tema III (2014)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 1º curso
Asignatura Fisiologia Vegetal
Año del apunte 2014
Páginas 6
Fecha de subida 04/11/2014
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Apuntes para todos los grados de biociencias (biomedicina, genetica, microbiologia, biologia ambiental, biologia, bioquimica, biotecnologia)

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TEMA II. Necesidades hídricas El agua es el constituyente mayoritario en el citosol y es el medio donde tienen lugar la mayoría de reacciones bioquímicas de la celula. Puede realizar la función de soporte, metabolito o de catalizador metabólico. Cuando funciona como enzima puede ser bien como hidrolasa o como enzima de ruptura.
En la fotosíntesis se produce un proceso clave: la donación de protones. El agua es realmente necesaria porque actúa como donadora de protones al romperse los enlaces que unen moléculas de agua debido a la luz captada por los pigmentos de la planta. Adquiere también una función muy importante como vía de transporte dentro de la planta, y lo hace mediante dos vías de transporte: xilema y floema. El xilema se encarga de transportar agua desde la parte más baja hasta la parte más alta, mientras que el floema recorre la planta llevando los productos sintetizados a aquellos lugares donde sea necesario, sin ser estrictamente en sentido descendente.
Cuando se transporta por la planta actúa como regulador térmico. La planta tiene estrategias para regular la temperatura y evitar que aumente o disminuya en exceso. Puesto que se mueve constantemente a lo largo de la planta, actúa como regulador. La transpiración es el proceso a través del cual la planta pierde constantemente agua a la atmosfera. La turgencia celular es un proceso por el cual el vacuola central de la celula vegetal se llena de agua para evitar que se deseque y pierda su estructura. Es muy importante para la planta, especialmente a nivel de estomas.
La disponibilidad del agua para la planta es un factor limitante, ya que su funcionamiento, termoestabilidad y resistencia estructural dependen de ella.
Estructura molecular y propiedades del agua Se trata de una molécula dipolar con estructura H:O:H y que contiene dos átomos positivos (H) y un átomo extremadamente negativo (O), lo que le permite mantener una serie de conexiones por tener los dos tipos de carga. Esta característica le hace tener una elevada constante dieléctrica, hecho que lo condiciona como un disolvente casi universal, ya que la mayoría de componentes se disuelven en agua.
La molécula de agua tiene una fuerte cohesión y adhesión a la superficie, ya que dentro de la molécula hay una enorme atracción de cargas y puede formar uniones de manera muy fácil. Esta cohesión as la tensión superficial dan lugar a un proceso muy importante que llamamos capilaridad.
COHESIÓN + ADHESIÓN + TENSIÓN SUPERFICIAL = CAPILARIDAD El agua tiene una alta resistencia a la tensión, lo que le da una capacidad para impedir la cavitación, fenómeno que implica la presencia de burbujas de agua dentro de un conducto. Es un hecho que la planta tiene que evitar, ya que podría llegar a reventar los capilares. Puesto que la molécula de agua tiene mucha tensión superficial se consigue evitar que haya espacios libres por donde pueda entrar el aire.
Otra característica importante es que tiene un elevado calor de vaporización, hecho bueno para la planta ya que se necesita aportar muchísima energía para que se evaporice, lo cual no sucede en condiciones ambientales siendo casi imposible que el agua de la planta entre en un estado de ebullición.
Por otro lado, el agua tiene un elevado calor especifico, para que aumente un grado necesita también mucha energía, lo que supone una ventaja para la planta, ya que para que aumente su temperatura necesitara un aporte masivo de energía y en condiciones normales su temperatura será estable. El agua se mantiene liquida a temperaturas fisiológicas, lo que permite que fluya y se mueva fácilmente a través de la planta.
Potencial hídrico El estado hídrico en las plantas se caracteriza mediante el potencial químico (μ0), una magnitud física que permite determinar el sentido del intercambio de agua entre diferentes partes. En fisiología vegetal se utiliza una magnitud derivada del potencial químico del agua, el potencial hídrico (ψw). Para definirlo tenemos que referirnos al potencial químico del agua, que en el caso de la planta, se encuentra en el suelo.
Ψw = μ − μ0 𝑉 El potencial hídrico es una medida de la energía libre del agua, es decir, la capacidad de realizar un trabajo tomando el trabajo ideal (μ0, trabajo realizado por un mol de agua pura) como referencia. A nivel de planta nunca tenemos agua pura, sino que tenemos sustancias en su interior que aumentan el potencial de trabajo.
Del 100% de agua que capta la planta, tan solo se utiliza un 2% y el resto sale a la atmosfera. La planta pierde prácticamente toda el agua. Nos interesa conocer su movimiento porque actúa como regulador térmico. El agua siempre se moverá desde un mayor potencial hídrico hacia un menor potencial.
El trabajo que tiene que hacer el agua lo determina el potencial hídrico. El agua sube hacia el ápice de la planta, donde el potencial hídrico es menor, y una vez allí va a la atmosfera, donde todavía es menor. El suelo está lleno de agua con un potencial hídrico elevado, en cambio en la atmosfera hay menos agua y por lo tanto menos potencial hídrico. En conjunto se crea un sistema llamado sueloplanta-medio.
El potencial hídrico lo podemos definir como: 𝛹 = 𝛹𝑠 + 𝛹𝑚 + 𝛹𝑝 + 𝛹𝑔 Potencial Osmótico (Ψs): depende enormemente de los solutos. Sera un componente negativo ya que los solutos tienden a unirse al agua y a restarle trabajo al sistema. Cuanto mayor sea el número de soluto menor será el trabajo que pueda realizar. El agua se moverá más o menos fácilmente según los solutos que contenga en su interior.
