Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
1 Morfologia Vegetal – Unesp - Jaboticabal A célula vegetal: parede celular, organelas e substâncias ergásticas Eduardo C. Gasparino1 & Cintia N. Souza2 1. Professor Associado, Departamento de Biologia Aplicada à Agropecuária, Unesp – FCAV 2. Doutoranda em Biologia Comparada, USP, FFCLRP e estagiária UNESP – FCAV. A célula vegetal: Conceito e histórico A célula representa as unidades estruturais e funcionais dos seres vivos. Todos os organismos vivos, exceto os vírus são constituídos por células. Dentro das células estão diversos compartimentos denominados organelas, os quais são responsáveis pelas tarefas vitais dos seres vivos (Fig. 1). Tradicionalmente são reconhecidos dois tipos básicos de células, designados células vegetais e células animais. Esta definição foi utilizada desde os primórdios do desenvolvimento dos microscópios, em uma época em que os conceitos da classificação dos seres vivos eram muito básicos. Hoje sabemos (após diversos estudos de morfologia e biologia molecular) que a relação filogenética dos seres vivos é bem diferente da proposta no passado e que organismos classificados dentre o grupo dos animais, atualmente podem ser considerados mais relacionados com as plantas e vice-e-versa. Figura 1. Estrutura esquemática da célula vegetal. São reconhecidas então de maneira bem simplificada as células animais e as células vegetais (estas últimas serão o enfoque da nossa disciplina – Fig. 2). As células vegetais possuem peculiaridades que permitem diferenciá-las das células animais, estão presentes em células vegetais a parede celular de celulose, os vacúolos e os plastídios (sendo o cloroplasto o principal deles). No entanto, as células vegetais também apresentam estruturas semelhantes com as células animais, ou seja, membrana plasmática (interna à parede celular) que envolve o citoplasma, o qual compreende além dos vacúolos e plastídios, as mitocôndrias, os microcorpos, o Complexo de Golgi, o retículo endoplasmático, os ribossomos, o citoesqueleto e o núcleo (nas células eucariontes). Figura 2. Arabidopsis lyrata (A. Visão geral do tecido, B. Detalhe das células) (Retirado de Crang et al. 2018). Nesse contexto, é denominado protoplasto toda a unidade viva da célula mantida dentro da parede celular, ou seja, a membrana plasmática, o citoplasma e todas as suas organelas. Breve histórico celular A descoberta das células está relacionada com a evolução dos microscópios ópticos, ou seja, nos primórdios da pesquisa científica, quando os microscópios eram rudimentares as primeiras visualizações de cavidades que lembravam celas foram feitas por Robert Hook em 1665, e esse foi o ponto de partida para a definição destas unidades estruturais dos seres vivos. Portanto, Hook foi o primeiro cientista a estabelecer as células como a A B 2 Morfologia Vegetal – Unesp - Jaboticabal unidade morfofisiológica dos seres vivos. Em 1671, Nehemiah Grew descreveu que os tecidos vegetais eram formados por estas unidades já observadas por Hook. Já as observações em microscopia feitas por Robert Brown em 1831 foram decisivas para a definição do núcleo celular. Em 1838, Mathias Schleiden, confirmou a teoria de que todos os tecidos vegetais são formados por células, o que foi também observado por Theodor Swann em 1839 ao analisar tecidos animais. O conceito que os organismos são formados por uma ou mais células ficou mais amplo quando Rudolf Virchow em 1858 generalizou que todas as células surgem apenas de células pré- existentes. Assim a ideia da teoria celular para a época era que os corpos de todas as plantas e animais seriam agregados de células diferenciadas e que a atividade destas plantas e animais inteiros poderia ser considerada a soma das atividades das células individualmente. Esse conceito porém não era utilizado por alguns cientistas e então Anton de Bary (em 1879) fez a seguinte suposição: “É a planta que forma as células, e não a célula que forma a planta” - sendo a principal ideia da teoria organismal (ou organística), a qual sustenta que todo o organismo (pluricelular) não é apenas um grupo de unidades independentes, mas sim, uma unidade viva subdividida em células, que estão conectadas e coordenadas em um todo harmonioso. A teoria organismal é especialmente aplicável às plantas cujas células não se separam totalmente durante a divisão celular, como acontecem nos animais, nos vegetais existe a formação da placa celular no momento da divisão para a formação de membrana plasmática e parede celular das novas células, e neste momento os citoplasmas continuam conectados por finos canais chamados plasmodesmos (Fig. 3). Atualmente, a teoria celular afirma que: (1) todos os organismos vivos são compostos por uma ou mais células, (2) as reações químicas de todo organismo vivo ocorrem dentro das células, (3) células surgem de outras pré-existentes e (4) as células contêm as informações genéticas hereditárias, e essas informações são passadas para as novas gerações. A teoria celular e a organística não são mutuamente exclusivas. Elas fornecem juntas uma visão significativa da estrutura e função nos níveis celular e organismal. Variações nas células Conforme sua organização interna as células são consideradas