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TEMA 1: LAS PLANTAS. CARÁCTERÍSTICAS, ARQUITECTURA Y ESTRATEGIAS VITALES. 1. INTRODUCCIÓN Las plantas son organismos eucarióticos fotosintéticos. Son los principales responsables de que la Tierra contenga vida tal y como la conocemos. Representan el 75% de la materia orgánica en la tierra. La Anatomía estudia la estructura de los organismos, como las células, los tejidos o los órganos. La Fisiología vegetal estudia la función de estas células, tejidos y órganos, además de la física – química de estas funciones. Cabe decir que la función depende de las estructuras: -

Intercambio de gas tiene lugar en las hojas

-

Transporte hídrico tiene lugar en el xilema

-

Fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos

Cabe decir que las plantas son colectores solares, captan energía solar convirtiéndola en energía química para ser almacenada en forma de carbohidratos.

2. CARACTERISTICAS COMUNES  Son fotosintéticas (colectores solares) debido a que contienen el pigmento clorofila.  Están reforzadas estructuralmente para soportar su masa en el crecimiento hacia la luz solar.

 Presentan una gran plasticidad, es decir, como seres vivos inmóviles (sésiles), las plantas tienen que desarrollar estrategias para aclimatarse y/o adaptarse a cualquier cambio en el ambiente en que se encuentra.  Poseen mecanismos para evitar la desecación. Necesitan agua en su interior para sobrevivir, y por tanto, es importante que no pierdan esta agua.  Poseen mecanismos para transportar el agua y los nutrientes minerales desde el suelo hasta donde se produce la fotosíntesis y los productos de la fotosíntesis hasta el resto de la planta.

3. ESTRUCTURAS DE UNA CÉLULA VEGETAL. PARED VEGETAL Introducción: La pared celular de las plantas es diferente a las paredes rígidas de procariotas, algas y hongos. Al contrario que las células animales, las células vegetales no pueden migrar porque están pegadas unas a otras mediante la pared celular.

El crecimiento y el desarrollo de la pared celular descansan en el alargamiento y división de sus células. La pared celular es rígida. Es una mezcla compleja de polisacáridos y otros polímeros secretados por las propias células que están unidos entre sí mediante enlaces covalentes y no covalentes formando una red. La pared celular está secretada al exterior de la membrana plasmática por el interior. La pared celular vegetal es fundamental en la economía humana puesto que es el mayor reservorio de carbón orgánico, madera, algodón…Además se usa para obtener pegamentos o plásticos. Funciones:  Soporte mecánico.  Regulación del volumen y la forma celular debido a la rigidez.  Poseen un papel importante en la absorción. Las sustancias deben atravesar la pared para llegar hasta el interior de la célula.  Translocación. Es el movimiento de solutos dentro de la planta.  Transpiración. Expulsión de agua desde los estromas.  Secreción.  Defensa contra bacterias y otros patógenos. Estructura: La pared celular desde el exterior al interior posee: -

Lámina media:

-

Pared primaria: se construye cuando la célula es joven. Es una pared flexible.

-

Pared secundaria: más gruesas que la pared primaria. Se incorporan cuando las células han dejado de crecer.

Lámina media: Es la capa más externa, de aspecto homogéneo, que en muchos casos está compartida por más de una célula. Actúa de cemento uniendo dos células adyacentes. Tiene un aspecto homogéneo, difícil de observar con el microscopio óptico. Es un gel semirrígido formado por pectinas y proteínas. Las pectinas son polímeros del ácido galacturónico, unidos por enlaces α(1-4) que pueden estar esterificados con metanol. Con el tiempo pierden su acidez (fraguan), se hace rígida al unirse a iones calcio cuando la célula deja de crecer. Pared primaria: Es más gruesa que la lámina media. Se forma inmediatamente después de la división celular, antes de que la célula complete su crecimiento. Usualmente es delgada, pero puede alcanzar considerable grosor. Al microscopio electrónico se pueden diferenciar: -

Numerosas fibrilas (macrofibrillas) con disposición desordenada y entrecruzada. Permite aumentar la distancia entre fibras haciendo que la pared sea más gruesa.

