Célula vegetal - UFPE - Universidade Federal de Pernambuco
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO<br />
CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS<br />
DEPARTAMENTO DE BOTÂNICA<br />
DISCIPLINA DE ECOFISIOLOGIA<br />
AULA 1<br />
Célula <strong>vegetal</strong><br />
e água<br />
Marcelo Francisco Pompelli<br />
Doutor em Fisiologia Vegetal<br />
Célula Importância<br />
• Todos os organismos são formados <strong>de</strong> células<br />
• A célula é a menor unida<strong>de</strong> da vida<br />
• Porém não po<strong>de</strong> ser visualizada a olho nú e<br />
necessita <strong>de</strong> instrumentos especiais – os<br />
microscópios - para serem estudadas<br />
Microscopia óptica e eletrônica<br />
óptico<br />
eletrônico <strong>de</strong> varredura e<br />
transmissão<br />
Tela do<br />
computador<br />
Gerador do<br />
sinal<br />
<strong>de</strong>tector<br />
Fonte <strong>de</strong><br />
elétrons<br />
Lentre<br />
con<strong>de</strong>nsadora<br />
Reflector <strong>de</strong> Feixe<br />
luz<br />
Lentes<br />
objetivas<br />
Elétrons sobre a<br />
superfície do<br />
material a ser<br />
visualizado<br />
Microscopia óptica<br />
Microscopia eletrônica <strong>de</strong> varredura<br />
Microscopia eletrônica <strong>de</strong> transmissão<br />
Pêlos radiculares<br />
Tricoma<br />
Cloroplasto<br />
Peroxissomo<br />
Mitocôndria<br />
Estômato aberto e a câmara substomática<br />
1 µm<br />
Tricoma<br />
Superfície <strong>de</strong> uma pétala <strong>de</strong> rosa<br />
Estômato fechado, colorido artificialmente<br />
Burk, D. H., et al. Plant Cell 2001;13:807-828<br />
1
Célula animal x célula <strong>vegetal</strong><br />
• Célula animal<br />
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO (RE)<br />
envelope nuclear<br />
nucléolo<br />
NÚCLEO<br />
rugoso (RER) liso (REL)<br />
cromatina<br />
flagelo<br />
membrana plasmática<br />
centrossomo<br />
CITOESQUELETO<br />
microfilamentos<br />
filamentos intermediários<br />
microtúbulos<br />
ribossomos<br />
microvilosida<strong>de</strong>s<br />
Complexo <strong>de</strong> Golgi<br />
peroxissomo<br />
Lisossomo<br />
Mitocôndria<br />
Célula animal x célula <strong>vegetal</strong><br />
envelope nuclear<br />
NÚCLEO<br />
nucléolo<br />
cromatina<br />
centrossomo<br />
Complexo <strong>de</strong> Golgi<br />
mitocôndria<br />
peroxissomo<br />
membrana plasmática<br />
Pare<strong>de</strong> celular<br />
pare<strong>de</strong> celular adjacente<br />
• Célula <strong>vegetal</strong><br />
retículo<br />
endoplasmático<br />
rugoso<br />
retículo<br />
endoplasmático<br />
liso<br />
ribossomos (pontos marrons)<br />
vacúolo central<br />
tonoplasto<br />
microfilamentos<br />
Filamentos<br />
CITOESQUELETO<br />
intermediários<br />
microtúbulos<br />
cloroplasto<br />
plasmo<strong>de</strong>smos<br />
Célula animal x célula <strong>vegetal</strong><br />
Presente nas células vegetais e não nas animais:<br />
cloroplastos<br />
vacúolo central e tonoplasto<br />
pare<strong>de</strong> celular<br />
plasmo<strong>de</strong>smos<br />
Presente nas células animais e não nas vegetais:<br />
lisossomos<br />
centríolos<br />
flagelos (em sua gran<strong>de</strong> maioria)<br />
Membrana plasmática e a matriz extracelular<br />
