UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA DE LA SELVA

FACULTAD DE AGRONOMIA

FISIOLOGIA VEGETAL

“LA CELULA VEGETAL”

J.J. CHAVEZ M.

FISIOLOGIA VEGETAL

”La Fisiología Vegetal trata de responder a la pregunta de cómo funcionan los organismos vegetales en su conjunto, y también de

cómo funcionan los órganos, tejidos, células, orgánulos, genes y moléculas que constituyen los vegetales, tanto aislados como en

interacción con su entorno natural.”

“La principal razón de ser de la Fisiología es el estudio de los procesos de la vida”

Mohr, H. y Schopfer, P., 1995. Plant Physiology

“Fisiología vegetal es la ciencia que estudia el funcionamiento de las plantas: Que es lo que sucede en ellas que explica que estén vivas”

Frank B. Salisbury - Cleon W. Ross, 1994. Fisiologia Vegetal

FISIOLOGIA VEGETALImportancia de las plantas:

El 95% de toda la biomasa terrestre es vegetal.

La actividad biosintética de las plantas mantiene, además de a

ellas mismas, a, esencialmente, todas las otras formas de vida

sobre la Tierra.

La especie humana depende de las plantas como fuente de

alimentos y de materias primas para la industria.

La mayor parte de los combustibles proceden de la actividad

fotosintética (pasada y actual) de las plantas.

La fotosíntesis vegetal originó y renueva el oxígeno atmosférico

del que dependen muchos organismos.

FISIOLOGIA VEGETALRelación con otras Ciencias. Ciencias básicas:

Física, Biología Molecular, Biología Celular, Genética, Taxonomía, Filogenia, Ecología.

Unidad de la Ciencia. La Física en la base de la Ciencia moderna. Reflejo en la Fisiología. El

método científico.

Aplicaciones en: Agricultura, Floricultura, Fisiología post-cosecha, Producción de

fármacos, Producción forestal, Acuicultura, Impacto ambiental.

Algunas aplicaciones:

¿Qué son los cultivos

trasgénicos?

¿Post-cosecha?

¿Cuándo y cuánto Fertilizar?

¿y el Riego y drenaje?

¿Aplicaciones de hormonas

vegetales?

¿Y el ambiente?¿Calidad de las semillas?

¿y los Herbicidas,

Insecticidas?

¿Cómo se producen?

Fisiología Vegetal

Tendencias

* El Annual Review of Plant Physiology en 1988 pasó a llamarse Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology. De esta manera se consideraba a la fisiología cómo algo bastante dependiente o inseparable de la biología molecular. Posteriormente esta misma publicación pasó a llamarse Annual Review of Plant Biology.

* La revista Australian Journal of Plant Physiology se llama actualmente Funcional Plant Biology.

* Muchas de las sociedades de Fisiología Vegetal de distintas partes del mundo han cambiado sus nombres o están en proceso de hacerlo.

FISIOLOGIA VEGETAL

Tendencias

Para muchos autores, entre ellos M.J. Chrispeels (Plant Physiology, 1996), la fisiología vegetal como ciencia ya no debería de existir, puesto que involucra muchas otras disciplinas en interacción.

Por eso se sugirió el término de Biología Vegetal (Plant Biology) como sustituto de Fisiología Vegetal.

CELULA

CONTRIBUCION CIENTÍFICA

• Anton Van LeeuwenhoekDescubre una serie de organismo y estructura celulares de organismos

usando un microscopio simple.

• Robert HookeUsando combinación de lentes observa la estructura celular del Corcho, le da nombre a la celula

• Robert BrownDescubre el Nucleo Celular

• Mathias SchleidenDetermina que todas las plantas están formadas por Células

• Theodor SchwannTodos los animales están formados por celulas.

• Rudolph VicchowToda célula proviene de una celula preexistente.

CIENTIFICOS APORTARON AL ESTUDIO DE LA CÉLULA

I. LA CELULA

Unidad anatómica, fisiológica y genética de todos los seres vivos eucarióticos (plantas y animales), excepto los virus, bacterias y algas azules.

“La célula es la unidad anatómica, funcional y evolutiva de todo ser vivo”.