-

Cada macrofibrilla está formada por varios microfibrillas que se unen entre sí por medio de puentes de hidrógeno y están inmersas en una matriz de polisacáridos compuesta de pectinas y hemicelulosas. Mientras que la celulosa da rigidez, la matriz formada por hemicelulosa y pectina, da flexibilidad.

Debido a la disposición de las fibras, la pared primaria es algo extensible y no birrefringente, es decir, es desordenada. Esto permite cambiar de tamaño y estirarse.

¿Cómo se sintetizan y orientan las microfibrillas de celulosa? Las macrofibrillas se disponen de forma ordenada en varios planos, en cada plano, todas las macrofibrillas son paralelas, cambiando la orientación de las mismas de un plano al siguiente. Esto impide el movimiento de la pared. La célula secreta los monómeros de glucosa y las rosetas sintetizan la celulosa gracias a la celulosa sintasa, que es un macrocomplejo proteico que se encuentra en la membrana plasmática. El movimiento de la roseta se debe a que están anclados a los microtúbulos unidos a la membrana plasmática. Cuando éstos se mueve, arrastran a las rosetas consigo.

Pared secundaria: Es la capa más externa. Está presente en algunos tipos celulares, ya que otros se están continuamente dividiendo y no poseen esta estructura. Es mucho más gruesa que la pared primaria y está compuesta por muchas capas. Está formada por celulosa y lignina, y otras moléculas que varían según el tipo celular (cutina, suberina, sales minerales….) Las microfibrillas se disponen de forma ordenada en varios planos. En cada plano, todas las microfibrillas son paralelas, cambiando la orientación de las mismas de un plano al siguiente.

Comunicación entre las células a través de la pared: Plasmodesmos Cabe decir que las células vegetales están comunicadas mediante los plasmodesmos. Los plasmodesmos son conductos citoplasmáticos que conectan los protoplastos vivos de células adyacentes. Pone en contacto el retículo endoplasmático de las células y su membrana plasmática. Es una unión muy íntima entre dos células. Existen dos tipos dependiendo del origen: -

Plasmodesmos primarios: proceden de células ya unidas.

-

Plasmodesmos secundarios: son aquellos que se originan entre dos células que no estaban unidas en un principio, sino que se han acerado.

Los plasmodemos tienen una estructura compleja esencial en: -

La regulación del transporte de macromoléculas entre células.

-

Transmisión de señales de célula a célula (hormonas, RNA y proteínas).

En cuanto su estructura, poseen proteínas que regulan el paso o el tamaño del plasmodesmo (SEL: size exclusión limit). Cabe decir que el tamaño de la apertura puede regularse distribuyéndose las proteínas internas para dejar paso a moléculas más grandes. El límite de tamaño de selección es de 2 nm. Existen proteínas alrededor del interior de la membrana

y

proteínas

alrededor

del

retículo

endoplasmático por el exterior que están conectadas entre sí. El movimiento de estas proteínas ensancha la

cavidad

central

(Retículo

Endoplasmático)

permitiendo o impidiendo el paso de sustancias por éste (RE) ,por el citoplasma, o por ambos.

Los plasmodemos hacen que la planta pase de ser una colección de células individuales a ser una gran comunidad de protoplastos

vivos interconectados.

Existen dos

espacios:  El simplasto es el interior, aquello que está rodeado de membranas. Es la comunidad total de protoplastos unidos por las membranas plasmáticas combinadas entre todos ellos. Es el transporte simplástico.  El apoplasto es el exterior, todo lo que está fuera de la membrana plasmática, como la pared celular. Son las paredes celulares junto con las células muertas vacías de los vasos conductores y el agua contenida en ellas. Es el transporte apoplástico.

