NMV Tema 03 Relaciones hídricas de la célula (2014)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 2º curso
Asignatura Nutrició i metabolisme vegetal
Año del apunte 2014
Páginas 5
Fecha de subida 02/02/2015 (Actualizado: 30/03/2015)
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Apunts de la professora Charlotte, al curs 2013/14

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Nutrició i Metabolisme Vegetal 2n curs Biologia UAB Tema 3.- Relaciones hídricas de la célula Terminología, potencial hídrico, componentes del potencial hídrico, características Potencial hídrico El agua actúa como vehículo de reacciones por su polaridad. Da cohesión y adhesión. El agua es líquida entre 0 y 100ºC. Hay que tener en cuenta que el agua es un hidruro, igual que lo son NH3, HS2, etc y éstos se presentan en forma de gas en la temperatura que permite la vida. Es por eso que es especial y que es un disolvente único.
Tiene un alto calor específico (Cantidad de energía que hay que usar para que su temperatura aumente en 1ºC), eso hace que tenga una fuerte inercia térmica (hace falta mucho tiempo para que el agua cambie de temperatura, como pasa con los climas de costa). Como más del 80% de la planta es agua, eso la ayuda a soportar los cambios de temperatura, porque como las plantas son poiquilotermas es el único método que tienen de no morir congeladas o de calor tan fácilmente).
El agua tiene un alto valor de vaporización: eso significa que el paso de líquido a gas consume energía, lo que provoca que la superficie sobre la que se encuentra el agua se refrigera. Las plantas, con su transpiración, se benefician de ese refrigerio.
En resumen, el agua actúa como disolvente, como agente de regulación térmica, mantiene la turgencia celular y hace de vehículo para que se produzcan las reacciones químicas celulares.
Para entender cómo las plantas manejan el agua hay que saber el concepto de potencial hídrico (Ψ). Éste concepto deriva del de potencial químico (μ), que es la energía útil para realizar un G = H - TS trabajo.
Donde G es energía libre de Gibbs, H es entalpia, T es temperatura, S es entropía Como no podemos saber exactamente la energía de un sistema (G) pero sí su variación, nos atendemos a la fórmula: ΔG = ΔH - T·ΔS Cuando ΔG<0 es espontáneo (se hace solo) y ΔG>0 hay que aportar energía.
Lo mismo pasa con el potencial eléctrico (μ): sabemos su variación respecto a un estándar (μ*).
El valor de μ será cuánto difiere de ese estándar. Los componentes que varían con el potencial eléctrico son: a mayor temperatura, más energía; y a mayor concentración, más energía.
Nutrició i Metabolisme Vegetal μ = μ* - RT ln [] + Vi · P + z · FE 2n curs Biologia UAB Donde Vi es el volumen molar parcial, F es Faraday, E es el potencial eléctrico, R es una constante, Z es (?). A más T, P y V, más alta es la energía.
Si la sustancia es un ion con carga atraerá otros iones. Así, la fórmula de potencial químico de una sustancia cualquiera es: μ = μ* - RT ln [] + Vi · P + z · FE + mgh 𝑷𝒐𝒕 𝒉í𝒅𝒓𝒊𝒄𝒐 = μ ∗ −𝛍(𝛍𝛍𝛍𝛍) 𝛍𝛍𝛍𝛍 𝛍 𝛍𝛍𝛍 = +𝛍+ 𝛍𝛍 𝛍𝛍 𝛍𝛍 Si sustituimos la segunda fracción por -π-τ y m/V = δ ( π= presión osmótica y τ= presión matricial): 𝛍𝛍 = Ψ = -π -τ + P + δ·h·g 𝛍(𝛍𝛍𝛍𝛍) Esta misma fórmula expresada completamente en potenciales es: Ψ= Ψosmotico + Ψmatricial +Ψpresion + Ψgravedad En el sistema celular de una planta lo que más importancia tiene es el potencial osmótico.
Cuando el agua es pura el potencial hídrico de la planta es 0, pero como en la naturaleza el agua no es pura, es menos que 0. Cuanto más soluto haya, más negativo se hace el potencial hídrico (porque más negativo es el potencial osmótico).
El potencial de presión es importante porque es lo que hace referencia a la presión de turgencia de las plantas entre el potoplasto y la pared celular. Cuando más alto sea el potencial de presión más alto será el potencial hídrico. Será cercano a cero (consideramos cero el valor teórico máximo que puede alcanzar el potencial hídrico o Ψ).
El potencial matricial (el que hace referencia a la capilaridad) es muy pequeño en al célula de la planta respecto a los potenciales de presión y osmótico. Es tan pequeño que no tiene relevancia, igual que pasa con el potencial de gravedad. Después de todo, podemos definir que: Ψ= Ψo + Ψp Donde el primero siempre será un valor negativo, y el otro positivo Si tenemos agua pura su Ψ = 0. Con agua normal sabemos que está alrededor de los -0’05 MPa.
Nutrició i Metabolisme Vegetal 2n curs Biologia UAB Teniendo en cuenta que el movimiento espontáneo siempre va de Ψ mayor a Ψ menor, y sabiendo que la planta tiene un Ψ más negativo que el agua, es normal que la planta capte el agua del suelo.
Cuando el agua está en el suelo hay un factor que varía, y es que los componentes tienen una capilaridad que hay que tener en cuenta. En la arena hay plantas que no pueden coger el agua (como pasa en la playa) porque el potencial hídrico del suelo es muy bajo por la sal. Cuanta Ψsuelo =elΨosmotico + menos sal haya más difícil será que la planta absorba agua.
