial de membrana faz com que o cruze a membrana O transporte simporte acoplado a difusão de para transportar (contra o gradiente eletroquímico) ânions para dentro da célula difusão Ca +2 interceptação Membrana plasmática TRANSPORTE ATIVO DIFUSÃO SIMPLES DIFUSÃO FACILITADA Rota simplática NO 3 Fluxo de massa Bomba de prótons Canal de Transporte ativo secundário Dentro da célula 7
8 Cotransportadores, Sinporter e Antiporter transportadores tipo simporter Transporte ativo primário: contra o gradiente Transporte ativo secundário: cotransporte com transportadores tipo antiporter bombas de H+ canais O íon M deve ser transportado contra seu gradiente O ATP se liga a proteína transmembrana, promovendo energia para impulsionar o transporte O fósforo se liga promovendo a energia necessária para a ligação do íon M O íon M é transportado contra seu gradiente de concentração O fosfato é desligado da proteína de membrana. A cada vez que um íon M for transportado contra seu gradiente energia nova deve ser desprendida por meio da hidrólise do ATP O exterior se encontra rico em e pobre nos íons S, diferentemente do que acontece no citoplasma O íon S será transportado para o interior do citoplasma, contra seu gradiente de concentração No exterior os íons e S são ligados O íon é transportado a favor do seu gradiente de concentração e traz consigo os ions S O transporte é desligado até que um novo íon S seja transportado contra seu gradiente, utilizando a energia desprendida pelo transporte de a favor do seu gradiente 8
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