Matriz extracelular animal<br />
Matriz extracelular animal<br />
Lado externo<br />
Carbohydrate si<strong>de</strong> chain<br />
• É constituida por glicoproteínas e outras<br />
macromoléculas<br />
interior<br />
Célula vermelha do sangue<br />
Lado interno<br />
0.1 µm<br />
Porção hidrofílica<br />
da membrana<br />
Porção hidrofóbica<br />
da membrana<br />
Colágeno<br />
Fibronectina<br />
FLUIDO EXTRACELULAR<br />
Proteoglicanos<br />
complexos<br />
Moléculas <strong>de</strong><br />
olissacarí<strong>de</strong>os<br />
carboidratos<br />
Proteína<br />
central<br />
Espectrina:<br />
ca<strong>de</strong>ia a<br />
ca<strong>de</strong>ia b<br />
anquirina<br />
miosina<br />
actina<br />
Microscopia eletrônica <strong>de</strong><br />
transmissão da membrana<br />
plasmática. A membrana<br />
plasmática mostrada aqui<br />
é a <strong>de</strong> células <strong>de</strong> hemáceas.<br />
A membrana aparece aqui<br />
como um par <strong>de</strong> bandas<br />
escuras separadas por<br />
uma banda mais clara<br />
Porção hidrofílica<br />
da membrana<br />
fosfolipídios<br />
Proteínas<br />
Membrana<br />
plasmática<br />
Integrina<br />
Microfilamentos<br />
CITOPLASMA<br />
Integrina<br />
Molécula <strong>de</strong><br />
proteoglicano<br />
exterior<br />
glicoporina<br />
Proteína triband<br />
2
Matriz extracelular <strong>vegetal</strong> – pare<strong>de</strong> celular<br />
Pare<strong>de</strong> celular<br />
Pare<strong>de</strong> celular<br />
Celulose<br />
• É uma estrutura extracelular exclusiva dos<br />
vegetais<br />
Vacúolo central<br />
Membrana plasmática<br />
• Composta por fibras <strong>de</strong> celulose embebida<br />
numa matriz polissacarídica e proteínas<br />
Vacúolo central<br />
Pare<strong>de</strong> celular secundária<br />
Pare<strong>de</strong> celular primária<br />
• Po<strong>de</strong> possuir diversas camadas<br />
1 µm<br />
Lamela média<br />
Citosol<br />
Membrana plasmática<br />
Pare<strong>de</strong>s celulares contíguas<br />
Xiloglucanos<br />
Proteína<br />
<strong>de</strong> junção arabinogalactanosc Proteínas extensinas<br />
Plasmo<strong>de</strong>smos<br />
Carpita NC, Gibeaut DM (1993) The Plant Journal 3 (1): 1-30<br />
Pare<strong>de</strong> celular primária<br />
Pare<strong>de</strong> celular primária<br />
Lamela média<br />
Pare<strong>de</strong><br />
celular<br />
primária<br />
Membrana<br />
plasmática<br />
Proteínas<br />
solúveis<br />
pectinas<br />
Microfibrilas<br />
<strong>de</strong> celulose<br />
hemicelulose<br />
• A pare<strong>de</strong> celular primária é basicamente um<br />
sistema <strong>de</strong> duas fases constituído por<br />
microfibrilas <strong>de</strong> celulose incluídas numa matriz<br />
<strong>de</strong> proteínas e <strong>de</strong> polissarí<strong>de</strong>os <strong>de</strong> natureza<br />
não celulósica<br />
• Composta por 90% <strong>de</strong> carboidrato<br />
(principalmente celulose e hemicelulose) e<br />
10% <strong>de</strong> proteínas Extensível, com pouca ou<br />
nenhuma lignina;<br />
• Circunda as células vegetais em crescimento<br />
Todas as plantas superiores, exceto as gramíneas,<br />
tem pare<strong>de</strong>s celulares com 30-35% <strong>de</strong> pectina<br />
