Aula 3 - Absorção de ions e Nutrição Mineral

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Absorção de Íons 
pelas Plantas 
Prof. Valdir Zucareli 
Absorção Iônica Pelas Plantas 
 Absorção de íons: 
 Raízes; 
 Folhas. 
 
 Processo é o mesmo; 
 No entanto, a cutícula aumenta a resistência; 
 É necessário o uso de solventes. 
 
Absorção Iônica Pelas Plantas 
 Íons nas raízes: 
 Difusão; 
 Interceptação radicular; 
 Fluxo de massa. 
Absorção Iônica Pelas Plantas 
Absorção Iônica Pelas Plantas 
 Absorção 
 È a passagem de um elemento na forma iônica ou 
molecular através de uma membrana; 
 Processo endergônico (introdução de energia no 
sistema). 
 Ex: fósforo no milho: 
 Meio interno = 100 ml L-1 
 Meio externo 0,1 ml L-1 
 Ou seja, mil vezes mais. Processo com gasto de 
energia. 
Absorção Iônica Pelas Plantas 
 Caminhos percorridos pelos íons: 
 Aposplasto: espaços intercelulares, parede celular e 
superfície de parede e membrana (não atravessa 
membrana); 
 
 Simplasto: o íon “caminha” de uma célula para outra 
pelo continuo vivo através dos plasmodesmas; 
Absorção Iônica Pelas Plantas 
Absorção Iônica Pelas Plantas 
 Estria de Caspary: 
 Reforço de suberina que impermeabiliza a célula. 
 
 Até a endoderme o íon ou molécula pode chegar via 
apoplasto ou via simplasto; 
 Na endoderme o caminho obrigatório é o simplasto; 
 Após a endoderme, o íon pode seguir via simplasto ou 
apoplasto novamente. 
Absorção Iônica Pelas Plantas 
Absorção Iônica Pelas Plantas 
Estrias de Cáspary 
Estrias de Cáspary 
Absorção Iônica Pelas Plantas 
 Absorção: 2 fases. 
 
Sem gasto de energia: passiva. 
Com gasto de energia: ativa. 
 
 
 Ativa (97%). 
 
 Passiva (3%). 
 
Absorção Iônica Pelas Plantas 
 Sem gasto de energia: passiva (3%) 
 
 
 Como acontece? 
Absorção Iônica: fase passiva 
 Fase Passiva: 
 São processos fisico-químicos e portanto pode 
ocorrer em material não vivo; 
 Não esta ligado a respiração; 
 Processo espontâneo; 
Ocorre na presença ou ausência de O2; 
 Inibidores metabólicos não interferem; 
Ocorre em qualquer temperatura (velocidade 
diferente). 
Q10 = 1,1 – 1,4 
Absorção Iônica: fase passiva 
 Q10 = v de absorção 30ºC 
 v de absorção 20ºC 
 
 Na fase passiva, o aumento de 10ºC na temperatura 
aumenta a absorção em 10 a 40%; 
 
 Na fase ativa, esse mesmo aumento duplica ou triplica a 
absorção de íons; 
 2 Mecanismos: 
 1) Difusão: a favor de um potencial químico 
 A taxa de difusão depende diretamente da área, do coeficiente e 
da diferença de potencial 
 Quanto maior a distancia maior o tempo 
 
 Lei de Fick: 
 
 
Onde: 
S: quantidade de substancia que difunde 
T: tempo μ1 – μ2: diferença de potencial químico 
D0: coeficiente de difusão X: distancia entre os pontos 1 e 2 
a: área através da qual a difusão ocorre 
 
Obs: S/T é uma taxa de difusão que depende diretamente da área, do 
coeficiente, e da diferença de potencial. Quanto maior a distancia, maior o 
tempo 
Absorção Iônica: fase passiva 
s 
t 
Do a μ1 – μ2 = 
x 
. . 
Absorção Iônica: fase passiva 
 2) Contra gradiente de potencial químico, mas a favor de 
um potencial eletroquímico. 
 Equilíbrio de Donnan: 
 Tenta explicar o equilíbrio da membrana quando cargas 
elétricas de moléculas não conseguem atravessar a 
membrana. Ex: proteína. 
 