PLASTOS Introducción Los plastos están rodeados de membranas dobles, al igual que las mitocondrias. Realizan la producción y el almacenamiento de compuestos químicos celulares y son interconvertibles, es decir, un tipo de plastos se puede convertir en otro tipo de plastos. Cabe decir que los plastos proceden de plastos preexistentes.

Los plastos vienen de plastos preexistentes y son interconvetibles. Un proplastidio se acaba de generar y con luz genera un cloroplasto, mientras que si se desarrolla en la oscuridad tenemos un etioplasto. Si el etioplasto se somete a la luz da lugar a un cloroplasto. A partir del proplastidio se puede generar amiloplastos, leucoplastos y cromopastos. Pero también se puede generar amiloplastos y cromoplastos a partir de cloroplastos. Los de las hojas (amiloplastos) se generan por los cloroplastos, los del tallo (amiloplastos) por proplastidio.

¿Son los plastos exclusivos de vegetales? Si pero hay una excepción. Elysia Chlorotica es un animal que posee plastos denominados cleptoplastos. Son capaces de realizar la fotosíntesis porque desde que nacen se alimentan de plantas. Tipos:

PROPLASTIDIOS

INDIFERENCIADOS

ETIOPLASTIDIOS

CLOROPLASTOS

 CLOROFILA

CROMOPLASTOS  CAROTENIDES Y ANTOCIANOS

DIFERENCIADOS AMILOPLASTOS

LEUCOPASTOS

OLEOPLASTOS PROTEINOPLASTOS

Existen dos tipos diferentes de plastos:  Indiferenciados: plastos que no poseen las características finales de los plastos. o Proplastidios: son el origen de todos los plastos. Aquellos que acaban de nacer. o Etioplastidios: se desarrollan en la oscuridad y es por ello por lo que no se desarrollan completamente a plastos. No poseen clorofila.  Diferenciados: aquellos que poseen las características completas de los plastos. o Cloroplastos: son verdes debido a que contienen clorofila. Realizan la fotosíntesis. Dan lugar a los cromoplastos. o Cromoplastos: su capacidad fotosintética se reduce o se inactiva. Son de colores rojizos puesto que acumulan carotenoides y antocianos. Dan color a las flores y a los frutos.

o Leucoplastos: inactivos fotosintéticamente. Son de color blanco. Acumulan diferentes sustancias como: -

Amiloplastos: acumulan almidón. Son abundantes en tejidos de almacenamiento. En los meristemos radiculares actúan como sensores de la gravedad y dirigen el crecimiento de la raíz.

-

Oleoplastos: acumulan lípidos (aceite).

-

Proteinoplastos: acumulan proteínas.

 Los cromoplastos se originan a partir de los cloroplastos. El pimiento o el tomate son verdes (cloroplastos) pero al madurar, se convierten en rojos (cromoplastos).

Cloroplastos: Los cloroplastos se encuentran en la periferia debido a volumen de la vacuola. Son exclusivos de las células vegetales. Se originan a partir de plastos preexistentes. Son endosimbiontes, tienen su propio DNA (cIDNA) y ribosomas. Cabe decir que tienen una forma variable y a menudo son discoidales. Presentan una doble membrana separadas por un espacio intermembrana. En su interior se encuentra el estroma, donde aparece un

sistema

de

sáculos

membranosos

denominados tilacoides.

 Envoltura del cloroplasto: presenta una membrana externa muy permeable, una interna con proteínas de transporte y un espacio intermembranoso.

 Estroma: compartimento interno del cloroplasto. Se lleva a cabo la fase oscura de la fotosíntesis. Contiene: -

Cientos de enzimas (de metabolismo, replicación, expresión de genes).

-

Ribosomas.

-

DNA (también peculiar).

