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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!
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