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Célula vegetal – Centro de percepção de luz e transformação de energia Metabólitos primários A célula vegetal contém carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, fósforo e enxofre em sua composição. Junto com a água e os sais minerais, esses elementos são essenciais para a vida. Em todas as células vegetais, estão presentes quatro tipos de moléculas orgânicas, que desempenham funções fundamentais, são elas: carboidratos, proteínas, lipídeos e ácidos nucleicos. Carboidratos São as moléculas mais abundantes na natureza. Armazenam energia, na maioria dos organismos e formam componentes estruturais celulares. Podem ser formados por 1 molécula (monossacarídeo), 2 moléculas (dissacarídeo) ou várias moléculas (polissacarídeo). • Principais monossacarídeos: ➢ Ribose e desoxirribose - Constituintes do DNA e RNA, respectivamente; ➢ Xilose e arabinose - Presentes nas glicoproteínas e nas paredes celulares de muitas plantas; ➢ Ribulose - Participa na incorporação de carbono durante a fotossíntese; ➢ Glicose - Produto primário da fotossíntese, encontrada em abundância. Principal fonte de energia química, tanto para as plantas como para os animais; ➢ Frutose - Mais doce dos açúcares; presente em frutas e no mel. • Principal dissacarídeo: ➢ Sacarose - Formada pela ligação da glicose à frutose. É sob essa forma que os açúcares circulam no corpo das plantas, na translocação entre o local de produção pela fotossíntese e as diferentes partes do corpo da planta. • Principais polissacarídeos: Os principais polissacarídeos encontrados nas plantas, amido e celulose, são homopolissacarídeos, isto é, são constituídos por um só tipo de monossacarídeo. ➢ Amido - Tem como função reservar energia. É um homopolissacarídeo de α- glicose. Sua conformação helicoidal permite a formação de grãos com espaços intramoleculares, que facilitam a entrada de enzimas digestivas e do iodo, utilizado na identificação desses grãos em células e tecidos vegetais; ➢ Celulose - Composto orgânico mais abundante na natureza de que se tem conhecimento. Aproximadamente 50% do carbono orgânico da biosfera estão contidos nela. É um homopolissacarídeo de β-glicose que desempenha função estrutural na parede celular vegetal, relacionada à conformação fibrilar, muito resistente a rupturas. Proteínas Desempenham uma grande diversidade de funções nos organismos vivos, entre elas, estrutural na composição de membranas. As enzimas são um grupo especial de proteínas que catalisam reações químicas dentro das células. São polímeros formados pela combinação de 20 aminoácidos, que apresentam 4 níveis de organização e complexidade. As sementes de algumas espécies de cereais e leguminosas são o órgão de maior teor de proteínas, podendo corresponder a 40% de seu peso seco. São uma forma de reserva de aminoácidos que será utilizada pelo embrião quando houver a retomada do desenvolvimento na germinação da semente. Lipídeos São representados por óleos e gorduras, sendo insolúveis em água (hidrofóbicos). Formam moléculas armazenadoras de energia e são constituintes estruturais de membranas e paredes celulares. Não formam polímeros. Os óleos e gorduras vegetais são compostos quimicamente semelhantes, porém que diferem fisicamente como consequência da conformação das cadeias de ácidos graxos. As gorduras possuem cadeias longas de ácidos graxos e baixo grau de insaturação, enquanto os óleos possuem cadeias mais curtas e alto grau de insaturação. • Gorduras - Ficam impregnadas na parede celular, tendo função estrutural na impermeabilização dos tecidos. As principais encontradas entre os vegetais são: cutina, cera e suberina; • Óleos - Reserva energética dos vegetais, armazenados principalmente em sementes. Podem estar dispersos no protoplasma na forma de gotículas ou em organelas, como os elaioplastos; • Óleos essenciais (terpenoides) - São lipídios