procarióticas quando o material genético (DNA que formará cromossomos) está disperso no citoplasma sem a presença de uma membrana de proteção (não formando a organela conhecida como núcleo). Já nas células eucarióticas a maior parte do material genético que carrega as informações hereditárias está contida no núcleo celular (organela individualizada protegida pelo envoltório nuclear ou membrana nuclear – Fig. 4). Entre os organismos simples que possuem organização celular procariótica podemos citar as cianobactérias (ou algas azuis) como organismos procarióticos fotossintetizantes. Já entre os organismos fotossintetizantes eucarióticos estão todos os outros grupos de algas (unicelulares – formadas por uma única célula, ou pluricelulares – organismos com inúmeras células) e as plantas terrestres. Figura 3. Formação dos plasmodesmos - (Retirado de Raven et al. 2014). Figura 4. Esquemas ilustrativos de célula procariótica e eucariótica Parede Celular 3 Morfologia Vegetal – Unesp - Jaboticabal Nas células vegetais, a parede celular representa a estrutura externa que envolve o protoplasto. Ela está presente em quase todas as células vegetais, raros exemplos de células sem parede celular (como acontece em células do endosperma e algumas células do embrião em gimnospermas). A parede celular é formada principalmente por microfibrilas de celulose (cadeias lineares de glicose organizadas em estruturas como agrupamentos de cordões) imersas em uma matriz de polissacarídeos não celulósicos: (1) hemicelulose – glicanos de ligações cruzadas, ou seja, moléculas compostas de vários monômeros de açúcares (glucose, arabinose, galactose, rhamnose, manose e xilose) e (2) pectinas, substâncias compostas por polímeros de ácido galacturônico que funciona como uma “cola” para manter unidos os outros componentes da parede celular (Fig. 5). Figura 5. Esquema estrutural da parede celular primária e das microfibrilas de celulose (Retirado de Appezzato-da- Glória & Carmello-Guerreiro 2012). As pectinas são muito utilizadas comercialmente para fabricação de doces e geleias pela sua natureza pegajosa. Essa substância também ocupa o espaço entre as paredes celulares de células adjacentes, conhecido como lamela média ou lamela mediana (Fig. 6), mantendo as células vizinhas fortemente unidas. Figura 6. Detalhe da Lamela mediana em Eucalyptus urophylla e em Hemerocalyx flava (Retirado de Appezzato-da-Glória & Carmello-Guerreiro 2012). Além das microfibrilasde celulose, hemicelulose e pectinas alguns tipos celulares, especialmente os que estão em contato com o meio externo (ambiente) podem apresentar nas paredes celulares polímeros de lipídeos como ceras, cutinas e suberinas, estes são depósitos hidrofóbicos com função de evitar perda de água e a ação nociva da radiação solar em alguns tecidos (esse tópico será tratado no estudo da epiderme). A proteína extensina também está presente na ligação das moléculas da parede celular, promovendo elasticidade. Outro composto presente nas paredes celulares é a lignina, um polímero formado de três tipos de monômeros: álcoois p-cumarílico, coniferílico e sinapílico. Trata-se de um composto fenólico considerado um metabólito secundário das plantas (junto com os flavonoides, os taninos e o ácido salicílico). Os metabólitos primários nos vegetais representam as moléculas necessárias para a vida da planta. São exemplos os açúcares simples, os aminoácidos, as proteínas e os ácidos nucleicos. Já os metabólitos secundários foram considerados produtos de dejeto da planta, mas atualmente sabe-se que muitos deles funcionam como sinais químicos, que permitem à planta responder a estímulos do ambiente, como defesa das plantas contra herbívoros e patógenos, fornecem proteção contra a radiação solar, ou contribuem para a dispersão de pólen e sementes. Os principais compostos vegetais secundários são: os alcaloides, os terpenoides e os compostos fenólicos (onde temos a lignina). A lignina é o composto que fornece rigidez e resistência à compressão para a parede celular, além de impermeabiliza-la. Algumas pesquisas apontam o papel antifúngico e antibacteriano deste composto em adição à sua função mecânica. Somente a parede celular secundária apresenta lignina. Deposição, composição e formação das paredes celulares A parede celular das células vegetais representa uma camada espessa, rígida e forte quando comparada com o restante do protoplasto. As células vegetais podem apresentar parede celular primária e parede celular secundária. As primeiras camadas produzidas externamente à membrana plasmática da célula vegetal correspondem à formação da parede celular primária. Assim que estes compostos são formados, por responsabilidade do protoplasto, eles são carregados para o exterior celular e formarão a 4 Morfologia Vegetal – Unesp - Jaboticabal parede celular. A parede celular primária (composta principalmente de celulose, hemicelulose e pectinas) é depositada por um processo chamado intussuscepção (formando primeiramente o contorno da estrutura e posteriormente o preenchimento, de forma que as microfibrilas de celulose estão sempre em um arranjo entrelaçado – Fig. 7 A), já a parede celular secundária (que apresenta lignina na sua composição), quando presente naquelas células de tecidos