Potencial matricial (Ψm): se refiere a la actividad que las superficies donde se encuentra el agua ejercen sobre esta. En el momento en que se adhiere a la superficie, el agua pierde capacidad de trabajo, por lo que el potencial matricial será siempre un componente negativo (resta capacidad de trabajo).
Potencial de presión (Ψp): registra la presión interna en el sistema, es decir, la presion que la propia planta genera sobre ella, no se contempla la presión de la atmosfera. Puede ser negativo o positivo. Sera positivo cuando la presión radicular sea elevada. En este caso el agua que está intentando entrar y crea presión sobre el agua de la celula, provocando que las moléculas de agua se junten más y sean capaces de realizar mayor trabajo. El potencial de presión será negativo en los fenómenos de succión provocados por la transpiración. Las células de las hojas pierden agua en forma de vapor y se quedan en déficit, absorben agua de las células de costado para vencer la carencia. El proceso se perpetúa hasta llegar al xilema, donde las células contingentes succionaran agua, separándose las moléculas de estas y disminuyendo la capacidad de trabajo del agua.
Potencial gravitacional (Ψg): aumenta en negatividad con la altura, hace referencia a la fuerza que necesita el agua para ascender a las zonas más altas de la planta. Cuanto mayor es la altura, mayor efecto hace la gravedad. Sera cero a ras del suelo en condiciones estándar y a medida que aumente será más negativo ya que resta capacidad de trabajo.
La suma de todos los componentes nos da el potencial hídrico del agua, que en las plantas siempre será negativo y tiene a avanzar hacia un potencial todavía menor. El valor máximo en plantas seria cero en condiciones ideales y hablando de agua pura que se mueva dentro de la planta sin disolverse en el interior, aunque esto no sucede nunca. Sera por tanto siempre inferior a cero.
Los factores que favorecen la capacidad de trabajo (la hacen más positiva) del agua son: Reducción de solutos: al disminuir el potencial osmótico, un factor negativo, aumenta el potencial hídrico.
Temperaturas elevadas pero no muy altas: aumenta la transpiracion y por lo tanto el fenómeno de succión.
Además al calentarse disminuye la densidad del agua, haciendo que su capacidad de trabajo sea aún menor.
Los factores que disminuyen la capacidad de trabajo del agua son: Adhesión de solutos Temperaturas muy bajas.
Estados osmóticos de la celula vegetal.
En función de la concentración interna de solutos el agua se moverá en un sentido o en otro, aunque siempre desde más capacidad de trabajo hacia menos. Podemos hablar de tres estados osmóticos diferentes en una celula vegetal adulta según la concentración de solutos en el medio y el movimiento espontaneo del agua.
Medio Hipertónico: potencial hídrico exterior mucho más bajo que el interior, salida espontanea del agua al exterior. El potencial hídrico es mayor en el interior porque hay menos soluto que interaccione con las moléculas de agua. La vacuola pierde agua, se comienza a desecar y se separa de la pared celular y deja de presionarla. Se produce la plasmólisis. La plasmólisis incipiente es un punto en el cual el 50% de las células del tejido están plasmolizadas.
A partir de este punto el tejido ya no se puede recuperar si pierde más agua. La citorrisis es una plasmólisis extrema donde la pared celular también se deseca y si esto se mantiene en el tiempo la planta termina muriendo.
Medio Hipotónico: potencial hídrico mayor en el exterior porque hay menos solutos. El agua se mueve de manera espontánea al interior y aumenta el peso y volumen de la celula. La vacuola se amplía con agua y se aprieta con la pared celular. El caso donde las células están al 100% de agua se llama turgencia y el potencial de presión de la celula es máximo (el agua presiona contra la pared celular). En el momento en el que se da flexibilidad de la pared celular, la turgencia es la causante de que la celula crezca (creep). La pared evita que la celula explote.
Medio Isotónico: no hay un movimiento neto de agua porque los potenciales internos y externos son iguales. Esto no implica que no exista flujo de agua, siempre hay movimiento de agua pero se equilibra (flujo neto).
Diagrama de Hoffler El diagrama de Hoffler es la llave para entender los movimientos de agua en la célula. Intenta reflejar todos los estados osmóticos en los que se puede encontrar una celula vegetal. A medida que aumenta el volumen celular va entrando agua y en consecuencia aumenta la presión del sistema ejerce mayor presión sobre la pared celular. Sin embargo la presión osmótica baja porque los solutos se encontraran más diluidos y tendrán más espacio para “trabajar”, no presionaran tanto. El conjunto de cambios provocara que el potencial hídrico aumente y podemos deducirlo por dos razones: 𝜓=𝑃− 𝜋 Y porque como hemos visto anteriormente, el descenso de la concentración de solutos hace disminuir la presión osmótica, que al ser un valor negativo (resta potencial de trabajo al agua) hará aumentar el potencial hídrico. Es necesario diferenciar entre presión osmótica y potencial osmótico. La presión osmótica disminuye porque ya no presionan tanto sobre la pared celular, pero sin embargo el potencial osmótico aumenta porque las partículas se encuentran más separadas entre sí y tienen más espacio para moverse y reaccionar entre sí.
El punto máximo de presión interna marca la capacidad máxima del sistema para absorber agua y el punto de Turgencia máxima. Corresponde al punto donde coinciden la bajada de presión osmótica y el ascenso de presión física sobre el sistema.
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