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Dar una señal al potencial de presión, potencial osmótico y otras cantidades similares

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Cuando se mencionan estas cantidades, ¿con qué referencia les damos señales?

¿Por qué la presión osmótica es positiva, pero el potencial osmótico es negativo?

¿Qué pasa con la presión de turgencia (presión ejercida por el fluido protoplásmico sobre la pared celular) y la presión de la pared (presión ejercida por la pared como reacción a la presión de turgencia), qué signos les asignamos?

Lo que entiendo es que se basa en la tendencia del agua a entrar o salir del sistema que se está estudiando, pero me falta claridad sobre cómo se asignan las señales a estas diferentes cantidades. Cuando hablamos de que el suelo tiene un bajo, ¿bajo significa más negativo o significa un potencial osmótico de menor magnitud, por ejemplo?


  • Creo que ya conoces la convención de signos para calcular el potencial hídrico: la adición de solutos reduce el potencial (vector negativo), mientras que un aumento de presión aumenta el potencial (vector positivo) (otra forma de decir lo mismo sería más soluto = mas negativo.) {1} Esto es igual en todas partes.

  • Potencial de presión: El potencial de presión en una célula vegetal suele ser positivo. En células plasmolizadas, el potencial de presión es casi cero. Los potenciales de presión negativos ocurren cuando el agua se extrae a través de un sistema abierto, como un recipiente de xilema de una planta. {1} Esto significa que es negativo durante un "succión"acción, de lo contrario, es positivo.

  • Potencial osmótico (potencial de soluto): La relación entre la concentración de soluto (en molaridad) y el potencial de soluto está dada por la ecuación de Van't Hoff:

    Ψπ = −MiRTΨπ = −MiRT

(La fórmula, tenga en cuenta, tiene un signo -ve.)

Por ejemplo, cuando un soluto se disuelve en agua, es menos probable que las moléculas de agua se difundan por ósmosis que cuando no hay soluto. Una solución tendrá un potencial hídrico menor y, por lo tanto, más negativo que el del agua pura. Además, cuantas más moléculas de soluto estén presentes, más negativo será el potencial de soluto.

  • La presión de turgencia y presión de la pared: Recomiendo leer esto para una comprensión más clara.

… Esta presión real que se desarrolla dentro de dicha celda se llama presión de turgencia. Este término se puede aplicar con igual adecuación a las presiones reales que se desarrollan en sistemas osmóticos puramente físicos tales como, por ejemplo, una solución de sacarosa encerrada dentro de una membrana de colodión o celofán y sumergida en agua. Como quedará claro en la siguiente discusión, los TP en los sistemas osmóticos a veces pueden tener un valor negativo.

Cuando el TP es negativo, es decir, cuando la savia celular está bajo tensión (ver más adelante), el WP es igualmente negativo, la pared está sujeta a un tirón centrípeto debido a su adhesión a la capa protoplásmica y la masa de savia celular dentro de la célula. .

Sobre la base de principios físicos fundamentales, generalmente se considera que el WP y TP de una célula son iguales en magnitud y están dirigidos de manera opuesta. Esta situación no es difícil de visualizar para una célula en una condición de equilibrio. Sin embargo, para estados dinámicos en los que una célula gana o pierde agua, se ha cuestionado la validez de esta suposición.

{1} -https: //en.wikipedia.org/wiki/Water_potential


ESTABLECIMIENTO DE GERMINACIÓN Y PLANTALLAS

Efectos específicos de los componentes potenciales del suelo-agua mátrico y osmótico

Tanto la matriz como los componentes osmóticos del potencial suelo-agua están directamente involucrados en el movimiento del suelo-agua para germinar semillas. Las semillas sumergidas en soluciones y en suelos saturados responden igualmente a cambios iguales en estos dos componentes, siempre que sus membranas estén intactas y completamente activas. Pero en los suelos, se ha observado que pequeñas reducciones en el potencial matricial suelo-agua afectan la germinación y el desarrollo y establecimiento de las plántulas en mayor medida que reducciones iguales o incluso mayores en el potencial osmótico suelo-agua (Figura 2). Esta diferencia en la respuesta se debe a que los cambios en el área de contacto semilla-suelo y el contenido de agua-suelo que acompañan a pequeños cambios en el potencial matricial suelo-agua conducen a cambios proporcionalmente mayores en la conductividad del suelo y la difusividad al agua.

Figura 2 . (a) Germinación total de semillas de garbanzo en función del tiempo y del potencial matricial: romboides, 100 J kg −1 cuadrados 500 J kg −1 triángulos 1000 J kg −1. Semillas incrustadas en agregados de 0,25–0,50 mm de diámetro. (b) Germinación total de semillas de garbanzo en función del tiempo y del potencial osmótico del suelo-agua: romboides completos 100 J kg −1 triángulos 330 J kg −1 círculos 1000 J kg −1 y romboides abiertos 2000 J kg −1. Semillas incrustadas en soluciones osmóticas.

El potencial matricial puede afectar el hinchamiento de la semilla durante la germinación y el alargamiento de radícula o hipocótilo, por su contribución directa al estrés mecánico efectivo del suelo. En condiciones normales, las tensiones inducidas en el suelo son demasiado pequeñas para confinar las semillas, impedir su hinchazón y germinación o restringir el desarrollo de las plántulas. Pero la mala germinación observada en o cerca de suelos compactados, o cuando las semillas quedan atrapadas en un suelo que se encoge, puede atribuirse a mayores limitaciones mecánicas impuestas por el suelo, que se deben en parte al potencial matricial.


Potencial de soluto

Potencial de soluto (Ψs), también llamado potencial osmótico, es negativo en una célula vegetal y cero en agua destilada. Los valores típicos del citoplasma celular son de –0,5 a –1,0 MPa. Los solutos reducen el potencial hídrico (lo que resulta en un Ψ negativow) al consumir parte de la energía potencial disponible en el agua. Las moléculas de soluto pueden disolverse en agua porque las moléculas de agua pueden unirse a ellas a través de enlaces de hidrógeno. Una molécula hidrófoba como el aceite, que no puede unirse al agua, no puede disolverse. La energía en los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de soluto y el agua ya no está disponible para trabajar en el sistema porque está ligada al enlace. En otras palabras, la cantidad de energía potencial disponible se reduce cuando se agregan solutos a un sistema acuoso. Por lo tanto, Ψs disminuye al aumentar la concentración de soluto. Porque Ψs es uno de los cuatro componentes de Ψsistema o Ψtotal, una disminución en Ψs causará una disminución en Ψtotal. El potencial hídrico interno de una célula vegetal es más negativo que el agua pura debido al alto contenido de solutos del citoplasma (Figura 2). Debido a esta diferencia en el potencial hídrico, el agua pasará del suelo a las células de la raíz de una planta a través del proceso de ósmosis. Esta es la razón por la que el potencial de soluto a veces se denomina potencial osmótico.

Las células vegetales pueden manipular metabólicamente Ψs (y por extensión, Ψtotal) mediante la adición o eliminación de moléculas de soluto. Por lo tanto, las plantas tienen control sobre Ψtotal a través de su capacidad para ejercer control metabólico sobre Ψs.

Figura 2. Una membrana semipermeable entre dos sistemas acuosos.

En la Figura 2, el agua se moverá de una región de mayor a menor potencial hídrico hasta que se alcance el equilibrio. Solutos (Ψs), presión (Ψpag) y gravedad (Ψgramo) influyen en el potencial hídrico total para cada lado del tubo (Ψtotal derecha o izquierda), y por lo tanto, la diferencia entre Ψtotal a cada lado (ΔΨ). (Ψmetro, el potencial debido a la interacción del agua con sustratos sólidos, se ignora en este ejemplo porque el vidrio no es especialmente hidrófilo). El agua se mueve en respuesta a la diferencia de potencial hídrico entre dos sistemas (los lados izquierdo y derecho del tubo).

Pregunta de práctica

El potencial hídrico positivo se coloca en el lado izquierdo del tubo aumentando Ψpag de manera que el nivel del agua suba por el lado derecho. ¿Podrías igualar el nivel del agua en cada lado del tubo agregando soluto y, de ser así, cómo?


CBSE Clase 11 Biología Capítulo 11 Transporte en plantas Materiales de estudio

En las plantas con flores, se produce un movimiento complejo de materiales en diferentes direcciones. Esto es a pesar de que las plantas no tienen ningún sistema circulatorio. El agua captada por las raíces tiene que llegar a todas las partes de la planta, hasta la punta del tallo en crecimiento, donde se desarrolla la fotosíntesis y el crecimiento. Las hojas fabrican alimentos, que deben suministrarse a todas las partes de la planta, incluidas las raíces.

Los materiales también se mueven en distancias cortas, es decir, dentro de la célula, a través de las membranas o incluso de célula a célula. Las sustancias transportadas son agua, minerales, nutrientes, nutrientes orgánicos y reguladores del crecimiento de las plantas. En distancias cortas, las sustancias se mueven por difusión y flujo citoplásmico complementado por transporte activo, mientras que el transporte a larga distancia tiene lugar a través del xilema y el floema y se denomina translocación.

Tema 1 Transporte y relaciones hídricas entre plantas

En las plantas enraizadas, el transporte de agua y minerales en el xilema es unidireccional (raíces a tallos). Sin embargo, la translocación de nutrientes orgánicos e inorgánicos es multidireccional. Los compuestos orgánicos sintetizados en las hojas se transportan a todas las partes, incluidos los órganos de almacenamiento.
Los órganos de almacenamiento luego reexportan estos compuestos orgánicos cuando es necesario. También se extraen nutrientes importantes de las partes de la planta que experimentan la senescencia y se suministran a las partes en crecimiento. Las hormonas y los reguladores del crecimiento de las plantas están presentes en cantidades muy pequeñas y, a menudo, se transportan de manera polarizada (unidireccional).
Medios de transporte
El transporte en planta es un fenómeno importante. Puede ser unidireccional o bidireccional. Existen principalmente tres métodos importantes de transporte de materiales dentro y fuera de las células, es decir, difusión, difusión facilitada y transporte activo. Estos procesos se detallan a continuación.
1. Difusión
Es un proceso físico en el que se produce el transporte pasivo de moléculas de disolvente o iones de soluto sin gasto de energía. Es un proceso lento e independiente del sistema vivo. Durante el proceso, las moléculas o iones fluyen de forma aleatoria desde la región de mayor concentración a la región de menor concentración, ya sea un gas, un líquido o un sólido. La tasa de difusión se ve afectada principalmente por
(a) Gradiente de concentración de sustancia en difusión.
(b) Permeabilidad de la membrana que los separa.
(c) Temperatura
(d) Presión
(e) Densidad
Nota:
* La tasa de difusión está inversamente relacionada con la raíz cuadrada de la densidad relativa de la sustancia en difusión. Esto se conoce como ley de difusión de Graham.

* La difusión es un fenómeno muy importante en las plantas ya que es el único medio de transporte de gases en ellas.
* La tendencia de diferentes sustancias a difundirse según sus propias presiones o concentraciones parciales se denomina difusión independiente.
2. Difusión facilitada
Un gradiente de concentración favorable de moléculas es esencial para la difusión. La velocidad de difusión depende del tamaño de las sustancias, es decir, cuanto más pequeña es la sustancia, más rápido se difundirá y de su solubilidad en los lípidos (constituyentes principales de la membrana), es decir, cuanto más soluble sea la sustancia en lípidos, más rápido lo hará. difunden a través de la membrana.
El transporte de sustancias (que tienen un contenido hidrófilo) se ve facilitado por las proteínas de transporte. Estas proteínas no crean ningún gradiente de concentración por sí mismas, ya está presente un gradiente de concentración.
Este proceso se llama difusión facilitada. La difusión facilitada no permite el movimiento neto de moléculas de una concentración baja a una alta porque requerirá un aporte de energía. La tasa de transporte finalmente alcanza el máximo cuando se utilizan todos los transportadores de proteínas.
La difusión facilitada es muy específica, es decir, permite la absorción solo de sustancias seleccionadas.

Hay dos tipos diferentes de proteínas de transporte, es decir, proteínas transportadoras y proteínas de canal. Las proteínas transportadoras se unen al soluto particular que se va a transportar y lo entregan al otro lado de la membrana.
Las proteínas del canal forman canales en la membrana celular para que las moléculas puedan transportarse fácilmente. Esto se llama difusión facilitada mediada por canales. De estos canales, algunos permanecen siempre abiertos mientras que los demás están controlados. Las proteínas transportadoras grandes, que crean enormes poros en las membranas externas de los plástidos, las mitocondrias y las bacterias para cruzar una variedad de moléculas hasta del tamaño de proteínas pequeñas, se denominan porinas.
Durante el transporte, la molécula extracelular se une a la proteína de transporte que luego gira hacia la matriz intracelular y libera la molécula dentro de la célula, por ejemplo, canales de agua compuestos por ocho tipos diferentes de acuaporinas.
Nota:
Las acuaporinas son proteínas de membrana para el transporte pasivo de agua. Mejoran la velocidad de transporte de agua a través de la membrana sin alterar la dirección de transporte.
Symports y Antiports pasivos
En relación con la difusión facilitada, algunas proteínas transportadoras o portadoras permiten el movimiento de moléculas solo si dos moléculas se mueven juntas. Este tipo de movimiento se conoce como co-transporte.
Puede ser de los siguientes tres tipos
una. Symport
En este, ambas moléculas atraviesan la membrana en la misma dirección.
B. Antiport
En esto, ambas moléculas atraviesan la membrana en direcciones opuestas.
C. Uniport
En este tipo, las moléculas se mueven a través de una membrana independientemente de cualquier otra molécula.

3. Transporte activo
El transporte activo utiliza energía en forma de ATP para bombear moléculas o iones contra un gradiente de concentración (es decir, transporte cuesta arriba de baja concentración a alta concentración). Esto lo llevan a cabo las proteínas transportadoras de la membrana plasmática. “Cuando los transportadores se saturan o se agotan, la tasa de transporte alcanza su nivel máximo.
Estas proteínas transportadoras son muy específicas para transportar proteínas. la membrana. Los iones, una vez transportados dentro de la membrana, no pueden regresar al espacio exterior. Mientras que la proteína transportadora vuelve a su estado original para recoger un nuevo ion o una molécula. Estas proteínas transportadoras son muy sensibles a los inhibidores u otras sustancias, que tienen la propiedad de reaccionar con las cadenas laterales de las proteínas.
Comparación de diferentes procesos de transporte
Fuera de los mecanismos de transporte discutidos anteriormente, la difusión (facilitada o no) tiene lugar a lo largo de un gradiente de concentración sin la utilización de energía. Sin embargo, tanto la difusión facilitada como el transporte activo están mediados por proteínas de membrana.
Los transportadores de proteínas son de naturaleza altamente selectiva, propensos a saturarse, responder a inhibidores y están bajo regulación hormonal.
Comparación de diferentes procesos de transporte

Relaciones entre plantas y agua
Antes de comentar cómo se produce la absorción y el transporte de agua en las plantas. Es necesario comprender algunos datos básicos sobre el agua. Sin el suministro constante de agua, la planta no podría realizar ninguna de sus actividades fisiológicas.
Algunas funciones útiles del agua se dan a continuación.
(i) El agua transporta los nutrientes del suelo a las plantas.
(ii) El agua actúa como un componente principal de todas las células vivas, es decir, un medio en el que todas las sustancias se disuelven y experimentan varios tipos de reacción, por ejemplo, el protoplasma de las células no es más que agua que contiene varias moléculas diferentes o partículas en suspensión.
(iii) Actúa como un excelente solvente y también actúa como sistema de enfriamiento en plantas.
(iv) Toda planta, ya sea herbácea o leñosa, consta de agua, pero su cantidad varía, por ejemplo, la planta herbácea tiene un 10-15% de su peso fresco, ya que la sandía de materia seca tiene un 92% de agua, mientras que las plantas leñosas tienen relativamente muy poca agua.
(v) También actúa como un componente principal de las semillas (para su supervivencia y respiración) aunque parecen secas.
(vi) Actúa como un factor limitante para el crecimiento y la productividad de las plantas tanto en ambientes agrícolas como naturales debido a la alta demanda de agua por parte de las plantas.
Nota:
* Una planta de maíz madura absorbe casi tres litros de agua en un día, mientras que una planta de mostaza absorbe agua equivalente a su propio peso en aproximadamente 5 horas.
* Las plantas terrestres absorben una gran cantidad de agua al día, pero la mayor parte se pierde al aire a través de la transpiración (es decir, la evaporación de las hojas).
* Comprender la relación del agua de la planta, una comprensión de los términos estándar de acción como el potencial hídrico, el potencial de solutos, el potencial de presión, etc.
Potencial de agua
El potencial es la forma de representar la energía libre. Todos los organismos vivos necesitan energía libre para crecer, mantener el metabolismo y reproducirse. Como las moléculas de agua poseen energía cinética, están en movimiento aleatorio (tanto en forma líquida como gaseosa) que es rápido y constante.
Por tanto, el potencial hídrico es la diferencia entre la energía libre de las moléculas de agua en agua pura y la energía del agua en cualquier otro sistema. Se denota por (psi) y se expresa en unidades de presión, es decir, pascales (Pa). Cuanto mayor sea la concentración de agua en un sistema, mayor será su energía cinética o potencial hídrico, es decir, el agua pura tendrá el mayor potencial hídrico.
La mejor manera de expresar el movimiento espontáneo del agua de una región a otra es en términos de diferencias en la energía libre del agua entre dos regiones, es decir, una con la energía más alta a otra con la energía más baja.
Por lo tanto, el agua se moverá del sistema que contiene agua con mayor potencial al que tiene menor potencial (pendiente abajo). Por lo tanto, este movimiento del agua se llama difusión.
Nota:
* El término potencial hídrico fue utilizado por primera vez por Slatyer y Taylor.
* Por convención, el potencial hídrico del agua pura a temperaturas estándar, que no está bajo ninguna presión, se considera cero.
* El potencial hídrico siempre se considera como la tendencia del agua a salir de un sistema.
Potencial de soluto
La magnitud en la que se reduce el potencial hídrico debido a la presencia de un soluto en agua pura se conoce como potencial de soluto. Cuando un soluto o alguna sustancia se disuelve en agua pura, la concentración de agua disminuye y la solución tendrá menos agua libre. Infiere que la presencia de partículas de soluto en el agua reduce la energía libre del agua, por lo que el potencial hídrico también disminuye.
El potencial de soluto se denota por J / S y siempre es negativo (o tiene un valor menor que cero). Por eso,
Más número de moléculas de soluto = menor potencial de soluto (más - ve).
A presión atmosférica para una solución.

Potencial de presión
Si se aplica una presión superior a la presión atmosférica al agua pura o una solución (que contiene soluto), el potencial hídrico aumenta. Esto equivale a bombear agua de un lugar a otro, como la acumulación de presión de nuestro corazón para la circulación de la sangre en el cuerpo.
Cuando el agua entra en una célula vegetal por difusión, se vuelve turgente debido a la acumulación de presión contra la pared celular en un sistema vegetal. Esto conduce a un aumento del potencial de presión. Suele ser positivo conocido como presión de turgencia y se denota por fp. La pérdida de agua durante la transpiración produce una presión o tensión hidrostática negativa en el xilema. Esto es muy importante en el transporte (Asent de savia) a largas distancias en plantas.
El potencial hídrico se ve afectado tanto por el potencial de soluto como por el potencial de presión.

Ósmosis
Una célula vegetal está rodeada tanto por la pared celular como por la membrana celular. La pared celular es libremente permeable, es decir, no actúa como una barrera para el movimiento del agua y otras sustancias.La membrana celular y la membrana de la vacuola, el tonoplasto, son responsables de la determinación de agua u otras moléculas dentro o fuera de la célula.
La gran vacuola central y su contenido (savia vacuolar) contribuyen al potencial de soluto de la célula.
La ósmosis puede definirse como el movimiento neto de moléculas de disolvente (moléculas de agua) a través de una membrana diferencial o semipermeable.
La ósmosis se produce de forma muy espontánea en respuesta a una fuerza impulsora.
El movimiento del disolvente, en ósmosis, se produce debido a las diferencias de potencial hídrico en dos lados, es decir, el agua se moverá de una región de mayor potencial químico a una región de menor potencial químico hasta que se alcance el estado de equilibrio.
La dirección neta de las moléculas y la tasa de ósmosis depende de dos factores
(i) Gradiente de presión
(ii) Gradiente de concentración.
La ósmosis es un proceso pasivo y no requiere ningún aporte de energía. El descubrimiento de la ósmosis fue realizado por Pfeffer.
Ilustración de ósmosis
El fenómeno de la ósmosis se puede entender fácilmente sobre la base del diagrama que se muestra a continuación.

Sobre la base de esto se hacen las siguientes observaciones
(i) La solución en la cámara B tiene un potencial hídrico menor (ya que contiene más partículas de soluto
que A).
(ii) La solución en la cámara A tiene un potencial de soluto más bajo (ya que tiene menos partículas de soluto que la cámara B) y la cámara B tiene un potencial de soluto más alto (ya que contiene partículas de soluto alto y menos solvente, es decir, agua).
(iii) La ósmosis tiene lugar desde la cámara A - & gt B porque, como se explicó anteriormente, la ósmosis siempre ocurre desde su región de mayor potencial químico a una región de menor potencial químico.
No se debe confundir con el movimiento del solvente (agua) y el movimiento del soluto (agua + partículas de soluto) ya que el soluto siempre se mueve de una región de menor concentración a una mayor concentración y viceversa en el caso del solvente.
(iv) En equilibrio, ambas cámaras tendrán el mismo potencial hídrico (es decir, ni A ni B tendrán un potencial hídrico menor o mayor).
Nota:
Endosmosis y exosmosis La entrada de disolvente (agua) a una célula desde el exterior cuando se coloca en agua destilada se denomina endosmosis en la que las células se hinchan debido a la entrada de agua y se vuelven turgentes.
Por otro lado, el flujo de agua hacia afuera de la célula cuando se coloca en una solución hipertónica como una solución de azúcar, la célula tiende a encogerse y se vuelve flácida. Este flujo de agua en solución hacia afuera se llama exosmosis.
El experimento del embudo
Este es otro experimento, que se realiza en el laboratorio a través del cual se puede demostrar fácilmente el fenómeno de la ósmosis.
Los siguientes pasos se realizan durante este experimento
(a) Se toma un vaso de precipitados y se llena con agua pura.
(b) Se llena un embudo con solución de sacarosa y se mantiene invertido en un vaso de precipitados que contiene agua (se anota el nivel).
(c) El embudo invertido se separa del agua pura a través de una membrana semipermeable.
(d) El nivel de la solución de sacarosa subirá al embudo a medida que el agua se mueva hacia el embudo como se muestra en la figura (a).
(e) El agua continuará moviéndose hasta que se logre un estado de equilibrio.
Si la sacarosa se difunde a través de la membrana, el equilibrio no se alcanzará nunca, porque para el estado de equilibrio, la concentración o el potencial de gradiente deben ser iguales en ambas cámaras, es decir, embudo y vaso de precipitados.
(f) Se aplica presión externa desde la parte superior del embudo como en la figura (b) para detener el movimiento del agua hacia el embudo a través de la membrana.