A pare<strong>de</strong> celular das gramíneas apresentam<br />
~10% <strong>de</strong> pectina<br />
3
Pare<strong>de</strong> celular secundária<br />
• Pouco extensível;<br />
• Circunda células vegetais diferenciadas<br />
(células lenhosas do xilema e outros tecidos<br />
secundários)<br />
• Sua estrutura química é diferenciada<br />
geralmente rica em lignina e compostos que<br />
conferem-na rigi<strong>de</strong>z<br />
Pare<strong>de</strong> celular<br />
• Confere a célula <strong>vegetal</strong> rigi<strong>de</strong>z para suportar<br />
a forma dos tecidos e órgãos<br />
• Constitui-se numa importante barreira contra<br />
patógenos, principalmente por produzir e<br />
secretar enzimas digestivas<br />
Celulose<br />
• É o mais abundante biopolímero do mundo<br />
• Polímero <strong>de</strong> b-1,4 glicose<br />
• Formam microfibrilas que são facilmente<br />
cristalizáveis<br />
• O tamanho das microfibrilas varia <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ndo<br />
do organismo (em geral são em número <strong>de</strong> 36<br />
mas po<strong>de</strong> chegar a mais <strong>de</strong> 200)<br />
Eletromicrografia da pare<strong>de</strong> celular, evi<strong>de</strong>nciando a matriz polissacarídica<br />
Carpita NC, Gibeaut DM. The Plant Journal 3(1): 1-30, 1993<br />
Celulose<br />
Síntese e excreção da Celulose<br />
Outras organelas que diferenciam a celula <strong>vegetal</strong><br />
Dissacarí<strong>de</strong>o<br />
(Glc b-1,4)<br />
Dissacarí<strong>de</strong>o<br />
(Glc b-1,3) Laminaribiose<br />
• As unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> glicose são sintetizadas no citosol e<br />
excretadas para o meio exterior por meio do complexo<br />
celulose sintase<br />
Cloroplasto<br />
Pare<strong>de</strong> celular<br />
Pare<strong>de</strong><br />
primária<br />
Pare<strong>de</strong><br />
secundária<br />
PAREDE CELULAR<br />
CITOSOL<br />
Glicose<br />
ca<strong>de</strong>ia <strong>de</strong> glucanos<br />
Microfibrilas<br />
Macrofibrilas<br />
Subunida<strong>de</strong>s do poro<br />
frutose<br />
VACÚOLO<br />
Lamela média<br />
Subunida<strong>de</strong> <strong>de</strong> cristalização<br />
sacarose<br />
frutose<br />
sacarose<br />
Microfibrila <strong>de</strong> celulose<br />
celulose<br />
sintase<br />
Microtúbulo<br />
Sacarose sintase<br />
Membrana plasmática<br />
• encontrado em todas as células vegetais<br />
• servem como reserva <strong>de</strong> importantes compostos orgânicos<br />
e água<br />
Delmer DP, Amor Y. The Plant Cell 7: 987-1000, 1995<br />
4
Outras organelas que diferenciam a celula <strong>vegetal</strong><br />
• Cloroplastos<br />
– são encontrados nas folhas e em outros<br />
órgãos ver<strong>de</strong>s e nas algas<br />
– é o centro<br />
produtor <strong>de</strong><br />
energia para a<br />
Cloroplastos<br />
célula <strong>vegetal</strong><br />
Outras organelas que diferenciam a celula <strong>vegetal</strong><br />
• Peroxissomos<br />
– dismutam o H 2 O 2 em água e oxigênio<br />
– têm importância na fotorrespiração das plantas C3<br />
Cloroplastos<br />
Peroxissomos<br />
Mitocôndria<br />
Outras organelas que diferenciam a celula <strong>vegetal</strong><br />
• O citoesqueleto<br />