vegetais mais resistentes, é depositada entre a membrana plasmática e a parede celular primária em um processo conhecido como aposição (ou seja, em camadas ou de arranjo ordenado). A deposição da parede celular secundária normalmente supera a deposição da primária sendo, portanto, mais espessa, e normalmente constituída por camadas (chamadas S1, S2 e S3 – Fig. 7 B). Quando a parede celular secundária, durante seu processo de lignificação torna-se muito espessa, ela limita o lume celular causando a morte do protoplasto na maioria dos casos. Figura 7. Deposição de parede celular primária (A) e secundária (B) - (Retirado de Appezzato-da-Glória & Carmello-Guerreiro 2012). A parede celular primária é formada por cerca de 90% de polissacarídeos, sendo que o principal é a celulose, acompanhada de hemicelulose e pectina. As glicoproteínas (expansina, extensina e outras glicoproteínas) são responsáveis por cerca de 10% da composição da parede celular primária. Além da composição citada, a parede celular primária também apresenta uma grande quantidade de água (aproximadamente 65%) sendo, portanto, bem hidratada. A parede celular secundária ao contrário, apresenta baixo teor de água, sua matéria seca é de 65-85% de polissacarídeos (a maior parte de celulose e também hemicelulose) e de 15-35% de lignina (substância hidrofóbica) que contribui para rigidez e baixa hidratação. As moléculas de pectina e expansina estão aparentemente ausentes na parede celular secundária (exemplos de paredes celulares – Fig. 8). Como dito anteriormente, o principal componente das paredes celulares é a celulose, normalmente organizadas em microfibrilas. A celulose, (C6H10O5)n, é uma cadeia linear de moléculas de glicose (Fig. 9) unidas pela ligação β- 1,4. Essas cadeias de glicoses são formadas próximas à membrana plasmática pela ação de enzimas do complexo celulose sintase (as UDPG – glicose uridina difostato). As enzimas UDPG estão livres no citoplasma junto com as unidades de glicose, a diferença nas concentrações bioquímica do interior celular e exterior faz com que as enzimas do complexo celulose sintase tornam-se ativas e iniciem o processo de alinhamento nas moléculas de glicose formando as cadeias de celulose no exterior da célula vegetal. Dentro do ambiente celular existe uma grande concentração de magnésio, baixo teor de cálcio e pH de 7,2, já no espaço extracelular há grande concentração de cálcio, baixa concentração de magnésio e pH 5,5. Essa diferença ativa a ação das UDPG que agrupam as moléculas de glicose formando a estrutura da celulose (o processo ocorre com auxílio de proteínas integrantes da membrana plasmática – Fig. 9). Figura 8. Parede celular primária (Pistia sp.) e Parede celular secundária (Populus sp.) formando lamela média composta - (Retirado de Crang et al. 2018). Desta forma, as microfibrilas de celulose são produzidas por ação de componentes do citoplasma próximo à membrana plasmática da célula vegetal. Já os outros componentes das paredes celulares (hemicelulose, pectinas, lignina, etc) chegam até o exterior da célula pelo transporte via vesículas do Complexo de Golgi. Na maioria das plantas, o Complexo de Golgi está envolvido na síntese e secreção dos polissacarídeos não celulósicos, assim como no processamento e secreção das glicoproteínas (Fig. 10). Já o polímero da lignina normalmente é 5 Morfologia Vegetal – Unesp - Jaboticabal sintetizado no citoplasma das células que irão produzir parede celular secundária, os precursores desta molécula, os monolignóis, álcoois aromáticos glicosilados ou não, parecem ser armazenados no vacúolo e saem destes em direção à membrana plasmática durante a lignificação. Outras enzimas oxidativas presentes no citoplasma auxiliam o processo de polimerização da lignina. Figura 9. Estrutura da molécula de celulose. Processo de formação das moléculas de celulose na membrana plasmática - (Retirado de Raven et al. 2014). Figura 10. Ação do citoplasma celular no processo de formação da parede celular. A formação da parede celular vegetal no momento da divisão celular ocorre da seguinte forma (Fig. 11): durante a telófase acontece o aparecimento da placa celular, o local onde serão formadas membrana plasmática e parede celular das células vizinhas. Os microtúbulos (responsáveis pela movimentação das organelas nas células vegetais) formam a chamada banda da pré-prófase no equador da célula que irá se dividir, ou seja, se posicionam no sentido da divisão da célula. Posteriormente, forma-se o fragmoplasto, estrutura composta por dois grupos de microtúbulos dispostos perpendiculares ao plano de divisão da célula. Na região onde estes grupos de microtúbulos se sobrepõem são acumuladas as vesículas com polissacarídeos as quais se fundem para formar a placa celular, esta fusão ocorre de maneira centrífuga (dentro para fora) e conforme são formados membrana plasmática e parede celular,os desmotúbulos ficam posicionados no interior (dando origem aos plasmodesmos). A placa celular aumenta e os microtúbulos são orientados para a periferia direcionando as vesículas com os compostos. Desta forma completa-se a separação das células pós- divisão celular. Figura 11. Esquema da formação da parede celular durante a divisão da célula. Estão representadas