APOYO GRÁFICONUTRICIÓN VEGETAL

1º BACHILLERATO

BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA. UNIDAD 9

CONCEPTO DE NUTRICIÓN Y PROCESOS

IMPLICADOS

La nutrición como intercambio de materia y energía.

Se denomina nutrición al conjunto de procesos mediante los cuales un organismo intercambia materia y energía con el medio que le rodea.

Los organismos se pueden clasificar según su tipo de nutrición.

HETERÓTROFOS

Incorporan materia inorgánica del medio con la que fabrican su

materia orgánica.

Utilizan como fuente de materia compuestos orgánicos elaborados por otros organismos.

ORGANISMOS

FOTOSINTÉTICOS

QUIMIOSINTÉTICOS

AUTÓTROFOS

Obtienen la energía de la luz.

Obtienen la energía de oxidación de compuestos inorgánicos.

PROCESOS IMPLICADOS EN LA NUTRICIÓN

• Ingestión de alimento

• Digestión del alimento

• Intercambio de gases

• Transporte de los nutrientes

• Metabolismo

• Excreción

El destino de la materia orgánica

todas las reacciones químicas en las que...

Las células utilizan los compuestos orgánicos para obtener materia y energía a través de transformaciones químicas que en conjunto forman el METABOLISMO.

todas las reacciones químicas en las que...

SUSTANCIAS SENCILLAS

SUSTANCIAS COMPLEJAS

COMPUESTOS ORGÁNICOS

COMPUESTOS MÁS

SENCILLOS

ENERGÍA

FUNCIONES VITALES

ALMIDÓN

CELULOSA PROTEÍNAS

LÍPIDOSENZIMAS

se utiliza para realizar

como

son son

ANABOLISMO CATABOLISMO

METABOLISMO

PRINCIPALES NUTRIENTES

ELEMENTO FORMA DEASIMILACIÓN

FUNCIÓN DEFICIENCIAS

CARBONO CO2 Forma parte de todas las moléculas orgánicas

OXÍGENO O2, H2O Forma parte de todas las moléculas orgánicasPrincipal disolvente. Reactivo en muchas reac. Metab.

HIDRÓGENO H2O Forma parte de todas las moléculas orgánicas

NITRÓGENO NO3, NH+4 Componente de todos los aminoácidos y nucleótidos Crec. raquítico o enano. Rigidez. Esclerosis.

Amarilleo temprano de las hojas.

POTASIO K+ Apertura y cierre de los estomas (Cambios de potencial hídrico en células oclusivas)

Dificultad en economía hídrica (sequía). Raquitismo de las hojas marchitas.

CALCIO Ca+2 Regula la permeabilidad celular (pared). División celular dañada. Alteración en el crecimiento (células pequeñas)

FÓSFORO PO4 2- Componente de nucleótidos y lípidos de membranas.

Metabolismo energético y síntesis de ATP.Dificultad en procesos reproductivos (retraso en la floración). Coloración violeta de hojas y tallos.

MAGNESIO Mg2+ Componente de la clorofila y cofactor enzimático Rigidez y clorosis de las hojas adultas.

AZUFRE SO4 2- Componente de algunos aminoácidos. Semejante al nitrógeno.

CLORO Cl- En fotosíntesis, protege a los fotosistemas de componentes oxidantes producidos en fotolisis del agua.

HIERRO Fe2+ , Fe3+ Forma parte de transportadores de e-. Interviene en la síntesis de la clorofila

Clorosis, hasta coloración blanca de hojas jóvenes.

COBRE Cu+, Cu2+ Forma parte de transportadores de e- y de enzimas Clorosis de hojas jóvenes. Sequía.

MANGANESO Mn2+ Activa enzimas del catabolismo. Liberación de oxígeno en la fotosíntesis.

Inhibición del crecimiento y necrosis.

ZINC Zn2+ Activa enzimas del catabolismo. Síntesis proteica (formación de auxinas)

Inhibición del crecimiento. Dificultad en la floración.

BORO B3 3- Transporte de glúcidos. Activador del crecimiento. Dificultad en el crecimiento, necrosis. Dificultad en la fructificación.

MOLIBDENO Mo O4 2- Asimilación de nitratos. Dificultad en el crecimiento. Deformación de ramas.