– É uma re<strong>de</strong> <strong>de</strong> fibras que se esten<strong>de</strong>m por<br />
todo o citoplasma<br />
Microtúbulos<br />
DNA<br />
Cloroplastídico<br />
Ribossomos<br />
Estroma<br />
Sistema <strong>de</strong><br />
membranas<br />
Granas<br />
1 µm<br />
Tilacoi<strong>de</strong>s<br />
1 µm<br />
0.25 µm Microfilamentos<br />
Outras organelas que diferenciam a celula <strong>vegetal</strong><br />
• Plasmo<strong>de</strong>smos<br />
– São canais que perfuram e interligam pare<strong>de</strong>s<br />
celulares contíguas<br />
A água – H 2 O<br />
ÁGUA - PARTICULARIDADES<br />
• Pontes <strong>de</strong> Hidrogênio<br />
– energia intrínseca <strong>de</strong><br />
20 kJ mol -1<br />
Interior<br />
da célula 1<br />
Interior<br />
da célula 2<br />
0.5 µm Plasmo<strong>de</strong>smos<br />
Pare<strong>de</strong>s celulares<br />
Membranas<br />
plasmáticas<br />
– ligações covalentes<br />
464 kJ mol -1<br />
– meia vida = 2 10 -10<br />
segundos<br />
•+<br />
•d –<br />
•+<br />
•H<br />
•d – •H<br />
•d – •+<br />
•+<br />
•d –<br />
• pontes <strong>de</strong><br />
hidrogênio<br />
5
Pontes <strong>de</strong> hidrogênio no gelo<br />
• São mais “or<strong>de</strong>nadas” do que na água líquida<br />
tornando-a <strong>de</strong>nsa<br />
ÁGUA - PARTICULARIDADES<br />
• Constante dielétrica: F = Q 1 .Q 2 /4p.E0.Dr 2<br />
– F = força <strong>de</strong> atração entre duas partículas <strong>de</strong> carga elétrica oposta<br />
– Q 1 e Q 2 = cargas elétricas dos íons<br />
– E 0 = constante <strong>de</strong> proporcionalida<strong>de</strong><br />
– D = constante dielétrica do solvente<br />
– r = distância entre os íons<br />
ÁGUA - PARTICULARIDADES<br />
• Alto calor latente <strong>de</strong> vaporização – maior do que qualquer<br />
outro líquido conhecido<br />
• Alto calor latente <strong>de</strong> fusão<br />
• Alto calor específico – quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong> energia necessária<br />
para elevar um grau (<strong>de</strong> 37,8 para 38,8ºC) a temperatura <strong>de</strong><br />
um grama <strong>de</strong> água<br />
Gelo<br />
pontes <strong>de</strong><br />
hidrogênio<br />
Pontes <strong>de</strong> hidrogênio são estáveis<br />
Água líquida<br />
As pontes são fracas e<br />
encontram-se em constante reformação<br />
Substância<br />
Água<br />
Metanol<br />
Etanol<br />
Benzeno<br />
Hexano<br />
Constante Dielétrica<br />
78,4<br />
33,6<br />
24,3<br />
2,3<br />
1,9<br />
Substância<br />
Fórm. Quím. M. Molecular P. <strong>de</strong> fusão (ºC) P. <strong>de</strong> ebulição (ºC)<br />
Metano CH 3 16 -184 -161<br />
Amônia NH 3 17 -78 -33<br />
Água H 2 O 18 0 100<br />
Fluoreto <strong>de</strong> H HF 20 -92 19<br />
Sulfeto <strong>de</strong> H H 2 S 34 -86 -61<br />
ÁGUA - PARTICULARIDADES<br />
• Tensão superficial<br />
– é a coesão das moléculas <strong>de</strong> água na interface ar-água<br />
– as forças <strong>de</strong> atração entre as moléculas <strong>de</strong> água adjacentes são<br />
maiores que as moléculas <strong>de</strong> água e ar<br />
– essa diferença faz com que as moléculas da superfície sejam<br />
puxadas para o interior da água líquida<br />
ÁGUA E OS SAIS – DISSOLUÇÃO<br />
ÁGUA E OS SAIS – DISSOLUÇÃO<br />
• As diferentes regiões da molécula polar da água<br />
