Unidade III (a água e as células vegetais)

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Unidade III
A água e a célula vegetal
Disciplina: Fisiologia vegetal Curso: Agronomia
Prof. Juan Carlos Alvarez-Pizarro
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Importância e função da água para as plantas
Estrutura da molécula de água
Pontes de hidrogênio
Propriedades físicas da água:
Estado físico
Propriedades térmicas
Água como solvente
Tensão superficial
Adesão e coesão
A água e a célula vegetal
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Importância e função da água para as plantas
A fitomassa é, em sua maior parte, composta de água.
OBS: O conteúdo de água, além de variar com os tipos de células e tecidos, também é bastante influenciado pelas condições ambientais e pela fisiologia da planta.
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Funções da água nos vegetais
Age como solvente para nutrientes minerais e substâncias orgânicas,
Forma o ambiente adequado, onde a maioria das reações bioquímicas ocorre, participando em muitas delas como reagente (hidrólises),
Contribui para absorção e transporte de minerais das raízes para a folha, via xilema, e para a translocação de substâncias orgânicas e de minerais, via floema, 
É a fonte de elétrons para a fotossíntese,
Influencia na estrutura e função de macromoléculas e de membranas,
É responsável pela manutenção da turgescência e, portanto, contribui para o crescimento e para a manutenção da forma e estrutura dos tecidos tenros,
Contribui para que as plantas não sofram tanto com as flutuações de temperatura do ambiente. 
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Estrutura da molécula de água
 A distribuição assimétrica das cargas na molécula de água, torna a mesma uma molécula polar (dipolo elétrico).
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Pontes de hidrogênio
 Atração eletrostática fraca que se estabelece entre cargas parciais opostas de moléculas de água vizinhas. 
 As pontes de hidrogênio também pode se formar entre o H e qualquer outro átomo eletronegativo (por exemplo o N).
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Propriedades físicas da água
Estado físico
	A água é liquida à temperatura ambiente
 Algumas propriedades físicas da água e de outras moléculas de similar tamanho molecular (Hopkins, 1990).
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Propriedades térmicas
	Calor específico – quantidade de energia que pode ser absorvida pela substância para um determinado aumento da sua temperatura.
	Calor específico da água = 4,184 J g-1 °C-1
Reduz os danos relacionados às variações de temperatura do meio ambiente.
	Junto com a alta capacidade de condução de calor asseguram uma estabilidade térmica.
Calor latente de vaporização - é a energia necessária para separa as moléculas da fase líquida e levá-las para fase gasosa à temperatura constante – um processo que ocorre durante a transpiração.
Calor latente de vaporização da água = 44 kJ mol-1 a 25°C
Importante de mecanismo para regular a temperatura nas folhas de plantas terrestres expostas à radiação solar muito intensa. 
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Água como solvente
	A molécula de água é um dipolo com uma elevada constante dielétrica. Além disso pode estabelecer pontes de H com moléculas orgânicas.
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Tensão superficial
	A água possui uma forte tensão superficial.
	Resulta da forte atração exercida pelas moléculas de um corpo de água sobre aquelas localizadas na superfície (Resistência da superfície líquida à ruptura). 
	A energia necessária para aumentar a área de superfície de contato da interface liquido/gas (água/ar).
A água é bem mais fortemente atraída pelas moléculas vizinhas do que pela fase gasosa do outro lado da superfície.
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Adesão e coesão
	Ambas as propriedades resultam da formação de pontes de hidrogênio entre moléculas de água
	Coesão – atração mútua entre moléculas vizinhas e é responsável pela tensão superficial que surge na interface entre a água e o ar, bem como, pela capacidade das colunas de água resistirem a elevadas tensões (pressão negativa).
	Adesão – A água possui grande aderência a superfícies solidas que tem na sua composição grande quantidade de átomos de oxigênio e nitrogênio (vidro, celulose, argila, proteínas, etc).
	OBS: Estas propriedades combinadas explicam porque a água ascende em tubos capilares e são excepcionalmente importantes na manutenção da continuidade de colunas de água nas plantas. 
	 