formados por cadeias de isoprenos. Normalmente estão associados a estruturas secretoras externas, exalando odores característicos das plantas; • Fosfolipídeos - Têm função estrutural, especialmente constituindo a membrana celular; • Esteróis - Podem ser reconhecidos por sua estrutura de quatro anéis hidrocarbônicos interconectados. O esterol é um tipo de esteroide, que atua na estabilização da membrana das células, sendo o mais abundante o sitosterol. Ácidos nucleicos São longas cadeias constituídas de unidades denominadas nucleotídeos. Cada nucleotídeo é formado por três subunidades: um grupo fosfato, um açúcar, que determina qual o tipo de ácido nucleico, e uma base nitrogenada. Os organismos vivos possuem dois tipos de ácidos nucleicos, de acordo com o açúcar que constitui a cadeia: • Ácido desoxirribonucleico (DNA) - possui a informação genética dos organismos. • Ácido ribonucleico (RNA) - tem como função a síntese das proteínas necessárias ao organismo, a partir das informações genéticas do DNA. Metabólitos secundários ou especiais Além dos metabólitos primários, os vegetais sintetizam os metabólitos secundários ou especiais. Esses metabólitos não estão presentes em todos os órgãos da planta, nem em todas as plantas, mas têm papel fundamental na sobrevivência e na propagação das espécies que os produzem. São produzidos de acordo com as características genéticas da planta em resposta a pressões do ambiente, conforme a etapa do ciclo de vida (fase vegetativa ou reprodutiva) ou fases do desenvolvimento (fase adulta ou juvenil). Os metabólitos secundários são responsáveis pelos efeitos farmacológicos das plantas medicinais. As principais classes são os alcaloides (morfina), terpenoides (mentol e mentona) e compostos fenólicos (flavonóides). Características estruturais das células vegetais Toda célula eucariótica possui envoltório que delimita a célula, citoplasma onde as organelas ficam imersas e em movimento e núcleo individualizado por uma membrana. Contudo, as células vegetais apresentam diferenças marcantes quando comparadas às células animais. No envoltório que delimita a célula, as células vegetais possuem uma estrutura externa à membrana plasmática, chamada de parede celular, classificada como primária ou secundária. No citoplasma, denominado protoplasma nas células vegetais, além da presença da maioria das organelas presentes nas células animais, também existem o vacúolo e os plastídios, exclusivos de células vegetais. O vacúolo realiza armazenamento de substâncias, bem como os plastídios, que também armazenam pigmentos. Parede celular A parede celular é a principal característica utilizada para diferenciar uma célula vegetal de uma animal. A parede é uma estrutura complexa, constituída de combinações químicas diferentes, resultando em propriedades físicas diversas. Essa diversidade de combinações químicas na constituição das paredes celulares pode proporcionar papeis biológicos distintos para as células e tecidos dentro do corpo da planta. • Nas polpas de muitos frutos, os tecidos devem ser muito delicados, permitindo que as células se rompam facilmente, disponibilizando-os para os animais, favorecendo a dispersão das sementes; • Há tecidos com células extremamente resistentes, como os da base de uma grande árvore, que suportam a pressão de todo peso da árvore;. • Os tecidos de sementes podem ser extremamente resistentes à predação, a altas temperaturas, ao congelamento, em função das características da parede celular. • Funções da parede celular: ➢ Sustentação, resistência; ➢ Proteção contra patógenos externos, como bactérias e fungos, por meio de enzimas capazes de sinalizar o ataque de microrganismos, para a produção de fitoalexinas (compostos do metabolismo secundário, com açãoantimicrobiana); ➢ Realiza a troca de substâncias entre as células vizinhas; ➢ Controla a entrada de água na célula, restringindo sua expansão. Esta