apenas algumas etapas da divisão celular. (Retirado de Raven et al. 2014). Campos de pontoações primárias e Pontoações Como já mencionado, as células vegetais apresentam finos canais citoplasmáticos que mantém o citoplasma de células adjacentes em comunicação, os plasmodesmos. Durante a formação da parede celular próximo aos plasmodesmos existe uma modificação estrutural. Estes canais que foram formados durante a divisão celular, pela interrupção dos desmotúbulos (pedaços membranosos de reticulo endoplasmático liso) durante a deposição da parede celular primária, normalmente apresentam pouca quantidade de parede celular nesta área (fraca deposição) – sendo chamada de campo de pontoação primário (Fig. 11). Quando acontece a formação de parede celular secundária não há nenhuma deposição de moléculas nesta região, o que contribui para a formação das pontoações. Portanto, em células vegetais com parede celular primária, há uma menor deposição de microfibrilas de celulose próximo aos plasmodesmos (campos de pontoações primárias) e estas regiões dão origem às pontoações quando não há deposição de 6 Morfologia Vegetal – Unesp - Jaboticabal parede celular secundária neste local. Neste caso, os antigos “campos de pontoações primários” recebem o nome de membrana da pontoação (Fig. 11). Figura 11. Formação dos campos de pontoações primários e das pontoações - (Retirado de Raven et al. 2014). De maneira geral, as pontoações (em células com parede celular secundária) podem ser simples, com somente a interrupção de parede nestes locais (Figs. 11 e 12), que apresentam abertura da pontoação, canal da pontoação e membrana da pontoação; ou podem ser areoladas, quando há um arqueamento da parede celular secundária sobre o canal da pontoação, promovendo uma redução na abertura da pontoação e formando uma câmara de pontoação mais evidente entre a abertura e a membrana da pontoação (Fig. 12). Normalmente, as pontoações (simples e areoladas) estão presentes em células vegetais especializadas na condução de materiais, em especial a água (como nos traqueídes do xilema). Especialmente em gimnospermas, as pontoações areoladas podem apresentar um espessamento na região da membrana de pontoação (o que torna alguns plasmodesmos inativos), esse espessamento, conhecido como toro, tem como função evitar o trânsito de materiais (água) entre as células vizinhas quando o fluxo dessa substância está aparentemente alterado. Figura 12. Exemplos de pontoações – simples (A e A’) – areoladas (B e B’) – areoladas com toro (C e C’) – semi- areolada (D e D’) - (Retirado de Appezzato-da-Glória & Carmello-Guerreiro 2012). As células de transferência Células que apresentam paredes celulares primárias elaboradas com dobras, reentrâncias e invaginações as quais contribuem no aumento da área de superfície para o transporte através da membrana plasmática recebem o nome de células de transferência. Estas células podem estar presentes no pedicelo que sustenta os frutos e são muito comuns nas plantas consideradas vivíparas como espécies do mangue (Fig. 13). Nestas espécies, as sementes germinam ainda no fruto e, portanto a plântula permanece por um tempo unida à planta mãe. O desenvolvimento da semente acontece pela ação de células de transferência, sendo que suas proliferações auxiliam na absorção de água, íons e outros metabólitos (Fig. 14). Figura 13. Desenvolvimento da semente dentro do fruto de Rhizophora mangle – viviparidade - (Retirado de Crang et al. 2018). s f 7 Morfologia Vegetal – Unesp - Jaboticabal Figura 14. Detalhes das células de transferência em Rhizophora mangle – as setas indicam sentido de absorção de água e íons - (Retirado de Crang et al. 2018). A função principal da parede celular é conter o protoplasto conferindo forma e rigidez nas células vegetais. Além disso, a parede ajuda prevenir a ruptura da membrana plasmática pela entrada de água na célula, é portadora de enzimas relacionadas a vários processos metabólicos (como reconhecimento dos grãos de pólen pelo estigma da flor, reconhecimento pelo sistema imune nos processos de alergia) e atuar na defesa contra bactérias e fungos (principalmente quando a lignina está presente). A sua rigidez também é responsável pelo tempo de cozimento de alguns alimentos, além disso, restos de paredes celulares das fibras (esclereides) são utilizados na produção de artesanato por comunidades locais. Membrana plasmática A membrana plasmática é a estrutura que envolve o citoplasma da célula vegetal estando interna à parede celular. É formada por uma bicamada lipídica associada à proteínas integrantes (que atravessam a membrana, algumas vezes formando canais) ou periféricas – assim como as demais membranas do sistema de endomembranas da células (Fig. 15). Sua estrutura foi denominada como mosaico fluido por Singer & Nicolson (década de 70), referendo-se aos fosfolipídeos da membrana que mantém a estabilidade desta e suas proteínas que algumas vezes apresentam enzimas (receptoras ou transportadoras) e carboidratos (voltados à parede celular). Sua principal função é o controle de entrada e saída de substâncias na célula vegetal, assim como a manutenção da integridade física e funcional da célula, por ser semipermeável e seletiva (Fig. 16). O transporte pela