Ψmatricial Considerando el potencial hídrico del agua en su fase de vapor: Ψvapor = RT ln (HR/100) donde HR es humedad relativa del ambiente.
El potencial hídrico máximo seria con 100% de HR, porque el ln1=0). El logaritmo neperiano de una fracción tiende muy fácilmente a convertirse en un valor negativo, con lo que el agua de la atmósfera tendrá un potencial hídrico menos que la planta. Del suelo a la planta va espontáneamente, y de la planta a la atmósfera también. Si no existieran estos mecanismos de potencial hídrico, las plantas se secarían por completo como pasa con la ropa tendida.
Componentes de potencial hídrico con células en medios diferentes En un medio hipotónico el potencial hídrico del medio es mayor que el potencial hídrico de la célula, por lo que el agua irá del medio a la célula. Al entrar el agua, el potencial de presión de la célula sube y hace aumentar el potencial hídrico de la célula. El agua sigue entrando hasta que el potencial hídrico del medio y el de la célula se equiparan. El potencial osmótico aumenta porque hay menos concentración de soluto (será un valor menos negativo). La diferencia entre un glóbulo rojo y una célula vegetal es que la segunda tiene pared y por eso no explotaría nunca.
Al no tener pared que ejerza presión no pararía de entrar agua al glóbulo rojo. En el momento en que el potencial de presión sea igual a - el valor de potencial osmótico deja de entrar agua.
En ese momento el potencial hídrico de la célula es cero.
En un medio hipertónico el potencial hídrico del suelo es menor que el del agua, con lo que el agua sale de la célula. A causa de esto, bajan los potenciales hídricos de presión, osmótico y, finalmente, el potencial hídrico de la célula. Este sigue bajando hasta que se igualen los potenciales hídricos del agua y de la célula o que la célula se deshidrate y muera. En ese caso el potoplasto se separa de la pared y no hay el potencial de presión es cero. En ese caso el potencial hídrico es igual al potencial osmótico.
Nutrició i Metabolisme Vegetal 2n curs Biologia UAB En un medio isotónico sale entra la misma cantidad de agua porque el potencial hídrico del medio ya está igualado al de la célula.
Diagrama de Höffler El diagrama describe los parámetros descritos cuando pasamos por medios de diferente tonicidad. Aunque antiguamente se describió con Bares, hoy día se usan los MPa como unidad de medida.
Se ven la presión osmótica y la presión hidrostática en una célula que recibe o pierde agua dependiendo de si lo leemos de derecha a izquierda o al revés). En caso de que lo leamos aceptando que la célula acepta agua, el volumen aumenta un poquito. La presión sube hasta el punto en que se encuentran la curva de incremento de presión con la de disminución de la presión osmótica. (Ψp = -Ψo). Si lo leemos de derecha a izquierda, los solutos se van disolviendo y va bajando la presión.
El diagrama no contempla los cambios dados por la elasticidad de la pared celular. Si la tenemos en cuenta, se disminuye un poco la presión real porque la pared reajusta un poco el volumen celular para que quepa más agua (lo mismo a la inversa).
La célula actúa como un osmómetro. En este tenemos un compartimento con agua pura dentro de otro compartimento como agua natural. El agua entra a través de la membrana permeable que los separa y eso aumenta la presión, haciendo aumentar el mercurio. La célula vegetal tiene un espacio externo con poca concentración de solutos, y en el interior hay muchos solutos osmóticamente activos. El apoplasto y el simplasto se separan por una membrana que deja pasar muy controladamente los solutos y más fácilmente el agua. Al entrar agua aumenta la presión que da turgencia a la célula, que es lo que hace que la planta tenga rigidez y se aguante derecha.
Nutrició i Metabolisme Vegetal 2n curs Biologia UAB Elasticidad de la pared Donde E= módulo de elasticidad y V es el volumen en máxima turgencia de ΔP ε= ∗V ΔV la célula. A mayor es el módulo de elasticidad, menor es la elasticidad. Es decir: las células jóvenes tienen un módulo de elasticidad menor pero mucha elasticidad en su pared.
Medidas del estado hídrico  Contenido hídrico: es decir, cuánta agua hay en la planta. Esto se calcula restando peso fresco - peso seco. Depende de variables como si los estomas están abiertos o cerrados, con lo que aunque sea el más sencillo no es muy exacto.
 Contenido hídrico relativo: (contenido hídrico/ (peso de turgencia - peso seco) x100.
Donde el peso de turgencia es el peso máximo que puede adquirir una célula absorbiendo agua sin reventar.
 Potencial hídrico: Se mide por método del colorante o método densiométrico de Chardakov: pones hojas en tubos con diferente potencial hídrico y se deja unas horas para que absorba o expulse agua. Pasado el tiempo, se pone una gota de colorante con mucha precisión. El tubo en que la gota se expanda igual en todas direcciones será el tubo en el que el potencial hídrico de la planta y del agua sean iguales. Sino, huiría de la hoja o se acercaría a ella.
Otro método es la cámara de Scholander: se mete aire en la cámara hasta que sale una gota de savia hacia fuera. La presión necesaria para sacar la gota de savia es igual al potencial hídrico de la hoja con signo contrario.
 Potencial osmótico: Hay dos métodos. Uno es el de la plasmólisis incipiente; que es el momento en que el 50% de las células están plasmolisadas. Este método se basa en concentraciones externas y se observa la plasmólisis de las células. El otro es el psicómetro de termopar, que mide las variaciones de humedad relativa en una campana con una hoja.
 Potencial de presión: Se inserta un microcapilar en la célula de la planta. La presión de turgencia ejercerá una presión sobre el líquido que hay dentro del microcapilar y con esto se medirá.
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