Diferencias entre difusión y ósmosis

Importancia de la ósmosis
La ósmosis es útil de muchas formas, como se indica a continuación.
(i) Ayuda a mantener la turgencia celular.
(ii) Desempeña un papel vital en el movimiento de los estomas durante la transpiración.
(iii) Ayuda en el movimiento de líquidos a través de las membranas biológicas.
(iv) También tiene efectos sobre la absorción de agua por las raíces.
Presión osmótica
Es esa presión de una solución, que debe aplicarse a la solución para permitir el paso del solvente debido a la ósmosis. Esta es también la función de la concentración de soluto, es decir, cuanto mayor sea la concentración de un soluto, mayor será la cantidad de presión aplicada para evitar que el agua se difunda. La presión osmótica es numéricamente igual al potencial osmótico o soluto, pero el potencial osmótico tiene un signo negativo, mientras que la presión osmótica es siempre una presión positiva.

La presión osmótica de una solución depende en gran medida de la relación entre el número de partículas de soluto y disolvente presentes en una solución dada.
Nota:
* El instrumento utilizado para medir la presión osmótica se llama osmómetro, por ejemplo, osmómetro de Berkeley y Hartleys.
* La ósmosis inversa es la expulsión de agua pura de la solución a través de una membrana semipermeable bajo la influencia de una presión externa, superior al OP de la solución.
Diferencias entre la presión osmótica y el potencial osmótico

Tipos de soluciones
Las células o tejidos vegetales se comportan de acuerdo con el movimiento del agua dependiendo de la solución circundante. Por lo tanto, sobre la base de la concentración de savia celular (solución celular que se encuentra en una gran cavidad central de las células de una planta viva).
Las soluciones son de los siguientes tres tipos (i) Solución isotónica Es un tipo de solución, que tiene una concentración similar a la savia celular de las células, es decir, no ocurre ningún cambio en una célula después de colocarla en solución isotónica.
(ii) Solución hipotónica Es un tipo de solución que tiene menor concentración (más diluida) que la savia celular. La célula se hincha cuando se coloca en esta solución.
(iii) Solución hipertónica Es un tipo de solución que tiene mayor concentración que la savia celular de las células. Las células se encogen cuando se colocan en una solución hipertónica.
Nota:
El término "Déficit de presión de difusión" (DPD) fue acuñado por BS Meyer en 1938. La cantidad en la que la presión de difusión de una solución es menor que la de su disolvente puro se conoce como déficit de presión de difusión.

Plasmólisis
Este fenómeno ocurre cuando el agua sale de las células y la membrana celular de una célula vegetal se contrae y se aleja de su pared celular cuando se coloca en una solución hipertónica (que tiene más concentración). Durante el proceso, la solución hipertónica causa exosmosis (movimiento hacia afuera del agua).
El agua sale primero del citoplasma y luego del vacío central. Esta extracción de agua a través de la difusión en el líquido extracelular hace que la célula se reduzca de tamaño, por lo que la célula se aleja de las paredes. Se dice que las células están plasmolizadas.
El espacio entre la pared celular y el protoplasto encogido está ocupado o llenado por la solución eterna.
Al limitar la plasmólisis, la presión de la solución externa equilibra la presión osmótica del citoplasma. Por lo tanto, durante este estado de equilibrio, cuando el flujo de agua dentro y fuera de la célula es el mismo, las células se denominan flácidas.

Deplasmólisis
El proceso en el cual la célula plasmolizada, cuando se coloca en agua pura o solución hipotónica, genera una presión de turgencia (en la cual el agua ingresa a la célula y hace que el citoplasma acumule presión contra la pared). Es principalmente responsable del agrandamiento y crecimiento extensivo de las células. Durante esta etapa, el agua ingresa debido a la endosmosis y la célula nuevamente se vuelve turgente cuando el protoplasto alcanza su forma y tamaño originales. Como la pared celular es rígida, la celda no se rompe. La presión ejercida contra la pared rígida debido a la entrada de agua por los protoplastos se denomina potencial de presión, es decir, fp.
(i) La deplasmólisis debe seguirse inmediatamente después de la plasmólisis; de lo contrario, el protoplasto celular se daña permanentemente.
(ii) El potencial de presión de una celda flácida es cero porque no hay movimiento neto de agua dentro y fuera de la celda.
(iii) La pared celular se encuentra en bacterias, hongos, algas, algunas arqueas y células vegetales (los animales y protozoos no tienen pared celular).
Diferencias entre plasmólisis y deplasmólisis

Importancia de la plasmólisis
(i) Permite que una célula vegetal pierda agua sin morir, puede encogerse o aumentar de tamaño a medida que el agua está disponible dentro de las limitaciones de la pared celular.
(ii) Se muestra mediante células vivas. Con esto podemos determinar si una célula está viva o muerta.
(iii) Ayuda a determinar la presión osmótica de las plantas.
(iv) Demuestra que la pared celular es elástica y permeable.
Bebida
Es un fenómeno especial en el que el agua o cualquier otro líquido es absorbido por las partículas sólidas (coloides) de una sustancia. Esto los lleva a aumentar enormemente de volumen. Las partículas sólidas que absorben agua o cualquier otro líquido se denominan imbibantes. El líquido que se bebe se conoce como embeber. También es un tipo de difusión porque el movimiento del agua ocurre a lo largo del gradiente de concentración como en la difusión. Durante la imbibición, las moléculas de agua se adsorben fuertemente y se inmovilizan.
Nota:
* Durante la imbibición, las moléculas de agua pierden la mayor parte de su energía cinética en forma de calor. Esto se llama calor de hidratación o calor de humectación.
* La imbibición se puede explicar y observar mejor en la absorción de agua por las semillas y la madera seca, que actúa como absorbente para absorber agua y hincharse.
Presión de imbibición
La presión desarrollada por las partículas sólidas, que adsorben agua o cualquier otro líquido cuando se sumergen en un líquido embebido puro, se llama presión de imbibición. Es debido a esta presión en las plantas que las plántulas emergen del suelo y se establecen.
Las condiciones necesarias para que tenga lugar la imbibición son
(i) La afinidad entre el adsorbente y el líquido embebido es esencial.
(ii) Gradiente de potencial hídrico entre el absorbente y el líquido embebido.
El fenómeno de la imbibición también está influenciado por varios factores como la temperatura (aumenta con el aumento de temperatura), la presión (disminuye si la presión es contra el imbibant), el pH (depende del cambio de imbibant), los electrolitos (disminuye) y la textura del imbibant (aumenta si es suelto, disminuye si es de naturaleza compacta).
Importancia de la imbibición
La imbibición juega los siguientes papeles principales
(i) Ayuda a que las plántulas salgan del suelo.
(ii) Actúa en la etapa inicial de germinación de las semillas.
(iii) Ayudas de semillas.
(iv) En tiempos más antiguos, la presión de imbibición se usaba para romper rocas y piedras.
(v) Es dominante en la etapa inicial de absorción de agua por las raíces.
Diferencias entre imbibición y difusión Difusión de imbibición

Nota:
La adsorción es propiedad de los coloides. Por lo tanto, los materiales que tienen una alta proporción de coloides son buenos imbibantes. por ejemplo, la madera es un buen embriagador ya que contiene proteínas, celulosa y almidón como sustancias coloidales.

Tema 2 Transporte de agua a larga distancia

El transporte de sustancias a larga distancia no puede tener lugar únicamente mediante el proceso de difusión. La difusión solo explica las moléculas que se mueven
corta distancia y es un proceso muy lento. Por ejemplo, el movimiento de una molécula a través de una célula vegetal típica (alrededor de 50 µm) tarda aproximadamente 2,5 segundos. A este ritmo, el movimiento de moléculas a una distancia de 1 m tomaría aproximadamente 32 años solo por difusión.
En organismos grandes y complejos, los lugares de producción o absorción y los lugares de almacenamiento están muy alejados entre sí, por lo que las sustancias que se van a transferir deben seguir un camino largo y recorrer distancias muy grandes.
Por lo tanto, se necesitan algunos sistemas especiales de transporte de larga distancia para transferir sustancias a través de largas distancias a una velocidad mucho más rápida.
El movimiento de agua, minerales y alimentos a través de largas distancias se realiza generalmente mediante un sistema de flujo másico o a granel, que funciona debido a la diferencia entre la presión de dos puntos, es decir, la fuente y el sumidero. Las sustancias, disueltas o suspendidas en solución, se transportan a la misma velocidad. Tal movimiento es diferente de la difusión donde diferentes sustancias se mueven independientemente unas de otras dependiendo de sus propios gradientes de concentración. El movimiento de flujo masivo o masivo ocurre a través de los tejidos vasculares, el xilema y el floema de las plantas. El movimiento masivo de sustancias a través de los tejidos conductores o vasculares de la planta se denomina translocación.
En general, hay dos tipos de tejidos vasculares en las plantas que son responsables de la translocación.
(i) Xilema Es responsable de la translocación del agua con sales minerales, algo de nitrógeno orgánico y hormonas principalmente de las raíces a las partes aéreas de las plantas.
(ii) Floema Es responsable de la translocación de sustancias orgánicas e inorgánicas de las hojas a otras partes de la planta. El flujo a granel puede operar debido a un gradiente de presión hidrostática positivo (como una manguera de jardín) como en el floema o un gradiente de presión hidrostática negativo (como la succión a través de una pajita) como en el xilema.
Absorción de agua por plantas
Las plantas absorben agua a través de las raíces. Sin embargo, el área de las raíces jóvenes donde tiene lugar la mayor absorción de agua y minerales es la zona del pelo de la raíz. Los pelos de la raíz son una extensión delgada de paredes delgadas de la célula epidérmica de la raíz presente en la punta de las raíces en millones. Se trata de una estructura muy delicada, que no dura más de días o una semana. Tienen paredes muy pegajosas que ayudan a una adherencia firme a las partículas del suelo.
Las traqueidas y la tráquea del xilema transportan agua en las plantas.
El agua, una vez absorbida por los pelos de la raíz de la lima, ingresa a la epidermis desde donde se mueve más profundamente en las capas de la raíz y finalmente llega al xilema siguiendo dos vías, es decir, apoplasto y simplastos.

Vía Apoplasto
Apoplasto es el sistema de paredes celulares adyacentes (es decir, paredes celulares interconectadas, espacios intercelulares, pared celular de la endodermis) que ocurren continuamente en toda la planta, excepto en las tiras casparias de endodermis en las raíces. En esta vía, el movimiento de las moléculas de agua tiene lugar a través de los espacios intercelulares y las paredes de las células únicamente. El movimiento del agua se produce a lo largo del gradiente ”desde los pelos radiculares hasta el xilema a través de las paredes de las células intervinientes sin atravesar ninguna membrana o citoplasma, por lo que no proporciona ninguna barrera al movimiento del agua, que se produce a través del flujo másico, debido a la adhesión. y cohesión de moléculas de agua.
No hay participación de la ósmosis en la vía del apoplasto.
Camino de Symplast
Este sistema incluye la parte viva de las células vegetales formada por protoplastos interconectados de células vecinas y conectados a través de hebras citoplasmáticas que se extienden a través de plasmodesmos.
El agua que entra en la savia celular del pelo de la raíz como resultado de la absorción activa, se mueve hacia las células de la corteza subyacente delimitadas por una membrana continua selectivamente permeable a través de plasmodesmos.
El movimiento es relativamente más lento ya que el agua ingresa a las células a través de la membrana celular. El movimiento vuelve a descender por el gradiente potencial. Esta vía se ve favorecida por la transmisión citoplasmática, que ayuda a un movimiento más rápido a través de las células individuales. Facilitando así el transporte.
El flujo citoplasmático es un movimiento vital autónomo que se produce en las células eucariotas de forma continua, por ejemplo, alrededor de la vacuola central. También conocida como ciclosis. Se puede observar fácilmente en las células de la hoja de Hydrilla. El movimiento del cloroplasto debido al flujo se ve fácilmente al microscopio.
En general, se cree que las vías apopiast y symplast son operativas en las plantas, pero la vía apopiast ofrece menos o ninguna resistencia. Por lo tanto, el agua continúa moviéndose a través de apopiast en las raíces.
Como la vía del apopiast está interrumpida por la unión de una matriz suberizada llamada franja caspariana en el límite interno de la corteza, la endodermix es imperiosa para el agua.
Por lo tanto, el movimiento del agua por y la endodermis ocurre por la vía del simplastos, es decir, el agua de las paredes celulares ingresa al citoplasma celular y se mueve de un citoplasma celular a otro citoplasma celular cruzando la membrana celular a través de plasmodesmos y finalmente llega a los elementos del xilema.
Absorción de micorrizas
En lugar de usar pelos de raíz para la absorción, muchas plantas usan micorrizas para la absorción de agua. La micorriza es una asociación simbiótica entre un hongo y un sistema de raíces joven de una planta. Las hifas fúngicas tienen una superficie muy grande y se extienden hacia el suelo a una distancia suficiente, donde una raíz no puede llegar.
Absorben tanto iones minerales como agua del suelo y proporcionan estas sustancias a las raíces. Las raíces, a su vez, proporcionan azúcar y compuestos que contienen N a las micorrizas. La asociación de micorrizas es obligatoria en muchos casos, por ejemplo, las semillas de Pinus y muchas orquídeas no pueden germinar adecuadamente sin el desarrollo de una asociación de micorrizas.
Movimiento de agua por una planta (ascenso de la savia)
La translocación del agua o el ascenso de la savia suele ser hacia arriba desde las raíces hacia la parte superior de la planta a través del tallo, es decir, hacia las hojas y los puntos de crecimiento o los meristemos apicales y otras partes aéreas de la planta. Ocurre a través de los elementos traqueales del xilema. Se han propuesto muchas teorías para explicar el movimiento ascendente del agua.
Dos de ellos se dan a continuación.
Presión de arranque
Se cree que todas las plantas absorben el exceso de agua mediante un proceso activo y tienden a acumular una presión hidrostática positiva dentro del sistema radicular conocida como presión radicular. Debido a esta actividad, el agua se empuja hacia arriba a lo largo del tallo hasta una pequeña altura. La presión dentro del xilema se debe al gradiente de presión de difusión y se mantiene mediante la actividad de las células vivas.
Demostración de la presión de las raíces en plantas
Al comienzo del experimento, elija una planta que tenga un tallo blando en un día en que haya mucha humedad en la atmósfera. Temprano en la mañana, corte el tallo horizontalmente cerca de la base, es decir, justo por encima del suelo con una cuchilla afilada. En el momento en que se realiza el corte, algunas gotas de solución comienzan a salir del tallo cortado, lo que se debe a la presión positiva de la raíz. Ahora para determinar la tasa de exudación (sustancias que rezuma) y la composición de los exudados (como savia, gérmenes, látex, etc.), fije un tubo de vidrio vertical lleno de agua, con la ayuda de un tubo de goma para el corte termina el tallo. Se ve madurar una columna de savia en el tubo, que será la medida de la presión de la raíz.
La presión de la raíz se inhibe o reduce durante la aireación reducida, temperatura alta o baja, sequía, etc.
La presión de la raíz es máxima durante las primeras horas de la mañana de la primavera y la temporada de lluvias, cuando el nivel de evaporación es bajo o mínimo y disminuye con el avance del día.
La magnitud de la presión de la raíz es de aproximadamente dos bares o atmósferas.
Guttation
* Cuando la presión de la raíz es alta y la tasa de transpiración es baja, muchas plantas herbáceas tienden a perder pequeñas cantidades de agua o líquido en forma de gotas de los hidatodos (poros pequeños) o glándulas de agua. Estos están presentes en los márgenes de las hojas o donde termina el nervio principal y cerca de las puntas de las láminas de algunas plantas vasculares como gramíneas y pequeñas plantas herbáceas (rosa, fresa, tomate, etc.).
* Este fenómeno de pérdida de agua en su fase líquida se denomina evisceración. Suele tener lugar a primera hora de la mañana. El agua que rezuma contiene sustancias orgánicas e inorgánicas.
Contribución de la presión de la raíz
Como la presión de las raíces contribuye un modesto empujón en el transporte de agua en general. La enorme tensión desarrollada por la transpiración rompe las cadenas continuas de moléculas de agua en el xilema que se restablece por la presión de la raíz. De esta forma la presión de las raíces aporta un gran aporte en el transporte de agua.
Limitaciones a la presión de la raíz
La presión de la raíz no puede explicar la translocación del agua o el ascenso de la savia debido a las siguientes razones
(i) No puede levantar suficiente cantidad de agua hacia arriba para cumplir con el requisito de agua.
(ii) No juega un papel en el movimiento del agua en árboles altos como las gimnospermas, etc.
(iii) La cantidad de fluido transportado por la presión de la raíz no es suficiente para medir el movimiento del agua en el xilema en muchos árboles.
(iv) La presión de las raíces parece estar ausente en verano cuando las necesidades de agua son altas.
Aunque juega un papel importante en el transporte de agua a través del xilema en algunas plantas y en algunas estaciones, no representa la mayor parte del transporte de agua debido a que la mayoría de las plantas satisfacen sus necesidades mediante la atracción transpiratoria.
Tirón de la transpiración
Las plantas tienen una columna de agua continua en sus canales de xilema que comienza en la base, es decir, las raíces y continúa hasta las hojas desde donde se pierde el agua a través del proceso de transpiración. Por lo tanto, a pesar de la ausencia de un sistema circulatorio en las plantas, el flujo de agua hacia arriba a través del xilema en las plantas alcanza tasas bastante altas de hasta 15 metros por hora.
Las moléculas de agua en la columna de agua permanecen atraídas por la fuerza cohesiva y no se pueden separar fácilmente unas de otras. Por lo tanto, existe una atracción entre las moléculas de agua y la pared interna de los conductos del xilema. Por lo tanto, la columna de agua no puede separarse de las paredes de los conductos del xilema debido a las fuertes fuerzas adhesivas y cohesivas. Esto mantiene la continuidad de la columna de agua desde las raíces hasta las hojas.
El agua se pierde de las células del mesófilo hacia los espacios intercelulares como resultado de la transpiración y desarrolla un fuerte potencial hídrico negativo. Hay una gran cantidad de hojas y cada hoja tiene miles de células mesófilas que transpiran, que extraen agua del xilema. Esto conduce a una presión negativa en la columna de agua, que ejerce un tirón hacia arriba sobre la columna de agua. Este tirón se conoce como tirón transpiracional.
Esta tensión o tirón se transmite hasta las raíces en busca de más agua. La columna de agua (formada en los elementos del xilema de las raíces) ahora se mueve hacia arriba bajo la influencia de la atracción transpiratoria.
Por lo tanto, las fuerzas cohesivas y adhesivas y la tracción de transpiración ayudan a elevar el agua a través de los elementos del xilema y, debido al papel crítico de la cohesión, la tracción de transpiración también se denomina modelo de tracción de transpiración de cohesión-tensión del transporte de agua.
Nota:
La teoría de la tensión de cohesión fue propuesta originalmente por Dixon y Jolly en 1894 y mejorada por Jolly en 1914.


Revisión del examen de biología III

B) circulación sistémica y pulmonar
C) respiración cutánea
D) un ventrículo parcialmente dividido.

A) su capacidad para bombear sangre a todas las áreas del cuerpo del pez.

B) su capacidad para bombear sangre a las branquias antes de que la sangre se bombee a las áreas restantes del cuerpo.

C) su capacidad para mantenerse lleno de sangre incluso cuando se vacía en el cono arterioso.

D) su capacidad para funcionar dentro de un pez que vive bajo el agua, especialmente a grandes profundidades.

A) puede bombear el doble de sangre.

B) crea un verdadero sistema circulatorio doble.

C) separa sangre oxigenada y no oxigenada.

D) aumenta la velocidad de la sangre a través de los pulmones.

B) tienen solo varias celdas de espesor
C) no tienes esqueleto

A) sin distinción entre sangre y líquido tisular

C) Separación de ventrículos

A) Tienen circulación abierta

C) Tienen pulmones pero no branquias

D) Tienen un corazón de 4 cámaras.

A) detectar cambios en la presión arterial y transmitirlos al cerebro

C) contraer las arterias cuando el O2 disponible es bajo

D) detectar cuando un músculo flexor está demasiado estirado y luego bombear más sangre al músculo

A) Ayudan a regular el potencial osmótico y el volumen de fluidos extracelulares

B) Excretan moléculas que están presentes en exceso

C) Conservan moléculas valiosas o escasas

A) transportistas activos

C) mamíferos del desierto: fuertemente hipertónicos

D) mamíferos marinos: fuertemente hipertónicos

C) Bebidas deportivas y energéticas

A) Secreción y reabsorción

A) excreta abundante orina diluida y retiene sales

B) excretar un pequeño volumen de orina diluida y retener sales

C) excreta abundante orina concentrada

D) conservar tanto el agua como las sales

C) Beber agua salada y excretar sales

D) Excretar sales con una glándula salina nasal.

B) Metanefridia de gusanos anélidos

C) Túbulos de insectos de Malpighi

B) Cápsula de Bowman → túbulo contorneado proximal → asa de Henle → túbulo contorneado distal → conducto colector

C) Cápsula de Bowman → asa de Henle → túbulo contorneado proximal → túbulo contorneado distal → conducto colector

D) Cápsula de Bowman → conducto colector → túbulo contorneado proximal → asa de Henle → túbulo contorneado distal

B) Orina hiperosmótica copiosa

D) Pequeño volumen de orina concentrada

C) Intercambio de calor a contracorriente

B) Intercambio en contracorriente entre el bucle de Henle y los conductos colectores

C) Filtración de proteínas grandes en el glomérulo

D) Movimiento de agua fuera del conducto colector.

B) Coloca acuaporinas en vesículas.

C) Estimula la producción de angiotensina II

D) Estimula la respuesta de la sed.

C) la respuesta inflamatoria

D) la respuesta a la temperatura

B) proteínas antimicrobianas que matan a los patógenos

D) la respuesta inflamatoria

B) proliferar
C) morir
D) convertirse en un hibridoma

C) Activar células T citotóxicas

C) nadar en piscinas geotermales.

D) correr con frecuencia para calentar.

B) los individuos de la población suelen competir por los recursos
C) los individuos de la población están reaccionando a una distribución desigual de los recursos.

D) los individuos de la población con distribución aleatoria muestran interacciones sociales.