membrana plasmática pode ser considerado passivo (sem gasto de energia) ou ativo (com gasto de ATP – adenosina trifostato, nucleotídeo responsável pelo armazenamento de energia). A água, o oxigênio e o gás carbônico são substâncias que atravessam a membrana por difusão simples (em função do gradiente de concentração), já outras substâncias, como íons potássio, sódio ou cálcio penetram a membrana pelo processo de difusão facilitada, quando uma proteína carregadora ou de canal auxilia a entrada (ex. aquaporinas). Os processos de endocitose (entrada) e exocitose (saída) referem-se ao transporte de grandes moléculas pela membrana plasmática das células vegetais. Além das funções já especificadas, a membrana plasmática também é responsável por coordenar a síntese das microfibrilas de celulose para a formação da parede celular e transmite sinais hormonais (pelas proteínas receptoras) regulando o crescimento e a diferenciação das células. Figura 15. Esquema da estrutura da membrana plasmática - (Retirado de Crang et al. 2018). Figura 16. Membrana plasmática da raiz da cebola (Allium cepa) - (Retirado de Raven et al. 2014). Citoplasma O citoplasma é a matriz fluida interna da célula vegetal onde estão inseridos o núcleo e as demais organelas. É delimitado externamente pela membrana plasmática, normalmente aparece reduzido na célula vegetal (pela presença de vacúolo grande) e seu principal componente é a água, além de diversas substâncias dissolvidas (Fig. 17). Além das organelas e íons, estão presentes no citoplasma gotículas lipídicas (corpos lipídicos, esferossomos ou oleossomos) produzidas pelo retículo endoplasmático e/ou pelos cloroplastos. 8 Morfologia Vegetal – Unesp - Jaboticabal O citoplasma tem um movimento característico, a ciclose, que auxilia na distribuição das moléculas por toda célula. Esse movimento é realizado pela ação dos microfilamentos. As principais funções do citoplasma são: facilitar a troca de substâncias dentro da célula, sítio de reações bioquímicas e acumular substâncias no interior celular.Durante a divisão celular, cordões citoplasmáticos junto com os microtúbulos e microfilamentos orientam o posicionamento do núcleo para a formação do fragmoplasto. Os plasmodesmos são comunicações citoplasmáticas das células vizinhas. Figura 16. Esquema da célula vegetal, evidenciando o citoplasma reduzido - (Retirado de Raven et al. 2014). Vacúolo O vacúolo é o compartimento característico das células vegetais (Fig. 17). Normalmente são grandes e únicos em cada célula podendo ocupar até 90% do espaço interno, reduzindo o citoplasma celular. São numerosos nas células em crescimento (meristemáticas). Possuem uma membrana com função similar à membrana plasmática denominada tonoplasto, seu conteúdo é água e algumas substâncias orgânicas e inorgânicas, entre estas várias enzimas como as hidrolases ácidas que mantém o conteúdo interno do vacúolo ácido (pH próximo à 5,0). As funções do vacúolo são diversas, sendo considerado uma importante organela com papel dinâmico no crescimento e desenvolvimento da célula vegetal. Atua no acúmulo e perda de água e outras substâncias, na manutenção do pH celular, participa nos processos de armazenamento (durante importantes atividades fisiológicas, guardando substância para mobilização posterior, depositando metabolitos secundários e cristais inorgânicos) e na autofagia de componentes celulares. Figura 17. Vacúolos das células de Pisum sativa – ervilha - (Retirado de Crang et al. 2018). Plastídeos Os platídeos são estruturas exclusivas das células vegetais (assim como parede celular e vacúolos). Essas organelas, assim como as mitocôndrias, são consideradas remanescentes de organismos simbióticos do processo de evolução (endossimbiose – Fig. 18), ou seja, no caso dos plastídeos, derivadas de cianobactérias fotossintetizantes, as quais possuem seu próprio genoma e capacidade de autoduplicação. Os plastídeos das células vegetais possuem forma e tamanho diferentes e podem ser classificados pela presença ou ausência dos pigmentos ou substância que acumulam (existem classificações mais recentes baseadas na estrutura interna dos plastídeos). Os principais grupos de plastídeos são: cloroplasto, cromoplastos e leucoplastos. Podendo alterar de um tipo para o outro pela perda ou acúmulo das substâncias que os definem, além do rearranjo interno de sua estrutura. São envoltos por duas membranas lipoproteicas, e sua matriz interna é denominada estroma, onde temos a presença de membranas, normalmente em formato de sacos achatados chamadas tilacóides (conjunto de tilacóides forma o grânulo – plural grana – Fig. 19). O estroma contém RNA, DNA, ribossomos e enzimas (responsáveis pela tradução e transcrição de proteínas), e algumas vezes nucleóides (DNA circular). Esse genoma dos plastídeos codificam algumas proteínas necessárias para suas atividades, no entanto grande parte das proteínas é codificada por genes nucleares (do genoma do núcleo celular). Os plastídeos se dividem por fissão binária. 