Fisiología vegetal

Fisiología vegetal.

Es la ciencia que estudia las respuestas de las plantas vivas, o partes vivas de la misma frente a agentes externos o internos variables. Estudia el funcionamiento de las plantas o estudia los procesos que tienen lugar en el desarrollo y comportamiento de los vegetales, así como el examen de los mecanismos internos mediante los cuales realizan sus múltiples y complejos procesos de síntesis química y la forma en que se integran estos mecanismos. También se ocupa de los factores climáticos del medio y de las interacciones de las plantas con los organismos relacionados con ellas, en cuanto dichos organismos influyen y modifican el curso del desarrollo del vegetal.
Bidweel (1993). Es el estudio de los procesos de germinación, crecimiento, desarrollo, maduración, reproducción y muerte de las plantas. Y de cómo el medio ambiente actúa recíprocamente sobre la vida de las plantas.
Bonner y Galston (1965). Estudia el funcionamiento de las plantas; ósea los procesos que tienen lugar durante el crecimiento , desarrollo y comportamiento de los vegetales; también se ocupa de los factores climáticos del medio y de las interacciones de las plantas con los organismos relacionados con ellas, en cuanto dichos organismos influyan y modifiquen el curso del desarrollo vegetal.
Evolución y las plantas.
Las plantas han evolucionado continuamente y aun lo siguen haciendo. Los aspectos más visibles de la evolución de las plantas son:

  1. Cambios Morfológicos o Anatómicos: ósea evolución del cuerpo y la forma, tamaño de las plantas, modificaciones de la hojas (pelos).
  2. Cambios de los procesos Bioquímicos: Ósea de las reacciones químicas en el interior de las plantas.
  3. Cambios Fisiológicos: ósea en el funcionamiento metabólico de las plantas como respiración, fotosíntesis, transpiración, absorción de agua y nutrientes, etc.

Las plantas adecuadas son aquellas que pupueden producir más eficazmente (alto rendimiento) bajo los más amplios rangos de condiciones ambientales naturales y bajo condiciones en manejo agronómico aceptables.
Relacion de la fisiologia vegetal con otras ciencias.
La parte de la Biología que estudia a los vegetales se conoce con el Nombre de botánica, sin embargo, el estudio de las plantas puede abordarse bajo diferentes puntos de vista, lo cual origina una serie de ramas de la botánica como son la Anatomía, la Taxonomía, la Morfología, la Genética, la Patología, la Fisiología, etc.

La Física. Ayuda a la Fisiología Vegetal a interpretar y entender la entrada y salida de gases (O2 – CO2), solventes (agua), solutos (Nutrientes), radiación solar (luz), etc.

La Fitobioquímica. Ayudan a comprender las reacciones metabólicas o procesos de crecimiento y diferenciación, el conocimiento de una enzima o estructura de algunos orgánelos celulares como los cloroplastos o mitocondrias. Es esencial para la comprensión de los procesos fisiológicos el conocimiento de ciertos  principios fundamentales de la física y química como:

– Estructura química de las plantas
– Reacciones bioquímicas
– Reacciones Bioquímicas desfavorables por modificaciones
– Reacciones ante cuerpos extraños.
La Genética. Que trata la forma en que los organismos transmiten sus características específicas y particulares de generación en generación.
La aplicación práctica (de la Genética) a través de la selección y el mejoramiento (Fitogenotecnia o Fitomejoramiento), lo cual repercute en el desarrollo de todas las plantas cultivadas que muestran característica deseables tales como producción, resistencia a enfermedades, adaptaciones ambientales, etc.
La Edafología. Es importante que se conozcan el suelo donde crecerán las plantas. Por lo que este estudio debe efectuarse antes de la siembra de la especie vegetal elegida.
La Ecología. Es interesante que se estudie las relaciones existentes entre los seres vivos y el medio ambiente en el cual crecerán.
La Estadística. Para el estudio científico de los problemas en el campo o laboratorio, a través de los diseños estadísticos con ciertos márgenes de confiabilidad y tener
información valedera respecto a ciertas inquietudes. (Estadística aplicada).
La Economía. Las investigaciones en el campo de la fisiología vegetal, sin estas no reportan ganancias para el agricultor, pues no se transmitirán por más positivas
científicamente sean.
La Auto ecología. El estudio de la planta como individuo y el medio ambiente en el cual se desarrollan.
La Fitosociología. Estudio de la comunidad de plantas y su relación en el medio ambiente.