 Quando alguns íons são difusíveis pela membrana e 
outros não, o movimento difusivo pode acorrer contrário 
ao gradiente de potencial químico e sem gasto de energia 
desde que esse movimento seja a favor de um gradiente 
eletroquímico. 
Absorção Iônica: fase passiva 
 
 Equilíbrio de Donnan 
 Condições necessárias: 
 1) existência de uma fase de Donnan com um ânion 
(proteína) não difusível e um cátion difusível; 
 2) existência de uma fase com a presença de um ânion 
difusível e o mesmo cátion da fase de Donnan; 
 3) contato das duas fases através de uma membrana; 
 
Absorção Iônica: fase passiva 
 
 Equilíbrio de Donnan 
 Cl- vai a favor de um gradiente de concentração; 
 Cria um potencial eletroquímico; 
 O K+ vai contra um gradiente de concentração. Porém, a favor de um 
gradiente eletroquímico; 
Fase Ativa 
Absorção Iônica: fase ativa 
 Ocorre em material vivo: 
 Esta ligado a respiração e fosforilação; 
 Necessidade de energia; 
 Não espontâneo; 
Ocorre na presença de O2; 
 Inibidores metabólicos interferem; 
 Temperatura fisiológica (próxima de 30ºC); 
Q10 = 2,0 – 3,0 (aumento de 10ºC duplica ou triplica 
a velocidade do processo); 
Absorção Iônica: fase ativa 
 Considerações sobre as membranas biológicas: 
 Solutos não atravessam por difusão; 
 
 Permeáveis a pequenas moléculas não 
carregadas (H2O, O2); 
 
 Não permeáveis a grandes moléculas não 
carregadas (ex: sacarose); 
 
 Não permeáveis a moléculas carregadas (ex: íons 
inorgânicos e ácidos orgânicos); 
Absorção Iônica Pelas Plantas 
 Com gasto de energia: Ativa (97%). 
 
 
 Como acontece? 
Absorção Iônica: fase ativa 
 
 Mecanismos: 
 Teoria quimiosmotica; 
 Proteínas transportadoras. 
 
Absorção Iônica: fase ativa 
 1) Teoria quimiosmótica: 
 Também denominada de Hipótese de Mitchell; 
 ATPases. 
membranas celulares, mitocôndrias e cloroplastos; 
 orientação definida; 
 Ao catalisar a hidrólise do ATP absorve energia 
capaz de bombear H+ de um lado para outro da 
membrana; 
 Cria um gradiente eletro-químico de prótons; 
 Diferente do Equilíbrio de Donnan. Aqui tem gasto 
de energia para criar o potencial. 
 
Absorção Iônica: fase ativa 
 2) Proteínas de transporte: 
 Proteínas transportadoras: 
 Ativo primário; 
 Ativo secundário; 
 
 Ativos Primários: cria e mantêm o gradiente 
eletroquímico de prótons (ex: ATPases H+, Ca++). 
 Tipo F – membranas de mitocôndrias e cloroplastos 
(síntese de ATP). 
 Tipo P – membrana plasmática (efluxo de H+ com 
quebra de ATP). 
 Tipo V – vacúolo (influxo de H+ no vacúolo). 
 
Absorção Iônica: fase ativa 
 Ativos secundários: 
 Acoplam a absorção ou secreção de solutos ao 
movimento de prótons a favor do gradiente 
eletroquímico de prótons; 
 Simporte: co-transporte de dois solutos na mesma 
direção; 
 Antiporte: é um co-transporte de 2 solutos em sentido 
contrário. 
Ativo Primário e secundário 
Ativos secundários 
Ativos secundários 
 
Resumo 
Fatores que afetam 
absorção 
Fatores que afetam absorção 
 Fatores Externos: 
 Disponibilidade do elemento; 
 Aeração; 
 Temperatura; 
 Umidade; 
 pH; 
 Luz; 
 Inibidor metabólico. 
 
