APOYO GRFICO NUTRICIN VEGETAL 1 BACHILLERATO BIOLOGA Y

APOYO GRÁFICO NUTRICIÓN VEGETAL 1º BACHILLERATO BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA. UNIDAD 9

CONCEPTO DE NUTRICIÓN Y PROCESOS IMPLICADOS

La nutrición como intercambio de materia y energía. Se denomina nutrición al conjunto de procesos mediante los cuales un organismo intercambia materia y energía con el medio que le rodea. Los organismos se pueden clasificar según su tipo de nutrición. PROCESOS IMPLICADOS EN LA NUTRICIÓN ORGANISMOS AUTÓTROFOS HETERÓTROFOS Incorporan materia inorgánica del medio con la que fabrican su materia orgánica. Utilizan como fuente de materia compuestos orgánicos elaborados por otros organismos. FOTOSINTÉTICOS Obtienen la energía de la luz. • Ingestión de alimento • Digestión del alimento • Intercambio de gases • Transporte de los nutrientes • Metabolismo QUIMIOSINTÉTICOS Obtienen la energía de oxidación de compuestos inorgánicos. • Excreción

El destino de la materia orgánica Las células utilizan los compuestos orgánicos para obtener materia y energía a través de transformaciones químicas que en conjunto forman el METABOLISMO ANABOLISMO CATABOLISMO son todas las reacciones químicas en las que. . . SUSTANCIAS SENCILLAS todas las reacciones químicas en las que. . . SUSTANCIAS COMPLEJAS COMPUESTOS ORGÁNICOS COMPUESTOS MÁS SENCILLOS ENERGÍA como se utiliza para realizar ALMIDÓN CELULOSA PROTEÍNAS ENZIMAS LÍPIDOS FUNCIONES VITALES

PRINCIPALES NUTRIENTES

ELEMENTO FORMA DE ASIMILACIÓ N FUNCIÓN DEFICIENCIAS CARBONO CO 2 Forma parte de todas las moléculas orgánicas OXÍGENO O 2, H 2 O Forma parte de todas las moléculas orgánicas Principal disolvente. Reactivo en muchas reac. Metab. HIDRÓGENO H 2 O Forma parte de todas las moléculas orgánicas NITRÓGENO NO 3, NH+4 Componente de todos los aminoácidos y nucleótidos Crec. raquítico o enano. Rigidez. Esclerosis. Amarilleo temprano de las hojas. POTASIO K+ Apertura y cierre de los estomas (Cambios de potencial hídrico en células oclusivas) Dificultad en economía hídrica (sequía). Raquitismo de las hojas marchitas. CALCIO Ca+2 Regula la permeabilidad celular (pared). División celular dañada. Alteración en el crecimiento (células pequeñas) FÓSFORO PO 4 2 - Componente de nucleótidos y lípidos de membranas. Metabolismo energético y síntesis de ATP. Dificultad en procesos reproductivos (retraso en la floración). Coloración violeta de hojas y tallos. MAGNESIO Mg 2+ Componente de la clorofila y cofactor enzimático Rigidez y clorosis de las hojas adultas. AZUFRE SO 4 2 - Componente de algunos aminoácidos. Semejante al nitrógeno. CLORO Cl- En fotosíntesis, protege a los fotosistemas de componentes oxidantes producidos en fotolisis del agua. HIERRO Fe 2+ , Fe 3+ Forma parte de transportadores de e-. Interviene en la síntesis de la clorofila Clorosis, hasta coloración blanca de hojas jóvenes. COBRE Cu+, Cu 2+ Forma parte de transportadores de e- y de enzimas Clorosis de hojas jóvenes. Sequía. MANGANESO Mn 2+ Activa enzimas del catabolismo. Liberación de oxígeno en la fotosíntesis. Inhibición del crecimiento y necrosis. ZINC Zn 2+ Activa enzimas del catabolismo. Síntesis proteica (formación de auxinas) Inhibición del crecimiento. Dificultad en la floración. BORO B 3 3 - Transporte de glúcidos. Activador del crecimiento. Dificultad en el crecimiento, necrosis. Dificultad en la fructificación. MOLIBDENO Mo O 4 2 - Asimilación de nitratos. Dificultad en el crecimiento. Deformación de ramas.