LA INCORPORACIÓNDE NUTRIENTES

La incorporación de nutrientes en cormofitas

Los vegetales de organización cormofítica tienen estructuras especializadas para la absorción y el transporte de los nutrientes: raíces, hojas y tallos.

Gases atmosféricos

Luz HOJA

RAÍZ

TALLO

Pelos radicales

H2O

Sales minerales

Floema Xilema

Estructura de la raíz y entrada de los nutrientes

La estructura interna de la raíz está formada por tres capas concéntricas.

Parénquima cortical

Cilindro vascular

Epidermis

Endodermis

Floema

Xilema

Absorbe el agua y las sales minerales y protege los tejidos internos.

Los espacios intercelulares permiten la circulación de gases.

Condiciona el paso de agua y sales a través de la membrana de sus células

Formado por los tejidos conductores.

Tras su entrada en la raíz, el agua y las sales minerales pueden seguir dos vías diferentes:

Vía A o simplástica

Vía B o apoplástica

Traspasando la membrana plasmática mediante transporte activo (sales) u ósmosis (agua) y atravesando el citoplasma de las células.

A través de las paredes celulares y de los espacios intercelulares.

Vía A o simplástica

Vía B o apoplástica

Banda de Caspari

Paso de agua y sales minerales

ABSORCIÓN DE AGUA Y SALES MINERALES HASTA EL XILEMA

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

TRANSPORTE DE LA SAVIA BRUTA

Mecanismo de tensión-adhesión-cohesión

Son un conjunto de fenómenos que provocan el ascenso de la savia bruta en contra de la gravedad.

PRESIÓN RADICULAR

Entrada de agua

Es debida a la entrada de agua del suelo a la raíz por ósmosis, ya que la concentración de solutos es mayor en las células que en el agua.

TRANSPIRACIÓN

H2O

La pérdida de agua por evaporación produce una fuerza capaz de absorber el agua en la raíz y conducirla por el xilema hasta las hojas.

TENSIÓN - COHESIÓN

Los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua

permiten una cohesión muy

elevada.

En la ascensión del agua también interviene la capilaridad

Ascenso de la savia bruta

EL TRANSPORTE DE LA SAVIAELABORADA

Hipótesis de flujo por presión

Explica el desplazamiento de la savia elaborada debido a un gradiente de presión entre el punto en el que penetra en el floema (fuente) y el punto en el que es extraída del mismo (sumidero).

Plasmodesmos

Azúcares

Ósmosis

Agua

Vasos cribosos(floema)

ÓsmosisTransporte

activo

Célula acompañante

SUMIDERO

FUENTE

Vasos leñosos(xilema)

CÉLULAS ACOMPAÑANTES

VASOS CRIBOSOS

SUMIDEROS

Transporte activo

Plasmodesmos

Presión hidrostática

Transporte activo

CÉLULAS ACOMPAÑANTES

FUENTE

EL INTERCAMBIO DE GASES

La respiración en vegetales

Los vegetales también necesitan oxígeno para realizar la respiración celular.

• La necesidad de oxígeno es más baja que en los animales por su menor tasa de respiración celular.

• Los tejidos que se encuentran en el interior están formados por células muertas.

• Entre las células de los tejidos, los gases difunden libremente debido a los espacios intercelulares.

O2 CO2

Las estructuras especializadas en el intercambio de gases en vegetales son los estomas y las lenticelas.

Por ser organismos fotosintéticos también necesitan dióxido de carbono.

La incorporación de estos gases no requiere un aparato respiratorio debido a:

Mecanismo de apertura y cierre de los estomas

Es debido a los cambios de turgencia de las células oclusivas que lo forman. Estos cambios están condicionados por una combinación de diversos factores.

Concentración del ión potasio (K+)

Concentración de CO2 y luz

Temperatura

La luz activa la entrada de K+ en las células. Estas captan agua por ósmosis y se hinchan, abriendose los estomas.

Sólo afecta a temperaturas elevadas. Cuando sobrepasa los 35 0C, los estomas se cierran.

Hay luz

La planta realiza la fotosíntesis

Se consume el CO2

Su concentración disminuye

Se abren los estomasEstoma cerrado Estoma abierto debido

a la entrada de agua

Etapas de la fotosíntesis FOTOSÍNTESISLa fotosíntesis es un proceso que se desarrolla en dos etapas:

Reacciones lumínicas: es un proceso dependiente de la luz (etapa clara), requiere de energía de la luz para fabricar ATP y moléculas portadoras de energía NADPH reducido, a usarse en la segunda etapa. 