Teoría celular

Postulados de la teoría celular 1. Todos los organismos vivos están compuestos por

una o más células.2. Las reacciones químicas de un organismo vivo,

incluidos sus procesos liberadores de energía y sus reacciones biosintéticas, tienen lugar dentro de la célula.

3. Las células se originan de otras células.4. Las células contienen la información hereditaria de

los organismos de los cuales son parte.

La organización celular de un organismo pueden ser de tres tipos:

1.Subcelulares: Están formados por agregados macromoleculares (virus o priones).

2. Protocíticos o procarióticos: Formados por células de organización sencilla, no poseen membrana nuclear y la sustancia nuclear se le llama nucleoide que está en contacto con el citoplasma (Micoplasmas, bacterias y algas verde – azules).

3. Metacíticos o Eucarióticos: De organización compleja, con núcleo definido. Organismos uni o pluricelulares.

La diferencia es que las procariotas ( pro= falso, carion= núcleo) no presentan una verdadera organización nuclear, es decir, no presentan un nucleo membranoso como las eucariotas( eu= verdadero, carion=núcelo),

Tipos de célula

Características Procarionte Eucarionte

Características del ADN

Presencia de Núcleo Sí tiene

Compartimentos Membranosos

Ribosomas

Pared celular

Circular Lineal

No tiene

No tiene Sí tiene

Sí tiene Sí tiene

Sí tiene La célula animal no tiene, pero la vegetal sí tiene

Célula Procarionte

Célula Eucarionte

I. LA CELULA EUCARIOTA

CELULA ANIMAL.1. Presenta una membrana celular simple.

2. La célula animal no lleva plastidios.3. El número de vacuolas es muy reducido.4. Tiene centrosoma.5. Presenta lisosomas6. No se realiza la función de fotosíntesis.7. Nutrición heterótrofa.

CELULA VEGETAL1. Presenta una membrana celulósica o pared celular, rígida

que contiene celulosa.2. Presenta plástidios o plastos como el cloroplasto.3. Presenta numerosos grupos de vacuolas.4. No tiene centrosoma.5. Carece de lisosomas.6. Realiza función de fotosíntesis.7. Autótrofo

Ambos tipos celulares presentan mitocondrias, retículo endoplasmático, sistema de Golgi, núcleo.

Eucariótica.Puede ser autótrofa ó heterótrofa.Pueden ser fototrófica o quimiotrófica.Única al poseer 3 compartimientos que contienen

genes: núcleo, mitocondrias y plastidios.Única al poseer hasta 3 compartimientos de

producción de energía: citosol, mitocondrias y cloroplastos.

CELULA VEGETAL

CELULA VEGETALLa célula vegetal adulta se distingue de otras células eucariotas, como las células típicas de los animales o las de los hongos, por lo que es descrita a menudo con los rasgos de una célula del parénquima asimilador de una planta vascular, pero sus características no pueden generalizarse al resto de las células de una planta, meristemáticas o adultas, y menos aún a las de los muy diversos organismos llamados imprecisamente vegetales.

ESTRUCTURA CELULARI. PARED CELULAR:

A. Pared primaria C. Laminilla media

B. Pared secundaria D. Plasmodesmos

E. Depresiones simples y con borde.

II. PROTOPLASTO

A. Citoplasma:

1. Membrana plásmica o Plasmalema

2. Sistema de endomembranas

a. Retículo Endoplasmático (R.E. Liso y rugoso)

b. Aparato de Golgi

c. Envoltura nuclear

d. Membrana vacuolar (Tonoplasto)

e. Microcuerpos: Glioxisomas y Peroxisomas.

f. Esferosomas y cuerpos proteínicos

3. Citioesqueleto:a. Microtúbulos c. Otros materiales proteicosb. Microfilamentos

4. Ribosomas: 5. Mitocondrias6. Plastidios: a. Plastidios inmaduros c. Cloroplastos

b. Leucoplastos d. Cromoplastos

7. Citosol

B. Núcleo: 1. Nucleoplasma 2. Cromatina. 3. NucleoloC. VacuolasD. Sustancias ergásticas1. Cristales 3. Gránulos de almidón2. Grasas y aceites 4. Cuerpos proteínicos.