LA INCORPORACIÓN DE NUTRIENTES

La incorporación de nutrientes en cormofitas Los vegetales de organización cormofítica tienen estructuras especializadas para la absorción y el transporte de los nutrientes: raíces, hojas y tallos. Luz HOJA Floema Gases atmosféricos Pelos radicales H 2 O Sales RAÍZ minerales TALLO Xilema

Estructura de la raíz y entrada de los nutrientes La estructura interna de la raíz está formada por tres capas concéntricas. Epidermis Parénquima cortical Endodermis Vía A o simplástica Absorbe el agua y las sales minerales y protege los tejidos internos. Cilindro vascular Xilema Floema Los espacios intercelulares permiten la circulación de gases. Condiciona el paso de agua y sales a través de la membrana de sus células Formado por los tejidos conductores. Tras su entrada en la raíz, el agua y las sales minerales pueden seguir dos vías diferentes: Banda de Caspari Paso de agua y sales minerales Vía A o simplástica Traspasando la membrana plasmática mediante transporte activo (sales) u ósmosis (agua) y atravesando el citoplasma de las células. Vía B o apoplástica A través de las paredes celulares y de los espacios intercelulares.

ABSORCIÓN DE AGUA Y SALES MINERALES HASTA EL XILEMA La vía transcelular (flecha roja) pasando de célula atravesando los plasmodesmos. Este transporte no es muy rentable porque cómo la concentración de sales es mayor en el interior de la planta que en el suelo, supone que es un transporte activo con un gasto energético. Así pasarán de la epidermis – córtex- endodermispericiclo y por último ingresan en los vasos que forman el xilema. El segundo camino es la vía extracelular (flecha verde), en este caso, agua y sales disueltas van atravesando los grandes espacios intercelulares de las células que forman el córtex. Pero este camino se verá frenado cuando se llegue a la endodermis porque los espacios intercelulares están sellados con unos depósitos impermeables de suberina que forman la denominada banda de Caspari. En este momento convergerán las dos vías y seguirán pasando célula a través de los plasmodesmos o punteaduras presentes en las paredes de la célula.

TRANSPORTE DE LA SAVIA BRUTA

Mecanismo de tensión-adhesión-cohesión Son un conjunto de fenómenos que provocan el ascenso de la savia bruta en contra de la gravedad. TRANSPIRACIÓN La pérdida de agua por evaporación produce una fuerza capaz de absorber el agua en la raíz y conducirla por el xilema hasta las hojas. H 2 O TENSIÓN - COHESIÓN En la ascensión del agua también interviene la capilaridad Los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua Ascenso de la permiten una savia bruta cohesión muy elevada. PRESIÓN RADICULAR Es debida a la entrada de agua del suelo a la raíz por ósmosis, ya que la concentración de solutos es mayor en las células que en el agua. Entrada de agua

EL TRANSPORTE DE LA SAVIA ELABORADA

Hipótesis de flujo por presión Explica el desplazamiento de la savia elaborada debido a un gradiente de presión entre el punto en el que penetra en el floema (fuente) y el punto en el que es extraída del mismo (sumidero). Plasmodesmos Ósmosis Azúcares FUENTE Transporte activo Agua Vasos leñosos (xilema) FUENTE Célula acompañante CÉLULAS ACOMPAÑANTES Plasmodesmos VASOS CRIBOSOS Presión hidrostática Vasos cribosos (floema) SUMIDEROS Transporte activo SUMIDERO Ósmosis Transporte activo CÉLULAS ACOMPAÑANTES

EL INTERCAMBIO DE GASES

La respiración en vegetales Los vegetales también necesitan oxígeno para realizar la respiración celular. Por ser organismos fotosintéticos también necesitan dióxido de carbono. La incorporación de estos gases no requiere un aparato respiratorio debido a: • La necesidad de oxígeno es más baja que en los animales por su menor tasa de respiración celular. • Los tejidos que se encuentran en el interior están formados por células muertas. • Entre las células de los tejidos, los gases difunden libremente debido a los espacios intercelulares. O 2 CO 2 Las estructuras especializadas en el intercambio de gases en vegetales son los estomas y las lenticelas.

Mecanismo de apertura y cierre de los estomas Es debido a los cambios de turgencia de las células oclusivas que lo forman. Estos cambios están condicionados por una combinación de diversos factores. Concentración del ión potasio (K+) La luz activa la entrada de K+ en las células. Estas captan agua por ósmosis y se hinchan, abriendose los estomas. Concentración de CO 2 y luz Hay luz La planta realiza la fotosíntesis Se consume el CO 2 Su concentración disminuye Estoma cerrado Se abren los estomas Temperatura Estoma abierto debido a la entrada de agua Sólo afecta a temperaturas elevadas. Cuando sobrepasa los 35 0 C, los estomas se cierran.