Ciclo de Calvin- Benson: es la etapa independiente de la luz (etapa oscura), los productos de la primera etapa mas CO2 son utilizados para formar los enlaces C-C de los carbohidratos. Las reacciones de la etapa oscura usualmente ocurren en la oscuridad si los transportadores de energía provenientes de la etapa clara están presentes. Evidencias recientes sugieren que la enzima más importante de la etapa oscura esta estimulada indirectamente por la luz, de ser así el termino no sería correcto denominarla "etapa oscura". La etapa clara ocurre en la grana y la oscura en el estroma de los cloroplastos.

6 CO2 +  12 H2O  -->> C6H12O6  + 6 O2

FASE LUMINOSALa energía de la luz causa la eliminación de un electrón de una molécula de P680 que es parte del Fotosistema II, el electrón es transferido a una molécula aceptora (aceptor primario), y pasa luego cuesta abajo al Fotosistema I a través de una cadena transportadora de electrones. La P680 requiere un electrón que es tomado del agua rompiéndola en iones H + y iones O-2. Estos iones O-2 se combinan para formar O2 que se libera a la atmósfera.

La luz actúa sobre la molécula de P700 del Fotosistema I, produciendo que un electrón sea elevado a un potencial mas alto. Este electrón es aceptado por un aceptor primario (diferente del asociado al Fotosistema II).El electrón pasa nuevamente por una serie de reacciones redox, y finalmente se combina con NADP + e H+ para formar NADPH, un portador de H necesario en la fase independiente de la luz.Electrón del fotosistema II reemplaza al electrón excitado de la molécula P700.

FASE OSCURALa transformación del anhídrido carbónico en un compuesto orgánico se conoce como fijación del Carbono. La energía para ello proviene de la primera fase de la fotosíntesis.El Ciclo de Calvin (o de los tres carbonos) se desarrolla en estroma de los cloroplastos (¿donde ocurrirá en los procariotas?). El anhídrido carbónico es fijado en la molécula ribulosa 1,5 bifosfato (RuBP). La RuBP tiene 5 carbonos en su molécula. Seis moléculas de anhídrido carbónico entran en el Ciclo de Calvin y, eventualmente, producen una molécula de glucosa. La enzima que cataliza esta reacción es la RuBP carboxilasa (la rubisco), posiblemente la proteína mas abundante del mundo y se encuentra en la superficie de las membranas tilacoideas. La fijación del CO2 se produce en tres fases: Carboxilativa: El CO2 se fija a una molécula de 5C, la ribulosa 1,5 difosfato, formándose un compuesto inestable de 6C, que se divide en dos moléculas de ácido 3 fosfoglicérico conocido también con las siglas de PGA Reductiva:El ácido 3 fosfoglicérico se reduce a gliceraldehido 3 fosfato, también conocido como PGAL ,utilizándose ATP Y NADPH. Regenerativa/Sintética: Las moléculas de gliceraldehido 3 fosfato formadas siguen diversas rutas; de cada seis moléculas, cinco se utilizan para regenerar la ribulosa 1,5 difosfato y hacer que el ciclo de calvin pueda seguir, y una será empleada para poder sintetizar moléculas de glucosa (vía de las hexosas), ácidos grasos, amoinoácidos... etc; y en general todas las moléculas que necesita la célula.

LA CAPTACIÓN DE LA LUZ

Estructura de las hojas

El interior de la hoja está formado por dos tipos de tejidos: el parénquima y los tejidos conductores.

HAZ

ENVÉS

Parénquima lagunar

Parénquima en empalizada

Epidermis

EstomaFloema

Xilema

Lagunar

En empalizada

Floema

Xilema

Pigmentos encargados de captar la luz

La fase luminosa de la fotosíntesis depende de una serie de pigmentos que captan la luz.