9 Morfologia Vegetal – Unesp - Jaboticabal Figura 18. Exemplo esquemático do processo de endossimbiose - (Retirado de Raven et al. 2014). Figura 19. Esquema geral da estrutura interna do cloroplasto - (Retirado de Raven et al. 2014). Durante a divisão celular, o proplastídeo é a organela que aparece nas células jovens e representa o precursor dos plastídeos, ou os plastídeos não diferenciados. É pequeno, sem cor e com pouquíssimas membranas internas, podem apresentar grãos de amido e lipídeos (plastoglóbulos), são comuns na oosfera e nas células meristemáticas. Figura 20. Proplastídeos em Rhizophora mangle -(Retirado de Crang et al. 2018). O principal plastídeo é o cloroplasto, formado a partir do proplastídeo na presença de luz (angiospermas) ou parcialmente no escuro (gimnospermas). Quando as plantas se desenvolvem totalmente no escuro suas células apresentam um estágio intermediário do cloroplasto, o estioplasto (Fig. 21), o qual apresenta um sistema interno de membranas tubulares, mas sem a presença de enzimas ativas da fotossíntese, se estes são submetidos à luz, desenvolvem cloroplastos. Durante a formação dos estioplastos (no escuro) a perda da clorofila é conhecida como clorose (Fig. 22), e internamente o plastídeo tem a formação do corpo prolamelar, ou seja, um sistema de tilacóides tubulares, sem enzimas fotossintéticas. Figura 21. Esquema de transição dos plastídeos - (Retirado de Raven et al. 2014). Figura 22. Aspecto folha do trigo (presença de luz e escuro –clorose) - (Retirado de Crang et al. 2018). Cloroplastos Os cloroplastos são os platídeos que acumulam clorofila como principal pigmento, apresentando também carotenoides como pigmentos acessórios. Estão relacionados ao processo de fotossíntese, aparecem nas partes verdes das plantas sendo mais numerosos nas folhas. É o mais complexo dos plastídeos, possui forma discoide e seus tilacóides formam sacos achatados denominados grânulos. As membranas dos tilacóides estão repletas de pigmentos e enzimas responsáveis pelos processos metabólicos. 10 Morfologia Vegetal – Unesp - Jaboticabal O lume do tilacóide é o local das reações de oxidação da água e liberação de oxigênio durante o processo da fotossíntese (Fig. 23). O estroma do cloroplasto tem inúmeras proteínas contento todas as enzimas para a redução de carbono (entre elas, a rubisco). Os cloroplastos podem acumular amido quando em presença de muita luz, estes grãos de amido tendem a desaparecer em ausência de luz pela assimilação dos compostos (Fig. 24). Algumas pesquisas demonstram a similaridade dos cloroplastos de briófitas e das angiospermas indicando que houve pouca ou nenhuma modificação destas organelas nas plantas terrestres. Figura 23. Célula do pimentão verde evidenciando os cloroplastos e Esquema estrutural do cloroplasto - (Retirado de Crang et al. 2018 e Raven et al. 2014). Figura 24. Cloroplasto do espinafre, com grão de amido interno - (Retirado de Crang et al. 2018). Cromoplastos Os cromoplastos são plastídeos com pigmentos carotenoides (não apresentam clorofila) presentes nas células de pétalas, frutos, flores e outras partes coloridas das plantas (Figs. 25 e 26). Estes plastídeos sintetizam e acumulam esses pigmentos em forma de cristais ou plastoglóbulos. Têm origem nos proplastídeos ou por modificações de cloroplastos que perderam clorofila e acumularam carotenoides. Figura 25. Cromoplastos da pétala de Forsythia (Oleaceae) e do tomate - (Retirado de Raven et al. 2014). Figura 26. Cromoplastos do fruto pimentão vermelho- (Retirado de Crang et al. 2018). Leucoplastos Os leucoplastos são plastídeos sem pigmentos que sintetizam e acumulam outras substâncias nos seus A 11 Morfologia Vegetal – Unesp - Jaboticabal espaços internos. São denominados amiloplastos quando produzem e/ou acumulam amido de armazenamento, seus tilacóides são pouco desenvolvidos, normalmente estão presentes em células de órgãos de armazenamento e também possuem função importante no gravitropismo das células vegetais (Fig. 27). Figura 27. Amiloplasto na raiz da Vicia faba e amido do amiloplasto da ervilha – (Retirado de Crang et al. 2018). Os elaioplastos são plastídeos (leucoplastos) que sintetizam e acumulam óleos e substâncias lipídicas, são muito comuns nas células do tapete na antera e são responsáveis pela secreção de substâncias que irão formar a exina dos grãos de pólen (camada externa e protetora – Fig. 28). Figura 28. Antera do Lírio – detalhe dos elaioplastos – (Retirado de Crang et al. 2018). Os leucoplastos que acumulam proteínas são chamados proteinoplastos, este tipo de plastídeo é muito comum nas células do elemento crivado do floema, conhecido como plastídeo-P,são responsáveis pelo acúmulo de proteína que auxiliará no funcionamento das células do floema. Como relatado anteriormente, existem outras classificações para os plastídeos das células vegetais. Algumas diferenciações da estrutura interna dos cloroplastos podem auxiliar na denominação de subtipos como cloroplastos de plantas C3, cloroplastos de plantas C4, cloroplastos das células- guarda dos estômatos e cloroplastos de plantas de sol e de sombra. Todas estas categorias se referem à organização interna dos tilacóides e aos processos fisiológicos desenvolvidos por estes. Por exemplo, algumas classificações consideram o gerontoplasto uma desmontagem do cloroplasto que acontece em células de folhas de plantas que apresentam senescência outonal (caem no outono). O objetivo desta alteração interna é o aproveitamento das proteínas destas