E. Flagelos y cilios

ESTRUCTURA CELULAR

I. PARED CELULAR: A. Pared primaria: Aprox. ¼ de celulosa, mide de 1 a 3 µm de espesor. (Materias pécticas, hemicelulosas, extensinas y celulosa)

B. Pared secundaria: Aprox. ½ de celulosa + ¼ delignina puede tener 4 µm de espesor o más. (Celulosa,

hemicelulosas (muy pocas), extensinas (muy pocas) y ligninas (sólo en algunas paredes: traqueideas, fibras de xilema, esclereidas, suberina…))C. Laminilla media: Capa cementante entre células(mayormente de pectina).D. Plasmodesmos: Hilos de membranas plásmica que penetran la pared; entre 30 a 100 µm de diámetro.E. Depresiones simples y con borde.

PARED CELULAR Composición Química: Formada por moléculas complejas. La pared celular

primaria está conformada por polisacáridos (90%) y glicoproteínas (10%). Polisacáridos : Formados de 12 tipos de monosacáridos: d-glucosa l-arabinosa d-acido galacturónico d-galactosa d-xilosa d-acido glucorónico d-manosa d-apiosa l-ácido acerico l-fucosa l-rhamnosa ácido 3-deoxi-D- mano-octulosonico (KDO)

Tipos de Polisacáridos: Son de 2 tipos la celulosa y las hemicelulosas. La celulosa es sintetizada a nivel de la m. plasmática por un complejo

terminal. Las hemicelulosas son sintetizadas a nivel del retículo y del aparato de Golgi: celulosa homogalacturaonanos arabinanos xiloglucanos rhamnogalacturonano I galactanos xilanos rhamnogalacturonano II arabinogalactanos -glucanos apiogalacturonano residuos ferulados de arabinosa y galactosa

La pared celular es una capa rígida que se localiza en el exterior de la membrana plasmática en las células de bacterias, hongos, algas y plantas. La pared celular protege los contenidos de la célula, da rigidez a la estructura celular, funciona como mediadora en todas las relaciones de la célula con el entorno y actúa como compartimiento celular. La pared celular se construye de diversos materiales dependiendo de la clase de organismo. En las plantas, la pared celular se compone sobre todo de un polímero de carbohidrato denominado celulosa, un polisacárido, y puede actuar también como almacén de carbohidratos para la célula. En las bacterias, la pared celular se compone de peptidoglicano. Entre las archaea se presentan paredes celulares con distintas composiciones químicas, incluyendo capas S de glicoproteínas, pseudopeptidoglicano o polisacáridos. Los hongos presentan paredes celulares de quitina, y las algas tienen típicamente paredes construidas de glicoproteínas y polisacáridos. No obstante, algunas especies de algas pueden presentar una pared celular compuesta por dióxido de silicio. A menudo se presentan otras moléculas accesorias integradas en la pared celular..

COMPONENTES DE LA PARED CELULAR

II. PROTOPLASTOFormado por el citoplasma + núcleo. A. Citoplasma: 1. Membrana plásmica: 0.01 µm de espesor. 2. Sistema de endomembranas:

a. Reticulo endoplasmático (RM): 0.0075 µm espesor cada membrana, las cisternas con dos membranas tienen diferente espesor.b. Aparato de Golgi: Consta de Dictiosomas;

tiene un diámetro de 0.5 a 2 µm. Las membranas tienen 0.0075 µm de espesor.c. Envoltura nuclear: Dos membranas, entre

0.025 a 0.075 µm de espesor.

RETICULO ENDOPLASMÁTICO (R.E.)

Síntesis de proteínas, transporte de enzimas (por secreción) y otras proteinas

Retículo endoplasmático liso (REL)

Retículo endoplasmático Rugoso (RER)

Síntesis de lípidos (Fosfolípidos, aceites y esteroides)Metabolización de carbohidratosDetoxificación.

Síntesis de proteínas de membranaSíntesis de poli péptidosSíntesis de fosfolípidosSecreción de enzimas hidrolíticas.

El RER está más próximo al núcleo y está asociado a ribosomas. El REL está más alejado

del núcleo y no está asociado a ribosomas.

Sistema o aparato de Golgi Función: Modificación química de los productos del

retículo endoplásmatico.