PIGMENTOS

COMPLEJO ANTENA

CENTRO DE REACCIÓN

CLOROFILA a

CLOROFILA b

CLOROFILA c

son

se encuentran formando los

forman parte del

contiene una molécula de

son

FITOL

PORFIRINA

constan deFOTOSISTEMAS

formadas porXANTOFILAS CLOROFILASCAROTENOIDES

Relación entre fotosíntesis y respiración celular

DÍAFotosíntesis

Fotosíntesis

Fotosíntesis

Fotosíntesis

Respiración

Respiración

Respiración

Respiración

NOCHE

Respiración

Respiración

Respiración

Respiración

6CO2 + 6H2O + energía luminosa

6CO2 + 6H2O + energía

C6 H12 O6 +6 O2

C6 H12 O6 + O2

FOTOSÍNTESIS

RESPIRACIÓN

La fotosíntesis requiere luz.

La respiración celular es independiente de la luz, por lo que los vegetales consumen oxígeno durante las 24 horas del día.

FOTORRESPIRACIÓN Una de las propiedades más interesantes de la rubisco es que además de catalizar la carboxilación de la ribulosa 1,5 bifosfato, también produce su oxigenación; proceso conocido como fotorrespiración. RUBP + O2 + rubisco à Ácido fosfoglicérico + Glicolato.La fotorrespiración da como resultado la liberación de CO2 , después de una serie de reacciones enzimáticas. La reacción de la carboxilación es favorecida a la oxigenación en una proporción de 3:1; lo que indica un 33% de ineficiencia en la carboxilación. El metabolismo del glicolato requiere la participación de las mitocondrias y de los peroxisomas. Sin embargo, es en las mitocondrias donde el aminoácido glicina, producido en los peroxisomas es descarboxilado liberando CO2 .El ritmo de la fotorrespiración de las plantas C-3 es bastante elevado, siendo 5 veces superior al de la respiración en la oscuridad; lo cual es perjudicial para estas plantas. Las plantas C-4, que muestran muy poca o ninguna fotorrespiración, son considerablemente más eficientes; ya que realizan la fotosíntesis a concentraciones más bajas de CO2 y a más elevadas tensiones de oxígeno. Las plantas C-4 son de origen principalmente tropical, habitan en condiciones de alta luminosidad y altas temperaturas. Esto les permite competir más eficientemente con las plantas C-3, al tener que cerrar los estomas para economizar agua y evitar la desecación; sin embargo pueden realizar la fotosíntesis a bajas tensiones de CO2 , debido a que la enzima PEP-carboxilasa muestra una mayor afinidad por el CO2 que la rubisco.La concentración de O2 es en la atmósfera es 6.000 veces mayor que la de CO2, lo que favorece la fotorrespiración.. No produce ATP ni NADPH, es a todas vista un desmantelamiento del ciclo de Calvin lo cual reduce la eficiencia de la captura de anhídrido carbónico.

EXCRECIÓN VEGETAL

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Eliminación de los productos de desecho

• La excreciónexcreción es la eliminación de sustancias inservibles o perjudiciales para el organismo.

• En plantas no existen sistemas especializados, la función excretora queda reducida a:

• Eliminación por difusión del CO2 sobrante

• Formación de cristales de oxalato cálcico (residuo metabólico)

• Eliminación de sales de plantas salobres.

La excreción en los vegetales

SUSTANCIAS DE DESECHO EN LOS VEGETALES

GASEOSAS LÍQUIDAS SÓLIDAS

DIÓXIDO DE CARBONO

ETILENO

ACEITES ESENCIALES

RESINAS

LATEXOXALATO CÁLCICO

Célula oleíferaAceite

Bolsa oleífera

ESTRUCTURA DE BOLSAS OLEÍFERAS DÓNDE SE ALMACENAN ACEITES ESENCIALES.

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Otros tipos de nutrición en plantasAunque la nutrición típica es la autótrofa, las plantas han

desarrollado algunas otras formas de nutrición.+Plantas parásitasparásitas: -Realizan fotosíntesis pero necesitan agua y sales que toman de otrasplantas mediante haustorios, como el muérdago.- No realizan fotosíntesis y los haustorios llegan al floema para toma la

savia elaborada, como en el caso de la cuscuta.

+ Plantas carnívorascarnívoras: - Pueden hacer fotosíntesis, pero al vivir en ambientes nitrogenados

pobres, completan la dieta atrapando insectos. Mecanismos curiosos para atrapara a las presas. Plantas como atrapamoscas, nephentes.

+Plantas simbióticassimbióticas:- forman asociaciones en beneficio mutuo- Micorrizas: entre micelios de hongos y raíces de plantas- Leguminosas y bacterias género Rhizobium

FIN