UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE BOTÂNICA DISCIPLINA DE ECOFISIOLOGIA Célula Importância Microscopia óptica e eletrônica • Todos os organismos são formados de células eletrônico de varredura e transmissão • A célula é a menor unidade da vida AULA 1 Célula vegetal e água Fonte de elétrons • Porém não pode ser visualizada a olho nú e necessita de instrumentos especiais – os microscópios - para serem estudadas Lentre condensadora Gerador do sinal óptico Reflector de Feixe luz Lentes objetivas Marcelo Francisco Pompelli Tela do computador Doutor em Fisiologia Vegetal detector Microscopia óptica Microscopia eletrônica de varredura Elétrons sobre a superfície do material a ser visualizado Microscopia eletrônica de transmissão Cloroplasto Tricoma Peroxissomo Mitocôndria Pêlos radiculares 1 µm Estômato aberto e a câmara substomática Tricoma Superfície de uma pétala de rosa Estômato fechado, colorido artificialmente Burk, D. H., et al. Plant Cell 2001;13:807-828 1 Célula animal x célula vegetal Célula animal x célula vegetal • Célula animal NÚCLEO nucléolo liso (REL) retículo endoplasmático rugoso retículo endoplasmático liso nucléolo cromatina envelope nuclear RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO (RE) rugoso (RER) Célula animal x célula vegetal envelope nuclear NÚCLEO centrossomo • Célula vegetal cloroplastos vacúolo central e tonoplasto parede celular plasmodesmos cromatina flagelo ribossomos (pontos marrons) membrana plasmática centrossomo vacúolo central tonoplasto Complexo de Golgi CITOESQUELETO Presente nas células vegetais e não nas animais: microfilamentos microfilamentos Filamentos intermediários filamentos intermediários CITOESQUELETO Presente nas células animais e não nas vegetais: microtúbulos ribossomos microtúbulos lisossomos centríolos flagelos (em sua grande maioria) mitocôndria microvilosidades peroxissomo membrana plasmática Complexo de Golgi cloroplasto Parede celular peroxissomo Mitocôndria plasmodesmos Lisossomo parede celular adjacente Membrana plasmática e a matriz extracelular Matriz extracelular animal Matriz extracelular animal • É constituida por glicoproteínas e outras macromoléculas Lado externo Célula vermelha do sangue interior Carbohydrate side chain FLUIDO EXTRACELULAR Porção hidrofílica da membrana Colágeno Proteoglicanos complexos miosina Moléculas de olissacarídeos Espectrina: cadeia a cadeia b carboidratos Lado interno Proteína central 0.1 µm Porção hidrofóbica da membrana Microscopia eletrônica de transmissão da membrana plasmática. A membrana plasmática mostrada aqui é a de células de hemáceas. A membrana aparece aqui como um par de bandas escuras separadas por uma banda mais clara Porção hidrofílica da membrana actina anquirina Fibronectina fosfolipídios Proteínas Membrana plasmática Integrina Molécula de proteoglicano exterior Integrina glicoporina Proteína triband CITOPLASMA Microfilamentos 2 Matriz extracelular vegetal – parede celular Parede celular Celulose Parede celular • É uma estrutura extracelular exclusiva dos vegetais • Composta por fibras de celulose embebida numa matriz polissacarídica e proteínas Vacúolo central Membrana plasmática Parede celular secundária Parede celular primária Vacúolo central Lamela média • Pode possuir diversas camadas 1 µm Citosol Membrana plasmática Paredes celulares contíguas Xiloglucanos Proteína de junção arabinogalactanosc Proteínas extensinas Plasmodesmos Carpita NC, Gibeaut DM (1993) The Plant Journal 3 (1): 1-30 Parede celular primária Parede celular primária Lamela média • A parede celular primária é basicamente um sistema de duas fases constituído por microfibrilas de celulose incluídas numa matriz de proteínas e de polissarídeos de natureza não celulósica pectinas Microfibrilas de celulose Parede celular primária Membrana plasmática hemicelulose Proteínas solúveis • Composta por 90% de carboidrato (principalmente celulose e hemicelulose) e 10% de proteínas Extensível, com pouca ou nenhuma lignina; Todas as plantas superiores, exceto as gramíneas, tem paredes celulares com 30-35% de pectina A parede celular das gramíneas apresentam ~10% de pectina • Circunda as células vegetais em crescimento 3 Parede celular secundária Parede celular Celulose • Pouco extensível; • Confere a célula vegetal rigidez para suportar a forma dos tecidos e órgãos • É o mais abundante biopolímero do mundo • Circunda células vegetais diferenciadas (células lenhosas do xilema e outros tecidos secundários) • Sua estrutura química é diferenciada geralmente rica em lignina e compostos que conferem-na rigidez • Constitui-se numa importante barreira contra patógenos, principalmente por produzir e secretar enzimas digestivas • Polímero de b-1,4 glicose • Formam microfibrilas que são facilmente cristalizáveis • O tamanho das microfibrilas varia dependendo do organismo (em geral são em número de 36 mas pode chegar a mais de 200) Eletromicrografia da parede celular, evidenciando a matriz polissacarídica Carpita NC, Gibeaut DM. The Plant Journal 3(1): 1-30, 1993 Celulose Síntese e excreção da Celulose Dissacarídeo (Glc b-1,4) Parede primária Parede secundária Microfibrilas Glicose • As unidades de glicose são sintetizadas no citosol e excretadas para o meio exterior por meio do complexo