B) Falta de uso por parte de los particulares

D) Existe una curva de supervivencia de tipo III

C) tiene una curva de supervivencia de tipo II

D) tiene una tasa de mortalidad & gt tasa de natalidad

C) tener una proporción de sexos dominada por hombres

B) una población en un hábitat pobre envía continuamente dispersores para reforzar las poblaciones en mejores hábitats.

C) una población en mejores hábitats no envía colonizadores a hábitats más pobres.

D) el hábitat adecuado está distribuido de manera irregular y separado por áreas de hábitat inadecuado.

C) tener una proporción de sexos dominada por hombres

B) Las tablas se producen en su forma terminada, mientras que muchos organismos necesitan tiempo para crecer.

C) Los organismos pueden producir más organismos, pero las tablas no pueden hacer más tablas

D) Los organismos tienen recursos ilimitados, pero los carpinteros están limitados en la cantidad de madera que pueden obtener.

B) El crecimiento se ralentiza a medida que la población alcanza su tamaño máximo

C) Común en especies grandes y de crecimiento lento como los elefantes

D) Está limitado por recursos como la comida.

B) se reproduce pocas veces en su vida

D) ocurre en hábitats estables

B) aumenta rápidamente hasta que N llega a K y luego se detiene.

C) aumenta a la misma velocidad que lo ha estado, continuando hasta que N está más allá de K por una cierta distancia antes de regular.
D) se acerca a cero cuando N se acerca a K.

B) es un subconjunto de un ensamblaje.

C) consta de una sola especie.

D) generalmente permanece igual con el tiempo.

B) Exclusión de ambas especies de todo el nicho

C) Persistencia de ambas especies en todo el nicho

D) División del nicho en dos subdivisiones, cada una dominada por una sola especie.

B) Es el conjunto real de condiciones ambientales en las que se puede establecer una población estable.

C) Suele ser más pequeño que su nicho fundamental.

C) resulta en competencia por interferencia

D) agranda los nichos realizados

B) puede resultar cuando la partición de recursos no es posible

C) solo ocurre en organismos con comportamiento, como animales

D) es imposible de observar en la naturaleza

B) sus nichos fundamentales son más pequeños

C) ambas especies suelen experimentar aumentos en el tamaño de la población

D) la selección natural puede resultar en el desplazamiento del carácter

B) un resultado evolutivo de la competencia

C) un precursor de la exclusión competitiva
D) el único resultado posible de la partición de recursos

B) Es probable que las adaptaciones que otorgan a una especie una ventaja de aptitud en una interacción sean contrarrestadas por adaptaciones en las otras especies que eliminan esta ventaja.

C) En todas las interacciones de especies, excepto en el mutualismo, al menos en las especies se pierde

D) Incluso las interacciones mutualistas pueden volverse parasitarias si cambian las condiciones. Como resultado, las especies que interactúan siempre están en guerra.


Ejemplo de laboratorio de ósmosis 2

Introducción:
La energía cinética, una fuente de energía almacenada en las células, hace que las moléculas choquen entre sí y se muevan en nuevas direcciones. La difusión es el resultado de este contacto. La difusión es el movimiento aleatorio de moléculas a un área de menor concentración desde un área de mayor concentración. La ósmosis es un tipo de difusión. Esta es la difusión de agua a través de una membrana selectivamente permeable desde una región de mayor potencial hídrico a una región de menor potencial hídrico. El potencial hídrico es la medida de la energía libre del agua en una solución. Un sistema vivo también contiene un transporte activo para crear movimiento de partículas como iones que se mueven en contra de su gradiente de concentración. La fuente de energía ATP se utiliza durante este proceso para mover las partículas a través de la membrana celular. Este experimento tiene lugar para medir la difusión de pequeñas moléculas a través de un tubo de diálisis. Este tubo actúa como una membrana selectivamente permeable, permitiendo el paso de moléculas más grandes, pero lentamente. La diálisis es el movimiento de un soluto a través de una membrana selectivamente permeable.

Cuando las dos soluciones en ambos lados de la membrana son iguales y no se detecta movimiento neto, las soluciones son isotónicas. Esto significa que las soluciones tienen la misma concentración de solutos. Si dos soluciones difieren en la concentración de solutos que tiene cada una, la que tiene más soluto es hipertónica. La solución que tiene menos soluto es hipotónica.

El potencial hídrico predice el movimiento del agua hacia adentro o hacia afuera de las células vegetales. Se abrevia con la letra griega psi y tiene dos componentes: el componente de presión física, el potencial de presión y los efectos de los solutos, el potencial de soluto. El agua siempre se mueve de un área de alto a bajo potencial hídrico. La ecuación es que el potencial hídrico es igual a la suma del potencial de presión y el potencial de soluto.

En una célula vegetal, es necesaria la presión de turgencia. Esta es una presión disponible para las plantas en un entorno hipotónico. La presión de turgencia le da a las plantas su estructura y fuerza. Cuando una célula vegetal está en una solución isotónica, la presión de turgencia disminuye, provocando el marchitamiento de la estructura de la planta. En las soluciones hipertónicas, la membrana plasmática de las plantas se contrae y se aleja de la pared celular, una acción denominada plasmólisis.

Hipótesis:
La difusión y la ósmosis ocurren entre diferentes soluciones molares hasta que las soluciones son isotónicas, lo que afecta la presión de turgencia de las células vegetales.

Materiales:
Laboratorio 1A: los materiales utilizados para realizar este experimento son los siguientes: una tira de tubo de diálisis de 30 cm (previamente remojada), agua destilada, solución de glucosa al 15% / almidón al 1%, vaso de precipitados de 250 ml, solución de yoduro de yodo y potasio, testape de glucosa y cuerda.

Laboratorio 1B - Los materiales utilizados para realizar este experimento son los siguientes: seis tiras de tubo de diálisis empapadas previamente, agua destilada, soluciones de sacarosa de 0,2 M, 0,4 M, 0,6 M, 0,8 M y 1,0 M, seis vasos de precipitados de vidrio de 250 ml, una cuerda y un balance electrónico.

Laboratorio 1C - Los materiales utilizados en la realización de este experimento son los siguientes: seis vasos de precipitados de vidrio de 250 ml, una papa, un barrenador, un cuchillo, agua destilada, soluciones de sacarosa de 0,2 M, 0,4 M, 0,6 M, 0,8 M y 1,0 M, cuerda, una regla y una balanza electrónica.

Laboratorio 1D - Los materiales utilizados para la realización de este experimento son los siguientes: papel cuadriculado, lápiz, regla, calculadora y lápices de colores.

Laboratorio 1E - Los materiales utilizados en la realización de este experimento son los siguientes: microscopio óptico, portaobjetos de microscopio, cubreobjetos, agua destilada, solución de NaCl, papel, lápiz y piel de cebolla.

Procedimiento:
Laboratorio 1A: obtenga un trozo de tubo de diálisis de 30 cm que haya sido remojado previamente en agua destilada. Ate un extremo de forma segura. Abra el otro extremo del tubo de diálisis e inserte 15 ml de solución de glucosa al 15% / almidón al 1%. Ate el otro extremo de la bolsa, dejando espacio para la expansión. Registre el color de la solución dentro de la bolsa. Pruebe la solución de glucosa al 15% / almidón al 1% para detectar la presencia de glucosa usando Testape. Llene un vaso de precipitados de 250 ml con agua destilada y agregue aproximadamente 4 ml de solución de Lugol (IKI) al agua destilada. Pruebe esta solución para detectar la presencia de glucosa también con el Testape. Registre los resultados en la tabla de datos. Sumerja la bolsa en el vaso de precipitados con solución. Deje reposar durante aproximadamente 30 minutos, o hasta que se observe una coloración distinta. Registre los colores finales de las soluciones en la bolsa y en el vaso de precipitados. Pruebe ambas soluciones una vez más para detectar la presencia de glucosa con las tiras de Testape.

Laboratorio 1B: Antes de comenzar este laboratorio, lávese las manos. Obtenga seis tiras de diálisis de 30 cm que se hayan remojado previamente en agua destilada. Ate cada extremo de forma segura. Vierta aproximadamente 25 ml de cada solución molar de sacarosa en sus respectivas bolsas (que deben estar etiquetadas, pero no en el tubo). Ate los otros extremos de forma segura con una cuerda, con cuidado de sacar las burbujas de aire y dejar espacio para la expansión. Enjuague cada bolsa y seque el agua. Pese y registre la masa inicial de las bolsas de diálisis en la tabla de datos. Llene seis vasos de precipitados de vidrio de 250 ml con 2/3 de su capacidad de agua destilada y etiquete cada vaso con la molaridad de sacarosa de su respectiva bolsa. Sumerja cada bolsa en el agua destilada. Deje reposar durante treinta minutos. Retire cada bolsa, seque los lados para eliminar la solución adicional y pese y registre la masa en gramos de cada bolsa y determine la diferencia de masa y el cambio porcentual en la masa. Luego, compare los porcentajes del grupo con la clase.

Laboratorio 1C: Vierta 100 ml de las soluciones de sacarosa asignadas en sus vasos de precipitados de 250 ml (preetiquetados). Consigue una papa grande. Con un taladro, saque 24 muestras de la papa y mida cada una en centímetros para que todas tengan la misma longitud (use el cuchillo para cortar los extremos). Asegúrese de no dejar piel con las muestras. Coloque estos núcleos en un vaso de precipitados tapado hasta que se pueda obtener una balanza electrónica. Determine la masa de cuatro núcleos a la vez, colocando los cuatro en sus soluciones de sacarosa. Registre estos datos para cada uno de los seis vasos de precipitados. Deje que estas muestras de papa se asienten sumergidas en las soluciones durante la noche, cubiertas. Retire los núcleos, elimine el exceso de solución y pese las muestras, registrando la masa en la tabla de datos. Determine la diferencia de masa, el cambio porcentual en masa y el cambio porcentual promedio de la clase en masa. Grafique el aumento y la disminución de masa de los núcleos de papa de acuerdo con la molaridad de las soluciones en las que se colocaron en el gráfico 1.2.

Laboratorio 1D: Con papel, lápiz y calculadora, determine el potencial de soluto de la solución de sacarosa, el potencial de presión y el potencial de agua. Además, obtenga papel cuadriculado y grafique los valores dados para el cambio porcentual del calabacín en la masa y la molaridad de las soluciones de sacarosa en el gráfico 1.3.

Laboratorio 1E: Prepare un portaobjetos de piel de cebolla en húmedo. Observa con un microscopio óptico y dibuja lo que ves. Agregue unas gotas de la solución de NaCl, observe y dibuje lo que ve allí también.

Datos:
Tabla 1.1 La presencia de glucosa en las soluciones de vasos y bolsas


Biología-2016

Transporte en Plantas y 393 Sustancia. El potencial químico del agua es de gran importancia para explicar el movimiento del agua del suelo a la planta y dentro de la planta. El potencial hídrico se puede definir como la diferencia en energía libre por mol, entre agua pura y agua constreñida osmóticamente, unida matricamente o presurizada (por ejemplo, solución) a la misma temperatura y presión. El potencial hídrico se denota con el símbolo y (Psi, una letra griega) y se mide en términos de presión, por ejemplo, en bares o atmósferas o en megapascales (MPa). El potencial hídrico del agua pura se establece arbitrariamente en cero. Cuando se agrega un soluto al agua pura, el potencial hídrico se vuelve negativo a medida que disminuye la energía libre. Por tanto, el potencial hídrico de todas las soluciones es siempre menor que cero (un valor negativo). Cuando el agua pura se comprime o se calienta, el potencial hídrico se vuelve positivo a medida que aumenta la energía libre. Una diferencia en el potencial hídrico entre dos regiones determina el movimiento del agua. El agua se mueve de un potencial más alto a un potencial más bajo. Por ejemplo, si dos regiones (A y B) en un sistema acuoso tienen potenciales hídricos yey respectivamente, la diferencia en el potencial hídrico será: A B Dy = y - y. Si y es mayor que y, entonces Dy será positivo y el agua se moverá de la región A a A B A B B. Si y es mayor que y, Dy será negativo y el agua se moverá de B a A. BA Si los dos sistemas que tienen diferentes potenciales de agua están separados por una membrana semipermeable, el movimiento de las moléculas de agua siempre tiene lugar desde el sistema que tiene más agua. potencial (solución diluida) hacia el sistema que tiene menor potencial hídrico (solución concentrada). El movimiento del agua continuará hasta que los potenciales hídricos de los dos sistemas se igualen y se alcance una etapa de equilibrio. En esta etapa, cesará el movimiento neto de moléculas de agua. Componentes del potencial hídrico: El potencial hídrico (y) de una célula viva tiene tres potenciales componentes principales, como el potencial osmótico o de soluto (y), el potencial de presión (y) y el potencial matricial (y). El potencial de agua s p m de una solución es en realidad la suma de los tres potenciales anteriores. y = y + y + y s p m (a) Potencial de solutos (y) s Esto se debe a la presencia de solutos en una solución. El potencial de soluto también se conoce como potencial osmótico. La presencia de soluto en el agua reduce el valor del potencial hídrico. Con el aumento de la concentración de soluto, el valor del potencial de soluto disminuye aún más. El valor del potencial de soluto de una solución es el mismo que el de la presión osmótica de esa solución pero con signo negativo. Por ejemplo, si la presión osmótica es 0.5 atmósfera, entonces y es -0.5 atmósferas s de la misma solución.

394 y BIOLOGÍA secundaria superior (+2) de Bureau - I (b) Potencial de presión (y): p El término potencial de presión (y) es la presión hidrostática que el protoplasma ejerce p sobre la pared celular debido a la entrada osmótica de agua en el celda. Es la presión real ejercida y tiene valor positivo. Aumenta la energía libre del agua y esto aumenta el potencial hídrico (y). Es equivalente a la presión de turgencia (TP). (c) Potencial matric (y): m El término matric (pl. matrices) se usa para aquellas superficies que pueden adsorber moléculas de agua, por ejemplo, paredes celulares, sustancias coloidales presentes en el protoplasma y partículas del suelo, etc. Potencial matric (y) es el componente del potencial hídrico influenciado por la presencia de matrices en la solución my tiene valor negativo. La y en el caso de células y tejidos vegetales a menudo se descuida debido a su insignificante valor numérico bajo. Por lo tanto, la ecuación se puede escribir en forma simplificada de la siguiente manera: y = y + y s p, es decir, el potencial hídrico de una célula vegetal o cualquier solución es la suma del potencial de soluto y el potencial de presión. Cuando una celda está completamente turgente, su potencial hídrico es el más alto (= cero), por lo que y = s y (recuerde, y tiene un valor negativo). Cuando una célula está flácida, el potencial de presión es cero, por lo que p s y = y. La relación entre el potencial hídrico y sus componentes se presenta en la Figura s 10.5. Fig.10.5: Relación entre el potencial de agua de la celda (y) y sus componentes, el potencial de soluto (y) y el potencial de presión (y), y el volumen relativo de la celda.Este diagrama con terminología termodinámica es la versión p modificada de la figura 10.8. Tenga en cuenta que, a diferencia de lo que ocurre en la figura 10.8., En esta figura los valores de yey tienen signo negativo. s

Transporte en Plantas y 395 10.3.3. Ósmosis La ósmosis es un proceso físico y se considera un tipo especial de difusión. En ósmosis, solo las moléculas de disolvente se mueven desde su región de mayor concentración a la región de menor concentración a través de una membrana semipermeable. Si hay dos soluciones de azúcar, la solución A tiene mayor concentración que la solución B y están separadas por una membrana semipermeable, entonces el agua se moverá de B a A ya que hay más moléculas de agua en B que en A. Este movimiento espontáneo de moléculas de agua de B a A se debe al fenómeno de la "ósmosis". Por tanto, la ósmosis se puede definir como el movimiento de agua (o cualquier disolvente) desde una solución de menor concentración a una solución de mayor concentración cuando ambas soluciones están separadas por una membrana semipermeable. Las membranas que solo permiten el paso de moléculas de disolvente (agua) y no permiten que las moléculas de soluto pasen a través de ellas se denominan membranas semipermeables. El papel de pergamino, la vejiga de pescado, la membrana blanca de los huevos, la vejiga de los animales, etc. son ejemplos de membrana semipermeable. La ósmosis se puede demostrar mediante un simple experimento en el laboratorio. Tome un embudo de cardo de tallo largo. Cierre la boca del embudo estirando papel pergamino a través de él. Tome la solución de sacarosa en el embudo de cardo invertido y observe el nivel de solución de sacarosa en el tallo. Ahora coloque el embudo de cardo invertido que contiene la solución en un vaso de precipitados con agua de manera vertical con la ayuda de un soporte como se muestra en la Figura 10.6. Inicialmente, mantenga la altura de la solución de sacarosa en el vástago del embudo y la altura del agua en el vaso de precipitados al mismo nivel. Después de algún tiempo, el nivel de la solución en el tallo del embudo de cardo aumentará. Este aumento de solución en el tallo del embudo de cardo se debe a la entrada de moléculas de agua (solvente) del vaso de precipitados en la Figura 10.6: Demostración de ósmosis el embudo de cardo a través del papel de pergamino que es una membrana semipermeable. La presión que se desarrolla en una solución cuando se separa de su disolvente puro por una membrana semipermeable en condiciones ideales de ósmosis se denomina presión osmótica. Puede definirse como la presión real que se puede aplicar a la solución, cuando la solución se separa de su disolvente puro (agua) por medio de una membrana semipermeable, para evitar la entrada de disolvente a la solución. La presión osmótica se mide en términos de atmósfera o bares o megapascales (MPa) y se indica con el símbolo p. Está directamente relacionado con la

396 y BIOLOGÍA secundaria superior (+2) de Bureau - I concentración del soluto más la partícula del soluto, más es la presión osmótica. El aumento de temperatura aumenta la presión osmótica de la solución. Si una célula o tejido vegetal vivo se coloca en agua o solución hipotónica (cuya presión osmótica es menor que la de la savia celular), el agua entra en la célula por ósmosis. Este proceso se llama endosmosis. Como resultado de la entrada del agua en la savia de la célula, se desarrolla una presión dentro de la célula que presiona al protoplasma contra la pared celular y la célula se vuelve turgente. Esta presión se denomina presión de turgencia. De manera similar, si se coloca una célula o tejido vegetal vivo en una solución hipertónica (cuya presión osmótica es mayor que la de la savia celular), el agua sale de la savia celular a la solución externa y la célula se vuelve flácida. Este proceso se llama exosmosis. La ósmosis es de inmensa importancia para las plantas, como se describe a continuación. (i) Las raíces y los pelos radiculares del suelo absorben grandes cantidades de agua por ósmosis. (ii) El movimiento y distribución del agua a través de las células de la planta se realiza mediante el proceso de ósmosis. (iii) La endosmosis y la exosmosis son responsables de la apertura y cierre de los estomas. La turgencia de las células de guarda es absolutamente esencial para la apertura de los estomas. (iv) La forma y la forma de muchas células y el mantenimiento de la membrana plasmática cerca de la pared celular dependen de los fenómenos osmóticos. (v) La alta concentración osmótica aumenta la resistencia de las plantas a la temperatura de congelación y la desecación. (vi) En plantas inferiores, así como en hojas y tallos jóvenes de plantas vasculares, la presión de turgencia proporciona resistencia mecánica. (vii) El crecimiento de las células jóvenes es provocado por la presión osmótica y la presión de turgencia de estas células. (viii) Muchos movimientos de las plantas implican cambios en la turgencia provocados por la ósmosis. (ix) Los diversos orgánulos celulares como los cloroplastos, las mitocondrias, etc. colapsan si no son capaces de mantener una concentración osmótica adecuada de solutos. Cantidades osmóticas de una célula vegetal y su relación: La presión osmótica, la presión de turgencia y el déficit de presión de difusión son las tres cantidades osmóticas de una célula vegetal porque controlan el comportamiento osmótico de la célula.

Transporte en plantas y 397 Presión osmótica (OP) La presión osmótica de una solución (en agua) se define como la presión real que se le debe aplicar para evitar cualquier entrada de agua cuando la solución se mantiene separada del agua pura por una membrana semipermeable. Presión de turgencia (TP) Cuando una célula vegetal se coloca en agua, el agua entra en la célula debido a la endosmosis. Tan pronto como el agua entra en la célula, ejerce presión sobre las inclusiones y orgánulos celulares y, finalmente, sobre la pared celular. Esta presión que se desarrolla en la pared celular debido a la entrada osmótica de agua se llama presión de turgencia. La presión de turgencia es variable. Es máxima cuando la célula está completamente turgente y es cero cuando la célula está flácida. Figura 10. 7: Demostración de concentración osmótica, TP y WP. Debido al aumento de la presión de turgencia, la pared celular se extiende hacia afuera. Dado que la pared celular proporciona una forma definida a la celda y es de naturaleza elástica, también ejerce una presión sobre la savia celular en dirección opuesta, igual a la presión de turgencia. La presión ejercida por la pared celular sobre la savia celular se llama presión de la pared. (Figura 10.3) La presión de la pared resiste la presión de turgencia y evita el estallido de la pared celular. Déficit de presión de difusión (DPD) Los líquidos tienen presión de difusión. Se supone que un disolvente puro tiene una presión de difusión máxima. Cuando se agregan ciertas partículas de soluto al solvente puro, la presión de difusión de las moléculas de solvente en la solución resultante disminuye. La cantidad por la cual la presión de difusión de las moléculas de disolvente en una solución es menor que en el disolvente puro a la misma temperatura y presión atmosférica se denomina déficit de presión de difusión (DPD). Suponga que la presión de difusión de las moléculas de disolvente es X atmósfera y presión de difusión del disolvente

398 y BIOLOGÍA Secundaria superior (+2) de Bureau - Las moléculas I en solución son Y atmósfera. Entonces, el déficit de presión de difusión de las moléculas de disolvente en solución será (X-Y) atmósfera. La DPD aumenta con la adición de soluto, bajando la temperatura y la presión. El DPD de cualquier celda es la medida de la capacidad de absorción de agua de esa celda. También se llama presión de succión. Por tanto, la presión de succión es una medida de la capacidad de una célula para absorber agua. Todas y cada una de las celdas tienen ciertos valores de TP, OP y DPD. Cuando una celda está completamente turgente, su DPD se vuelve cero ya que no puede absorber más agua. Pero en esta etapa la celda tiene OP y TP porque la celda contiene solutos disueltos y sus valores (OP, TP) no pueden ser cero. Estas tres cantidades, es decir, OP, TP y DPD, están relacionadas en una celda de planta como: D P D = OP - TP. Cuando una célula se coloca en una solución hipertónica, el agua del citoplasma celular sale por el proceso de exosmosis, lo que produce un aumento de la OP y una disminución de la TP del citoplasma celular. Como resultado de la exósmosis, el citoplasma se contrae y se aleja de la pared celular. Tal célula se llama célula plasmolizada y esta etapa como etapa flácida. Cuando la célula queda completamente plasmolizada, en ese momento el TP de la célula se reduce a cero. En esa etapa, DPD = OP. Cuando una celda se coloca en agua pura, se vuelve completamente turgente, su DPD se vuelve cero, porque la celda ya no puede absorber agua. En esa etapa OP = TP. La relación de DPD, TP, Op y el volumen de la celda se expresa en la figura 10.8. Fig. 10.8: Relación entre el déficit de presión de difusión (DPD), la presión osmótica (OP) y la presión de turgencia (TP) en una celda. Las líneas discontinuas representan valores extrapolados. Consulte la Fig. 10.5 para ver las diferencias en la terminología.

