6º AULA DE FISIOLOGIA - MECANISMO ESTOMÁTICO - 2012

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UEPG
Mecanismo
estomático
Abertura dos estômatos: absorção osmótica de água pelas células guardas – consequência – aumento de turgor e da pressão hidrostática;
Elasticidade das paredes das células guardas: podem – de modo reversível – aumentar seu volume de 40 a 100% (conforme a espécie);
Mecanismo da regulação estomática
Deformação da parede das células guardas – devido o aumento do volume: ponto central do movimento estomático;
Fechamento estomático: resposta a saída de água das células guardas – diminui a pressão de turgor e o consequente relaxamento de suas paredes;
    	 Hipótese amido-acúcares
    	Século XX: muito mecanismos propostos para explicar movimento estomático;
    	1908: F. E. Lloyd – “Variação do turgor depende da interconversão entre amido em açúcares solúveis” - Hipótese amido-acúcar do movimento estomático;
1856: botânico H. Von Mohl; “Mudança de turgor nas células guardas é o responsável pelos movimentos estomáticos”;
    	Amido das células guardas: diminui durante a abertura e aumenta no fechamento;
Amido: polímero da glicose – insolúvel em água – alta massa molecular – não participa no potencial osmótico das células 
(água não se “liga” no amido);
    	 Hipótese amido-acúcares
    	 Hipótese amido-acúcares
Segundo hipótese amido-açúcar: hidrólise do amido em açúcares solúveis – potencial osmótico das células guardas tornam-se mais negativo (água fica presa) – diminui o potencial de água das células guardas;
    	Potencial de água da célula guarda menor que o das células ao seu redor: absorvem água por osmose – torna-se túrgida – estômatos se abrem;
    	Hipótese foi bem aceita até 1943;
Hipótese do fluxo de solutos - Imamura
    	 Hipótese amido-acúcares
1943 – S. Imamura – descobriu fluxos de íon potássio nas células guardas – daí em diante – “íon potássio o real responsável pelos movimentos estomáticos” – 
hipótese amido-açúcar caiu em desuso;
 Segundo Imamura: as células guardas são osmoticamente ativas devido à entrada de íons K+ (potássio) e Cl- (cloretos) e também a síntese de íons malato (malato --).
Hipótese do fluxo de solutos - Imamura
   Acúmulo desses três íons nos vacúolos das células guardas torna o potencial osmótico negativo (prende a água), diminuindo o potencial de água das células guardas;
 Células guardas – recebem água – aumentam o turgor – abertura dos estômatos;
Comprovação da teoria: conteúdo de K+ é elevado nas células guardas quando estômatos estão abertos e diminuindo quando fechados;
Explicação do mecanismo do fluxo de solutos
“O fluxo de íon potássio para o interior das células guardas é possível pela ativação, com gasto de ATP, de uma bomba de prótons H+- ATPase localizada na membrana plasmática”.
De onde procede esses íons K+ e Cl-?
Procedem das células subsidiárias e epidérmicas para as células guardas; 
Como ocorre esse transporte do íon K+?
Ativador da bomba de prótons H+- ATPase: luz – mais especificamente a radiação azul;
Ativação da bomba de prótons H+- ATPase 
Já foram identificados os receptores dessa radiação na membrana plasmática das células guardas: zeaxantina e fotropinas; 
Como isso funciona?
Receptores absorvem luz azul – promovem uma cadeia de eventos – inclusive a ligação a determinados compostos intermediários como:
fosfatases PP1 e PP2 – Proteínas 14 -3-3- H+ATPase – a qual ativa a bomba de prótons H+ATPase;
Resumo: luz azul que ativa a 
bomba de prótons H+ATPase; 
Ativação da bomba de prótons H+- ATPase 
Das radiações do espectro eletromagnético emitido pelo sol - na faixa da luz branca - a luz azul tem efeito nos eventos que levam a abertura dos estômatos.
Mecanismo da bomba
de prótons H+- ATPase 
Presença de luz – especificamente luz azul – ativa a bomba H+- ATPase; 
A energia da hidrólise do ATP usada para saída de prótons pela atividade da H+- ATPase.
Saída de prótons produz diferença de potencial elétrico (polarização) ao longo da membrana plasmática das células guardas e também uma mudança do pH no interior das células guardas;
Mecanismo da bomba
de prótons H+- ATPase 
“Acredita-se que polarização da membrana plasmática das células guardas gerada pela bomba de prótons é o que possibilita a absorção de íons potássio, devido à abertura de seus canais de entrada”.