Etapas de la fotosíntesis La fotosíntesis es un proceso que se desarrolla en dos etapas: Reacciones lumínicas: es un proceso dependiente de la luz (etapa clara), requiere de energía de la luz para fabricar ATP y moléculas portadoras de energía NADPH reducido, a usarse en la segunda etapa. Ciclo de Calvin- Benson: es la etapa independiente de la luz (etapa oscura), los productos de la primera etapa mas CO 2 son utilizados para formar los enlaces C-C de los carbohidratos. Las reacciones de la etapa oscura usualmente ocurren en la oscuridad si los transportadores de energía provenientes de la etapa clara están presentes. Evidencias recientes sugieren que la enzima más importante de la etapa oscura estimulada indirectamente por la luz, de ser así el termino no sería correcto denominarla "etapa oscura". La etapa clara ocurre en la grana y la oscura en el estroma de los cloroplastos. 6 CO 2 + 12 H 2 O -->> C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 FOTOSÍNTESIS

FASE LUMINOSA La energía de la luz causa la eliminación de un electrón de una molécula de P 680 que es parte del Fotosistema II, el electrón es transferido a una molécula aceptora (aceptor primario), y pasa luego cuesta abajo al Fotosistema I a través de una cadena transportadora de electrones. La P 680 requiere un electrón que es tomado del agua rompiéndola en iones H+ y iones O-2. Estos iones O-2 se combinan para formar O 2 que se libera a la atmósfera. La luz actúa sobre la molécula de P 700 del Fotosistema I, produciendo que un electrón sea elevado a un potencial mas alto. Este electrón es aceptado por un aceptor primario (diferente del asociado al Fotosistema II). El electrón pasa nuevamente por una serie de reacciones redox, y finalmente se combina con NADP+ e H+ para formar NADPH, un portador de H necesario en la fase independiente de la luz. Electrón del fotosistema II reemplaza al electrón excitado de la molécula P 700.

FASE OSCURA La transformación del anhídrido carbónico en un compuesto orgánico se conoce como fijación del Carbono. La energía para ello proviene de la primera fase de la fotosíntesis. El Ciclo de Calvin (o de los tres carbonos) se desarrolla en estroma de los cloroplastos (¿donde ocurrirá en los procariotas? ). El anhídrido carbónico es fijado en la molécula ribulosa 1, 5 bifosfato (Ru. BP). La Ru. BP tiene 5 carbonos en su molécula. Seis moléculas de anhídrido carbónico entran en el Ciclo de Calvin y, eventualmente, producen una molécula de glucosa. La enzima que cataliza esta reacción es la Ru. BP carboxilasa (la rubisco), posiblemente la proteína mas abundante del mundo y se encuentra en la superficie de las membranas tilacoideas. La fijación del CO 2 se produce en tres fases: Carboxilativa: El CO 2 se fija a una molécula de 5 C, la ribulosa 1, 5 difosfato, formándose un compuesto inestable de 6 C, que se divide en dos moléculas de ácido 3 fosfoglicérico conocido también con las siglas de PGA Reductiva: El ácido 3 fosfoglicérico se reduce a gliceraldehido 3 fosfato, también conocido como PGAL , utilizándose ATP Y NADPH. Regenerativa/Sintética: Las moléculas de gliceraldehido 3 fosfato formadas siguen diversas rutas; de cada seis moléculas, cinco se utilizan para regenerar la ribulosa 1, 5 difosfato y hacer que el ciclo de calvin pueda seguir, y una será empleada para poder sintetizar moléculas de glucosa (vía de las hexosas), ácidos grasos, amoinoácidos. . . etc; y en general todas las moléculas que necesita la célula.