celulose sintase Dissacarídeo (Glc b-1,3) Laminaribiose cadeia de glucanos Outras organelas que diferenciam a celula vegetal PAREDE CELULAR Macrofibrilas Parede celular Cloroplasto CITOSOL VACÚOLO Subunidades do poro Lamela média frutose sacarose frutose Subunidade de cristalização sacarose Microfibrila de celulose celulose sintase Sacarose sintase Microtúbulo Membrana plasmática • encontrado em todas as células vegetais • servem como reserva de importantes compostos orgânicos e água Delmer DP, Amor Y. The Plant Cell 7: 987-1000, 1995 4 Outras organelas que diferenciam a celula vegetal Outras organelas que diferenciam a celula vegetal Outras organelas que diferenciam a celula vegetal • Cloroplastos • Peroxissomos • O citoesqueleto – são encontrados nas folhas e em outros órgãos verdes e nas algas – é o centro produtor de energia para a Cloroplastos célula vegetal – dismutam o H2O2 em água e oxigênio – têm importância na fotorrespiração das plantas C3 – É uma rede de fibras que se estendem por todo o citoplasma Microtúbulos Cloroplastos Peroxissomos Mitocôndria Ribossomos Estroma DNA Cloroplastídico Sistema de membranas Granas 1 µm Tilacoides Microfilamentos 0.25 µm 1 µm Outras organelas que diferenciam a celula vegetal ÁGUA - PARTICULARIDADES • Plasmodesmos • Pontes de Hidrogênio – São canais que perfuram e interligam paredes celulares contíguas Paredes celulares Interior da célula 1 A água – H2O – energia intrínseca de 20 kJ mol-1 – ligações covalentes 464 kJ mol-1 – meia vida = 2 10-10 segundos Interior da célula 2 •d – •+ •H •+ 0.5 µm Plasmodesmos Membranas plasmáticas •d – •d – •+ • pontes de hidrogênio •H •+ •d – 5 Pontes de hidrogênio no gelo ÁGUA - PARTICULARIDADES ÁGUA - PARTICULARIDADES • São mais “ordenadas” do que na água líquida tornando-a densa • Constante dielétrica: F = Q1.Q2/4p.E0.Dr2 • Alto calor latente de vaporização – maior do que qualquer outro líquido conhecido pontes de hidrogênio Gelo Água líquida Pontes de hidrogênio são estáveis As pontes são fracas e encontram-se em constante reformação ÁGUA - PARTICULARIDADES • Tensão superficial – é a coesão das moléculas de água na interface ar-água – as forças de atração entre as moléculas de água adjacentes são maiores que as moléculas de água e ar – essa diferença faz com que as moléculas da superfície sejam puxadas para o interior da água líquida – F = força de atração entre duas partículas de carga elétrica oposta – Q1 e Q2 = cargas elétricas dos íons – E0 = constante de proporcionalidade – D = constante dielétrica do solvente – r = distância entre os íons Substância Água Metanol Etanol Benzeno Hexano Constante Dielétrica 78,4 33,6 24,3 2,3 1,9 ÁGUA E OS SAIS – DISSOLUÇÃO • Alto calor latente de fusão • Alto calor específico – quantidade de energia necessária para elevar um grau (de 37,8 para 38,8ºC) a temperatura de um grama de água Substância Fórm. Quím. M. Molecular P. de fusão (ºC) P. de ebulição (ºC) Metano Amônia Água Fluoreto de H Sulfeto de H CH3 NH3 H2O HF H2S 16 17 18 20 34 -184 -78 0 -92 -86 -161 -33 100 19 -61 ÁGUA E OS SAIS – DISSOLUÇÃO • As diferentes regiões da molécula polar da água podem interagir com compostos iônicos chamados solutos e então dissolvê-los As regiões negativas dos oxigênios das moléculas da água interagem com a – Na+ porção positiaa de uma molécula (cátion; Na+). + – – As regiões positivas interagem com um ânion (Cl). + Cl– Cl – + + + + – Na+ – + – + – – – – moléculas de água 6 Capilaridade Coesão Interação água e proteínas • Devido a coesão das moléculas de água, umas as outras, e a tensão, uma coluna de água pode se formar na interface água capilar • Ajuda a puxar a água pelos microscópicos vasos de uma planta • A água pode interagir com moléculas polares como as proteínas d– Células condutoras de água d+ Este oxigênio é atraído por uma fraca carga positiva na molécula da lisozima Este oxigênio é atraído por uma fraca carga negativa na superfície da molécula de lisozima (a) Molécula de lisozima em um (b) Molécula de lisozima em um ambiente não aquoso lágrimas ou a salina ambiente aquosos como as (c) Regiões polares e iônicas da superfície das proteínas atraem as moléculas de água 100 µm Dissociação das moléculas de água Conteúdo de água nas diferentes partes da planta Fisiologia • A água pode se dissociar Conteúdo de água nas diferentes partes da planta • Importância fisiológica da água – em H3O+ e OH- Parte da Planta Raiz • Mudanças na concentração destes ions Caule – podem afetar enormemente um organismo vivo + H H H H H H3O+ Frutos – H H Folhas Sementes + H OH– Exemplos Conteúdo Hídrico (%) Cevada: porção apical 93 Girassol: sistema radicial inteiro 91 Aspargo: pontas 88,3 Girassol: caule inteiro 87,5 Alface: folhas internas 94,8 Milho: maduro 77 Tomate 94,1 Melancia 92,1 Maçã 84 Milho: secas 11 Amendoin 5,1 – principal constituinte do protoplasma – fonte de elétrons e prótons (reações oxi-redução) – solvente protoplasmático e no transporte de seiva – manutenção da turgidez das células vegetais: • movimentos estomáticos • movimentos de nastismos das folhas • divisão celular e alongamento – respiração da planta – transpiração – distribuição de fitoreguladores 200nm 7 Perda gasosa de água pelas folhas - transpiração Perda líquida de água pelas folhas - Gutação 8