Transporte en Plantas y 399 10.3.4. Plamólisis Si una célula vegetal viva que contiene savia se sumerge en una solución hipertónica, se producirá exosmosis, es decir, saldrá agua de la savia celular a través de la membrana celular hacia la solución exterior. La pérdida de agua del contenido celular provoca la contracción del protoplasma que se aleja de la pared celular y forma una masa irregular en el centro o en una esquina de la célula. Este fenómeno de contracción del protoplasma que se aleja de la pared celular por influencia de cierta solución hipertónica se denomina plasmólisis. La etapa en la que el primer signo de contracción del contenido celular de la pared celular se vuelve detectable se denomina plasmólisis incipiente. El espacio entre la pared celular y la membrana celular contiene la solución hipertónica. Las diversas etapas de la plasmólisis se pueden observar al microscopio (figura 10.9). La plasmólisis se observa fácilmente en células que contienen protoplasto coloreado (p. Ej., Las células epidérmicas de Rhoeo se decoloran) ya que la presencia de colores hace que el protoplasto que se contrae sea fácil de observar. Figura 10.9: Varias etapas de plasmólisis en una célula. A. Células normales, células plasmolizadas B, C y D.

400 años BIOLOGÍA secundaria superior (+2) de Bureau - I Si una célula plasmolizada se sumerge en agua pura o en una solución hipotónica, se produce la endosmosis. El protoplasma y la célula en su conjunto alcanzan su forma y tamaño originales. Este fenómeno se llama deplasmólisis. Es el reverso de la plasmólisis. La importancia y las aplicaciones de la plamólisis son: (i) Significa la naturaleza semipermeable de la membrana plasmática. (ii) La concentración osmótica apropiada de savia celular y, en consecuencia, la presión osmótica pueden determinarse mediante plasmólisis. (iii) Determina la naturaleza viva de la célula ya que no puede ocurrir plasmólisis en las células muertas debido a la ausencia de membrana citoplasmática semipermeable. (iv) Se utiliza para la conservación de mermeladas, jaleas, espinas del crecimiento de hongos y bacterias mediante la adición de soluciones concentradas de azúcar. En solución concentrada de azúcar, el organismo se plasmolizará y morirá. (v) El fenómeno se utiliza en la salazón de carnes y pescados para mantenerlos intactos durante algún tiempo. (vi) El fenómeno de la deplasmólisis demuestra la naturaleza sana de la célula. 10.4. TRANSPORTE DE LARGA DISTANCIA 10.4.1. Absorción de agua El movimiento del agua desde el suelo a través del pelo de la raíz unicelular y las células del epiblema hasta el metaxilema de la raíz a través de las células de la corteza, endodermos, periciclo, etc. se define como absorción de agua. Importancia del agua en la vida vegetal: El agua juega un papel vital en la vida vegetal que se puede discutir de la siguiente manera: (i) Casi el 80% del peso fresco de los tejidos vegetales está compuesto por agua. (ii) El agua es absolutamente esencial para el protoplasma. La hidratación del protoplasma es fundamental para su adecuada organización y correcto funcionamiento de los orgánulos celulares. (iii) El agua sirve como medio para el movimiento de diversas sustancias disueltas como gases, minerales, solutos orgánicos, etc. en los tejidos del xilema y el floema. (iv) El agua participa directamente en muchas reacciones metabólicas que tienen lugar en la célula, a saber. fotólisis del agua durante la fotosíntesis, como reactivo con enzimas hidrolíticas. (v) La absorción de agua compensa la pérdida de agua por las plantas provocada por la transpiración. La transpiración ayuda a la termorregulación en las plantas. (vi) El agua estabiliza la organización estructural de varias biomoléculas.

Transporte en plantas y 401 (vii) Las moléculas de agua forman capas alrededor de electrolitos, iones y no electrolitos hidrófilos. Esto les proporciona suficiente espacio para funcionar de forma independiente. Disponibilidad de agua del suelo Las plantas absorben el agua del suelo por medio de pelos radiculares. La principal fuente de agua en el suelo es la lluvia. La cantidad total de agua presente en el suelo se denomina holard. A partir de esto, el agua disponible para las plantas se llama chesard y la que no se puede absorber se denomina echard. Cuando la lluvia cae sobre la superficie del suelo, una parte del agua se escurre. Se conoce como agua de escorrentía que no está disponible para las plantas. Una parte del agua de lluvia se filtra hacia abajo a través de grandes poros entre las partículas del suelo bajo la influencia de la gravedad, lo que se denomina agua gravitacional. Se acumula en el nivel freático muy por debajo del alcance del sistema radicular. Esta agua no sirve para las plantas. Sin embargo, las partículas del suelo retienen una buena cantidad de agua y se conoce como humedad de capacidad de campo. Esta agua puede estar presente en tres formas. Agua capilar, agua higroscópica y agua químicamente combinada. El agua que llena los espacios entre las partículas de suelo no coloidales se conoce como agua capilar. Es el agua disponible para las plantas. Las raíces y los pelos radicales entran en los capilares de las partículas del suelo para absorber esta agua. El agua que es retenida por partículas de suelo de complejo coloidal debido a la fuerza adhesiva constituye agua higroscópica. El agua higroscópica no sirve para las plantas. Una pequeña porción de agua está ligada químicamente con los elementos del suelo, se presenta principalmente en forma de óxidos de aluminio, hierro, silicio, etc. Esta agua prácticamente no está disponible para las plantas. Órganos absorbentes de agua de la planta Las raíces son los principales órganos absorbentes de agua de las plantas terrestres y los hidrófitos flotantes. Ciertas plantas epífitas absorben agua de la atmósfera por sus raíces colgantes higroscópicas que contienen un tejido especial llamado velamen. Una raíz consta de cinco regiones distintas según su función: capa radicular, zona meristemática o zona fuera de la división celular, zona de elongación celular, zona del pelo de la raíz y zona de maduración (Fig.10.10). Casquete de la raíz: Es una estructura de casquete multicelular presente en la punta de la raíz. Protege el punto de crecimiento de la raíz. El agua de la solución del suelo no puede entrar a través del casquete radicular. Zona meristemática: se encuentra justo detrás del casquete radicular. Consiste en pequeñas células isodiamétricas de paredes delgadas dispuestas de forma compacta que tienen un protoplasto conspicuo. Agrega nuevas células a la raíz. La absorción de agua está restringida en esta región debido al protoplasma denso y la falta de elementos del xilema. Zona de elongación celular: se encuentra detrás de la región meristemática. La zona está formada por células que se alargan y es responsable del aumento de longitud de la raíz. En esta región se produce una entrada de agua muy lenta. Zona del pelo de la raíz: se produce justo por encima de la zona de elongación celular. El xilema y el floema están bien desarrollados en esta zona. Esta zona tiene miles de pelos radicales. Absorción máxima

402 y BIOLOGÍA Secundaria Superior (+2) de Bureau - I de agua se produce en esta zona. Los pelos de la raíz son pelos tubulares como una extensión de las células del epiblema que están cerradas en su punta. Los pelos de la raíz se proyectan casi en ángulo recto con el eje longitudinal de las células pilíferas. Los pelos de la raíz están destinados a la absorción de agua. Entran en los capilares de las partículas del suelo. Debido a la alta concentración de su savia celular y la permeabilidad de la pared celular y la membrana celular, extraen agua del suelo. Zona de maduración: el resto de la raíz que se encuentra por encima de la zona del pelo de la raíz consiste en células maduras que impiden la absorción de agua. Fig.10.10: A, Región terminal de una raíz típica B, Estructura de un pelo radicular Mecanismo de absorción de agua: La absorción de agua tiene lugar mediante procesos activos y pasivos. En proceso activo, el agua es absorbida por la fuerza desarrollada en el sistema radicular. La absorción activa tiene lugar generalmente en plantas de transpiración lenta y bien regadas. En el proceso de absorción pasiva, las fuerzas responsables de la absorción de agua se desarrollan en el sistema de brotes, que finalmente se transmiten al sistema radicular. Las raíces juegan un papel pasivo en este mecanismo. La absorción pasiva se encuentra generalmente en plantas de transpiración rápida y mal regadas. Absorción activa de agua: se han propuesto dos tipos de teorías, como la teoría osmótica y la teoría no osmótica, para explicar la absorción activa de agua por las plantas. (i) Teoría osmótica: La teoría osmótica explica que los pelos radiculares actúan como osmómetros y existe una condición típica para que el agua pueda moverse osmóticamente desde el suelo.

Transporte en Plantas y solución 403 a las células radiculares. La teoría asume que la translocación del agua se produce por difusión a lo largo de un gradiente de potencial hídrico decreciente (y). La absorción de agua significa la translocación del agua de la solución del suelo al xilema de la raíz. La savia del xilema, según esta teoría, posee un potencial hídrico menor (y) que el de la solución del suelo. Entonces, el agua se mueve del suelo al xilema de la raíz de las células a la ósmosis celular. (ii) Teoría no osmótica: La teoría no osmótica supone que cuando las fuerzas impulsoras son cero, la absorción de agua tiene lugar al gasto de energía metabólica liberada en la respiración. Así, esta teoría explica la absorción de agua por las raíces cuando el potencial hídrico del agua del suelo es menor que el de la savia de las células ciliadas de la raíz. La absorción de agua activa no osmótica también puede estar respaldada por los siguientes hechos (i) Existe una correlación entre la tasa de absorción de agua y la respiración. (ii) Absorción de agua inducida por auxinas (iii) Los factores tales como baja temperatura, tensión de oxígeno e inhibidores respiratorios que afectan la tasa de respiración y, a su vez, la tasa de absorción. El serio inconveniente de esta teoría es que no explica la forma exacta de utilización de la energía metabólica en el proceso de absorción de agua. Absorción pasiva: en caso de absorción pasiva, el sistema radicular no juega un papel significativo en la absorción de agua. Simplemente proporciona la superficie para la absorción de agua. La principal fuerza impulsora responsable de la absorción de agua se origina en la parte aérea de la planta. El agua en la parte superior de la planta desarrolla una gran tensión o una presión hidrostática negativa debido a la pérdida de agua por transpiración de las hojas. Esta tensión tira agua a través del xilema. El agua de la planta puede considerarse un sistema hidráulico continuo que conecta el agua del suelo con el vapor de agua de la atmósfera. El término superior del agua en el sistema vegetal está representado por el menisco del agua en las cavidades substomáticas. El término inferior del agua está representado por células epiblemales y pelos radiculares. Las células del mesófilo dentro de las hojas están en contacto directo con la atmósfera a través de un extenso sistema de espacios de aire. Inicialmente, el agua se evapora de una fina película de agua que recubre los espacios de aire. Posteriormente, el agua se evapora de la pared de las células del mesófilo durante la transpiración. El potencial hídrico de la pared celular disminuye. Así, el agua es absorbida por la pared celular del protoplasma que a su vez toma agua de la vacuola de la célula. El potencial hídrico de la célula mesófila disminuye debido a la pérdida de agua.Esta célula mesófila absorbe agua de las células mesófilas adyacentes y, en última instancia, del xilema o de las venas de la hoja. La tensión desarrollada debido a la transpiración actúa como un tirón desde arriba sobre toda la columna de agua de la planta. La tensión se transmite a lo largo de la columna de agua ininterrumpida a través del tallo hasta la parte absorbente de la raíz. Debido a la rápida tasa de transpiración, el transporte de agua a través de todo el sistema refleja una disminución progresiva del potencial hídrico del suelo a la atmósfera. Se desarrolla una diferencia de potencial hídrico entre la raíz y el suelo. Por lo tanto, el agua del suelo entra en los pelos de las raíces y las células del epiblema y, en última instancia, en el xilema de las raíces a través de las células corticales.

404 y BIOLOGÍA secundaria superior (+2) de Bureau - I El agua se mueve a través del suelo predominantemente por flujo masivo impulsado por gradiente de presión. A medida que las plantas absorben agua del suelo, agotan el agua del suelo cerca de la superficie de las raíces. Este agotamiento reduce la yP en el agua cerca de la superficie de la raíz. También establece un gradiente de presión con respecto a las regiones vecinas de suelo que tienen valores de yP más altos. Debido a que los espacios de poros llenos de agua en el suelo están interconectados, el agua se mueve hacia la superficie de la raíz mediante un flujo masivo a través de estos canales en el gradiente de presión. En el mecanismo pasivo, la tasa de transpiración es muy alta y una gran cantidad de agua se absorbe a una tasa relativamente más rápida. La mejor evidencia en apoyo de la absorción pasiva proviene del hallazgo experimental de que la tasa de absorción de agua por una planta es aproximadamente igual a la tasa de transpiración, siempre que el agua esté disponible en la cantidad óptima en el suelo. Trayectoria del agua a través de la raíz: si se establece un gradiente potencial por cualquier medio, el agua se mueve de manera centrípeta a través del epiblema y los pelos radiculares y luego a través de la corteza hasta el xilema a través de la endodermis y el periciclo. Las posibles vías de transporte de agua a través de estas regiones son (Fig.10.11 Fig.10.12): i. Vía del apoplasto ii. vía symplast iii. vía transmembrana. El apoplasto consta de componentes no vivos de la raíz que aproximadamente se equipara con el espacio libre, es decir, las paredes celulares, los espacios aéreos intercelulares y los vasos del xilema. El symplast Fig.10. 11: Movimiento de agua del suelo a la planta. consta de citoplasma interconectado por plasmodesmos. En la vía del symplast, el agua se mueve de una célula a la siguiente a través de plasmodesmos. En la vía transmembrana, el agua entra en una célula por un lado y sale de la célula por los otros lados. En otras palabras, el agua atraviesa al menos dos membranas por cada célula en su camino (la membrana plasmática al entrar y al salir). Se considera que el flujo inicial de agua a través de la capa superficial de la raíz hasta la capa más interna de la corteza se produce principalmente a través de la vía del apoplasto. En la endodermis, la vía del apoplasto está obstruida por la franja caspariana. Por tanto, el movimiento del agua a través de la endodermis se produce a través de la membrana plasmática. En ciertos casos, las células de paso poco suberizadas permiten la entrada de agua a través de la endodermis. El cilindro vascular ofrece poca resistencia al movimiento del agua de la endodermis. El agua al llegar al xilema se trasloca hacia arriba.

Transporte en plantas y 405 Fig.10.12: Vías de movimiento del agua: Vía de apoplasto (involucra las paredes celulares), vía de Symplast (involucra el citoplasma y plasmodesmos) y la vía de symplast (de vacuola a vacuola) Factores que afectan la absorción de agua Los factores importantes que afectan la tasa de absorción del agua son de dos tipos. I. Factores ambientales externos. II. Factores vegetales o factores internos. I. Factores ambientales externos: (i) Temperatura del suelo: La variación de temperatura afecta la tasa de absorción de agua. 0 0 La absorción de agua es óptima dentro del rango de temperatura de 20 C - 30 C. Cualquier aumento o disminución de temperatura más allá de este rango disminuye la tasa de absorción de agua. La temperatura moderadamente alta aumenta la tasa de absorción de agua y una temperatura muy alta mata la célula. La disminución de la temperatura reduce el proceso de absorción debido a (a) un alargamiento más lento de la raíz evitando así su contacto con nuevas áreas (b) disminución de la permeabilidad de la membrana celular (c) aumento de la viscosidad del agua y protoplasma (d) reducción de la tasa de actividades metabólicas (e ) tasa reducida de difusión del agua del suelo. (ii) Disponibilidad de agua: La tasa de absorción de agua generalmente está influenciada por el agua del suelo disponible, es decir, el rango de cantidad de agua entre la capacidad de campo (capacidad real de retención de agua) y el porcentaje de marchitez permanente (pérdida de agua que causa marchitez en condiciones normales). condiciones). La disminución del agua del suelo por debajo del porcentaje de marchitez permanente provoca una disminución considerable en la absorción de agua. El aumento apreciable de agua más allá de la capacidad de campo afecta la aireación del suelo y disminuye la tasa de absorción.

406 y BIOLOGÍA secundaria superior (+2) de Bureau - I (iii) Aireación del suelo: El agua se absorbe más eficientemente en un suelo bien aireado que en un suelo mal aireado. La deficiencia de oxígeno en el suelo inhibe el crecimiento y metabolismo de las raíces. Además, una acumulación de CO en el suelo no aireado aumenta la viscosidad de los protoplastos 2 y disminuye la permeabilidad de la membrana celular. Los factores anteriores reducen gravemente la tasa de absorción de agua. Estas pueden ser las razones de la muerte de las plantas en áreas inundadas. (iv) Concentración de la solución del suelo: La absorción de agua depende de la concentración de la solución del suelo. Si la concentración de la solución del suelo es mayor que la savia de las células, las raíces se vuelven incapaces de absorber el agua del suelo. Es por eso que las plantas no crecen en suelos muy salinos. II. Factores de la planta o factores internos: (i) Transpiración: La alta tasa de transpiración aumenta la tasa de absorción de agua debido al desarrollo del gradiente de potencial hídrico entre el sistema radicular y las hojas. El potencial hídrico de las hojas es menor que el del sistema radicular debido a la transpiración. tirar de agua. (ii) Metabolismo: El metabolismo del sistema radicular y la absorción de agua por las raíces están estrechamente relacionados. Se ha observado experimentalmente que los factores que inhiben la respiración, como la mala aireación, la aplicación de inhibidores respiratorios, etc., reducen la tasa de absorción de agua. (iii) Sistema de raíces: La eficiencia de la absorción de agua depende del sistema de raíces. La presencia de varios pelos radiculares explica la tasa de absorción. 10.4.2. Translocación de agua o ascenso de la savia El movimiento ascendente del agua desde el metaxilema de las raíces hasta las cavidades substomáticas de las hojas a través del xilema del tallo y las venas de las hojas se denomina "ascenso de la savia" o conducción del agua en dirección ascendente (Fig. 10.13). Se ha verificado experimentalmente que el xilema es el principal tejido conductor de agua. Se han propuesto varias teorías para explicar el mecanismo involucrado en el ascenso de la savia. Algunos científicos opinan que las células vivas participan activamente en el bombeo de agua hacia arriba, mientras que otros explican que el mecanismo de ascenso de la savia es independiente de la actividad de la vida. Las diversas teorías pueden tratarse en términos generales bajo tres títulos. I. Teorías vitales II. Teoría de la presión de la raíz III. Teoría de la cohesión-tensión Fig.10.13: Trayectoria de translocación del agua.

Transporte en plantas y 407 I. Teorías vitales Todas aquellas teorías que consideran que las células vivas son las responsables de efectuar el ascenso de la savia se tratan en las teorías vitales. Westermeir, Godlewski, Janse afirmaron que las células vivas juegan un papel esencial en el ascenso de la savia. Godlewski propuso la teoría de la bomba de relé para explicar el ascenso de la savia. Según él, hubo un cambio rítmico en la presión osmótica de las células vivas del parénquima del xilema y los rayos medulares que provocó una acción de bombeo del agua en dirección ascendente. Las traqueidas y los vasos actuaron como depósitos de agua. Janse apoyó a Godlewski y mostró que si se mataba la parte inferior de una rama, las hojas de arriba se veían afectadas. Sir J.C. Bose (1923) abogó por la teoría de la pulsación Fig.10.14: Sir. La teoría de la pulsación de J.C. Bose explicada por este dispositivo. para explicar el ascenso de la savia. Experimentó para demostrar que las células vivas de la capa más interna de la corteza que se encuentran justo fuera de la endodermis se encontraban en un estado de pulsaciones rítmicas que provocaban el bombeo de agua de una célula a otra en dirección ascendente (figura 10.14). Las teorías vitales ya no se aceptan como el posible mecanismo de ascenso de la savia, ya que no se pudo obtener una prueba experimental adecuada en su apoyo. II. Teoría de la presión de la raíz Si el tallo de una planta se corta cerca de su base o se hacen incisiones en el tallo, se ve que la savia del xilema fluye a través de ellas. Este fenómeno se llama "exudación" o "sangrado". Pristley explicó que este proceso de movimiento ascendente del agua se debe a una presión hidrostática desarrollada en el sistema radicular conocida como presión radicular. Si se conecta un tubo vertical a un muñón sangrante, se elevará una columna de savia (figura 10.15). Dado que las raíces vivas son esenciales para el desarrollo de la presión de la raíz, parece más razonable pensar que la presión de la raíz es un proceso activo. Kramer, Steward, Dixon y Joly se han opuesto muy enérgicamente. Fig.10.15: Demostración de la participación de la presión de las raíces en el ascenso de la savia. Es cierto que la presión de la raíz es un proceso dinámico, pero en sí mismo no es suficiente para impulsar el agua en el caso de árboles altos que varían en altura de 200 a 300 pies. No se ha observado una mayor presión de las raíces en todas las plantas. En las gimnospermas se puede medir poca o ninguna presión de la raíz. Además, se ha encontrado que la presión de las raíces es más baja durante el verano cuando la tasa de transpiración es muy rápida, mientras que es más alta en primavera cuando la tasa de transpiración es bastante lenta.