Contribuye el crecimiento del plasmolema y transporta materiales hacia la pared celular.

Modificación química de los productos del retículo endoplásmatico

Membrana nuclear: Membrana externa e

interna

d. Membrana vacuolar (Tonoplasto): 0.0075 µm de espesor.

e. Microcuerpos: de 0.3 a 0.5 µm de diámetro. Como los Glioxisomas (Degradan grasas) y Peroxisomas: Son inclusiones del citoplasma y están delimitadas por una membrana simple. No presentan membrana interna (Degrada Acido glicólico).

f. Esferosomas y cuerpos proteínicos: De 0.5 a 2.0 µm de diámetro; están rodeados por media membrana.

PEROXISOMAS

3. Citioesqueleto: (Participa en la formación de la pared celular y en la motilidad celular ()

a. Microtúbulos: de 0.024 a 0.025 µm, el centro tiene 0.012 µm.

b. Microfilamentos: De 0.005 a 0.007 µm de espesor.

c. Otros materiales proteicos

4. Ribosomas (polirribosamas o polisomas): De 0.015 a 0.025 µm de diámetro, formado por ARNr y proteínas ribosomales Síntesis de proteínas

5. Mitocondrias: Con membrana delimitada, de 0.5 a 1.0 µm de largo por 1 a 4 µm de ancho.

MITOCONDRIAS

Contiene ADN circular, ARN y ribosomas; por sus grandes dimensiones que presenta en sus dos membranas y la matriz, las enzimas necesarias para la respiración Celular, proceso por el cual se obtienen energías para el trabajo celular a partir de las moléculas nutritivas. Es probable que se realiza mas de 50% del metabolismo celular.

6. Plastidios: Orgánulos con membrana delimitada.a. Plastidios: Plástidos inmaduros.b. Leucoplastos: Plástidos incoloros; Amiloplastos (Con gránulos de almidón a veces proteínas llamadas proteinoplastos), Oleoplastos (contienen grasas), Etioplastos y otros que almacenan alimentos.c. Cloroplastos: De 2 a 4 µm de espesor y de 5 a 10

µm de diámetro; pueden contener almidón.d. Cromoplastos: A menudo de color amarillos, rojos,

anaranjados y de otros colores.7. Citosol: Fluído donde se encuentran suspendidas la

mayoría de las estructuras mencionadas.

GRANOS DE ALMIDON EN: ARROZ Y MAIZ

Estructura de las células eucarióticasOrgánulos energéticos: mitocondrias y cloroplastos

Una gran superficie de membranas favorece la creación de gradientes electroquímicos

Cadena respiratoria mitocondrial Aparato fotosintético cloroplastidial

B. Núcleo: De 5 a 15 µm o más de diámetro

1. Nucleoplasma: Substancia granular y fibrilar del núcleo.

2. Cromatina: Cromosomas que se hacen visibles durante la división celular.

3. Nucleolo: De 3 a 5 µm de diámetro.

C. Vacuolas: De inexistentes al 95% del volumen celular, a veces incluso más. Participa en la turgencia y forma, en la acumulación y almacenamiento (sales, azúcar, aa, etc.)

El nucleo es el centro de control en la célula eucariotica y en él tienen lugar procesos tan importantes como la autoduplicación del DNA o replicación, antes de comenzar la división celular, y la transcripción o producción de los distintos tipos de ácidos ribonucléicos (RNAs), que servirán para la síntesis de proteínas

Vacuolas: Paticipa en la turgencia y forma, en la acumulación y almacenamiento (sales, azúcar, aa, etc.)

D. Sustancias ergásticas: Inclusiones de materiales relativamente puros, frecuentes en plastidios o vacuolas; tenemos:

• Cristales como los oxalatos de calcio• Taninos.• Grasas y aceites (Oleoplastos o glóbulos lipídicos).• Gránulos de almidón (Amiloplastos y en

cloroplastos.• Cuerpos proteínicos.

E. Flagelos y cilios: De 0.2 µm de espesor y de 2 a 150 µm de longitud.

CELULAS OBSERVADAS AL MICROSCOPIO

CELULA DEL CATAFILO DE CEBOLLA

Vacuola

Pared Celular

Cloroplasto