LA CAPTACIÓN DE LA LUZ

Estructura de las hojas El interior de la hoja está formado por dos tipos de tejidos: el parénquima y los tejidos conductores. Lagunar Floema En empalizada Xilema HAZ Epidermis Parénquima en empalizada Parénquima lagunar Xilema Floema Estoma ENVÉS

Pigmentos encargados de captar la luz La fase luminosa de la fotosíntesis depende de una serie de pigmentos que captan la luz. se encuentran formando los PIGMENTOS son XANTOFILAS PORFIRINA CLOROFILAS CAROTENOIDES formadas por son CLOROFILA c forman parte del CLOROFILA b CLOROFILA a COMPLEJO ANTENA FOTOSISTEMAS constan de CENTRO DE REACCIÓN contiene una molécula de FITOL

Relación entre fotosíntesis y respiración celular FOTOSÍNTESIS 6 CO 2 + 6 H 2 O + energía luminosa C 6 H 12 O 6 + O 2 RESPIRACIÓN Fotosíntesis Respiración 6 CO 2 + 6 H 2 O + energía NOCHE DÍA Fotosíntesis C 6 H 12 O 6 +6 O 2 La fotosíntesis requiere luz. La respiración celular es independiente de la luz, por lo que los vegetales consumen oxígeno durante las 24 horas del día. Respiración Respiración

FOTORRESPIRACIÓN Una de las propiedades más interesantes de la rubisco es que además de catalizar la carboxilación de la ribulosa 1, 5 bifosfato, también produce su oxigenación; proceso conocido como fotorrespiración. RUBP + O 2 + rubisco à Ácido fosfoglicérico + Glicolato. La fotorrespiración da como resultado la liberación de CO 2 , después de una serie de reacciones enzimáticas. La reacción de la carboxilación es favorecida a la oxigenación en una proporción de 3: 1; lo que indica un 33% de ineficiencia en la carboxilación. El metabolismo del glicolato requiere la participación de las mitocondrias y de los peroxisomas. Sin embargo, es en las mitocondrias donde el aminoácido glicina, producido en los peroxisomas es descarboxilado liberando CO 2. El ritmo de la fotorrespiración de las plantas C-3 es bastante elevado, siendo 5 veces superior al de la respiración en la oscuridad; lo cual es perjudicial para estas plantas. Las plantas C-4, que muestran muy poca o ninguna fotorrespiración, son considerablemente más eficientes; ya que realizan la fotosíntesis a concentraciones más bajas de CO 2 y a más elevadas tensiones de oxígeno. Las plantas C-4 son de origen principalmente tropical, habitan en condiciones de alta luminosidad y altas temperaturas. Esto les permite competir más eficientemente con las plantas C-3, al tener que cerrar los estomas para economizar agua y evitar la desecación; sin embargo pueden realizar la fotosíntesis a bajas tensiones de CO 2 , debido a que la enzima PEP-carboxilasa muestra una mayor afinidad por el CO 2 que la rubisco. La concentración de O 2 es en la atmósfera es 6. 000 veces mayor que la de CO 2, lo que favorece la fotorrespiración. . No produce ATP ni NADPH, es a todas vista un desmantelamiento del ciclo de Calvin lo cual reduce la eficiencia de la captura de anhídrido carbónico.

EXCRECIÓN VEGETAL

Eliminación de los productos de desecho • La excreción es la eliminación de excreción sustancias inservibles o perjudiciales para el organismo. • En plantas no existen sistemas especializados, la función excretora queda reducida a: • Eliminación por difusión del CO 2 sobrante • Formación de cristales de oxalato cálcico (residuo metabólico) 28 • Eliminación de sales de plantas salobres.

La excreción en los vegetales SUSTANCIAS DE DESECHO EN LOS VEGETALES GASEOSAS LÍQUIDAS DIÓXIDO DE CARBONO ETILENO SÓLIDAS OXALATO CÁLCICO LATEX RESINAS ACEITES ESENCIALES ESTRUCTURA DE BOLSAS OLEÍFERAS DÓNDE SE ALMACENAN ACEITES ESENCIALES. Célula Aceite oleífera Bolsa oleífera

Otros tipos de nutrición en plantas Aunque la nutrición típica es la autótrofa, las plantas han desarrollado algunas otras formas de nutrición. +Plantas parásitas: -Realizan fotosíntesis pero necesitan agua y sales que toman de otras plantas mediante haustorios, como el muérdago. - No realizan fotosíntesis y los haustorios llegan al floema para toma la savia elaborada, como en el caso de la cuscuta. + Plantas carnívoras: carnívoras - Pueden hacer fotosíntesis, pero al vivir en ambientes nitrogenados pobres, completan la dieta atrapando insectos. Mecanismos curiosos para atrapara a las presas. Plantas como atrapamoscas, nephentes. +Plantas simbióticas: simbióticas - forman asociaciones en beneficio mutuo - Micorrizas: entre micelios de hongos y raíces de plantas 30 - Leguminosas y bacterias género Rhizobium

FIN