células antes da perda das folhas, pela degradação dos tilacóides (Fig. 29). Figura 29. Diferentes caminhos de desenvolvimento dos plastídeos – (Retirado de Crang et al. 2018). Núcleo O núcleo é a organela mais evidente das células vegetais, é delimitado por duas membranas lipoproteicas denominado envoltório nuclear e guarda no seu interior o nucleoplasma. O núcleo contém a maior parte do material genético da célula e é responsável pela organização celular (Fig. 30). O envoltório nuclear apresenta poros formados por proteínas organizadas em arranjo ortogonal, no interior do núcleo, o nucléolo é responsável por envolver os lotes de cromossomos e produzir as subunidades dos ribossomos (Fig. 31). As células vegetais normalmente apresentam um núcleo grande, células com vários núcleos podem ser observadas nos laticíferos. Já os elementos condutores geralmente perdem os seus citoplasmas e consequentemente o núcleo. As principais funções do núcleo são: controlar todas as atividades da célula, pois determinam quais e quando as proteínas são produzidas regulando assim 12 Morfologia Vegetal – Unesp - Jaboticabal o metabolismo celular; formação dos ribossomos e também por conter o genoma nuclear. Figura 30. Célula meristemática do tabaco, evidenciando o núcleo celular - (Retirado de Raven et al. 2014). Figura 31. Esquema do núcleo celular. Microcorpos São estruturas pequenas, esféricas ou ovaladas que possuem uma única membrana e no seu interior contém enzimas que utilizam o peróxido de hidrogênio (H2O2), quebrando através da ação da catalase em água e oxigênio. São denominados peroxissomos quando aparecem nas células das folhas e estão associados com a fotorrespiração (Fig. 32), e glioxissomos quando estão em sementes oleaginosas e auxiliam na quebra de lipídeos para a germinação (Fig. 33). Citoesqueleto O citoesqueleto da célula vegetal é uma rede de elementos proteicos no citosol ou mesmo no núcleo. O citoesqueleto é formado geralmente pelos microtúbulos, os microfilamentos e os elementos intermediários. Figura 31. (a) - Peroxissomo (P) na folha do espinafre. C = cloroplasto, M = mitocôndria. (b) - Glioxissomo (G) no endosperma de Arabidopsis lyrata - (Retirado de Crang et al. 2018). Os microtúbulos são responsáveis pela movimentação e sustentação durante o crescimento e diferenciação da célula, pela formação da parede celular, auxilia na divisão celular e na movimentação dos flagelos nos gametas masculinos (das briófitas). Os microfilamentos estão associados também e principalmente nos movimentos das organelas, no alongamento celular e também ajudam na divisão celular. Já os elementos intermediários são estruturas proteicas fibrosas dispostas helicoidalmente que contribuem na manutenção da estrutura do núcleo e da célula. Complexo de Golgi O complexo de Golgi ou complexo golgiense é um conjunto de sacos discoides membranosos e achatados denominados dictiossomos ou corpo de Golgi. Esse conjunto de estruturas apresenta duas faces, uma face mais nova denominada cis de formação, onde estão as cisternas (ou sacos) mais novos, e a face trans, mais velha, voltada para a região da membrana plasmática. Entre essas faces fica a região mediana formada pelos dictiossomos do meio da estrutura. Nesta organela é denominada rede- 13 Morfologia Vegetal – Unesp - Jaboticabal trans o dictiossomo responsável pela formação das vesículas de secreção (Fig. 32). As novas vesículas de formação desta organela se originam no retículo endoplasmático. O complexo de Golgi é numeroso e bem desenvolvido em células produtoras de néctar, em células do tubo polínico e nas células da coifa, entre outras. Entre suas funções podemos citar: síntese dos compostos não-celulósicos da parede celular; síntese de polissacarídeos; produção de substância de odor nos osmóforos; secreção parcial (empacota substâncias produzidas em outros locais) e reciclagem de membranas (suas vesículas são incorporadas à membrana plasmática e ao tonoplasto). Figura 32. Esquema ilustrativo da morfologia do Complexo de Golgi - (Retirado de Raven et al. 2014). Mitocôndrias As mitocôndrias também são organelas provavelmente derivadas do processo de endossimbiose, mas neste caso de bactérias aeróbicas. Essas organelas da célula vegetal também possuem seu próprio genoma e se autoduplicam. São menores que os plastídeos e normalmente apresentam forma ovalada, são envolvidas por duas membranas as quais delimitam a matriz mitocondrial (Fig. 33). Em geral a membrana externa das mitocôndrias são permeáveis pela ação das porinas (proteínas integrantes), já a membrana interna apresenta inúmeros dobramentos que formam as cristas mitocondriais, nela estão presentes as enzimas do complexo ATP-sintase que participam ativamente no processo de respiração celular (Fig. 34). A matriz mitocondrial contém água, íons fosfato, enzimas e coenzimas associadas ao ciclo de Krebs (processo respiratório). As células vegetais que necessitam de grande quantidade de energia para as suas atividades têm um grande número de mitocôndrias. As funções das mitocôndrias são as seguintes: sítio da respiração celular, junto com os cloroplastos e peroxissomos participam do processo de fotorrespiração; realizam parte do ciclo do glioxilato nas sementes oleaginosas, associadas