408 y BIOLOGÍA de Secundaria Superior (+2) de Bureau - I III. Teoría de la tracción de la transpiración y de la cohesión-tensión Esta teoría fue propuesta por Dixon y Joly (1894) y ha sido apoyada por Curtis y Clark (1951), Levitt (1969). La teoría anterior también se conoce como teoría de Dixon del ascenso de la savia. La teoría asume que el agua se extrae desde arriba, pero no se empuja desde abajo. La teoría tiene dos características esenciales como (i) la cohesión del agua y la adhesión entre el agua y las tiusses del xilema, (iii) la fuerza de transpiración. (a) Cohesión del agua y adhesión entre el agua y los tejidos del xilema La cohesión es el fenómeno de atracción entre moléculas similares. Las moléculas de agua permanecen atraídas por la fuerza cohesiva y no pueden separarse fácilmente unas de otras. Además, existe una atracción entre las moléculas de agua y la pared interna de los conductos del xilema. Entonces, la columna de agua no puede separarse de la pared de los conductos del xilema debido a las fuertes propiedades adhesivas y cohesivas del agua y la continuidad de la columna de agua se mantiene desde las raíces hasta las hojas. Las fuerzas que actúan contra la fuerza cohesiva del agua y que intentan romper la columna de agua en la planta son el peso de la propia columna de agua, la resistencia que encuentra el agua al atravesar los tejidos de la raíz, el tallo y las células mesófilas de la planta. hoja. Se ha descubierto que todas estas fuerzas combinadas tienen el valor de 50 atmósferas en árboles altos. Pero la magnitud de la fuerza cohesiva del agua por sí sola es de aproximadamente 300 atmósferas, lo que es suficiente para mantener la continuidad de la columna de agua en las plantas. (b) Tracción por transpiración Es la fuerza de tracción responsable de levantar la columna de agua. A medida que el agua se pierde en forma de vapor de agua a la atmósfera desde las células del mesófilo por transpiración, se crea una presión hidrostática negativa en las células del mesófilo que a su vez extrae agua de las venas de las hojas. Luego, la tensión negativa se transmite gradualmente hacia abajo a través de los tejidos del xilema de la hoja, el tallo y finalmente a las raíces. Como resultado, hay un movimiento ascendente continuo de la columna de agua en la planta. Por lo tanto, el tirón de la transpiración actúa como tirón desde arriba sobre toda la columna de agua de la planta que atrae el agua de los vasos del xilema de las raíces hacia las hojas, es decir, en una dirección hacia arriba.Esta columna de agua continua no se rompe debido a la fuerte fuerza de cohesión entre el agua. moléculas y fuerzas adhesivas entre el agua y el tejido del xilema. Así es como se produce el ascenso de la savia en la planta. 10.4.3. Transpiración Las plantas absorben una gran cantidad de agua del suelo a través de las raíces y los pelos radiculares. Sin embargo, las plantas utilizan solo una pequeña fracción (1-2%) del agua absorbida para sus actividades metabólicas. El resto (98-99%) del agua absorbida se pierde en la atmósfera por el proceso fisiológico conocido como transpiración. La transpiración se define como la pérdida de agua.

Transporte en Plantas y 409 en forma de vapor de agua desde los tejidos internos de las plantas vivas a través de las partes aéreas de las plantas como hojas, brotes verdes, etc. La transpiración ocurre a través de dos etapas sucesivas: (i) Al principio se pierde agua del mesófilo. células de la hoja en los espacios intercelulares. (ii) Posteriormente, el agua se difunde desde los espacios intercelulares hacia la atmósfera exterior en forma de vapor de agua, ya sea a través de los estomas o de la superficie general de la epidermis de las hojas. Las hojas y los brotes verdes son los principales órganos de transpiración. La transpiración puede ocurrir a través de la cutícula, lenticelas o estomas. En consecuencia, se llama transpiración cuticular, lenticular o estomática. (i) Transpiración cuticular: la cutícula es una capa de cobertura similar a la cera en la epidermis de las hojas y los tallos herbáceos. Está destinado a comprobar la transpiración. Sin embargo, es posible que se pierda algo de agua a través de él. Así, la pérdida de agua en forma de vapor de agua a través de la cutícula se conoce como transpiración cuticular. La transpiración cuticular representa casi el 20 por ciento de la pérdida total de agua de una planta. (ii) Transpiración lenticular: la pérdida de agua en forma de vapor de agua que tiene lugar a través de las lenticelas presentes en el tallo leñoso y los frutos se denomina transpiración lenticular. Representa del 1 al 5 por ciento de la pérdida total de agua de la planta. (Fig. 10.16) Fig.10.16: Lenticelas que muestran la transpiración lenticular. (iii) Transpiración de los estomas: los estomas son poros diminutos confinados a la epidermis de brotes y hojas verdes. La apertura y el cierre de los estomas están controlados por células de guarda. La pérdida máxima (alrededor del 80 por ciento de la pérdida total de agua) de agua de los tejidos vegetales se produce a través de las aberturas de los estomas. La pérdida de agua en forma de vapor de agua a través de los estomas de las plantas se conoce como transpiración estomática. Estructura de los estomas Los estomas son poros diminutos de forma elíptica rodeados por dos células epidérmicas especializadas conocidas como células de guarda. Las células de guarda tienen forma de riñón en dicotiledóneas. La porción de la pared de la célula protectora que se encuentra cerca de la abertura del estoma es gruesa e inelástica. El resto de la pared celular es delgada, elástica y permeable. Cada célula protectora tiene un revestimiento citoplásmico y una vacuola central que contiene savia celular. Su citoplasma contiene un núcleo y varios cloroplastos. Las células epidérmicas que rodean a las células de guarda están especializadas y se conocen como células subsidiarias (Fig. 10.17 A, B). Apoyan el movimiento de las células de guardia. El tamaño, la forma y el número de estomas de las células de guarda varían de una planta a otra.

410 y Biología secundaria superior (+2) de Bureau - I Fig.10.17: A - desprendimiento epidérmico de la hoja que muestra los estomas y B - un solo estoma agrandado. Mecánica general de apertura y cierre de los estomas Los estomas generalmente se abren durante el día o en horas de luz y se cierran durante la noche. La apertura y el cierre de los estomas se producen por cambios en el volumen y la forma de las células de guarda. La expansión y contracción de las células de guarda se debe a que alcanzan condiciones turgentes y flácidas, respectivamente (fig. 10.18). Cuando las células de guarda absorben agua de las células circundantes, se vuelven turgentes. A medida que aumenta la turgencia, las delgadas paredes externas de las células de guarda se estiran Fig.10.18: Movimientos estomáticos (A) Cerrados. (B) Abra hacia afuera. El abultamiento hacia fuera provoca la separación de las gruesas paredes internas inelásticas que adquieren una forma cóncava dando como resultado la apertura de los estomas. Cuando las células de guarda se vuelven flácidas por la pérdida de agua, las paredes gruesas vuelven a su posición original, estrechando el estoma y finalmente cerrándolo. Esta es la mecánica de las celdas de guardia. El mecanismo de apertura y cierre de los estomas Se han presentado varias teorías para explicar la apertura y cierre de los estomas. I. Teoría de la interconversión almidón-glucosa: con el descubrimiento de la presencia de la enzima fosforilasa en las células de guarda por Yin y Tung (1948), Steward (1964) propuso la teoría de la interconversión almidón-glucosa (fig. 10.19). La siguiente secuencia de reacciones ocurre a pH alto durante el día. PH alto i. Almidón + PO4 Glucosa-1-PO = Fosforilasa 4

Transporte en Plantas y 411 Fosfoglucomutasa ii. Glucosa-1-PO Glucosa-6-PO 4 4 Fosfatasa iii. Gluscoe-6-PO Glucosa + PO = 4 4 La formación de glucosa en las células de guarda aumenta la turgencia de las células de guarda. Así los estomas se abren durante el día. En condiciones de noche o de oscuridad se produce la reacción inversa y la glucosa se convierte primero en glucosa - 1- PO con la ayuda de ATP, y luego en almidón. 4 Sin embargo, existen algunas objeciones a esta teoría por las que no es universalmente aceptada. Las objeciones son las siguientes: (a) Nunca se ha observado que el azúcar se acumule en las células de guarda cuando el almidón desaparece en el momento de la apertura de los estomas. Por otro lado, el almidón se convierte en ácidos orgánicos. (b) En las monocotiledóneas, las células de guarda no sintetizan almidón. (c) El cierre de los estomas ocurre incluso al mediodía, aunque hay luz y no hay Fig.10.19: Cambio de interconversión almidón-glucosa en el contenido de almidón. durante la apertura y cierre de los estomas Teoría del ión potasio Las evidencias experimentales muestran que los estomas también se abren incluso en aire libre de CO y en ausencia de luz al aumentar la concentración de K + en las células de guarda. Imamura y Fujino (1959) observaron acumulación de K en las células de guarda y propusieron la teoría del ión K para + + explicar esto. La secuencia de eventos que tienen lugar en las celdas de guardia es la siguiente: 1. La luz del sol de la mañana, particularmente la luz azul, es la causa detrás de la apertura de los estomas. + La luz azul activa las H - ATPasas (bombas de protones) de la membrana plasmática de la célula protectora. + 2. Al usar ATP, las bombas empujan al H hacia la pared celular de las celdas de protección y, como resultado, el interior de la celda se vuelve rico en cargas negativas. El lado de la pared celular de la membrana plasmática + tiene una alta concentración de H y el lado citoplasmático tiene cargas negativas. 3. Debido a tal diferencia de cargas a través de la membrana, se dice que está hiper- + + polarizada. Esto conduce a la apertura de los canales con compuerta K y los iones K ingresan al

412 y BIOLOGÍA de Secundaria Superior (+2) de Bureau - Célula en masa. En muy poco tiempo de caída de luz azul en la celda gurard, contiene + más iones K en comparación con los iones negativos. 4. Después de esto, los iones Cl también entran en las células de protección de las células circundantes. - 5. Dentro de las células de guarda, el ácido málico se forma a partir del ácido pirúvico que proviene del metabolismo de los carbohidratos. Ácido fosfoenolpirúvico + HCO 3 - ® Ácido oxaloacético + Pi Ácido oxaloacético + NAD (P) H ® Ácido málico + NAD (P) + Ácido málico ioniza a malato 2– y dos H + - + 2- Los iones antes mencionados (K, malato y Cl) se bombean a la vacuola.Estos solutos osmóticamente activos reducen el potencial hídrico en las células de guarda. Como resultado de que esta agua ingresa a las células de protección debido a la endoosmosis, se vuelven turgentes y se abultan creando el poro estomático. La secuencia de eventos que tienen lugar durante el cierre de los estomas son: 1. En la noche se detiene la fotosíntesis, la concentración de CO se acumula haciendo que la cavidad substomática 2 se vuelva ácida 2. La concentración de ABA (Abscisicacid) en las células de guarda aumenta, lo que resulta en la apertura de los canales de Ca y el aumento de Ca en el citoplasma 2+ 2+ 3. Tiene lugar la salida de K + de las células de guarda, después de lo cual el agua también abandona las células de guarda por exosmosis 4. La presión de turgencia disminuye y las células de guarda se mueven hacia adentro cerrando el poro. Apertura estomática en plantas suculentas: En el caso de plantas suculentas como Opuntia, Bryophyllum sp. etc. los estomas se abren por la noche (lo que se denomina apertura escotactiva) y se cierran durante el día. En estas plantas hay una oxidación incompleta de los carbohidratos durante la noche. Esto provoca la acumulación de ácidos orgánicos sin liberación de CO. Los ácidos orgánicos producidos en la noche provocan su disociación y aumento de iones 2 H y el resto de procesos conducen a la apertura de los estomas. Sin embargo, durante el día los ácidos orgánicos + se metabolizan liberando CO en abundancia, lo que mantiene los estomas cerrados. El cierre diurno 2 y la apertura nocturna de los estomas resuelven el problema del equilibrio hídrico de las suculentas que crecen en hábitats secos y cálidos (ver fotosíntesis) Factores que afectan la tasa de transpiración: la tasa de transpiración se ve afectada por una serie de factores internos (factor vegetal) y factores externos. I. Factores internos o de la planta: (i) Relación raíz-brote: si todas las demás condiciones son favorables para la transpiración, la capacidad de absorción de agua de la superficie de la raíz y la capacidad de transpiración de la superficie de la hoja regulan la tasa

Transporte en Plantas y 413 de transpiración. Si la superficie de absorción es más baja que la superficie de transpiración, se produce un déficit de agua, lo que provoca una reducción en la tasa de transpiración. En otras palabras, una relación raíz / brote baja reduce la tasa de transpiración. (ii) Área foliar: cuanto mayor sea el área foliar, mayor será la pérdida de agua debido a la transpiración. (iii) Frecuencia de estomas: La frecuencia de estomas significa el número total de estomas por unidad de área foliar. La frecuencia de los estomas varía con las diferentes especies. Cuanto mayor es la frecuencia de los estomas, mayor es la tasa de transpiración. (iv) Estructura de la hoja: la presencia de cutícula gruesa, capas de cera, estomas hundidos y tricomas en la superficie de las hojas reducen la tasa de transpiración. II. Factores externos o ambientales (i) Luz: existe una estrecha relación entre la apertura de los estomas y la presencia de luz. La luz afecta la tasa de transpiración de dos maneras. En primer lugar, la luz hace que los estomas se abran. Como resultado, las células interiores saturadas de la hoja quedan expuestas a la atmósfera exterior. En consecuencia, la tasa de transpiración aumenta con la luz del sol brillante. En segundo lugar, aumenta la temperatura de la hoja y, por lo tanto, afecta la tasa de transpiración. (ii) Viento: el aumento en la velocidad del viento aumenta la tasa de transpiración al eliminar el vapor de agua de la atmósfera de las proximidades de la superficie que transpira y reducir la humedad relativa. (iii) Temperatura: el aumento de temperatura aumenta la tasa de transpiración. Esto se debe al aumento de la tasa de evaporación del agua de la superficie celular y al descenso de la humedad de la atmósfera externa. Sin embargo, existe un límite en el aumento de temperatura en relación con la pérdida de agua por transpiración. A temperaturas muy altas, generalmente más allá de los 35 C, la tasa de transpiración 0 cae gradualmente debido a la inactividad del protoplasma. (iv) Humedad del aire: la humedad se expresa como el porcentaje de vapor de agua presente en la atmósfera. La humedad relativa de la atmósfera afecta en gran medida la tasa de transpiración porque influye en el gradiente de potencial hídrico entre los espacios intercelulares y la atmósfera exterior. Cuanto mayor sea la humedad relativa de la atmósfera exterior, menor será la tasa de transpiración. Por el contrario, cuanto menor sea la humedad relativa de la atmósfera exterior, mayor será la tasa de transpiración. (v) Presión atmosférica: la reducción de la presión atmosférica reduce la densidad de vapor de la atmósfera externa. Esto permite una difusión más rápida del agua. Las plantas que crecen en las colinas muestran una mayor tasa de transpiración debido a la baja presión atmosférica y, por lo tanto, desarrollan caracteres xerofíticos. (vi) Suministro de agua: la deficiencia de agua en el suelo disminuye la tasa de transpiración. Esto se debe a la baja absorción de agua del suelo.

414 y BIOLOGÍA secundaria superior (+2) de Bureau - I Importancia de la transpiración La transpiración tiene una importancia inmensa en la vida vegetal. Las funciones beneficiosas de la transpiración son: (i) Intercambio gaseoso: la transpiración es esencial en la vida de las plantas terrestres. Ayuda en la absorción de dióxido de carbono (CO) de la atmósfera durante la fotosíntesis, ya que la apertura de los estomas durante el día facilita el intercambio gaseoso. (ii) Efecto refrescante: las hojas absorben la energía radiante. Parte de la energía de la luz se utiliza en la fotosíntesis, el resto se convierte en energía térmica, lo que aumenta la temperatura de las hojas. Sin embargo, la rápida evaporación del agua en forma de vapor de agua de las partes aéreas de la planta a través de la transpiración reduce su temperatura. La transpiración, por lo tanto, proporciona un efecto de enfriamiento significativo que evita que la planta se sobrecaliente. (iii) Efecto sobre el transporte de minerales: las sales minerales permanecen disueltas en el agua del suelo y son absorbidas por las raíces. Los minerales que se absorben y se acumulan en el conducto del xilema de la raíz se mueven hacia arriba y se distribuyen en la planta por el tirón transpiratorio de la savia. (iv) Efecto sobre el movimiento del agua: el agua absorbida se transporta de las raíces a las hojas a través de los vasos del xilema, que está muy influenciada por la atracción transpiratoria. La pérdida de agua debido a la transpiración da como resultado el desarrollo de un bajo potencial hídrico en los tejidos de las hojas. Así, el agua se mueve desde los vasos del xilema hasta las células de las hojas y ayuda en el ascenso de la savia. (v) Desarrollo de tejidos mecánicos: una mayor cantidad de transpiración ayuda en el desarrollo de tejidos mecánicos en las plantas. Las plantas se vuelven más sanas y compactas. Las paredes celulares se vuelven gruesas y cutinizadas y las plantas son capaces de resistir el ataque de hongos y bacterias. (vi) Mantenimiento de la turgencia: la transpiración mantiene un grado óptimo de turgencia en las células. En condiciones favorables, las plantas absorben el exceso de agua, que se desprende por transpiración para mantener la turgencia óptima para un mejor crecimiento. Según Curtis, la transpiración es un mal necesario debido a los siguientes hechos: (i) Una gran cantidad de agua absorbida se pierde durante la transpiración, lo que es perjudicial para las plantas. (ii) Durante el proceso de absorción de agua se produce un derroche innecesario de energía que se pierde debido a la transpiración. (iii) Cuando la tasa de transpiración es alta en plantas que crecen en suelos con deficiencia de agua, se desarrolla un déficit interno de agua en las plantas que puede afectar el proceso metabólico. (iv) Muchas plantas xerofíticas experimentan modificaciones y adaptaciones estructurales para controlar la transpiración. Teniendo en cuenta los efectos beneficiosos y nocivos de la transpiración, se puede concluir que es definitivamente ventajoso a pesar de sus características nocivas.

Transporte en plantas y 415 Antitranspirantes El término antitranspirante se utiliza para desigante de cualquier material aplicado a las plantas con el propósito de ralentizar la transpiración. Algunos de los principales antitranspirantes son plásticos incoloros, aceite de silicona, cera de baja viscosidad, acetato fenil mercúrico, ácido abscísico, CO, etc. Los plásticos incoloros, las ceras de silicio 2 y las ceras de baja viscosidad constituyen un grupo, ya que estos se esparcen sobre las hojas con el propósito de formar una película permeable al oxígeno y al dióxido de carbono pero no al agua. El dióxido de carbono es un antitranspirante eficaz. Un pequeño aumento en la concentración de CO del 0,02% natural al 0,05% 2 induce el cierre parcial de los estomas. Para comprobar la transpiración en condiciones de sequía, se puede esparcir hielo seco (CO sólido) en el campo. La ventaja de las sustancias antitranspring es reducir la tasa de transpiración sin afectar negativamente el intercambio de gases durante la fotosíntesis, la respiración y el crecimiento. La aplicación de antitranspirantes es beneficiosa para la agricultura para mejorar la productividad de los cultivos durante situaciones de sequía. 10.4.4. Guttación Cuando las condiciones son tales que la absorción de agua excede en gran medida a la transpiración, el exceso de agua se escapa de la planta en forma de estructuras de canal líquido llamadas hidatodos presentes en los márgenes de terminación de las venas de la hoja. Este tipo de exudación de agua se llama evisceración. El fenómeno de la evisceración no es universal y se observa en algunas plantas. La evisceración es exhibida principalmente por plantas herbáceas como Balsam, Colocasia, etc. que crecen en suelos húmedos y cálidos y en condiciones de atmósfera húmedas. La mayoría de las veces ocurre por la noche o temprano en la mañana, cuando no hay transpiración y la presión de la raíz es alta. El fluido que rezuma en la evisceración contiene una variedad de sustancias orgánicas e inorgánicas disueltas. La evisceración tiene lugar a través de estructuras llamadas hidatodos (fig. 10.20). Los hidatodos permanecen abiertos todo el día y la noche y están conectados con venas. Cada hidatodo se abre hacia el exterior por un poro llamado estoma. El estoma está rodeado por dos celdas de protección y se abre internamente en aire. Fig. 10.20: Hidatodo. A - hoja completa que muestra la posición, B - V.S. de hoja a través del hidatodo. cámara. Justo debajo de la cámara de aire hay un grupo de células parenquimatosas con espacios intercelulares llamados epítemas. Se encuentra dentro de la hoja debajo de la epidermis principalmente en el margen o punta de la hoja. Los vasos del xilema y las traqueidas se abren justo detrás del epítema. La exudación de agua en forma de gotas líquidas se realiza a través del estoma.