Abertura desses canais de entrada do íon K+: regulado por voltagem;
Contribuição de outros íons
Células guardas iluminadas – além do íon potássio(K+), os íons cloreto (Cl- ) e malato também aumentam – contribuindo com a abertura dos estômatos; 
Diminuem com os estômatos fechados;
Qual o seu papel e como “entram” nos vacúolos das células guardas?
Função básica: os ânions (Cl- e Malato--) contribuem para a neutralidade elétrica das células guardas – devido ao grande acúmulo de K+ (cátion – íon com carga positiva)/
Importante: da mesma maneira que os íons K+, os íons Cl- e íons malato são expelidos durante o fechamento estomático;
Diferença na entrada do K+ e do Cl- 
Ambos dependem da bomba de prótons H+- ATPase; 
Transporte do íon K+ não é compartilhado (ligado) diretamente com a bomba prótons H+- ATPase; pois ocorre por canais específicos – depende da bomba para despolarizar a membrana e alterar o pH da célula;
H+
Diferença na entrada do K+ e do Cl- 
Absorção do íon cloreto é compartilhado com o transporte do próton (H+) – ligado a carregadores simporte;
Explicação: O H+ é transportado para fora da célula – usando a energia da hidrólise do ATP – sua tendência é voltar – quando isso ocorre leva consigo o íon cloreto;
Cl-
Diferença na entrada do K+ e do Cl- 
Conclusão: entrada do íon cloreto não depende de canais específicos, apenas os íons potássio usam canais específicos; 
Origem do íon malato
Diferente dos íons potássio e cloreto – os íons malato são sintetizados no citoplasma das células guardas a partir da hidrólise do amido ou formados diretamente pela fotossíntese; 
Origem da energia para o transporte pela bomba de prótons H+- ATPase
Origem do ATP – células guardas têm cloroplastos, mitocôndrias e enzimas respiratórias – capacidade para gerar ATP; 
Observações recentes – concluíram que tanto os íons K+, Cl- e malato--, quanto a sacarose são responsáveis pelo movimento estomático.
Conteúdo de íon potássio (K+) das células guardas aumenta em paralelo com a abertura estomática durante a manhã - decresce no começo da tarde em condições em que a abertura estomática continua a ocorrer. 
Proposta atual para explicar o 
movimento estomático
Confirmação dessa observação: conteúdo dos íons K+ e sacarose nas células guardas ao longo do dia.
Conteúdo de sacarose das células guardas aumenta vagarosamente durante a manhã, mas torna-se o soluto mais importante para a manutenção da abertura durante a tarde. 
Fechamento estomático no final da tarde coincide com um decréscimo no nível de sacarose das células guardas.
Relação entre o conteúdo de potássio e sacarose nas células guarda e abertura estomática
Conclusão:
 abertura dos estômatos no início da manhã – associado a entrada de íons K+ (mais íons Cl- e malato--);
 fechamento no final da tarde – associado com decréscimo no conteúdo de sacarose;
Observação: Ψp = potencial osmótico diminui, ou seja, torna-se mais negativo, prendendo a água, por isso que o potencial de água (Ψw ) diminui.
Abertura dos
estômatos – 
ao longo do dia:
Quando a bomba de prótons ATPase não está ativa (à noite por exemplo); 
Fechamento estomático
Quando que os estômatos se fecham?
Explicação: ocorre a saída dos solutos (íons potássio, cloretos) das células guardas - aumenta o potencial de água – água saí por osmose – células guardas murcham – estômatos se fecham;
Fechamento estomático e o íon cálcio
Há cerca de 30 anos que experimentos laboratoriais demonstram que Ca++ podem controlar a abertura do poro estomático;
Adição de íons cálcio em soluções experimentais com epiderme vegetal isolado de folhas pode:
 estimular o fechamento dos estômatos;
 ou inibir a abertura;
 presença do íon cálcio inibe a turgescênciainduzida pelos íons potássio, cloreto e malato;
Agora temos mais uma dúvida – como isso acontece?
Ação do ABA – ácido abscísico – mecanismo do fechamento estomático;
ABA – hormônio vegetal
ABA – liga-se a um receptor (ainda não identificado) na membrana plasmática da célula-guarda;
Essa ligação com receptor – induz a abertura dos canais de íons cálcio;
Íons cálcio nas células guardas – atuam como mensageiro secundário induzindo uma cadeia de eventos – que leva a abertura de canais de ânions;
Canais de ânions abertos: saída de íons cloretos e de íons malato;
Ação do ABA – ácido abscísico – mecanismo do fechamento estomático;
Canais de ânions abertos: saída de íons cloretos e de íons malato;
Saída dos ânions: despolarização da membrana – consequente abertura dos canais de saída de íons potássio das células guardas;
Perda desses solutos – aumenta o potencia de água das células guardas em relação às células subsidiárias e da epiderme – água sai por osmose - diminui o turgor – fecham-se os estômatos;
Entrada dos íons cálcio (facilitado pelo ABA) altera o pH das células guardas – isso implica também na inibição da bomba de prótons H+ -ATPase;
Ação do ABA – ácido abscísico – mecanismo do fechamento estomático;
Observe o modelo (c) ligação do ABA ao receptor na membrana plasmática (que ainda não foi identificado) causa a abertura dos canais dos íons cálcio.
