[ Prof. Francisco Hevilásio F. Pereira CONCEITO DE FISIOLOGIA VEGETAL 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. Introdução a fisiologia vegetal POMBAL PB 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). 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); As características do vegetal que são transmitidas de uma geração a outra (genética); A classificação das plantas (taxonomia) e quais suas relações filogenéticas (sistemática); Interação entre as plantas e o ambiente que as cerca (ecologia); E como os vegetais crescem, desenvolvem-se e se multiplicam (fisiologia vegetal). [ APLICAÇÕES DA FISIOLOGIA VEGETAL Germinação das sementes Crescimento e produção da planta Maturação e pós-colheita de produtos vegetais - Olericultura - Fruticultura - Grandes culturas - Floricultura - Forragicultura A PLANTA Grande diversidade de tamanhos e formas vegetais 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 CO 2 e água p/ síntese de carboidratos Não são moveis: crescem em busca dos recursos essenciais (água, luz e nutrientes minerais do solo) CARACTERÍSTICAS DOS VEGETAIS Estruturalmente reforçadas As plantas perdem água continuamente por transpiração 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
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 Definição: são unidades estruturais e funcionais que constituem os organismos vivos. Núcleo e as organelas 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
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 Ca 2+ no citoplasma Alto teor de Mg 2+ 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
Formação da parede celular primária Divisão celular: placa celular Função da parede celular O fragmoplasmo é uma camada de microtúbulos que auxilia a deposição de celulose. 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 Previne a ruptura da Membrana Plasmática (pressão de tugor) Atua na defesa contra fungos e bactérias Membrana plasmática Composta por uma bicamada lipídica, proteínas e carboidratos Dois ácidos graxos + Glicerol + Fosfato + serina Moléculas de lipídios: porção polar (cabeça fora) porção apolar (calda dentro) Lipídios em maior quantidade: fosfolipídios Glicosilglicerídeos Proteínas: Integrais Perifericas 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 CO 2 Difusão facilitada: proteínas carreadoras Ex: Ca 2+, 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
Citoplasma apresenta movimento constante: ciclose Caracteriza-se por: Microfilamentos: miosina (proteína motora) Gasto de energia: quebra de ATP Funções do citoplasma 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 Vacúolo Só está presente em células vegetais Células meristemáticas: grande qde de pequenos vacúolos Células diferenciadas: fusão dos pequenos vacúolos em apenas um grande vacúolo Maior compartimento celular: ocupa mais de 90% da célula Estrutura e composição do vacúolo É circundado por uma membrana denominada de tonoplasto Composição do conteúdo vacuolar Água Substâncias inorgânicas: Ca 2+, K +, Cl -, Na + e HP0-4 Substâncias orgânicas: açúcares, ac. orgânicos, proteínas. Função dos vacúolos Gerar pressão de tugor: importante no processo de alongamento e divisão celular Participa na manutenção do ph celular Plantas CAM: ph = 6,0 (dia) e ph = 3,5 (noite) 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 Plastídios Só estão presentes em células vegetais São estruturas semi-autônomas: DNA, RNA, ribossomos e enzimas para transcrição de proteínas Três grupos de plastídios: Cloroplastos (pigmentos) Cromoplastos (pigmentos) Leucoplastos Obs: Todos os tipos de plastídios apresentam duas membranas lipoproteicas. Formação dos plastídios Precursor na formação dos plastídios é o proplastídio Os proplastídios estão localizados em células meristemáticas 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)
Cromoplasto Organela rica em pigmentos carotenóides Não apresenta clorofila e não participa do processo de FS Órgãos onde ocorre a síntese: Folhas em senescência Pétalas de flores Frutos Raízes Como são sintetizados: Cloroplastos Cromoplasto (mais comum) Proplastídios Leucoplastos (amiloplastos) Leucoplastos Não possuem pigmentos Classificação: Amiloplastos (mais comum) batata, mandioca, entre outras Proteinoplastos plastídios-p (monocotiledôneas): milho, sorgo, entre outras Função dos plastídios Fotossíntese, síntese de aminoácidos, assimilação de N e S Armazenar amido e proteínas Atração de insetos polinizadores (carotenóides) Microcorpos São organelas pequenas Constituídos de uma única membrana lipoprotéica Dois tipos: Peroxissomos Glioxissomos Peroxissomos Atua no processo de fotorrespiração: cloroplasto e mitocôndria Glioxissomos Encontrados principalmente em sementes de oleaginosas Atua na transformação de lipídios em carboidratos Citoesqueleto Forma uma rede complexa de elementos protéicos localizados principalmente no citoplasma Divide-se em: Microtúbulos Microfilamentos Filamentos intermediários Microtúbulos 11-13 filamentos arranjados em círculos ao redor de um eixo oco Filamento é formado por uma proteína composta: α e β - tubulina Estrutura polar (extremidades + e -)
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 Responsáveis pelo movimento das organelas citoplasmáticas Associação da actina + miosina (proteína motora) Participam da expansão e diferenciação celular Atua durante o processo de divisão celular juntamente com os microtúbulos Filamentos intermediários Estrutura protéica fibrosa Principais componentes protéicos: queratina e lamina Função dos filamentos intermediários Manutenção estrutural do núcleo e da célula Reorganização do envoltório nuclear durante a divisão celular 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
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. Ciclo de Krebs ou ciclo do ácido tricarboxílico (TCA) Funções da mitocôndria 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
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 Funciona como sistema de comunicação dentro da célula: favorece a distribuição de substâncias Importante via de troca de material entre o núcleo e citoplasma RE liso: importante na síntese de lipídios constituintes de membranas RE rugoso: importante na síntese de proteínas integrais de membranas Encontra-se imerso na matriz citoplasma Contem a maior parte da informação genética da célula 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 Composição ± / = RE Estão presentes os ribossomos nucleares No nucleoplasma está presente a cromatina: composta de DNA 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)