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 –
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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
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