propriedade previne o rompimento da membrana plasmática quando a célula fica túrgida; ➢ Delimita o tamanho e a forma da célula. • Estrutura da parede celular: ➢ Lamela média - Camada mais externa, rica em pectina que mantém unidas as paredes primárias de células adjacentes. Tem caráter hidrofílico e está em contato direto com o apoplasto; ➢ Parede primária - Presente em todas as células, contém celulose, hemicelulose, pectina, glicoproteínas e compostos fenólicos; Pectina - Forma um gel hidratado entre a rede constituída pelas microfibrilas de celulose e pela hemicelulose; Microfibrilas de celulose - É o principal componente da parede primária, produzidas a partir dos complexos de celulose sintase, presentes na membrana plasmática, assim que são formadas, as microfibrilas são fortemente ligadas por hemicelulose, enquanto a pectina interliga os polímeros.. A constituição entrelaçada das microfibrilas confere uma resistência muito elevada; Hemicelulose - Polissacarídeos não celulósicos, que se ligam às microfibrilas por pontes de hidrogênio. Esta ligação microfibrilas-hemicelulose limita a extensibilidade da parede. Variam de acordo com o tipo de célula ou o grupo vegetal; Glicoproteínas – As mais comuns são as extensinas, que parecem estar ligadas ao enrijecimento da parede; Compostos fenólicos - O principal composto na parede celular é a lignina, que prende fortemente microfibrilas e hemicelulosse. ➢ Parede secundária - Presente só em algumas células; ➢ Plasmodesmos – Realiza a comunicação célula-célula • Características da parede celular primária: ➢ Podem apresentar diferentes espessuras, dependendo do tecido que a célula constitui. O espessamento pode ser homogêneo ou heterogêneo; ➢ Apresentam regiões em que ocorrem menor deposição de microfibrilas de celulose e, portanto, são mais finas. Essas regiões são denominadas campos de pontoações ou campos de pontoação primária. Podem ocorrer dois tipos de pontoações: simples e areoladas; ➢ Nos campos de pontoação primária são observados diminutos canalículos denominados plasmodesmos, que são revestidos por membrana plasmática e atravessam a parede primária e a lamela média; ➢ Através dos plasmodesmos passam projeções de retículo endoplasmático liso, conectando as células adjacentes. A ligação entre células vizinhas através dos plasmodesmos constitui o simplasto, por onde ocorre o movimento simplástico de água, íons e substâncias. Os plasmodesmos podem estar presentes em todos os tecidos, ocorrendo numerosos nos campos de pontoação primária e mais esparsamente nas outras regiões da parede primária. • Características da parede celular secundária: ➢ Não estão presentes em todas as células, são sintetizadas em células especializadas. Presentes em tipos celulares que apresentam força e rigidez, proporcionando suporte mecânico ao tecido e ao corpo da planta. A parede secundária é constituída principalmente de celulose, xilana, glucomanana e lignina; ➢ Apresenta maior rigidez do que a parede primária, formada principalmente por microfibrilas de celulose. As pectinas geralmente estão ausentes na parede secundária e as glicoproteínas e enzimas compõem uma parcela bem reduzida da parede secundária; ➢ É produzida pelo protoplasto no final do crescimento celular e depositada entre a membrana plasmática e a parede primária. Sua estrutura apresenta de 2 a 3 camadas de fibrilas de celulose, cada uma orientada em direção distinta da outra. Esta organização proporciona maior resistência e rigidez. Essas camadas são denominadas S1, S2 e S3, de fora para dentro. Enquanto a parede secundária é sintetizada e as fibras organizadas nas diferentes camadas, não ocorre formação da pareda nos campos de pontoação primária. Desta forma, a comunicação entre células adjacentes será mantida através dos plasmodesmos pré- existentes. Protoplasto É a região delimitada pela membrana plasmática, com matriz fluida denominada