Fatores que afetam absorção: pH 
Fatores que afetam absorção 
 Fatores inter-iônicos: 
 Seletividade: maior afinidade por cátions 
monovalentes; 
 Absorção desigual de cátions e anions; 
 
 Presença de outros íons: 
 Antagonismo: ex: Ca/Cu; 
 Sinergismo; 
 Inibição: 
Competitiva: mesmo sitio: K/Ca; 
Não competitiva. 
Fatores que afetam absorção 
 Fatores internos 
 Potencialidade Genética 
 
Classificação 
Classificação 
 Quanto a quantidade: 
Macronutrientes: 
 C, H, O, N, P, K, Ca, Mg, S 
Micronutrientes: 
 Fe, Cu, Mn, Zn, Cl, Mo, B, Ni 
 
 Esse sistema baseia-se na quantidade e não na 
essencialidade. 
Classificação 
 Quanto a essencialidade: 
 
 Essencial 
 
 Não essencial Benéficos 
 
Classificação 
 Para ser considerado essencial o elemento deve 
preencher pelo menos um dos seguintes critérios: 
 
1. ser essencial ao crescimento e ao desenvolvimento 
da planta de forma que, na sua ausência, esta seja 
incapaz de completar o seu ciclo de vida 
 
2. a essencialidade tem que ser especifica, não 
podendo ser o elemento ser substituído na sua 
totalidade por outro 
 
3. deve tem uma função específica na célula 
 
4. deve ser essencial à maioria das plantas superiores 
Funções Metabólicas 
Funções Metabólicas 
 Nitrogênio 
 Essencial em aminoácidos, enzimas, coenzimas, 
clorofilas, ácidos nucléicos, nucleotídeos etc. 
 
 Fósforo 
 Constituinte do ATP, 
 Constituinte de nucleotídeos, coenzimas, 
fosfolipídios, açucares fosforilados, que são 
importantes na fotossíntese e respiração; 
 Constituinte de fosfatos, que atuam como tampão 
para manter o pH celular sem grandes variações. 
Funções Metabólicas 
 Enxofre: 
 Constituinte dos aa essenciais cisteina e metionina 
 Faz parte de proteínas, membranas (sulfolipideos), 
vitaminas (biotina e tiamina) e da coenzima A 
(participa da respiração e da síntese de ácidos 
graxos, esteróis e hormônios); 
 Constituinte do S-adenosilmetionina, doador do seu 
grupo metil durante a formação de esteróis e ligninas; 
 
Funções Metabólicas 
 Potássio 
 Abertura e fechamento estomático; 
 Ativador enzimático; 
 Manutenção do balanço de íons durante o transporte de 
ânions; 
 
 Magnésio 
 Núcleo da Clorofila. 
 Essencial nas reações enzimáticas que envolvem ATP e 
ADP; 
 Ativador de enzimas envolvidas nos processos de 
respiração; 
 Essencial nas enzimas de carboxilação – Rubisco e 
PEPcase; 
 Essencial na síntese de proteínas pois mantém as 
subunidades do ribossomo juntas. 
Funções Metabólicas 
 Cálcio 
 É parte da lamela média situada entre paredes de 
células adjacentes formando pectatos de cálcio; 
 Confere estabilidade à divisão celular; 
 Estabilidade de membrana; 
 Ativador enzimática: amilase, fosfolipase, cinase. 
Funções Metabólicas 
 Ferro: 
 Transporte de elétrons nas mitocôndrias e 
cloroplastos; 
 Ativador de enzimas; 
 Síntese da clorofila. 
 
 Manganês 
 Transporte de elétrons na fotossíntese; 
 Ativador enzimático (respiração, metabolismo do N, 
síntese de ácidos graxos). 
Funções Metabólicas 
 Boro: 
 Transporte de açucares no floema. 
 
 Molibdênio: 
 Fixação do nitrogênio: faz parte da nitrogenase; 
 Atua na redutase do nitrato e é transportador de eletros 
na redução do nitrato à nitrito. 
 
 Zinco: 
 Componente dos ribossomos; 
 Parte estrutural de enzimas; 
 Ativador enzimático. 
Funções Metabólicas 
 Cobre: 
 Faz parte da plastocianina – transporte de eletros na 
fotossíntese; 
 Respiração – citocromo oxidase; 
 Ativador enzimático. 
 