po<strong>de</strong>m interagir com compostos iônicos chamados<br />
solutos e então dissolvê-los<br />
As regiões negativas dos<br />
oxigênios das moléculas<br />
da água interagem com a<br />
porção positiaa <strong>de</strong> uma<br />
molécula (cátion; Na + ).<br />
As regiões positivas<br />
interagem com um ânion<br />
(Cl).<br />
Cl –<br />
Na +<br />
–<br />
+<br />
–<br />
+<br />
–<br />
+<br />
Na +<br />
Cl – –<br />
+<br />
–<br />
–<br />
–<br />
+<br />
+<br />
+<br />
–<br />
–<br />
–<br />
+<br />
moléculas <strong>de</strong> água<br />
6
Capilarida<strong>de</strong><br />
• Devido a coesão das moléculas <strong>de</strong> água, umas as<br />
outras, e a tensão, uma coluna <strong>de</strong> água po<strong>de</strong> se<br />
formar na interface água capilar<br />
Coesão<br />
• Ajuda a puxar a água pelos microscópicos<br />
vasos <strong>de</strong> uma planta<br />
Interação água e proteínas<br />
• A água po<strong>de</strong> interagir com moléculas polares<br />
como as proteínas<br />
Este oxigênio é<br />
Células condutoras <strong>de</strong> água<br />
d+<br />
d–<br />
atraído por uma fraca<br />
carga positiva na<br />
molécula da lisozima<br />
Este oxigênio é atraído por uma fraca carga<br />
negativa na superfície da molécula <strong>de</strong> lisozima<br />
(a) Molécula <strong>de</strong><br />
lisozima em um<br />
ambiente não aquoso<br />
(b) Molécula <strong>de</strong> lisozima em um<br />
ambiente aquosos como as<br />
lágrimas ou a salina<br />
(c) Regiões polares e iônicas da superfície<br />
das proteínas atraem as moléculas <strong>de</strong> água<br />
100 µm<br />
Dissociação das moléculas <strong>de</strong> água<br />
• A água po<strong>de</strong> se dissociar<br />
– em H 3 O + e OH -<br />
• Mudanças na concentração <strong>de</strong>stes ions<br />
– po<strong>de</strong>m afetar enormemente um organismo<br />
vivo<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
+ –<br />
H 3 O +<br />
H<br />
+<br />
OH – H<br />
Conteúdo <strong>de</strong> água nas diferentes partes da planta<br />
Conteúdo <strong>de</strong> água nas diferentes partes da planta<br />
Parte da Planta Exemplos Conteúdo Hídrico (%)<br />
Raiz Cevada: porção apical 93<br />
Girassol: sistema radicial inteiro 91<br />
Caule Aspargo: pontas 88,3<br />
Girassol: caule inteiro 87,5<br />
Folhas Alface: folhas internas 94,8<br />
Milho: maduro 77<br />
Frutos Tomate 94,1<br />
Melancia 92,1<br />
Maçã 84<br />
Sementes Milho: secas 11<br />
Amendoin 5,1<br />
Fisiologia<br />
• Importância fisiológica da água<br />
– principal constituinte do protoplasma<br />
– fonte <strong>de</strong> elétrons e prótons (reações oxi-redução)<br />
– solvente protoplasmático e no transporte <strong>de</strong> seiva<br />
– manutenção da turgi<strong>de</strong>z das células vegetais:<br />
• movimentos estomáticos<br />
• movimentos <strong>de</strong> nastismos das folhas<br />
• divisão celular e alongamento<br />
– respiração da planta – transpiração<br />
– distribuição <strong>de</strong> fitoreguladores<br />
200nm<br />
7
Perda gasosa <strong>de</strong> água pelas folhas - transpiração<br />
Perda líquida <strong>de</strong> água pelas folhas - Gutação<br />
8
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