416 y BIOLOGÍA secundaria superior (+2) de Bureau - I La evisceración se debe a una presión hidrostática positiva (presión de la raíz) que se desarrolla en los conductos del xilema de la raíz. Diferencias entre transpiración y evisceración: Transpiración (i) Se produce a través de estomas, cutículas y lenticelas. (ii) El agua se pierde en forma de vapor de agua. (iii) Ocurre solo durante el día. (iv) Los estomas de las hojas generalmente permanecen abiertos durante el día y se cierran por la noche. (v) El agua (en forma de vapor) es pura y no contiene sal. (vi) La mayor pérdida de agua se produce a través de los estomas presentes en la superficie de la hoja. (vii) Tiene lugar en todas las plantas terrestres superiores. (viii) La transpiración controla la temperatura de la planta. (ix) La presión de la raíz no está involucrada. Guttación (i) Ocurre a través de hidatodos en las hojas. (ii) Se exuda en forma de líquido. (iii) Tiene lugar por la mañana o durante la noche. (iv) El hidatodo permanece abierto todo el día y la noche. (v) El agua rezumada no es pura y contiene sustancias orgánicas e inorgánicas disueltas. (vi) Ocurre a través de hidatodos presentes en el margen de la hoja. (vii) Tiene lugar principalmente en plantas herbáceas. (viii) No controla la temperatura de las hojas. (ix) Tiene lugar debido al desarrollo de la presión de la raíz. 10.4.5. Absorción y transporte de nutrientes minerales Las plantas absorben la mayoría de los nutrientes minerales necesarios y el agua de la solución del suelo por las raíces y los mueven hacia arriba en el xilema para distribuirlos por las partes aéreas de las plantas. La absorción de nutrientes minerales en forma iónica de la solución del suelo se lleva a cabo por toda la superficie de la raíz, pero la absorción es más pronunciada en la zona del pelo de la raíz que en las zonas de meristemo y elongación. La concentración de iones minerales en la solución del suelo suele ser mucho más baja que su concentración dentro de la planta. Por lo tanto, la captación de iones por las células de la raíz requiere un gasto de energía metabólica proporcionada por la hidrólisis de ATP, es decir, por un proceso activo como se discutió anteriormente. Algo de mineral

Transporte en plantas y 417 iones pueden ser absorbidos por las raíces de forma pasiva. La absorción de iones por las raíces puede ser a través del simplasto o del apoplasto. En el modo simplástico, los iones atraviesan la membrana plasmática de las células epidérmicas y, una vez dentro, los iones se difunden radialmente en la corteza de una célula a otra a través de las conexiones de plasmodesmas y finalmente llegan a la endodermis. En el modo apoplástico, un ión puede difundirse a través de la red de polisacárido de la pared celular entre las células epidérmicas o puede ser transportado pasivamente por el flujo de agua hacia el interior. En la corteza, los iones y otros solutos pueden difundirse radialmente a través del apoplasto hasta la capa endodérmica. En la capa endodérmica, el movimiento apoplástico de los nutrientes está bloqueado por la franja de Casparian, que es un anillo presente en las paredes radiales de las células endodérmicas que se impregnan con una sustancia similar a cera hidrófoba, suberina. Así, las tiras de Casparia en las paredes radiales de la endodermis separan el apoplasto externo del apoplasto interno e impiden cualquier flujo libre de agua, iones minerales y otros solutos entre los apoplastos externo e interno. Por lo tanto, el agua y los nutrientes deben ingresar al simplasto desde el apoplasto externo antes de que puedan ingresar a la estela. Durante este movimiento apoplásico radial, estos nutrientes pueden atravesar la membrana plasmática de las células corticales en cualquier punto y luego alcanzar la capa endodérmica por modo simplástico. Una vez dentro de la endodermis, los iones continúan difundiéndose de una célula a otra hacia la estela. La estela consta de parénquima de xilema vivo y elementos traqueales de xilema muertos (traqueidas y elementos vasculares). Al estar muertos, los elementos traqueales del xilema no tienen plasmodesmas ni conexiones citoplásmicas con el parénquima del xilema. Por lo tanto, los iones que alcanzaron el parénquima del xilema desde la capa endodérmica deben salir del simplastos cruzando la membrana plasmática para ser cargados en los elementos traqueales del xilema (el apoplasto interno). La membrana plasmática del parénquima del xilema tiene proteínas de transporte especializadas como canales, transportadores y bombas que descargan los solutos desde el simplasto hasta el apoplasto. El proceso por el cual los solutos salen de las células del parénquima del xilema (simplastos) y entran en los elementos traqueales del xilema (apoplasto) se denomina carga de xilema. Después de entrar en el tejido conductor del xilema, los nutrientes minerales se mueven hacia arriba junto con el agua y alcanzan las partes en crecimiento de la planta, como se ha descrito para el ascenso de la savia. 10.4.6. Transporte de alimentos: translocación del floema Los productos fotosintéticos, en particular los azúcares, se sintetizan en las hojas maduras, desde donde son trasladados por el tejido del floema a las áreas de crecimiento, incluidas las puntas de los brotes y las raíces. Al llegar al destino, los azúcares se utilizan como sustrato para la respiración a fin de proporcionar material de construcción y energía para la formación, el crecimiento y la diferenciación de la pared celular. En la raíz, la energía metabólica se utiliza para la absorción de iones del suelo y para la carga de xilema. Los azúcares también se trasladan a varios órganos de almacenamiento, como frutas, tubérculos y tallo de almacenamiento y raíces de almacenamiento. Durante la germinación de semillas o tubérculos, los azúcares almacenados se reasignan para formar diferentes órganos de la planta, incluido el crecimiento y la diferenciación de las hojas para realizar la fotosíntesis nuevamente. En las plantas de hoja caduca, los azúcares almacenados de los brotes y las raíces se reasignan para utilizarlos en la formación de nuevas hojas. Junto con los azúcares, también se trasladan otros compuestos orgánicos (por ejemplo, aminoácidos) e iones minerales. Por lo tanto, la translocación a través del tejido del floema es bidireccional mientras que,

418 y BIOLOGÍA secundaria superior (+2) de Bureau - El transporte a través del tejido del xilema, como se discutió anteriormente, es unidireccional. Las células del floema que ayudan a transportar azúcares y otros materiales orgánicos por toda la planta son los elementos del tamiz, que son células vivas especializadas para la translocación, a diferencia de las células conductoras del xilema, que son células muertas. ¿Cómo se trasladan los azúcares de las hojas a las raíces y otros órganos? El patrón general de transporte del floema es una fuente para hundir el movimiento de los productos de la fotosíntesis. Las fuentes incluyen cualquier órgano exportador, típicamente una hoja madura, mientras que los sumideros incluyen órganos no fotosintéticos como raíces, tubérculos, frutos en desarrollo y hojas inmaduras en crecimiento. Mecanismo de translocación del floema La hipótesis del flujo de presión (también llamada hipótesis de flujo de masa o flujo de masa), propuesta por primera vez por Ernst Munch en 1930, es ampliamente aceptada como el probable mecanismo de translocación en el tejido del floema. Tomando como ejemplo específico la translocación de azúcares de las hojas (fuente) a las raíces (sumidero), según esta hipótesis, se establece un gradiente de presión como consecuencia de la carga del floema de azúcares en las hojas maduras y la descarga del floema en los tejidos radiculares. . En las hojas maduras, la sacarosa, la forma translocable del azúcar, se carga en los elementos del tamiz mediante un proceso activo. Esto da como resultado que el tejido del floema de la hoja (fuente) a la raíz (hundimiento) en las plantas aumente en base a la presión osmótica en la hipótesis de Munch. los elementos del tamiz, provocando una caída en el potencial hídrico. El agua del tejido del xilema circundante ingresa a los elementos del tamiz, lo que hace que aumente la presión de turgencia en la fuente. En las raíces, la descarga de sacarosa de los elementos del tamiz tiene lugar, lo que conduce a una presión osmótica más baja y el potencial hídrico del tejido del floema aumenta por encima del tejido del xilema. En respuesta al gradiente de potencial hídrico, el agua sale del tejido del floema y hace que la presión de turgencia disminuya en el fregadero. Así se establece un gradiente de presión entre la fuente y el sumidero, que impulsa el movimiento del agua y los azúcares disueltos en ella. A continuación se presenta un diagrama esquemático (figura 10.21).

Transporte en Plantas y 419 10.4.7. Difusión de gases en las plantas Las plantas requieren gases atmosféricos como el CO y el O para realizar dos importantes procesos fisiológicos 2 2, la fotosíntesis y la respiración, respectivamente. Estos gases ingresan a las plantas por difusión en estado gaseoso y luego se mueven dentro de la planta tanto en estado gaseoso como en estado disuelto. Durante la fotosíntesis, el CO atmosférico se difunde en la hoja a través del poro estomático en estado 2 gaseoso. Al llegar a la cavidad substomática, el CO se difunde hacia los 2 espacios de aire intercelulares entre las células del mesófilo, también en estado gaseoso. Luego, el CO entra en el cloroplasto 2 pasando sucesivamente a través de la capa de agua de las paredes húmedas de las células mesófilas, la membrana plasmática y el citosol por difusión en fase líquida. El oxígeno, por otro lado, se difunde lentamente en solución acuosa. Llega a la mitocondria por difusión gaseosa a través de la red de espacios de aire intercelulares que se encuentran en los tejidos vegetales y también por difusión en fase acuosa. En suelo inundado, la raíz de la planta puede recurrir al metabolismo anaeróbico (fermentativo), por ejemplo, en la planta de arroz. En ciertas plantas de manglar, las raíces pueden sobresalir del agua o del suelo fangoso como neumatóforos a través de los cuales el O se difunde hacia las raíces a través de una vía gaseosa. 2 –––––

420 y Biología de Secundaria Superior (+2) de Bureau - EJEMPLO DE PREGUNTAS A. Tipo de opción múltiple: 1.Cuando una célula se vuelve completamente turgente y se mantiene en agua durante algún tiempo, ¿cuál de sus componentes osmóticos se vuelve cero? (a) OP (a) Potencial osmótico (b) TP (b) Potencial de presión (c) DPD o (c) Potencial hídrico (d) WP (d) Potencial de pared 2. Cuando una célula se vuelve flácida y se mantiene en una solución durante en algún momento, entonces: (a) Potencial de presión = cero (b) Potencial osmótico = cero (c) Potencial de agua = Potencial de presión (d) Potencial de presión = Potencial osmótico 3. Cuando la sacarosa se disuelve en agua, su potencial de agua: (a) aumenta (c) se vuelve cero (b) disminuye (d) no se ve afectado 4. Si se coloca una célula en una solución hipertónica, ¿qué sucederá? (a) Endosmosis (c) Deplasmólisis (b) Exosmosis (d) Nada 5. Si un volumen celular disminuye cuando se coloca en una solución de sacarosa 0,25 M, entonces la concentración de savia celular es:. (a) Igual a 0,25 M (c) Más de 0,25 M (b) Menos de 0,25 M (d) Impredecible 6. La presión de la raíz es máxima cuando: (a) La absorción de agua es alta y la tasa de transpiración es alta (b) La absorción de agua es baja y la tasa de transpiración es baja (c) La absorción de agua es alta y la tasa de transpiración es baja (d) La absorción de agua es baja y la tasa de transpiración es alta 7. Cuando el almidón se convierte en glucosa en las células de guarda , su potencial hídrico: (a) aumenta (b) disminuye (c) se vuelve cero (d) no se ve afectado 8. El ascenso de la savia en las plantas se produce a través de: (a) xilema (b) floema (c) cámbium (d) Tanto el xilema como el cambium

Transporte en plantas y 421 9. El ascenso de la savia en árboles altos se explica mejor por: (a) Presión de la raíz (b) Teoría de cohesión-tensión (c) Fuerza capilar (d) Imbibición 10. ¿Cuál está asociado con la regulación de los estomas en las plantas? ? (a) K + (b) Na + (c) Mg ++ (d) PO - 4 B. Complete los espacios en blanco: 1. Los estomas se abren cuando las células de guarda se vuelven_________. 2. El potencial hídrico de las hojas es _________ que el de las raíces durante la transpiración activa. 3. La teoría de la cohesión-tensión del ascenso de la savia fue propuesta por _________. 4. El agua que sale a través del hidatodo contiene _________. 5. La teoría de la pulsación del ascenso de la savia fue defendida por _________. 6. En una celda flácida, y = _________. 7. El potencial hídrico del agua pura se toma como _________. 8. La densidad de una sustancia (d) está relacionada con su velocidad de difusión (r) por la relación r = ______. 9. Una célula vegetal colocada en agua alcanza su volumen máximo cuando su y = _________. s 10. Si y de una solución guardada en un vaso de precipitados es -0.5 MPa, entonces su y = _________. s C. Tipo de respuesta corta: 1. Symplast 2. Apoplast 3. Presión de la raíz 4. Tracción transpiratoria 5. Mecánica de la apertura de los estomas 6. Importancia de la transpiración 7. Hidatodo 8. Estomas 9. Difusión 10. Imbibición 11. Potencial hídrico 12. DPD 13. Presión de turgencia D. Tipo de respuesta larga: 1. Describe el mecanismo de absorción de agua por las raíces de las plantas. 2. Describe los factores que afectan la absorción de agua por las raíces de las plantas. 3. Describir la tracción transpiracional y la teoría de la cohesión-tensión del ascenso de la savia. 4. Escriba cómo los iones de potasio regulan la apertura y el cierre de los poros estomáticos. 5. Describe los factores que afectan la transpiración en las plantas. 6. ¿Qué entiende usted por potencial hídrico? Describe sus componentes. 7. Describe la relación entre DPD, OP y TP de una celda. 8. Dar cuenta de la difusión. q q q

422 y BIOLOGÍA Secundaria Superior (+2) de Bureau - I CAPÍTULO NUTRICIÓN MINERAL 11 Todos los organismos están compuestos en última instancia por varios elementos químicos. Los reservorios finales de estos elementos en la tierra son las rocas, el suelo, los océanos y la atmósfera. Solo las plantas verdes y ciertos microorganismos pueden extraer principalmente compuestos e iones inorgánicos simples del medio ambiente sin depender de otros organismos vivos. Por esta razón, estos organismos se denominan autótrofos o autoalimentados. Todos los requerimientos inorgánicos de las plantas, excepto carbono, hidrógeno y oxígeno, se obtienen directa o indirectamente del suelo. En 1804, de Saussure demostró por primera vez que los elementos inorgánicos contenidos en las cenizas vegetales se obtienen del suelo a través del sistema radicular. Estos elementos son esenciales para el crecimiento y desarrollo de la planta. Como las fuentes de estos requerimientos inorgánicos son los minerales, los elementos se conocen como nutrientes minerales y la nutrición se llama nutrición mineral. Enfoque científico para determinar el contenido mineral de las plantas iniciado por Sachs y Knop en 1830. Cultivando la cantidad de plantas en una solución acuosa de nutrientes, prepararon una lista de elementos esenciales para la vida de las plantas. Criterios de esencialidad: Un elemento esencial tiene los siguientes criterios: (i) Es indispensable para el crecimiento de la planta. La planta no puede completar su ciclo de vida sin él. (ii) La acción del elemento debe ser específica y no debe ser reemplazada por ningún otro elemento. (iii) El elemento debe participar directamente en la nutrición de la planta, es decir, debe ser un componente necesario de un metabolito esencial. (iv) La ausencia o deficiencia del elemento debe producir desórdenes físicos o fisiológicos. De los 92 elementos naturales, casi 40 se encuentran en las células vivas, de los cuales se ha encontrado que 17 son esenciales. Son carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre, fósforo, potasio, calcio, magnesio, hierro, manganeso, cobre, zinc, boro, molibdeno, cloro y níquel. Los otros elementos se denominan elementos o nutrientes no esenciales. Sobre la base de las cantidades necesarias para el crecimiento y desarrollo de las plantas, los elementos esenciales se han dividido en dos categorías: macronutrientes y micronutrientes.

Nutrición Mineral y 423 Macronutrientes Los elementos minerales que necesitan las plantas en cantidades comparativamente mayores o que se encuentran en grandes cantidades en las plantas se denominan macronutrientes. De los 17 elementos enumerados anteriormente, el carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre, fósforo, potasio, magnesio y calcio se conocen como macronutrientes. Micronutrientes Los elementos minerales que necesitan las plantas en pequeñas cantidades o en trazas se denominan micronutrientes. Son cobre, boro, managaneso, zinc, molibdeno, hierro, cloro y níquel. 11.1. PAPEL DE LOS ELEMENTOS MINERALES Y SUS SÍNTOMAS DE DEFICIENCIA 11.1.1. Macronutrientes 1. Carbono, Hidrógeno y Oxígeno: Aunque estos elementos no son minerales en el verdadero sentido, todavía están incluidos en la lista ya que son los más esenciales para la vida vegetal. Estos tres elementos también se denominan elementos marco. Estos elementos intervienen en la síntesis de compuestos como carbohidratos, grasas, proteínas, enzimas, ácidos orgánicos, ácidos nucleicos, hormonas, etc. En resumen, forman el protoplasma. Las plantas los absorben del aire y del suelo en forma de dióxido de carbono y agua. La deficiencia de agua o de dióxido de carbono provoca un retraso en el crecimiento y, en última instancia, la muerte de la planta. 2. Nitrógeno: Las fuentes de nitrógeno son el suelo y la atmósfera. El nitrógeno se absorbe del suelo en forma de nitratos, nitritos y sales de amonio. El nitrógeno atmosférico puede ser fijado y puesto a disposición de la planta por determinadas bacterias. Función específica: • Es constituyente importante de proteínas, ácidos nucleicos, porfirinas, alcaloides, algunas vitaminas, coenzimas y clorofila. Las porfirinas son una parte importante de las clorofilas y los citocromos. Por lo tanto, juega un papel muy importante en el metabolismo, el crecimiento, la reproducción y la herencia. Síntomas de deficiencia: • La deficiencia de nitrógeno provoca un amarilleamiento, es decir, clorosis de las hojas. Las hojas más viejas se ven afectadas primero. • En algunos casos se encuentra producción y acumulación de pigmento de antocianina. Como resultado, aparece una coloración violácea en tallos, pecíolos y la superficie inferior de las hojas.

424 y BIOLOGÍA secundaria superior (+2) de Bureau - I • La floración se suprime o se retrasa. • El crecimiento de las plantas permanece atrofiado. 3. Fósforo: Está presente en el suelo en formas inorgánicas y orgánicas. Se absorbe principalmente como aniones fosfato inorgánico monovalente. Papel específico: • Es un componente de ácidos nucleicos, fosfolípidos, NADP, ATP, etc. • A través de ácidos nucleicos y ATP, juega un papel importante en la síntesis de proteínas. • Los fosfolípidos junto con las proteínas forman componentes importantes de las membranas celulares. • El fósforo es también una parte esencial de todos los fosfatos de azúcar en la fotosíntesis y otros procesos metabólicos. • Se encuentran altas cantidades de fósforo en los tejidos meristemáticos. Síntomas de deficiencia: • La deficiencia de fósforo puede causar la caída prematura de hojas. • Se pueden desarrollar áreas necróticas muertas en las hojas, pecíolos o frutos. • Las plantas muestran una apariencia general de retraso en el crecimiento con una coloración a menudo verde oscura. 4. Potasio: Se absorbe en forma de iones K del suelo. + Función específica: • Este elemento funciona principalmente como agente catalítico en varias reacciones enzimáticas, por ejemplo, piruvato quinasa. • Es esencial para la translocación de azúcares. • La apertura de los estomas en las plantas superiores requiere potasio. • Tiene un papel definido en la regulación de las relaciones hídricas de las células vegetales. • Ayuda en el transporte de iones a través de las membranas celulares. • Mantiene la hidratación, la permeabilidad y el estado reactivo del protoplasma. Síntomas de deficiencia: • Se presenta clorosis moteada de las hojas. • El crecimiento de la planta permanece atrofiado con un marcado acortamiento de los entrenudos.

Nutrición Mineral y 425 • Los granos de cereales deficientes en potasio desarrollan tallos débiles y sus raíces se vuelven susceptibles a los organismos que se pudren. 5. Calcio: Se absorbe como Ca divalente del suelo. 2+ Función específica: • Se requiere para la formación de pectinato de calcio, que es el componente importante de la laminilla media en la pared celular. • La sal de calcio de la lecitina, un compuesto lipídico, participa en la organización de la membrana celular. • Los iones de calcio protegen a las plantas de los efectos nocivos de los iones de hidrógeno, la alta concentración de sal en el medio ambiente y los efectos tóxicos de otros iones en el medio ambiente. • Sirve como cofactor o puede actuar como activador de ciertas enzimas como amilasa, ATPasa, etc. ++ • Calmodulina, una proteína de unión al Ca, tiene un papel regulador en las células. Síntomas de deficiencia: • La deficiencia de calcio causa el colapso del tallo y la subsecuente terminación del crecimiento en las regiones meristemáticas apicales del tallo, las hojas y las puntas de las raíces. • Las raíces se vuelven cortas, rechonchas y marrones. • Aparecen manchas cloróticas cerca del margen de las hojas más jóvenes. • La desfiguración de las puntas de los brotes en crecimiento es característica de las plantas deficientes en calcio. • Las paredes celulares se vuelven rígidas y quebradizas en plantas con deficiencia de calcio. 6. Magnesio: Está presente en el suelo en forma soluble, intercambiable y fijada en agua. Las plantas ++ lo absorben como Mg. Función específica: • El magnesio es un componente de la estructura de la clorofila. • Desempeña un papel importante en la unión de partículas ribosómicas durante la síntesis de proteínas. • La liberación de energía en la hidrólisis de compuestos de alta energía como el ATP está muy influenciada por el Mg. Es un cofactor en todas las reacciones quinasas. 2+ Síntomas de deficiencia: • La deficiencia de magnesio provoca clorosis interveinal de las hojas. • Aparecen manchas necróticas muertas en las hojas. • Anatómicamente, la deficiencia de magnesio causa un extenso desarrollo de clorenquima y escasa formación de médula.

426 y BIOLOGÍA Secundaria Superior (+2) de Bureau - I 7. Azufre: El azufre es absorbido por las plantas del suelo como aniones sulfato divalentes (SO 2–). 4 Función específica: • El azufre es un componente importante de algunos aminoácidos (cistina, cisteína, metionina) • Es un componente de biotina, tiamina, coenzima A y ácido lipoico que participan en el metabolismo celular. • Es un componente de los aceites volátiles que dan característicos adornos picantes a las plantas crucíferas. • Los enlaces disulfuro ayudan a estabilizar la estructura de la proteína. • Los grupos sulfhidrilo son necesarios para la actividad de muchas enzimas. Síntomas de deficiencia: • Una deficiencia de azufre resulta en clorosis o coloración amarillenta de las hojas. Las hojas más jóvenes se ven afectadas primero. • Las puntas y los márgenes de la hoja se enrollan hacia adentro. • La deficiencia de azufre da como resultado una marcada disminución de las laminillas del estroma y un aumento del apilamiento de grana 11.1.2. Micronutrientes o oligoelementos: 1. Manganeso: El manganeso existe en el suelo como formas divalentes, trivalentes y tetravalentes, pero se absorbe en gran parte como el catión manganoso divalente (Mn). 2+ Funciones específicas: • El manganeso interviene en los procesos de oxidación-reducción junto con la descarboxilación y las reacciones hidrolíticas. • El fotosistema II en el cloroplasto contiene proteína de manganeso. • La ARN polimerasa tiene un requisito absoluto de manganeso. • El manganeso es el ion metálico predominante en las reacciones del ciclo de Krebs. Actúa como activador de las enzimas nitrito reductasa, hidroxilamina reductasa y ácido indol-3-acítico (auxina) oxidasa. Síntomas de deficiencia: • La deficiencia de manganeso causa manchas cloróticas y necróticas en las áreas interveinales de la hoja.