 Cloro: 
 Transporte de eletros na fotossíntese; 
Osmorregulação; 
 
 Níquel: 
Metabolismo do nitrogênio – urease. 
Deficiência 
Deficiência 
 Em função da mobilidade dentro da planta, os 
elementos podem ser classificados em: 
Móveis – N, P, K, Mg, S, Cl, Ni; 
 Imóveis – B, Ca; 
Mobilidade intermediária – Zn, Fe, Mn, Cu, Mo; 
 
 Os sintomas de deficiência de elementos móveis podem 
ser apresentados nas folhas velhas – inferiores; 
 
 Dos elementos não móveis nas folhas novas – 
superiores; 
Nitrogênio 
Nitrogênio 
 A escassez de nitrogênio é o principal fator limitante ao 
crescimento vegetal. 
 
 N2: (atmosfera). Não disponível; 
 NH4 e NH3: 
 Compostos reativos; 
 Não abundante. 
 
 Ciclo do Nitrogênio: 
 Processo pelo qual o nitrogênio circula pelos organismos 
(solo-organismo-atmosfera). 
 
Nitrogênio: Ciclo 
 Ciclo do Nitrogênio: 
 
 1: Amonificação; 
 2: Nitrificação; 
 3: Assimilação. 
 
 
Ciclo do Nitrogênio 
 1: Amonificação. 
 
 Microorganismos degradam os organismos mortos 
(Proteínas, aminoácidos, ácidos nucléicos, 
nucleotídeos); 
 
 O excesso, não utilizado, é liberado na forma de íons de 
amônio (NH4
+). 
 
 2: Nitrificação: 
 Processo semelhante à fotossíntese; 
 As bactérias oxidam amônio (nitrificação) e a energia 
liberada é utilizada para reduzir carbono. 
 Seres autótrofos quimiossintetizantes; 
 Nitrossomonas: amônio  Nitrito (NO2
-) 
 
 2NH4
+ + 3O2  2NO2
- + 4H + 2H2O 
 
Ciclo do Nitrogênio 
 O nitrito é tóxico para as plantas; 
 
 Nitrobacter : oxida nitrito formando íons de nitrato (NO3
-) 
com liberação de energia: 
 
 2NO2
- + O2  2NO3
- 
 
 
 Aeração do solo favorece Nitrificação. 
Ciclo do Nitrogênio 
Ciclo do Nitrogênio 
 O nitrogênio do solo pode ser perdido: 
 Remoção das plantas; 
 Erosão; 
 Fogo; 
 Lixiviação; 
 Desnitrificação: reduzido à formas voláteis por 
microorganismos anaeróbicos. 
Ciclo do Nitrogênio 
 3: Assimilação 
O nitrogênio inorgânico (NH3
+ e NH4
-) é convertido a 
compostos orgânicos; 
 Dentro da célula o nitrato é reduzido a amônio; 
O amônio é rapidamente convertido à compostos 
orgânicos pela rota da glutamina-sintase-glutamato 
sintase. 
 Cloroplastos (folhas)ou mitocôndrias (raízes). 
 
 
Ciclo do Nitrogênio 
2 Glutamato 
Novos 
Aminoácidos 
Amonio + 
Glutamato 
Glutamina Sintase 
α-Cetoglutarato 
Glutamina 
Glutamato Sintase 
ATP ATP 
+ Pi 
Ferrodoxina 
reduzida 
Ferrodoxina 
oxidada 
Figura: Rota da glutamina sintase-glutamato sintase em folhas. 
Ciclo do Nitrogênio 
 A reposição do Nitrogênio no solo pode acontecer: 
1: Precipitação atmosférica; 
2: Intemperismo de rochas; 
3: fixação Biológica (mais importante) 
 
N2  NH4+ 
 
 Nitrogenase: enzima que catalisa a fixação 
Fixação Biológica do Nitrogênio 
Fixação Biológica do Nitrogênio 
 As bactérias fixadoras de nitrogênio podem ser de vida 
livre ou simbióticas; 
 
 Mais comuns: 
 Rhizobium 
 Bradyrhizobium 
 
 Simbióticas com Leguminosas 
 Formação de nódulos (formações tumorais) 
Fixação Biológica do Nitrogênio 
Fixação Biológica do Nitrogênio 
Obrigado!