(d) Liberação dos íons cálcio dentro do citoplasma age como um mensageiro secundário para abrir canais de ânions através dos quais os íons cloro e malato difundem-se do citoplasma para fora da célula.
Canais de
anions abertos
Ação do ABA – ácido abscísico – mecanismo do fechamento estomático;
(e) Saída dos íons com carga negativa provoca queda do potencial elétrico (despolarização da membrana). Com isso abrem-se os canais do íon potássio da membrana plasmática das células guardas, permitindo a saída desse íon. 
Saída desses solutos (íons) resulta num aumento no potencial de água das células-guarda (água mais livre) causando a saída da água para outras células e consequente fechamento dos estômatos; 
Canais de
anions abertos
Ação do ABA – ácido abscísico – mecanismo do fechamento estomático;
Remoção do ABA – tudo volta como antes – células guardas transportam íons potássio e cloreto para seu interior – usando a bomba de prótons da membrana plasmática – potencial de água diminui – água entra por osmose – estômatos se abrem;
Regulação dos movimentos estomáticos 
pelo ambiente 
Fatores externos que podem afetar o movimento estomático: luz, teor de CO2, temperatura e teor de água da folha;
1) Luz
“Sinal ambiental dominante para controlar movimento estomático em folhas de plantas com bom suprimento de água”;
Alta intensidade luminosa: estômatos abertos;
Intensidade luminosa cai – estômatos 
fecham-se;
Movimento de abertura estimulado pela luz – rápido (5 minutos em muitas espécies) e fechamento lento (30 minutos);
Regulação dos movimentos estomáticos 
pelo ambiente - Luz
Intensidade necessária: 1% a 2% da luz solar normal – estômatos se abrem;
Tipo de luz no movimento estomático: azul;
Receptores de membrana: zeaxantina e fototropinas;
Regulação dos movimentos estomáticos 
pelo ambiente – CO2
Aumento do teor do CO2 na célula guarda – provoca fechamento estomático – mecanismo ainda não esclarecido;
Evidências experimentais: alta concentração do CO2 no citoplasma das células guarda – elevam o nível de cálcio .......;
Regulação dos movimentos estomáticos 
pelo ambiente – temperatura
Movimento estomático – acoplado ao metabolismo das células guardas – qualquer fator que afeta o metabolismo – afeta também o movimento estomático;
Em condições controladas: temperatura baixas próximo de 0ºC ou temperaturas elevadas provoca fechamento estomático em muitas espécies;
Regulação dos movimentos estomáticos 
pelo ambiente – temperatura
Plantas como algodão e fumo: gradual aumento da abertura estomática – com aumento da temperatura até 25-30ºC – fechando em temperaturas maiores;
Aumento da temperatura – aumento da intensidade da respiração – aumento do teor intracelular do CO2 – fechamento estomático;
Regulação dos movimentos estomáticos 
pelo ambiente – água
Abertura estomática: quando células guardas estão túrgidas;
Quando células guardas perdem mais água para a atmosfera do que a capacidade de absorver das células vizinhas – diminui a turgidez – fecham-se os estômatos – fenômeno conhecido como: fechamento hidropassivo;
Mecanismo de fechamento dos estômatos mediado pelo ABA – quando ocorre um déficit hídrico – denominado: fechamento hidroatativo;
ABA desencadeia fenômenos do fechamento estomático, conforme já estudado.
Regulação dos movimentos estomáticos 
pelo ambiente – água
Estresse hídrico moderado nas folhas: provoca aumento da síntese do ABA – que pode ser oriundo:
 do próprio mesófilo foliar;
 de outra parte da planta, como raízes;
ABA chegando próximo às células guardas – sinaliza o estresse hídrico;
Após alguns minutos do início do fechamento estomático – já pode ser verificado aumento na síntese do ABA também nas células guardas;
Esquema representativo da regulação do fechamento estomático induzido pelo déficit hídrico, pelo aumento do ABA e do CO2
Observação: 
Ψp = potencial osmótico aumenta, ou seja, torna-se menos negativo, liberando a água, por isso que o potencial de água (Ψw ) aumenta.
UEPG
Mecanismo
estomático