aos glioxissomos para a obtenção de energia a partir das reservas lipídicas. As mitocôndrias também tem papel importante na morte celular programada, quando isso acontece elas crescem e liberam citromomo c (um composto envolvido no transporte de elétrons). Aparentemente o citocromo c tem papel na ativação de proteases e nucleases, enzimas que atuam na degradação do protoplasto. Figura 33. Mitocôndria da célula do tabaco - (Retirado de Raven et al. 2014). Figura 34. Esquema da estrutura interna da mitocôndria. Ribossomos São pequenas partículas de proteínas e RNA ribossômico desprovidos de membrana que aparecem livres no citoplasma ou aderidos ao retículo endoplasmático (as vezes em plastídeos ou mitocôndrias, e até no envoltório nuclear). Os ribossomos são formados por duas subunidades que foram produzidas no núcleo e apresentam sítios onde são acoplados RNA mensageiro e RNA transportador os quais transportam aminoácido para a formação das proteínas (Fig. 35). A grande função dos ribossomos é, portanto, a síntese de proteínas. Em células com elevada atividade metabólica os ribossomos formam 14 Morfologia Vegetal – Unesp - Jaboticabal agrupamentos denominados polissomos ou polirribossomos. Figura 35. Esquema da célula representando o ribossomo e suas subunidades. Retículo Endoplasmático O retículo endoplasmático é uma rede ou sistema de membranas citoplasmáticas da célula. Formado por uma membrana única ele contribui na comunicação dentro da célula e na distribuição de substâncias (Fig. 36). Figura 36. Retículo endoplasmáticorugoso de Limnobium bogotense - (Retirado de Crang et al. 2018). O retículo endoplasmático (RE) pode aparecer próximo à membrana plasmática ou ao núcleo. As dobras de suas membranas formam cisternas ou túbulos, e essas membranas mantêm a continuidade da membrana plasmática e do núcleo (Fig. 37). O RE pode estar associado (rugoso) ou não (liso) aos ribossomos, normalmente o RE rugoso apresenta sua morfologia em cisternas, já o RE liso em túbulos. Este último não é muito comum nas células vegetais de forma com que os plastídeos acabam contribuindo para a síntese lipídica, já nas células animais essa função é quase exclusiva do RE liso. Em resumo, o retículo endoplasmático contribui como um sistema de comunicação e de trocas de materiais das células. O RE rugoso está associado à síntese proteica e o RE liso à síntese lipídica. Figura 37. Esquema ilustrativo das cisternas (rugoso) e dos túbulos (liso) do retículo endoplasmático. Substâncias Ergásticas São denominadas substâncias ergásticas as substâncias orgânicas ou inorgânicas resultantes do metabolismo celular que não fazem parte da estrutura da célula. Podem ser substâncias de reserva, produtos de excreção ou de defesa contra herbívoros as quais ocorrem no citoplasma, no vacúolo ou nos plastídeos (Fig. 38). As principais substâncias ergásticas são: a) Amido – é o polissacarídeo mais comum nos vegetais, pode estar presente nos frutos (milho, banana), nas raízes (mandioca) ou nos caules – tubérculos (batata-inglesa). Muito utilizado na alimentação humana, de animais e na indústria farmacêutica e de cosméticos. b) Lipídeos – formados por óleos e gorduras normalmente localizados nos frutos e principalmente em sementes oleaginosas, podem estar no vacúolo, no citoplasma ou nos elaioplastos. c) Inulina – trata-se de um polissacarídeo comum em órgãos de reserva das Asteraceae (família do girassol). d) Tanino – substância derivada do fenol que evita a decomposição vegetal e é utilizada como defesa contra predadores. Ocorre em caules, folhas e frutos – característico sabor de frutos verdes (banana). e) Proteína – pode ser amorfa como no endosperma de algumas sementes ou em forma definida (grãos de aleurona) como na mamona. f) Cristais – os cristais nas células vegetais podem ser de natureza orgânica ou inorgânica, os mais comuns são oxalato de cálcio, carbonato de cálcio e sílica. Podem apresentar-se em diferentes formatos: romboidais, prismáticos, piramidais ou bipiramidais. As drusas são grupos de cristais unidos, as ráfides são cristais alongados de extremidades afiladas e os cistólitos são cristais arredondados em forma de bolsa. As células vegetais que acumulam grandes quantidades de substâncias ergásticas, em especial os cristais, são denominadas idioblastos e normalmente são diferentes das demais do mesmo tecido vegetal. 15 Morfologia Vegetal – Unesp - Jaboticabal Figura 38. Exemplos de substâncias ergásticas em cristais – drusas, cistólitos e rafídes. - (Retirado de Souza 2009). Literatura Consultada APPEZZATO-DA-GLÓRIA, B.; CARMELLO- GUERREIRO, S.M. Anatomia Vegetal. 3ª Edição. Viçosa: Editora da Universidade Federal de Viçosa, 2012. CRANG, R.; LYONS-SOBASKI, S.; WISE, R. Plant Anatomy – A concept-based approach to the structure of seed plants. Springer, 2018. EVERT, R.F. Anatomia das Plantas de Esau. Meristemas, células e tecidos do corpo da planta: sua estrutura, função e desenvolvimento. São Paulo: Blucher, 2013. RAVEN, P. H.; EICHHORN, S. E.; EVERT, R. F. Biologia Vegetal. 8ª Edição. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2014. SOUZA, L.A. Morfologia e Anatomia Vegetal: célula, tecidos, órgãos e plântula. 1ª Edição. rev. amp. Ponta Grossa: Editora UEPG, 2009.
Compartilhar