 Tilacoides: sáculos membranosos aplanados que tienden a formar apilamientos denominados grana, conectados entre ellos formando una red de cavidades. Se lleva a cabo la fase lumínica de la fotosíntesis. La distribución de los tilacoides depende de las condiciones químicas de la planta, de la luz… No pueden vivir independientemente de la célula huésped. Las membranas de los tilacoides contienen: -

Pigmentos fotosintéticos: clorofilas y carotenoides

-

Cadena fotosintética de transporte de electrones

-

ATP sintetasa

La membrana tilacoidal hace posible la conversión de la energía lumínica e energía química. El espacio tilacoidal o lumen se encuentra en el interior de los tilacoides y mantiene unas condiciones de pH ácido.

MICROCUERPOS Introducción: Son orgánulos esféricos rodeados de una membrana sencilla que se encuentran presentes en células eucariotas. Pueden encontrarse dispersos por el citoplasma o bien estrechamente relacionados con otros orgánulos como mitocondrias o cloroplastos. Están especializados en determinadas funciones metabólicas e intervienen en numerosos procesos metabólicos.

Tipos:  Peroxisomas: en las plantas se encuentran en células fotosintéticas. Participan en la eliminación de especies reactivas de oxígeno. Contienen: o Oxidasas: oxidan compuestos orgánicos produciendo peróxido de hidrógeno (H2O2) o Catalasas: eliminan el peróxido de hidrógeno (agua oxigenada).  Glioxisomas: lleva a cabo la β – oxidación de los ácidos grasos que se produce en las semillas oleaginosas (de las leguminosas) cuando están germinando. Cabe decir que contienen enzimas del ciclo del glioxilato, que transforma los ácidos grasos en azúcares para proveer a la planta joven de energía para el crecimiento.  Oleosomas: se encargan del almacenamiento de triacilglicerol en forma de aceites durante el desarrollo de la semilla. Se encuentran rodeados de una monocapa de fosfolípidos que NO es doble. Tienen la cabeza polar hacia la fase acuosa y las cadenas de ácidos grasos hacia el interior, es decir, sólo acumulan lípidos hidrofóbicos. Es el único orgánulo con ese tipo de membrana.

MICROCUERPO TIPO PEROXISOMA

VACUOLAS Introducción: Son los orgánulos característicos de las células vegetales, aunque no son exclusivos de ellas. Aparecen en células maduras, variables en tamaño. Ocupan del 5 – 95% de la célula. Está recubierta por la membrana vacuolar o tonoplasto que establece el tono vascular o de tensión de la planta. Cabe decir que las células meristemáticas (embrionarias) no tienen esta gran vacuola, sino que contienen pequeñas vacuolas denominadas provacuolas que provienen de las cisternas del aparato de Golgi (trans). Cuando las células maduran, las provacuolas se fusionan dando lugar a una única vacuola central.

Funciones: En una misma célula, pueden encontrarse vacuolas con funciones muy distintas:  Almacenamiento de reservas y productos tóxicos: tienen funciones análogas a los lisosomas cuando contienen enzimas hidrolíticas.  Reciclado de componentes celulares: enzimas hidrolíticas (proteasas, ribonucleasas y glicosilasas) que se liberan al citoplasma durante la senescencia y participan en la degradación celular.  Defensa de las plantas: metabolitos secundarios. Estos metabolitos secundarios son eliminados cuando los herbívoros devoran la planta.  Proteínas de reserva necesarias para la germinación: vacuolas especializadas denominadas cuerpos proteicos que son muy abundantes en semillas.

Estas proteínas son hidrolizadas durante la germinación y los aminoácidos son exportados al citoplasma para la síntesis de las nuevas proteínas necesarias para el crecimiento de la nueva planta.  Mantenimiento de la presión de turgencia, homeostasis celular: la acumulación de solutos (K) en la vacuola, provoca la entrada del agua (fuerza osmótica) necesaria para la elongación de la célula vegetal. Al contrario de las células animales, las plantas no mantienen un nivel hidrostático estable, ya que cuando el agua entra en el interior, la planta aumenta su volumen hasta que llega a la pared celular, donde deja de hincharse. o La presión de turgencia generada por la toma de agua, da la rigidez necesaria a la plante para mantenerse erguida cuando no cuentan con el soporte de lignina, como las plantas no leñosas. o Permiten los movimientos rápidos en órganos de ciertas plantas como la mimosa o las plantas carnívoras.

