Aula 2 e 3 - Introdução a Fisiologia Vegetal e Célula

Prof. Francisco Hevilásio F. Pereira
Fisiologia Vegetal
CONCEITO DE FISIOLOGIA VEGETAL
FISIOLOGIA VEGETAL
Introdução a 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.
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).
POMBAL – PB
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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);
APLICAÇÕES DA FISIOLOGIA VEGETAL
• Germinação das sementes
• Crescimento e produção da planta
• Maturação e pós-colheita de produtos vegetais
• As características do vegetal que são transmitidas de uma
geração a outra (genética);
- Olericultura
• A classificação das plantas (taxonomia) e quais suas relações
filogenéticas (sistemática);
- Fruticultura
• Interação entre as plantas e o ambiente que as cerca (ecologia);
- Grandes culturas
• E como os vegetais crescem, desenvolvem-se e se multiplicam
(fisiologia vegetal).
- Floricultura
- Forragicultura
A PLANTA
Grande diversidade de tamanhos e formas vegetais
CARACTERÍSTICAS DOS VEGETAIS
• Estruturalmente reforçadas
• As plantas perdem água continuamente por transpiração
• 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 CO2 e água p/ síntese de
carboidratos
• Não são moveis: crescem em busca dos recursos essenciais
(água, luz e nutrientes minerais do solo)
• 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
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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
◊ Núcleo e as organelas
◊ Definição: são unidades estruturais e funcionais que constituem os
organismos vivos.
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
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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 Ca2+ no citoplasma
• Alto teor de Mg2+ 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
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Formação da parede celular primária
Membrana plasmática
• Divisão celular: placa celular
O fragmoplasmo é uma camada de
microtúbulos que auxilia a deposição
• Composta por uma bicamada lipídica, proteínas e carboidratos
de celulose.
• Dois ácidos graxos + Glicerol + Fosfato + serina
• Moléculas de lipídios: porção polar (cabeça – fora)
porção apolar (calda – dentro)
Função da parede celular
• Lipídios em maior quantidade: fosfolipídios
• 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
Glicosilglicerídeos
• Proteínas: Integrais
Perifericas
• Previne a ruptura da Membrana Plasmática (pressão de tugor)
• Atua na defesa contra fungos e bactérias
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 CO2
♦ Difusão facilitada: proteínas carreadoras
Ex: Ca2+, 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
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Citoplasma apresenta movimento constante: ciclose
Vacúolo
• Só está presente em células vegetais
• Caracteriza-se por:
• Células meristemáticas: grande qde de pequenos vacúolos
→ Microfilamentos: miosina (proteína motora)
• Células diferenciadas: fusão dos pequenos vacúolos em apenas
→ Gasto de energia: quebra de ATP
um grande vacúolo
• Maior compartimento celular: ocupa mais de 90% da célula
• Funções do citoplasma
Estrutura e composição do vacúolo
♦ 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
→ É circundado por uma membrana denominada de tonoplasto
→ Composição do conteúdo vacuolar
♦ Água
♦ Substâncias inorgânicas: Ca2+, K+, Cl-, Na+ e HP04♦ Substâncias orgânicas: açúcares, ac. orgânicos, proteínas.
Função dos vacúolos
Três grupos de plastídios:
• Gerar pressão de tugor: importante no processo de alongamento
• Cloroplastos (pigmentos)
e divisão celular
• Participa na manutenção do pH celular
• Plantas CAM: pH = 6,0 (dia) e pH = 3,5 (noite)
• Cromoplastos (pigmentos)
• Leucoplastos
• 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
Obs: Todos os tipos de plastídios apresentam duas membranas
lipoproteicas.
Plastídios
Formação dos plastídios
• Só estão presentes em células vegetais
• Precursor na formação dos plastídios é o proplastídio
• São estruturas semi-autônomas: DNA, RNA, ribossomos e
• Os proplastídios estão localizados em células meristemáticas
enzimas para transcrição de proteínas
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)
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Cromoplasto
Leucoplastos
• Organela rica em pigmentos carotenóides
• Não possuem pigmentos
• Não apresenta clorofila e não participa do processo de FS
• Classificação:
• Órgãos onde ocorre a síntese:
♦ Folhas em senescência
♦ Pétalas de flores
♦ Frutos
♦ Amiloplastos (mais comum)
→ batata, mandioca, entre outras
♦ Proteinoplastos
→ plastídios-P (monocotiledôneas): milho, sorgo, entre outras
♦ Raízes
• Como são sintetizados:
Função dos plastídios
♦ Cloroplastos ↔ Cromoplasto (mais comum)
• Fotossíntese, síntese de aminoácidos, assimilação de N e S
♦ Proplastídios
• Armazenar amido e proteínas
♦ Leucoplastos (amiloplastos)
• Atração de insetos polinizadores (carotenóides)
Microcorpos
Citoesqueleto
• São organelas pequenas
• Forma uma rede complexa de elementos protéicos localizados
• Constituídos de uma única membrana lipoprotéica
Dois tipos:
principalmente no citoplasma
• Divide-se em:
♦ Peroxissomos
♦ Microtúbulos
♦ Glioxissomos
♦ Microfilamentos
Peroxissomos
♦ Filamentos intermediários
• Atua no processo de fotorrespiração: cloroplasto e mitocôndria
Microtúbulos
Glioxissomos
• 11-13 filamentos arranjados em círculos ao redor de um eixo oco
• Encontrados principalmente em sementes de oleaginosas
• Filamento é formado por uma proteína composta: α e β - tubulina
• Atua na transformação de lipídios em carboidratos
• Estrutura polar (extremidades + e -)
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• 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
Filamentos intermediários
• Responsáveis pelo movimento das organelas citoplasmáticas
• Estrutura protéica fibrosa
• Associação da actina + miosina (proteína motora)
• Principais componentes protéicos: queratina e lamina
• Participam da expansão e diferenciação celular
Função dos filamentos intermediários
• Atua durante o processo de divisão celular juntamente com os
• Manutenção estrutural do núcleo e da célula
• Reorganização do envoltório nuclear durante a divisão celular
microtúbulos
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
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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.
Funções da mitocôndria
→ Ciclo de Krebs ou ciclo do ácido tricarboxílico (TCA)
• 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
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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
• Encontra-se imerso na matriz citoplasma
• Contem a maior parte da informação genética da célula
• Funciona como sistema de comunicação dentro da célula: favorece
a distribuição de substâncias
• Importante via de troca de material entre o núcleo e citoplasma
• 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
• RE liso: importante na síntese de lipídios constituintes de
membranas
→ Composição ± / = RE
→ Estão presentes os ribossomos nucleares
• RE rugoso: importante na síntese de proteínas integrais de
• No nucleoplasma está presente a cromatina: composta de DNA
membranas
• 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)