citoplasma. Nessa matriz estão mergulhados o núcleo e, em constante ciclose, as organelas, lipídios, carboidratos e proteínas. Em relação ao citoplasma das células animais, o das células vegetais é reduzido devido a presença de um grande vacúolo. • Núcleo - Delimitado por dupla membrana lipoproteica e armazena a maior parte do material genético da célula vegetal. A membrana externa tem ribossomos aderidos e é contínua com o retículo endoplasmático; • Microcorpos - São duas organelas pequenas presentes no citoplasma, chamadas peroxissomos e glioxissomos, que desempenham funções nas folhas e sementes, respectivamente. Os peroxissomos participam de reações que ocorrem nas folhas, onde estão associados às mitocôndrias e cloroplastos, enquanto os glioxissomos são encontrados nas sementes oleaginosas e estão associados à germinação de sementes de amendoim, girassol e coco-da-baía; • Corpos oleaginosos - Também chamados de esferossomos ou oleossomos, são gotículas lipídicas esféricas, abundantes em frutos e sementes que armazenam lipídios, como azeitona e amendoim; • Ribossomos - Partículas desprovidas de membrana dispersos no citoplasma, ou associados à membrana nuclear e do retículo endoplasmático. Também estão presentes em plastídios e mitocôndrias; • Mitocôndrias - Organelas menores do que os plastídios, delimitadas por dupla membrana lipoproteica. Internamente, apresentam um sistema de membranas denominado crista, mergulhado na matriz mitocondrial. As mitocôndrias têm seu próprio genoma e se autoduplicam. Local onde ocorre a respiração celular; • Retículo endoplasmático - Extensa rede interna de dupla membrana lipoproteica, ligada à membrana nuclear. Possui regiões tubulares e desprovidas de ribossomos, o retículo endoplasmático liso (REL), e regiões achatadas, formando cisternas, com ribossomos aderidos, o retículo endoplasmático rugoso (RER). O REL é o principal local de síntese de lipídios de membranas e dos corpos oleaginosos, além de ser responsável pela formação dos plasmodesmos. O RER é responsável pela síntese de proteínas de membrana e de proteínas que serão secretadas para fora da célula ou armazenadas no vacúolo; • Complexo de Golgi - Estrutura dinâmica constituída de sacos achatados e de rede irregular de tubos e vesículas. Nas células vegetais desempenha função na síntese de pectinas e hemicelulose. A mucilagem secretada por diferentes plantas, constituída de polissacarídeos ácidos, como a babosa e o saião, é dependente da atividade do complexo; • Citoesqueleto – Composto de microtúbulos, microfilamentos e filamentos intermediários. Os três tipos são constituídos de proteína filamentosa, diferindo na estrutura, espessura e comprimento. Os microtúbulos são importantes na organização das microfibrilas de celulose na formação da parede celular e participam da formação do fuso mitótico. Os microfilamentos estão associados ao movimento da corrente citoplasmática ou ciclose. Os filamentos intermediários possuem função na reorganização do envoltório nuclear durante a divisão celular. Vacúolo Local de armazenamento da água. É delimitado por membrana lipoproteica, chamada tonoplasto. Armazena o suco celular ou suco vacuolar, constituído por água e diferentes componentes dissolvidos, que variam de acordo com a planta, o tecido, a célula ou o estado fisiológico de desenvolvimento da planta. No suco vacuolar podem ser encontrados: íons, ácidos orgânicos, açúcares e aminoácidos. É comum ocorrer a formação de cristais, como os de oxalato de cálcio. Geralmente, os componentes do suco vacuolarsão sintetizados em outras partes do citoplasma e acumulados dentro do vacúolo. O pH do suco vacuolar é ligeiramente ácido (5), e depende da natureza das substâncias dissolvidas nele. Células meristemáticas ou em estágio de crescimento apresentam numerosos pequenos vacúolos, denominados provacúolos que se funde, conforme a célula vai crescendo e amadurecendo. • Funções: ➢ Controle osmótico; ➢ Armazenamento de ácidos orgânicos formados na primeira etapa da fotossíntese de plantas MAC; ➢ Digestão de organelas do citoplasma; ➢ Armazenamento de substâncias, como açúcares, metabólitos secundários, e pigmentos, como as antocianinas e proteínas. Plastídios Local onde ocorre a fotossíntese. Estas organelas possuem um envoltório de dupla membrana e um sistema interno de membranas chamado tilacoide, mergulhado em matriz denominada estroma. O grau de desenvolvimento do sistema tilacoide depende do tipo de plastídio. Os plastídios possuem DNA próprio, responsável pela síntese de proteínas específicas e pela sua duplicação. Os plastídios variam em forma, tamanho e organização da sua estrutura interna. São originados de proplastídios, que se diferenciam em um dos três tipos, dependendo do órgão e da função que este desempenhe. Após estarem maduros, os três tipos podem ser intercambiáveis. • Cloroplasto Responsáveis pela transformação da energia luminosa em energia química, por meio do processo de fotossíntese. O sistema tilacoide está diretamente relacionado à captação de energia luminosa, e o estroma, à incorporação do carbono na molécula de açúcar. Armazenam os pigmentos clorofilas a e b, além de carotenoides, e estão presentes em todas as partes verdes das plantas. Os cloroplastos podem acumular amido de assimilação, além de aminoácidos e lipídios. • Cromoplasto São plastídios que armazenam carotenoides. Estes pigmentos proporcionam a coloração amarela, laranja ou vermelha de folhas, flores, frutos e algumas raízes. No processo de senescência das folhas e da maturação dos frutos, os cloroplastos sofrem degradação da clorofila, acumulando carotenoides. Desta forma, as folhas e frutos perdem a cor verde e passam a evidenciar a coloração amarela, laranja ou vermelha. Então, os cloroplastos são convertidos em cromoplastos. No caso da cenoura, o processo não envolve degradação de clorofila, mas a formação dos cromoplastos com acúmulo de carotenoides, já que é um órgão subterrâneo e é necessário haver luz para a síntese de clorofila. • Leucoplasto São plastídios incolores cuja função é armazenar diferentes substância, de forma que seu sistema tilacoide é pouco desenvolvido. Podem receber nomes específicos, de acordo com a substância que armazenam. Os amiloplastos armazenam amido em raízes e caules de reserva, principalmente, já os proteinoplastos armazenam proteínas, enquanto os elaioplastos armazenam óleos. Fitocromo ou fotorreceptores de luz vermelha e azul O protoplasto abriga os fotorreceptores, moléculas com papel importante no metabolismo e desenvolvimento das plantas, desde a germinação das sementes até a abertura das flores. Os fotorreceptores controlam respostas do desenvolvimento, ou fotomorfogênese, induzido pela luz. Os fitocromos são proteínas solúveis, formadas por um pigmento, denominado cromóforo, que absorve a luz, e por uma cadeia polipeptídica chamada apoproteina. O fitocromo é encontrado nas plantas, especialmente nas regiões meristemáticas, em duas formas: • Fitocromo que absorve a luz vermelha, denominado Pr ou Fv; • Fitocromo que absorve a luz vermelho distante ou vermelho extremo, denominada Pfr ou Fvd ou Fve. Os fitocromos são intercambiáveis, de acordo com a propriedade de fotorreversibilidade, que é dependente do comprimento de onda da luz absorvida pelos fitocromos. Fv e Fve Alguns respostas induzidas pelos fitocromos são: • Promoção ou inibição do alongamento de entrenós em resposta às alterações de luminosidade/sombreamento; • Germinação de sementes; • Promoção do desestiolamento; • Movimentos nictinásticos de folhas de leguminosas; • Indução ou inibição do florescimento; • Crescimento dos cotilédones; • Produção de etileno. Criptocromo, fototropina e zeaxantinas ou fotorreceptores de luz azul São fotorreceptores que percebem a quantidade e a direção da luz azul. A zeaxantina está