4. ARQUITECTURA DE LAS PLANTAS La función viene determinada por la zona de la planta: -

Raíz: absorción y transporte, anclaje y almacenamiento.

-

Tallo: soporte, transporte, fotosíntesis y almacenamiento.

-

Hojas: fotosíntesis, intercambio de gases…

Existen dos tipos de células en la planta:  Diferenciadas: están especializadas en una estructura y función. Forman la parte más estable o permanente de la planta. Pueden tener una pared celular primaria, pero no se dividen. Son las células hijas de las meristemáticas. Hay algunas que no tienen pared celular secundaria puesto que siguen creciendo. Las que dejan de crecer sí tienen pared secundaria. Dentro de estas células diferenciadas hay 3 tipos de tejido adulto; dérmico, vascular y fundamental.

 Meristemáticas: son capaces de dividirse por mitosis continuamente y permiten que la planta siga creciendo durante toda su vida. Poseen una pared celular flexible, es decir, pared primaria. Nunca tienen pared secundaria. Se encuentran en los meristemos. Siempre hay un núcleo de células que se sigue dividiendo siempre, pero alguna de las células hijas pierden su capacidad de dividirse y se convierten en parte de la planta que no crece y serán de un tipo específico atendiendo a la zona de la planta en la que crezca.

5. TEJIDOS VEGETALES Un tejido es un grupo de células que se especializa en una misma función. Diversos tipos celulares se encuentran comúnmente asociados formando estructuras con una unidad funcional. Todos los órganos de las plantas están formados por los mismos tipos de tejido. TEJIDO DÉRMICO

TIPOS DE TEJIDO

TEJIDO VASCULAR

TEJIDOS ADULTOS (CÉLULAS DIFERENCIADAS)

TEJIDO FUNDAMENTAL TEJIDO MERISMÁTICO

5.1 TEJIDO DÉRMICO  Es la cobertura exterior que se encuentra en contacto con el ambiente. Está formada por células planas o poligonales sin espacios intercelulares. No tiene cloroplastos.  El tejido dérmico protege a la planta de la pérdida de agua, del daño e invasiones de bacterias, hongos e insectos.  Está cubierta de una capa de cera impermeable denominada cutícula.

 Presentan estomas que se utilizan para el intercambio de gases entre el interior de la hoja y la atmosfera.  Hay dos tipos de dermis: o Epidermis: cubierta por la cutícula. o Peridermis: reemplaza a la epidermis en tallos de arbustos y árboles (corteza). No se encuentra en todas las plantas. Se da en dicotiledóneas leñosas y se forma a partir del cambium cortical o felógeno.  En la raíz, la epidermis está adaptada a la absorción de agua y minerales. No tiene cutícula impermeable.  Existen modificaciones del tejido dérmico. Pueden presentar tricomas y/o pelos de formas muy variadas. Algunas muy complejas con diversas funciones: o Protección; frente a: -

La iluminación excesiva.

-

Los cambios de temperatura

-

La evaporación excesiva.

o Soporte: en plantas trepadoras. o Absorción de agua: pelos radiculares o Secreciones de diversos tipos.

5.2 TEJIDO VASCULAR Transporta fluidos (agua, nutrientes y compuestos orgánicos) y sostiene la planta en posición vertical. Podemos diferenciar dos partes; el xilema y el floema.

Xilema:  Forma la parte dura de la planta, la madera.  Transporta agua y sustancias disueltas desde la raíz hasta las hojas. Está formado por dos tipos celulares: o Tipos celula...