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Quando o êmbolo é empurrado, a água é comprimida, e se desenvolve uma pressão hidrostática positiva. Se o êmbolo for puxado, em vez de ser empurrado, desenvolve – se uma tensão na água, ou pressão hidrostática negativa, para resistir à tração. Quão forte deve – se puxar o êmbolo antes que as moléculas de água separem – se umas das outras e a coluna de água se quebre? Quebrar uma coluna de água requer energia suficiente para romper as ligações de hidrogênio que atraem as moléculas de água umas as outras. A presença de bolhas de ar reduz a força de tração de uma coluna de água.
Força tênsil 
(Força de tensão)
Capacidade de resistir a uma força de arraste, ou, ainda, é a tensão máxima que uma coluna ininterrupta de qualquer material pode suportar sem quebrar. 
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Processos de transporte de água
Difusão molecular
Fluxo de massa 
Osmose
Potencial químico da água: definição e componentes
Potencial osmótico
Potencial de pressão
Potencial gravitacional
Potencial mátrico
Aquaporinas
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Difusão molecular
	O movimento aleatório das moléculas de uma substância como resultado da sua agitação térmica.
	A difusão obedece a um gradiente de concentração. 
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A taxa de difusão é diretamente proporcional ao gradiente de concentração de uma substância entre dois pontos separados por uma distância X.
		Primeira lei de Fick 
			Ds – coeficiente de difusão
A equação indica que uma substância terá difusão mais rápida quando o gradiente de concentração torna-se mais acentuado ou quando o coeficiente de difusão for aumentado. 
OBS: a difusão em soluções pode ser eficaz dentro de dimensões celulares, mas é demasiado lenta para o transporte de longa distância.
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Fluxo de massa
É o movimento em conjunto de grupos de moléculas, mas comumente em resposta a um gradiente de pressão.
O fluxo em massa ocorre quando uma força externa, tal como gravidade ou pressão, é aplicada. Como resultado todas as moléculas da substância movem-se como uma massa única. 
O fluxo de massa de água é responsável pelo transporte de longa distância de água no xilema, pela maior parte de fluxo de água no solo.
Equação de Poiseuille 
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Osmose
	É o movimento de um solvente, tal como a água, através de uma membrana semi-permeável.
	A osmose é uma função do gradiente de potencial químico.
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Células vegetais em ambientes com diferente osmolalidade
Retração do protoplasma de uma célula, quando colocada em uma solução com alta concentração de solutos.
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O fisiologistas usam o termo potencial hídrico, o qual pode ser definido como o potencial químico da água dividido pelo volume molal parcial de água (18 x 10-6 m3.mol-1).
Nas medidas do ψw , o estado de referência mas comumente empregado é a água pura sob pressão e temperatura ambiente. 
A unidade mais comum para expressar o potencial hídrico é o pascal (Pa).
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Fatores que influenciam no potencial hídrico
				 ψw = ψs + ψp + ψm + ψg
Ψs – potencial de solutos ou potencial osmótico
Os solutos reduzem a energia livre da água por diluição desta.
Em soluções diluídas de substâncias indissociáveis ou para solutos iônicos, o ψs da solução pode ser calculado por médio da equação de Van´t Hoff : 
				 ψs = -RT Cs
				R = 8,32 J.mol-1.°K-1
				R = 0,0083143 L.Mpa.mol-1 .°K-1
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Valores de RT e potencial osmótico de soluções sob temperaturas variadas
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Ψp – potencial de pressão (pressão hidrostática da célula)
pressões positivas aumentam o potencial hídrico
		pressão negativas diminuem o potencial hídrico
Pressão hidrostática positiva (pressão de turgidez) desenvolve-se em plantas bem hidratadas.
Plasmólise incipiente → Ψp = 0
No xilema e nas paredes celulares ocorrem potencias de pressão negativos (tensão) 
Na água pura , o valor do potencial
de pressão é igual a zero (ψp = 0)
				
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Ψg – potencial gravitacional: Expressa a ação do campo gravitacional sobre a energia livre da água.
 				Ψg = ρw x g x h
				ρw x g = 0,01 Mpa
O potencial gravitacional tem uma contribuição significativa em espécies de grande altura.
Ψm – potencial mátrico: É o componente do potencial hídrico que define as influencias que as forças superficiais e espaços intermicelares exercem sobre o potencial químico da água. 
O potencial mátrico desenvolve-se em solos secos e em sementes maduras 
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A água entra (e sai) na célula obedencendo um gradiente de ψw
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Diagrama de Hofler mostrando a relação entre o potencial hídrico, seus componentes e o volume celular relativo 
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O ψw é comumente usado como uma medida do status hídrico da planta
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Aquaporinas
São proteínas integrais de membrana, as quais formam canais seletivos através das membranas.
Estas proteínas não mudam a direção de transporte ou a força propulsora para o movimento de água, no entanto elas podem alterar a taxa de movimento de água através das membranas
Sofrem mudanças conformacionais, em resposta a parâmetros fisiológicos como pH e Ca+2, o que possibilita que as plantas regulem ativamente a permeabilidade de suas membranas celulares à água.