Mineral Nutrition y 427 2. Boro: El boro es absorbido por las plantas del suelo como ácido bórico no disociado (HBO). La esencialidad 3 3 del boro para todas las plantas verdes no es absoluta. Funciones específicas: • En plantas superiores, el boro es fundamental para el transporte de azúcar. • El boro ayuda a la germinación y crecimiento de los granos de polen. • El boro se ocupa del metabolismo de la pared celular. • El boro es esencial para la síntesis de ADN. Síntomas de deficiencia: • Se inhibe el alargamiento de la punta de la raíz. • Disparar ápices mueren. • Se inhibe la formación de nódulos en leguminosas. • Las ramas al final de la ramita forman una roseta. 3. Molibdeno: Es absorbido por las plantas en forma de iones de molibdato. Funciones específicas: • El molibdeno es esencial en la fijación de nitrógeno por las leguminosas. • El molibdeno es un componente de la enzima nitrato reductasa, nitrogenasa, etc. Síntomas de deficiencia: • La deficiencia de molibdeno provoca un moteado interveinal clorótico de las hojas con necrosis marginal y plegamiento de las hojas. • Provoca la enfermedad de la “cola blanca” en la coliflor. • Las flores se abcisan antes del cuajado. 4. Zinc: El zinc se absorbe como ion Zn divalente. 2+ Funciones específicas: • El zinc está asociado con la biosíntesis del ácido indol-3-acético (una auxina) • El Zn 2+ es necesario para la actividad de la enzima fosfodiesterasa y alcohol deshidrogenasa. • Zn induce la síntesis de citocromo. 2+

428 y BIOLOGÍA secundaria superior (+2) de Bureau - I Síntomas de deficiencia: • El crecimiento se atrofia en la deficiencia severa de zinc. • Las hojas se vuelven más pequeñas y los entrenudos se acortan para dar forma de roseta. 5. Hierro: El hierro es absorbido principalmente por la planta en forma ferrosa, pero el ión férrico también puede ser absorbido. El suelo ácido favorece la disponibilidad de formas solubles de hierro. Función específica: • Funciona tanto como componente estructural como cofactor de reacciones enzimáticas. • Es un componente importante de proteínas que contienen hierro-porfirina como citocromos peroxidasas, catalasas y proteínas de hierro-azufre. Es necesario para la biosíntesis de clorofila. • Es un componente muy importante de la ferrodoxina (una proteína de hierro y azufre) que juega un papel importante en la fijación biológica de nitrógeno y en la reacción fotoquímica primaria en la fotosíntesis. Síntomas de la deficiencia: • La deficiencia de hierro provoca una rápida clorosis de las hojas que es interveinal. El síntoma deficiente aparece por primera vez en las hojas jóvenes. 6. Cobre: ​​Se absorbe como cationes monovalentes y divalentes. Funciones específicas: • El cobre es un componente de la citocromo-c oxidasa que se encuentra en un componente terminal de la cadena de transporte de electrones en las mitocondrias. También es un componente de la plastocianina (el donador de electrones móviles de PSI) y la vitamina cianocobalamina. • El cobre se encuentra en un grupo de enzimas en las que el oxígeno se usa directamente en la oxidación del sustrato. Síntomas de deficiencia: • La deficiencia de cobre da como resultado un exantema, una enfermedad de los árboles frutales. • El ennegrecimiento de la papa también es causado por la deficiencia de cobre. 7. Cloro: El cloro se absorbe como Cl. - Función específica: • El cloro ayuda en la fotooxidación del agua en la fotosíntesis. • Es necesario para la producción normal de frutos. Síntomas de deficiencia: • Las hojas se marchitan. • Las hojas adquieren un color bronce. • Se retrasa la formación de frutos.

Mineral Nutrition y 429 8. Níquel: El níquel es absorbido por las plantas en forma iónica como Ni. 2+ Función específica: • El níquel es un componente de enzimas como la ureasa en las plantas superiores y la hidrogenasa de absorción de hidrógeno en los microorganismos. Síntomas de deficiencia: • La deficiencia de níquel hace que la urea se acumule en las puntas de las hojas y se desarrolle una necrosis de las puntas de las hojas. • Las semillas deficientes en níquel son incapaces de germinar. 11.2. HIDROPÓNICA Debido a la naturaleza compleja del suelo, es difícil realizar experimentos para determinar los elementos esenciales para las plantas. La hidroponía se utiliza para determinar los elementos esenciales con mayor facilidad y precisión. La técnica de cultivar plantas con sus raíces sumergidas en una solución nutritiva se llama hidroponía. Fue desarrollado y utilizado por primera vez por Julius von Sachs en 1860. La solución hidropónica debe estar bien aireada para proporcionar oxígeno para la respiración de las raíces. El pH de una solución nutritiva debe mantenerse porque cambia muy a menudo con la absorción de iones por las raíces. La solución Hoagland & # 39s y la solución Evan & # 39s se utilizan a menudo para hidroponía, donde la concentración de nutrientes es mayor que la del suelo, y que promueve el rápido crecimiento de las plantas con un rápido agotamiento de nutrientes. Por lo tanto, se deben agregar nutrientes a intervalos para mantener las plantas en crecimiento continuo. Fig.11.1: Cultivo de plantas en solución nutritiva mediante la técnica de película nutritiva.

430 y BIOLOGÍA secundaria superior (+2) de Bureau - I Como la solución hidropónica es de fuerza conocida, la eliminación de un nutriente en particular puede usarse para conocer el papel que desempeña ese elemento en particular en el cuerpo de la planta. Esto también ayuda a determinar los síntomas de deficiencia o ese elemento en particular. Hoy en día, la hidroponía se usa para cultivar ensaladas como pepino, lechuga y tomate. La técnica de la película de nutrientes como se muestra en la Figura 11.1 se usa cuando el nutriente circula continuamente permitiendo un monitoreo del pH y la composición de la solución. 11.3. METABOLISMO DEL NITRÓGENO El nitrógeno es un macroelemento esencial para el crecimiento de las plantas. Es el componente principal de proteínas, enzimas, ácidos nucleicos, hormonas, alcaloides, etc., que se utilizan para la formación y funciones de los componentes celulares. La principal fuente de nitrógeno es el aire, que contiene un 78 por ciento de nitrógeno en volumen. La mayoría de las plantas no pueden utilizar el nitrógeno atmosférico en su forma gaseosa. Solo ciertas bacterias, incluidas las cianobacterias, pueden utilizar el nitrógeno atmosférico. Estos organismos se denominan organismos fijadores de nitrógeno. Las plantas utilizan nitrógeno solo cuando el nitrógeno + - está fijo, es decir, se convierte en iones de nitrato (NO) y amonio (NH). La fijación de 3 4 nitrógeno (N) atmosférico en NO - y NH + con la ayuda de microorganismos para que esté disponible para la absorción por las plantas 2 3 4 se denomina fijación biológica de nitrógeno. 11.3.1. Fijación biológica de nitrógeno La fijación biológica de nitrógeno es de dos tipos: fijación simbiótica de nitrógeno y fijación simbiótica de nitrógeno. 11.3.1.1. Fijación asimbiótica de nitrógeno La fijación de N por los microorganismos que viven libremente, es decir,fuera de la célula vegetal se denomina 2 fijación biológica de nitrógeno asimbiótica o no simbiótica. Las bacterias y cianobacterias de vida libre pueden fijar nitrógeno en el suelo. Las cianobacterias fijadoras de nitrógeno son Anabaena, Nostoc, Spirulina, Stigonema, Scytonema, etc. Estas cianobacterias tienen algunas células de paredes gruesas llamadas heterocistos que fijan el nitrógeno atmosférico. Algunas bacterias aerobias de vida libre como Azotobacter, Derxia y bacterias anaeróbicas como Clostridium, Desulphovibrio, Methanobacterium son capaces de fijar nitrógeno. Además, Rhodotorula, una levadura puede fijar nitrógeno atmosférico en el suelo. Mecanismo de fijación asimbiótica de nitrógeno: J.E. Carnahan informó por primera vez en 1960 de la conversión de nitrógeno atmosférico en amoníaco por la bacteria fijadora de nitrógeno de vida libre, Clostridium pasteurianum. La fijación de nitrógeno tiene lugar de la siguiente manera: La descomposición fosforolítica del piruvato da como resultado la producción de electrones, acetilfosfato e hidrógeno. La ferredoxina acepta electrones provenientes del piruvato y se reduce. El acetilfosfato reacciona con ADP para generar ATP. En presencia de ferredoxina y ATP reducidos, el nitrógeno molecular se adsorbe en la superficie de la enzima nitrogenasa. La reducción de N a 2NH es una reacción de transferencia de seis-23 electrones que, en última instancia, es proporcionada por la ferroedoxina reducida a través de la enzima nitrogenasa enriquecida por la hidrólisis de ATP (figura 11.2). Los detalles de la acción de la nitrogenasa se muestran en la figura 11.5.

Mineral Nutrition y 431 Fig.11.2: Fijación asimbiótica de nitrógeno en bacterias de vida libre. (Fp - flavoproteína Fd - ferredoxina Nase - nitrogenasa) 2 11.3.1.2. Fijación simbiótica de nitrógeno: la fijación de nitrógeno libre del aire por microorganismos que viven simbióticamente dentro de las plantas (raíces) se denomina fijación simbiótica de nitrógeno. El sistema simbiótico consiste en bacterias del género Rhizobium que infectan las raíces de muchos miembros de la familia Leguminosae, como guisantes, frijoles, etc. para formar una cooperativa fijadora de nitrógeno. El sitio real de fijación de nitrógeno son los nódulos formados en las raíces de las plantas leguminosas como resultado de la penetración de Rhizobium. Figura 11.3: Formación del hilo de infección y nódulo radicular.

432 y BIOLOGÍA secundaria superior (+2) de Bureau - I Ninguno de los organismos por sí solo es capaz de fijar nitrógeno. En la etapa inicial, las células huésped reconocen la cepa correcta de bacterias simbióticas. Las raíces de las leguminosas secretan algunos factores de crecimiento. Como resultado, las bacterias se acumulan cerca de las raíces de las plantas (Fig. 11.3). Las bacterias, entonces, penetran en la punta del cabello de la raíz relativamente suave o invaden los pelos de la raíz dañados o rotos y progresan como un hilo de infección. El hilo de la infección se entromete, se asienta y libera su contenido en una célula cortical. Los rizobios se liberan individualmente o en pequeños grupos encerrados por vesículas unidas a la membrana y entran en la célula vegetal. Las vesículas se denominan simbiosomas. Las células bacterianas inducen la división de las células corticales, que Fig.11.4: Planta de guisantes que muestra nódulos de raíces. en última instancia, dan lugar a la formación de nódulos. La célula bacteriana se divide y se agranda para fijar nitrógeno en esta área. En esta etapa, las bacterias se denominan endosimbiontes o bacteriodos. Los nódulos crecen rápidamente y se abren paso hacia la superficie de la raíz (fig. 11.4). El nódulo contiene una leghemoglobina de pigmento rojo. La enzima nitrogenasa es sensible al O. La leghemoglobina se combina con el O y evita que llegue a la 2 2 nitrogenasa. El desarrollo de la leghemoglobina y la capacidad de fijación de nitrógeno son el resultado de una interacción simbiótica. Los nódulos maduros permanecen conectados con la raíz a través de tejidos vasculares a través de los cuales tiene lugar el intercambio de nitrógeno fijado de los bacteriodos y los nutrientes del huésped. Mecanismo de fijación simbiótica de nitrógeno Los nódulos de las raíces de las leguminosas tienen un pigmento rojo llamado leghemoglobina. Es un pigmento rojizo que se encuentra en el citoplasma de las células huésped. La leghemoglobina combinada con O no solo protege a la nitrogenasa del daño del O, sino que también mantiene un suministro constante de O a las bacterias fijadoras de nitrógeno 2 2 para la respiración. El ATP generado en el proceso de respiración de las bacterias se utiliza para la fijación de nitrógeno. Los bacteroides contienen la enzima nitrogenasa. El nitrógeno atmosférico libre se une primero a la superficie de la enzima y no se libera hasta que se reduce completamente a amoníaco. El complejo enzimático nitrogenasa está compuesto por dos proteínas (i) proteína de hierro (proteína Fe) y (ii) proteína de molibdeno de hierro (proteína MoFe). La proteína Fe tiene actividad reductasa mientras que la proteína MoFe tiene actividad nitrogenasa. Los fotosintatos se transportan al tejido del nódulo, donde se metaboliza y finalmente reduce la ferredoxina. La ferredoxina reducida transfiere electrones a la proteína Fe, que se reduce. La hidrólisis de ATP dentro de la proteína Fe transfiere eficazmente electrones a la proteína MoFe. La proteína MoFe reducida que tiene actividad nitrogenasa reduce el N a 2 NH. (Figura 11.5). 3

Mineral Nutrition y 433 Fig. 11.5: Fijación simbiótica de nitrógeno en nódulos radiculares de leguminosas. 1. glucosa-6-P deshidrogenasa 2. NADPH-ferredoxina oxidorreductasa 3-ferredoxina transfiere electrones a la proteína Fe 4. Actividad reductasa del complejo nitrogenasa 5. Actividad nitrogenasa del complejo nitrogenasa. Las reacciones 2 a 5 son comunes para la fijación de nitrógeno no simbiótico por bacterias del suelo de vida libre. Como se inició anteriormente, la reducción de N a NH es un proceso de transferencia de seis electrones. La principal fuente 2 3 de electrones y protones (H) son los carbohidratos que se trasladan de las hojas al tejido de los nódulos. + A continuación se muestra la reducción escalonada de N a NH catalizada por la nitrogenasa. 2 3 2H + 2H + 2H + N º N NH = NH NH - NH 2NH 2e - 2e - 2 2 2e - 3 Nitrógeno Dimide Hidrazina Amoníaco (dinitrógeno) 11.3.1.3. Nitrificación Los organismos, ya sea de vida libre o en asociaciones simbióticas, que llevan a cabo la fijación biológica de nitrógeno para formar NH a partir de N, utilizan el NH para producir los componentes de nitrógeno 3 2 3 de sus propias células. El exceso de NH3 fijado puede excretarse en el suelo; sin embargo, se encuentra muy poco NH3 en el suelo. De hecho, en el suelo, el NH se oxida rápidamente a ion nitrato (NO) y este NO es la principal fuente de nitrógeno para las plantas que no fijan nitrógeno. Dos grupos de bactrias que viven en el suelo, conocidas como bacterias nitrificantes, llevan a cabo la oxidación del NH a NO. Un grupo, Nitrosomonas oxida NH a NO mientras que el otro grupo, Nitrobacter, - - 3 3 3 2 - oxida NO a NO. - 2 3 H O + H + Nitrosomonas 2 Nitrobacter - NH + 1/2 O NO +1/2 O 2 NO 3-3 2 2

434 y BIOLOGÍA de Secundaria Superior (+2) de Bureau - I 11.3.1.4. Asimilación de nitrato y amoníaco Tanto el NO - como el NH + (forma protonada del NH) son las fuentes de nitrógeno para las plantas superiores 3 4 3 - -. aunque las plantas tienen preferencia por el NO. El NO es absorbido por las raíces de las plantas 3 3 - y se asimila tanto en raíces como en brotes. El NO se reduce primero a NO por la enzima nitrato - 3 2 + reductasa (NR) que luego se reduce a NH por la enzima nitrito reductasa (NiR) según las 4 reacciones siguientes: NO + NAD (P) H + H + 2e NR NO + NAD (P) + HO - + - + - 3 2 2 - NiR + NO + 6 Fd (rojo) + 8H + 6e NH + 6 Fd (ox) + 2H O + - 2 4 2 NH es tóxico y no no acumularse en el tejido. El NH formado de esta manera o por fijación biológica + + 4 4 de nitrógeno se convierte en aminoácidos y luego en otros compuestos nitrogenados dentro de las células vegetales. 11.3.1.5. Desnitrificación Algunas bacterias anaeróbicas del suelo, como Pseudomonas y Denitrobacillus, convierten el nitrato (NO) en N y otras especies de nitrógeno gaseoso (por ejemplo, NO y N O) mediante un proceso conocido como desnitrificación - 3 2 2. La desnitrificación ocurre cuando estas bacterias del suelo usan NO como aceptor de electrones - 3 en lugar de O durante la respiración. La desnitrificación procede a través de la siguiente secuencia de reacción 2 por las bacterias desnitrificantes del suelo: NO ® NO ® NO ® NO ® N - - 3 2 2 2 Nitrato Nitrito Óxido nítrico Óxido nitroso Nitrógeno En este proceso, el nitrógeno fijo en el suelo regresa a la atmósfera en las formas gaseosas de nitrógeno (NO, NO, N). 2 2 11.4. CICLO DEL NITRÓGENO - El nitrógeno existe en nuestro medio ambiente en varias formas como N, NH, NO, NO, NO, N O y - 2 3 3 2 2 como nitrógeno orgánico. La interconversión continua de estas formas de nitrógeno mediante procesos físicos y biológicos se conoce como ciclo del nitrógeno. Los principales pasos del ciclo del nitrógeno se describen a continuación. Fijación de nitrógeno: es la conversión de gas nitrógeno atmosférico (N) para formar un compuesto de nitrógeno biológicamente utilizable. Esto puede tener lugar mediante procesos físicos y biológicos. La fijación electroquímica y fotoquímica por aclarado forma NO por oxidación de N por - 3 2 O u O. En la fijación industrial, el N se convierte en amoniaco y sales de nitrato y se utiliza como 2 3 2 fertilizantes. La fijación biológica de N forma NH + (forma protonada de NH) como ya se ha descrito 2 4 3. Nitrificación - En este proceso, el NH se oxida a NO y luego a NO por las bacterias nitrificantes - - 3 3 2 como se discutió anteriormente.

Mineral Nutrition y 435 Fig.11.6: El ciclo del nitrógeno. - + - Asimilación - En este proceso NO, NO y NH son absorbidos por las plantas y se utilizan 2 3 4 para la formación de compuestos nitrogenados como aminoácidos, proteínas, ácidos nucleicos, clorofila, etc. organismos muertos o sus partes realizadas por descomponedores como bacterias y hongos. Los compuestos orgánicos de nitrógeno se convierten en NH para que pueda volver a entrar en el ciclo. 3 Desnitrificación - Este es un proceso por el cual las bacterias del suelo reducen el NO - para formar 3 especies de nitrógeno gaseoso, generalmente N o N O, que luego escapan a la atmósfera para completar el ciclo. Los pasos del ciclo del nitrógeno descritos anteriormente se muestran en la Fig. 11.6. –––––

436 y BIOLOGÍA de Secundaria Superior (+2) de Bureau - EJEMPLO DE PREGUNTAS A. Elija la respuesta de corrección: 1. La mayoría de las plantas absorben nitrógeno del suelo en forma de. (a) N libre (b) Nitritos 2 (c) Nitratos (d) HNO 3 2. Elija el micronutriente (a) Azufre (b) Manganeso (c) Calcio (d) Nitrógeno 3. Elija el macronutriente (a) Manganeso (b) Fósforo (c) Zinc (d) Molibdano 4. La fijación simbiótica de nitrógeno se realiza mediante (a) Rhizobium (b) Clostridium (c) Nostoc (d) Azotobacter 5. La enzima responsable de la fijación de nitrógeno requiere. (a) Fe y Mo (b) Mo y Ca (c) Zn y Cu (d) Zn y Mn 6. Los microorganismos afectan la fertilidad del suelo por (a) Fijación de nitrógeno (b) Producción de toxinas (c) Destrucción bacterias. (d) Retención de humedad 7. El mantenimiento de la fertilidad del suelo sin adición de nutrientes se debe a (a) Actividad de microorganismos (b) Inundaciones (c) Temperatura favorable (d) Cultivos en pie 8. Los nódulos de las raíces formados en la planta leguminosa Tienen un pigmento rojo llamado (a) Hemoglobina (b) Ficocianina (c) Leghemoglobina (d) Clorofila 9. El proceso de conversión de amoniaco en nitrato se llama. (a) Nitrificación (b) Amonificación (c) Transcripción (d) Traducción 10. La enzima responsable de fijar el nitrógeno se llama. (a) Nitrato reductasa (b) Nitrito reductasa (c) Nitrogenasa (d) Aminoácido sintetasa.

Mineral Nutrition y 437 B. Escribir notas breves sobre: ​​1. Elementos esenciales 2. Hidroponía 3. Fijación biológica de nitrógeno 4. Macronutrientes 5. Micronutrientes. 6. Fijación asimbiótica de nitrógeno. 7. Fijación simbiótica de nitrógeno. 8. Leghemoglobina C. Diferenciar entre. 1. Macroelementos y microelementos. 2. Fijación simbiótica y asimbiótica de nitrógeno. q q q

438 y BIOLOGÍA Secundaria Superior (+2) de Bureau - I CAPÍTULO FTOSÍNTESIS 12 Todas las formas de vida en esta tierra dependen de las plantas, directa o indirectamente, para sus necesidades alimenticias. Las plantas preparan su propia comida y sirven a otros organismos. Los heterótrofos dependen de las plantas para alimentarse, lo que les proporciona carbono orgánico y energía para el crecimiento y el desarrollo. Las plantas son las únicas que llevan a cabo la fotosíntesis, el proceso en el que el dióxido de carbono con la ayuda de agua se reduce a carbohidratos por la entrada de energía solar. La fotosíntesis es el proceso a través del cual la energía solar se dirige al mundo viviente. Es más importante por dos razones, ya que la fuente de alimento para todos y el oxígeno liberado a la atmósfera hacen posible la respiración aeróbica. Los depósitos de carbón, los productos del petróleo, los alimentos, los combustibles, las fibras, los forrajes, toda biomasa de la que hablamos es producto de la fotosíntesis. 12.1. PRIMERA HISTORIA: En 1771, Joseph Priestley, un químico inglés, realizó experimentos que demostraron que las plantas liberan un tipo de aire que permite que una vela se queme. Lo demostró poniendo una ramita de menta en un recipiente transparente cerrado con una vela encendida hasta que se apagó la llama. Después de varios días volvió a apagar la vela y ardió perfectamente en el aire que antes no la soportaba. En otro experimento, realizado en 1772, Priestley observó que un ratón mantenido en un frasco transparente de aire colapsó, mientras que un ratón mantenido con una planta en el mismo frasco transparente sobrevivió. Estas observaciones llevaron a Priestley a ofrecer una hipótesis interesante de que las plantas devuelven al aire lo que los animales que respiran o las velas encendidas eliminan. Llamó a esto como "aire desflogisticado", que más tarde se denominó "oxígeno". El trabajo de Priestley mostró así que las plantas liberan oxígeno a la atmósfera. Jan Ingenhousz, un médico holandés, llevó el trabajo de Priestley más allá y demostró en 1779 que la luz solar era necesaria para la fotosíntesis y que solo las partes verdes de las plantas podían liberar oxígeno. Durante este período, Jean Senebier, un botánico y naturalista suizo, descubrió que el CO es necesario para la fotosíntesis. Nicolas Théodore 2 de Saussure, químico y fisiólogo vegetal suizo, demostró que el agua también es necesaria para la fotosíntesis. Julius Robert von Mayer, un médico y físico alemán, propuso en 1845 que los organismos fotosintéticos convierten la energía luminosa en energía química libre. A finales del siglo XIX se conocían las características clave de la fotosíntesis de las plantas. Las plantas podrían utilizar la energía de la luz para producir carbohidratos a partir de CO y agua. La glucosa, un azúcar de 2 seis carbonos, a menudo se considera como un producto intermedio de la fotosíntesis, la ecuación neta de la fotosíntesis se escribe con frecuencia como:

Fotosíntesis y 439 6CO + 12H O + Energía lumínica C H O + 6O + 6H O 2 2 6 12 6 2 2 Los primeros científicos que estudiaron la fotosíntesis concluyeron que el O liberado por las plantas provenía 2 del CO, que se pensaba que estaba dividido por la energía luminosa. En la década de 1930, V. B. van Niel sabía 2 que algunas bacterias fotosintéticas podían usar sulfuro de hidrógeno (H S) en lugar de agua para la fotosíntesis 2 y que estos organismos liberaban azufre en lugar de oxígeno. Van Niel, entre otros, concluyó que la fotosíntesis es un proceso redox (reducción-oxidación) que depende de las reacciones aceptoras y donantes de electrones y que el O liberado durante la fotosíntesis proviene de la fotooxidación del agua. La ecuación generalizada para la fotosíntesis, por lo tanto, se puede escribir como: 6CO + 12H A + Energía luminosa CHO + 12A + 6H O 2 2 6 12 6 2 En la fotosíntesis oxigénica, 12A es 6O, mientras que en la fotosíntesis anoxigénica, que 2 ocurre en algunos bacterias fotosintéticas, el donante de electrones puede ser un donante de hidrógeno inorgánico, como HS (en cuyo caso A es azufre elemental) o un donante de hidrógeno orgánico como el succinato 2 (en cuyo caso, A es fumarato). Robert Hill en 1937 proporcionó pruebas experimentales de que el oxígeno molecular provenía del agua y no del CO. Demostró la evolución de O 2 2 dependiente de la luz en ausencia de CO en tilacoides de cloroplasto aislados utilizando aceptores artificiales de electrones 2 como las sales de hierro. Desde entonces, esto se conoce como reacción de Hill y los aceptores artificiales de electrones como oxidantes de Hill. La reacción de Hill, con sal de hierro como oxidante de Hill, generalmente se escribe como: tilacoide de cloroplasto aislado 2+ 3+ 4 Fe + 2H O 4 Fe + O + 4 H + 2 energía luminosa 2 Evidencia más directa de la evolución de oxígeno molecular a partir del agua durante la fotosíntesis fue proporcionado por Ruben et al (1941) quienes usaron agua enriquecida con O para su estudio 18 2 sobre la fotosíntesis y demostraron la evolución de O. 18 2 12.2. ORGANISMOS FOTOSINTÉTICOS: Los organismos capaces de sintetizar carbohidratos a partir del dióxido de carbono y otras materias primas inorgánicas utilizando energía se denominan autótrofos. Por el contrario, los animales y los seres humanos carecen de la capacidad para hacerlo y se denominan heterótrofos. Dependiendo de la fuente de energía utilizada por los autótrofos para su síntesis orgánica, estos se dividen en autótrofos fotosintéticos (o fotoautótrofos) y autótrofos quimiosintéticos (o quimioautótrofos). Los fotoautótrofos utilizan la energía solar como fuente de energía primaria. Convierten la energía solar en energía química o de enlace de carbohidratos a través de la fotosíntesis. Las cianobacterias, algas, briofitas y todas las plantas vasculares utilizan el agua como fuente de electrones para reducir el dióxido de carbono y liberar oxígeno al

440 y BIOLOGÍA de Secundaria Superior (+2) de Bureau - El entorno lo hace aeróbico. Este tipo de fotosíntesis se conoce como fotosíntesis oxigenica (es decir, que genera oxígeno) y los organismos que lo hacen se conocen como organismos fotosintéticos oxigenicos. Las bacterias verdes y las bacterias de azufre verde usan energía de la luz para extraer electrones y protones de moléculas distintas de H O y las usan para la reducción de CO. Dado que el H O 2 2 2 no se usa como reductor, no se genera O durante la fotosíntesis. Este tipo de fotosíntesis 2 se conoce como fotosíntesis anoxigénica (es decir, que no genera oxígeno). Por lo tanto, las bacterias fotosintéticas también se conocen como organismos fotosintéticos anoxigénicos. Los quimioautótrofos (ninguno de los cuales contiene clorofila) obtienen su energía para la síntesis de carbohidratos a partir de una variedad de compuestos inorgánicos que contienen hidrógeno, hierro, azufre y nitrógeno. En la mayoría de los casos, estos compuestos se combinan con el oxígeno en las células dando como resultado la producción de energía. Dos grupos de bacterias, llamadas bacterias nitrificantes, son ejemplos bien estudiados de quimioautótrofos. Un grupo, Nitrosomonas, convierte el amoníaco en nitrito con O como agente oxidante. NH + ½ O ® NO + H O + H + Energía - + 3 2 2 2 El otro grupo, Nitrobacter, oxida el nitrito a nitrato. - NO + ½ O ® NO + Energía - 2 2 3 La energía liberada durante la oxidación de NH y NO se utiliza para la reducción de - 3 2 CO a carbohidratos y otros compuestos de carbono. 2 12.3. PIGMENTOS FOTOSINTÉTICOS: Las clorofilas y los carotenoides son los principales pigmentos fotosintéticos en las plantas. Tanto la clorofila-a como la clorofila-b están presentes en plantas y algas verdes. Como la clorofila-a participa en la fotorreacción y está presente en todos los fotoautótrofos oxigenados, se le llama pigmento universal. La clorofila-by los carotenoides transfieren su energía absorbida al centro de reacción (chl-a) para su uso en la fotosíntesis. Por esta razón, estos se consideran pigmentos accesorios. Las ficobiliproteínas, a saber, ficoeritrina y ficocianina, son los pigmentos fotosintéticos de las algas rojas y las cianobacterias (algas azul verdosas) además de la clorofila. Los carotenoides son básicamente de dos tipos: carotenos y xantofilas. El b-caroteno es el caroteno abundante presente en todos los organismos fotosintéticos, mientras que el a-caroteno está presente solo en plantas superiores, plantas vasculares inferiores y briofitas.Las xantofilas, como luteína, violoxantina y neoxantina, están presentes en plantas superiores. En otros grupos de organismos fotosintéticos, también están presentes otras formas diferentes de xantofilas. Las fórmulas estructurales de algunos de los pigmentos fotosintéticos se muestran en la Figura 1. La estructura básica de la clorofila es una cabeza de porfirina y una cola larga de fitol. La porfirina es ++ un tetrapirrol cíclico formado por cuatro pirroles dispuestos cíclicamente. El Mg está quelado en el centro estando unido covalentemente a dos átomos de N y unido coordinadamente a otros dos átomos de N de

Fotosíntesis y 441 Clorofila a - C H O N Mg 55 72 5 4 Clorofila b - C H O N Mg 55 70 6 4 Fig.12.1: Fórmulas estructurales de clorofilas y carotenoides. el anillo tetrapirrol. La cola de fitol está unida al anillo IV. En la clorofila-a hay un residuo metilo (-CH) en el anillo II que se reemplaza por un grupo formilo (-CHO) en la clorofila-b. 3 Las clorofilas con su cola se colocan en la membrana tilacoide. Las moléculas de carotenoides tienen estructuras de anillo en ambos extremos unidos por un tipo similar de segmento central (fig. 12.1). Los diferentes carotenoides varían solo en la estructura de los anillos. 12.4. PROCESO DE FOTOSÍNTESIS - RESUMEN: El proceso de fotosíntesis en plantas y algas ocurre en pequeños orgánulos, conocidos como cloroplastos, que se encuentran dentro de las células. La ecuación básica de la fotosíntesis parece extremadamente simple. El agua y el dióxido de carbono se combinan para formar carbohidratos y oxígeno molecular, y esta reacción es impulsada por la energía luminosa: energía luminosa 6CO + 6H O C H O + 6O 2 2 6 12 6 2

442 y BIOLOGÍA Secundaria Superior (+2) de Bureau - I Sin embargo, el proceso de fotosíntesis no es tan simple como parece. Se lleva a cabo mediante una serie compleja de reacciones con una alta eficiencia global. La fotosíntesis comienza con la absorción de la energía luminosa por los pigmentos verdes fotosintéticos, llamados clorofila, ubicados en membranosa Fig.12.2: Presentación esquemática de estructuras claras y oscuras, los tilacoides, en reacciones de cloroplastos de fotosíntesis. La energía luminosa absorbida por los pigmentos accesorios se transfiere a las moléculas de clorofila para su uso en la fotosíntesis. La energía luminosa absorbida se utiliza para oxidar el agua liberando oxígeno. Los electrones y protones resultantes pasan a través de una serie de moléculas de transporte de electrones que conducen a la producción de NADPH y ATP. Estos NADPH y ATP formados por la acción de la luz absorbida luego reducen el dióxido de carbono y finalmente lo convierten en carbohidrato mediante una serie de reacciones bioquímicas que tienen lugar en el estroma de los cloroplastos. Estos pasos de reacción de la fotosíntesis, que se muestran esquemáticamente en la Figura 12.2, se dividen tradicionalmente en dos tipos de reacciones para facilitar la discusión: (1) Reacciones a la luz (también llamadas reacciones dependientes de la luz) y (2) Reacciones a la oscuridad (también llamadas reacciones independientes de la luz). reacciones). 12.5. REACCIONES A LA LUZ: 12.5.1.Absorción de la luz: La fotosíntesis en las plantas se inicia por la absorción de la luz en el rango visible (longitud de onda de 400 a 700 nm) por moléculas de pigmento, principalmente clorofilas y carotenoides. No todas las longitudes de onda de luz en el rango visible son efectivas en la fotosíntesis. El espectro de absorción (véase el recuadro I) de la clorofila (figura 12.3) indica que la luz se absorbe principalmente en las partes roja y azul del espectro. Por lo tanto, la luz en las partes azul y roja del espectro es efectiva en la fotosíntesis. La luz se mueve en partículas discretas, llamadas fotones. El contenido de energía de un fotón se llama cuanto. El contenido de energía de un fotón varía con su longitud de onda, la energía del fotón es mayor cuando su longitud de onda es más corta y viceversa. Cuando una molécula de clorofila en su estado fundamental o energía más baja absorbe un fotón (representado por hv), la energía del fotón se transfiere a uno de los electrones en la órbita más externa de la molécula de clorofila. Este electrón, que tiene un nivel de energía más alto, se eleva a una órbita más alta equivalente a su nivel de energía. Entonces, se dice que la molécula de clorofila está en una energía más alta, o en un estado excitado, como se muestra a continuación: Chl + hv Chl * clorofila (cuántica) excitada por fotones en estado fundamental


Movimiento

Es importante que la celda reciba todas las sustancias que necesita (p. Ej., Oxígeno) y que las sustancias de desecho (p. Ej., Dióxido de carbono), o sustancias para exportación, abandonen la celda. Existen varios procesos mediante los cuales esto puede suceder.

Difusión

Este es el proceso que se utiliza para que el oxígeno ingrese a una célula y el dióxido de carbono salga.

Estas moléculas se moverán desde donde están en una concentración alta hacia donde están en una concentración más baja. es decir, se difunden por un gradiente de concentración.

El sistema sanguíneo de los seres humanos aporta continuamente más oxígeno a las células y elimina el dióxido de carbono. Esto mantiene un gradiente de alta concentración.

Dado que el movimiento es siempre hacia abajo del gradiente de concentración, requiere sin energía. Las pequeñas moléculas pasan de un lado de la membrana al otro moviéndose entre las moléculas de lípidos.

Ley Fick & # 39s

La ley de Fick se utiliza para medir la tasa de difusión. Se afirma que:

(El símbolo α significa & # 39proporcional a & # 39)

Cuanto mayor sea el área y la diferencia de concentración y cuanto más delgada sea la superficie, más rápida será la velocidad.

Así, por ejemplo, en el pulmón el área de la superficie se agranda mucho por la presencia de muchos alvéolos. La diferencia de concentración se mantiene mediante la respiración, que introduce aire con una alta concentración de oxígeno y elimina el aire con una alta concentración de dióxido de carbono y un buen riego sanguíneo. Los capilares que rodean los alvéolos eliminan la sangre oxigenada y la reemplazan con sangre con una alta concentración de dióxido de carbono. Las paredes de los alvéolos tienen solo una célula de espesor, por lo que la superficie a través de la cual se produce la difusión es delgada y la velocidad es alta.

En las plantas, un buen ejemplo serían las células ciliadas de la raíz. Tienen una superficie muy grande debido a la extracción del citoplasma para producir un vello radicular muy fino. El agua continúa ingresando a la raíz por ósmosis porque hay una alta concentración de sales minerales en las células y el xilema mueve el agua hacia arriba por la planta. El agua solo tiene que penetrar una celda para ingresar a la planta y, de nuevo, la tasa de difusión es alta.

Ósmosis

Este es un caso especial de difusión en el que nos ocupamos únicamente del movimiento del agua.

Si dos soluciones están separadas por un membrana semipermeable, que solo permite el paso de moléculas de cierto tamaño (como en una membrana plasmática), habrá un movimiento neto (general) de las moléculas de agua, desde la solución menos concentrada (la que tiene más moléculas de agua), hasta la solución que es más concentrado (tiene más moléculas de soluto). Esto se debe a que, al igual que en la difusión ordinaria, las moléculas se mueven para igualar cualquier diferencia de concentración.

Sin embargo, debido a la membrana semipermeable, que no permite que las moléculas de soluto más grandes se crucen, solo las moléculas de agua pueden moverse. Las moléculas de agua continuarán atravesando la membrana semipermeable hasta que se alcance un equilibrio, donde las dos soluciones tienen la misma concentración.

Potencial de agua

Esta es una medida de la tendencia de las moléculas de agua a moverse de un lugar a otro. El símbolo utilizado para el potencial hídrico es la letra griega psi, Ψ

El agua siempre se mueve de una región de mayor potencial hídrico a una de menor potencial hídrico, o hacia abajo del gradiente de concentración. Entonces podemos definir la ósmosis como el movimiento de moléculas de agua desde una región de mayor potencial hídrico a una región de menor potencial hídrico a través de una membrana semipermeable.

Potencial de soluto y potencial de presión

El potencial hídrico de una célula depende de la combinación de sus potenciales de soluto y presión. El potencial hídrico del agua pura es cero y dado que la adición de solutos reduce el potencial hídrico, hacen que el potencial hídrico sea menor que cero, es decir, negativo. Cuanto más soluto, más negativo se vuelve el potencial hídrico. La cantidad en que las moléculas de soluto reducen el potencial de agua se llama potencial de soluto. Siempre tiene un valor negativo y se le asigna el símbolo Ψs

La presión también tiene un papel que desempeñar en la determinación del potencial hídrico. Cuanto mayor sea la presión dentro de una celda, mayor será la tendencia de que el agua salga de ella. Esta contribución al potencial hídrico se denomina potencial de presión. Siempre tiene un valor positivo porque aumenta el potencial hídrico y se le asigna el símbolo Ψpag

Ósmosis en células animales y vegetales.

Si el potencial hídrico que rodea a una célula animal es mayor que el de la célula, ganará agua, se hinchará y estallará. Si el potencial hídrico de la solución circundante es menor que el de la celda, perderá agua y se marchitará. Por eso es tan importante mantener un potencial hídrico constante dentro de los cuerpos de los animales.

En células animales:

Potencial de agua = potencial de soluto

El potencial de presión es importante en las células vegetales porque están rodeadas por una pared celular que es fuerte y rígida. Cuando el agua entra en una célula vegetal, su volumen aumenta y la parte viva de la célula presiona la pared celular. La pared celular cede muy poco y, por lo tanto, la presión comienza a acumularse dentro de la celda. Esto tiene la tendencia a evitar que entre más agua en la celda y también evita que la celda explote. Cuando una célula vegetal está completamente inflada con agua, se llama turgente.

Entonces, en las células vegetales, la ecuación utilizada para calcular el potencial hídrico de una célula es, por lo tanto:

Potencial de agua = Potencial de soluto + Potencial de presión

Si una célula vegetal se coloca en una solución con un potencial hídrico menor, perderá agua. La parte viva de la célula o protoplasto se encogerá y se alejará de la pared celular. En este punto, el potencial de presión es cero, por lo que el potencial de agua de la celda es igual a su potencial de soluto. Este proceso se llama plasmólisis y se dice que la célula es plasmolizado . El punto en el que el protoplasto está a punto de separarse de la pared celular se llama plasmólisis incipiente .

Difusión facilitada

Si las partículas cargadas o las moléculas grandes se mueven a través de la membrana, es necesario encontrar otro proceso, ya que son menos solubles (o incluso insolubles) en lípidos. Se mueven a través de poros cubiertos de proteínas.

Proteínas de canal

Estos recubren un poro lleno de agua en la membrana para que las moléculas solubles en agua puedan pasar fácilmente.

Diferentes canales permiten el paso de diferentes sustancias (los canales son selectivo). Algunos canales son cerrado (solo se abrirán cuando se estimulen adecuadamente).

Proteínas portadoras

En este caso, la sustancia en realidad se combina con una proteína y se transporta de un lado de la membrana al otro. (Los detalles exactos de este proceso siguen sin estar claros). Estas proteínas son específicas para una sustancia en particular.

En ambos casos, las sustancias se mueven hacia abajo en el gradiente de concentración, por lo que sin energía es requerido.

Transporte activo

A veces, las sustancias deben trasladarse de donde están en una concentración más baja a donde están en una concentración más alta, contra el gradiente de concentración. Esto permite que las células absorban moléculas esenciales incluso cuando se encuentran en una concentración baja en el exterior.

Debido a que las moléculas se mueven contra el gradiente de concentración, requiere energía.

Se cree que el transporte activo utiliza proteínas portadoras similares a las implicadas en la difusión facilitada.

Endocitosis y exocitosis

Si moléculas o grupos de moléculas muy grandes necesitan entrar o salir de una célula, lo hacen utilizando vesículas.

El material que se va a transportar fuera de la célula está rodeado por una membrana. La vesícula se fusionará con la membrana de la superficie celular y el contenido se irá. Se llama exocitosis (ver el aparato de Golgi antes).

Los materiales que ingresan a la célula pueden hacerlo cuando la membrana plasmática se invagina para rodear el material. La membrana se sella para formar una vesícula, que luego puede moverse hacia la célula. Este es endocitosis .

Si el material es fluido, se forman vesículas diminutas. Este tipo de endocitosis se llama pinocitosis .

Si el material es relativamente grande y es digerido por enzimas después de la fusión de la vesícula con un lisosoma, se denomina fagocitosis. Esto ocurre en los glóbulos blancos que ingieren bacterias y otros cuerpos extraños.


Resumen de la sección

La homeostasis es un equilibrio dinámico que se mantiene en los tejidos y órganos del cuerpo. Es dinámico porque se ajusta constantemente a los cambios que encuentran los sistemas. Es un equilibrio porque las funciones corporales se mantienen dentro de un rango normal, con algunas fluctuaciones alrededor de un punto fijo. Los riñones son los principales órganos osmorreguladores en los sistemas de los mamíferos; funcionan para filtrar la sangre y mantener las concentraciones de iones disueltos de los fluidos corporales. Están formados internamente por tres regiones distintas: la corteza, la médula y la pelvis. Los vasos sanguíneos que transportan sangre hacia y desde los riñones surgen y se fusionan con la aorta y la vena cava inferior, respectivamente. La nefrona es la unidad funcional del riñón, que filtra activamente la sangre y genera orina. La orina sale del riñón a través del uréter y se almacena en la vejiga urinaria. La orina se elimina del cuerpo a través de la uretra.


13.10: Ósmosis: por qué beber agua salada causa deshidratación

Antes de introducir la propiedad coligativa final, debemos presentar un nuevo concepto. A membrana semipermeable es una membrana delgada por la que pasarán determinadas moléculas pequeñas, pero no otras. Una fina hoja de celofán, por ejemplo, actúa como una membrana semipermeable. Considere el sistema de la Figura ( PageIndex <1> ).

  1. Una membrana semipermeable separa dos soluciones con las diferentes concentraciones marcadas. Curiosamente, esta situación no es estable, hay una tendencia a que las moléculas de agua se muevan del lado diluido (a la izquierda) al lado concentrado (a la derecha) hasta que las concentraciones se igualen, como en la Figura ( PageIndex <1b> ).
  2. Esta tendencia se llama ósmosis. En ósmosis, el soluto permanece en su lado original del sistema, solo las moléculas de solvente se mueven a través de la membrana semipermeable. Al final, los dos lados del sistema tendrán volúmenes diferentes. Debido a que una columna de líquido ejerce presión, existe una diferencia de presión (& Pi) en los dos lados del sistema que es proporcional a la altura de la columna más alta. Esta diferencia de presión se llama presión osmótica, que es una propiedad coligativa.

La presión osmótica de una solución es fácil de calcular:

donde (& Pi ) es la presión osmótica de una solución, METRO es la molaridad de la solución, R es la constante de la ley de los gases ideales, y T es la temperatura absoluta. Esta ecuación recuerda la ley de los gases ideales que consideramos en el capítulo 6.

Ejemplo ( PageIndex <5> ): Presión osmótica

¿Cuál es la presión osmótica de una solución 0.333 M de C 6 H 12 O 6 a 25 ° C?

Primero necesitamos convertir nuestra temperatura a kelvins:

Ahora podemos sustituir en la ecuación la presión osmótica, recordando el valor de R:

[& Pi = (0.333M) left (0.08205 frac right) (298K) nonumber ]

Es posible que las unidades no tengan sentido hasta que nos demos cuenta de que la molaridad se define como moles por litro:

[& Pi = left (0.333 frac right) left (0.08205 frac right) (298K) nonumber ]

Ahora vemos que los moles, litros y kelvin se cancelan, dejando atmósferas, que es una unidad de presión. Resolviendo,

¡Esta es una presión sustancial! Es el equivalente a una columna de agua de 84 m de altura.

¿Cuál es la presión osmótica de una solución 0.0522 M de C 12 H 22 O 11 a 55 ° C?

La presión osmótica es importante en los sistemas biológicos porque las paredes celulares son membranas semipermeables. En particular, cuando una persona está recibiendo líquidos por vía intravenosa (IV), la presión osmótica del líquido debe ser aproximadamente la misma que la del suero sanguíneo para evitar consecuencias negativas. La figura ( PageIndex <3> ) muestra tres glóbulos rojos:

  • Un glóbulo rojo sano.
  • Un glóbulo rojo que ha estado expuesto a una concentración más baja que el suero sanguíneo normal (un hipotónico solución) la celda se ha hinchado a medida que el solvente se mueve dentro de la celda para diluir los solutos en su interior.
  • Un glóbulo rojo expuesto a una concentración más alta que el suero sanguíneo normal (hipertónico) el agua sale del glóbulo rojo, por lo que colapsa sobre sí misma. Solo cuando las soluciones dentro y fuera de la celda sean las mismas (isotónico) ¿Podrá el glóbulo rojo hacer su trabajo?

La presión osmótica también es la razón por la que no debe beber agua de mar si está varado en un bote salvavidas en el océano. El agua de mar tiene una presión osmótica más alta que la mayoría de los fluidos de su cuerpo. usted pueden beba el agua, pero ingerirla sacará agua de sus células a medida que la ósmosis diluye el agua de mar. Irónicamente, tus células morirán de sed y tú también morirás. (Está bien beber el agua si está varado en un cuerpo de agua dulce, al menos desde la perspectiva de la presión osmótica). También se cree que la presión osmótica es importante, además de la acción capilar, para llevar agua a las copas de los árboles altos.


Ver el vídeo: Te Vas A Dar Permiso De Sacar Tu Potencial? (Septiembre 2022).