diretamente relacionada com a fisiologia de abertura dos estômatos, sendo um fotorreceptor que se acumula e age dentro dos cloroplastos das células-guarda epidérmicas. Algumas das reações das plantas à luz azul, mediadas por estes fotorreceptores, são: • Movimentos dos cloroplastos nas células fotossintetizantes; • Fototropismo das plântulas; • Movimento das folhas em direção ao sol; • Inibição do alongamento do hipocótilo; • Estímulo à síntese de clorofilas e carotenoides; • Abertura dos estômatos. Inclusões celulares ou substâncias ergásticas São produtos de reserva ou simples metabólitos resultantes das atividades celulares: reserva alimentar ou excreção, armazenados em vacúolos, plastídios ou em parede celular. As inclusões celulares ou substâncias ergásticas podem ser classificadas em orgânicas e inorgânicas. Orgânicas • Amido – É um polímero de glicose, formado por lamelação concêntrica, a partir do hilo, sendo uma das substâncias ergásticas mais comuns. É armazenado em forma de grãos nos plastídios, especificamente nos amiloplastos. Possui formatos variados, podendo ser simples ou composto; • Inulina - Polissacarídeo resultante da polimerização da frutose, dissolvida no suco vacuolar, sendo armazenada no vacúolo. Ocorre principalmente nas famílias Asteraceae e Liliaceae e é considerada como diurética, por aumentar a excreção de água e de sódio; • Aleurona – São grãos proteicos de reserva, com formato definido, ou combinam formas amorfas e cristaloides. São encontrados em muitas sementes, no endosperma. Em humanos, a aleurona diminui a calciúria, podendo ser usada nas hipercalciúrias e litíases renais. Nas plantas, tem participação indireta na nutrição do embrião; • Óleos e gorduras - Ceras, cutina e suberina são gorduras que ficam impregnadas sobre a parede celular, especialmente em tecidos de revestimento. Tem diversas aplicações, como: nas indústrias farmacêutica, automobilística e cosmética; na conservação de frutos frescos. Inorgânicas Podem ser encontradas na forma de cristais de sais de cálcio em células maiores: os idioblastos. Os tipos mais comuns são cristais de oxalato de cálcio e de carbonato de cálcio. Geralmente são produtos de excreção, que se originam dentro dos vacúolos, podendo ocorrer de forma solitária ou agrupados dentro da célula. • Cristais de oxalato de cálcio – Possuem formas variadas que auxiliam na taxonomia; • Cristais de carbonato de cálcio - São denominados também de cistólitos. Formam-se ao redor de invaginação da parede celular, denominadas pino ou pedúnculo. As células epidérmicas aumentadas onde ocorrem os cistólitos são denominadas litocistos. Os cistólitos também têm valor taxonômico, pela sua localização e forma; • Cristais de sílica - Também chamados de corpos silicosos, ocorrem principalmente no citoplasma das células de folhas, raízes, frutos e sementes. Têm função de proteção das plantas contra o ataque de fungos e herbivoria de insetos; podem apresentar uma diversidade de formas. As gramíneas são o grupo de plantas com sementes onde ocorre o maior depósito de cristais de sílica; é uma característica diagnóstica importante na taxonomia. Aplicação em sala de aula A montagem de modelos de células vegetais costuma ser uma atividade bastante estimulante para os alunos. Diferentes são os materiais que podem ser usados,desde biscuit, massa de modelar, argila, até sucata de toda natureza, dependendo das características e possibilidades que a escola tenha e possa oferecer. Esta deve ser uma atividade realizada em grupo, para que todos participem, sempre com as orientações e supervisão do professor. Este trabalho pode ser uma boa oportunidade para exercitar o trabalho em equipe e colaborativo, isto é, cada grupo pode ficar responsável pela modelagem de um ou mais componentes da célula e, ao final, todos se juntam para formar a grande célula montável.
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