La Ecofisiología. Estudia la influencia de los factores ambientales, como suelo, clima (Tº, PP., HR, Altitud), radiación, etc. Sobre los procesos fisiológicos y metabólicos de las plantas, ósea un factor (Tº) sobre la fotosíntesis, precipitación sobre la respiración.
El éxito futuro de la Fisiología vegetal. Dependerá de que se logre un apropiado equilibrio entre las investigaciones puras y aplicadas..
Investigaciones puras: Botánica, Anatomía, Taxonomía vegetal, etc.
Investigaciones aplicadas: Agronomía, Forestales, (densidad, aporque, riego, fertilización, manejo, etc.).
La fisiología vegetal como ciencia.

  • – Todo trabajo científico se basa en la premisa de que los fenómenos naturales resultan de la relación entre CAUSA Y EFECTO.
  • – Se presume que un suceso se produce a causa de otros hechos anteriores (las causas) que si se repiten bajo condiciones idénticas, producirán los mismos resultados (los Efectos).
  • – Un segundo aspecto esencial de todo trabajo científico es que toda teoría debe apoyarse en pruebas o prácticas.
    Ejemplo
  1. Causa (aplicación. Fertilización.)
  2. Efecto (mayor Crec. Vegetal)
  • – Crecimiento de plantas en suelo sin abonar (- crecim.) —– sin riego (- crecim.)
  • – Crecimiento plantas en suelo con abono (+ crecim.) —– con riego (+ crecim.)

La fisiología vegetal y la agricultura.
1. La fisiología vegetal está basada en la facultad que poseen las plantas de crecer y de transformar sustancias simples (CO2, H2O, Luz, Nutrientes.) en otras complejas quesatisfacen las necesidades del hombre, lo cual es el objeto de la fisiología vegetal.
2. La aplicación de la Fisiología Vegetal, consiste en el máximo aprovechamiento de la energía solar, así tenemos:

  1. Agricultura.
  2. Forestales
  3. Ganadería
  4. Sistemas Múltiples Agrarios

Materia Prima—– alimentos plantas (Crecim. Y Desarrollo) CO2 (absorbe hojas)
Agua y minerales (Raíces).
Luz (pigmentos)
– El CO2 absorbido por las hojas; el agua y sustancias minerales que toman las raíces constituyen las Materias Primas para formar los alimentos de las plantas y que servirán para su crecimiento y desarrollo.
– Las plantas no sólo producen alimento, sino también materia prima para muchas industrias; y por el crecimiento demográfico aumenta cada día la demanda de alimentos, fibras textiles, madera, combustibles, etc.
– Se debe especializarse cada vez más en la agricultura y conocer los procesos que tienen lugar en las plantas, además los efectos del medio ambiente sobre ellas; para aumentar
los rendimientos por plantas y/o por unidad de área. Por ello es necesario aplicar los principios básicos de la Fisiología Vegetal (aprovechamiento máximo de la energía solar):

  1.  a la agricultura.
  2.  a la técnica forestal.
  3.  a la ganadería a través de la producción de pastos y forrajes.
  4.  Sistemas Múltiples agrícolas.

– La floración y la maduración y caída de los frutos, el letargo, la formación de raíces y aun la supresión de las plantas perjudiciales son fenómenos que pueden controlarse en beneficio de determinados cultivos, mediante el uso de sustancias químicas especiales.
Estas aplicaciones se basan en la información que ha reunido la fisiología vegetal en cuanto a los mensajeros químicos que las propias plantas utilizan en las regulaciones de sus actividades.
La fisiología vegetal realizo investigación en los siguientes campos.
– Mejora de los métodos de propagación: Reproducción sexual y asexual.
– Mejora de las prácticas de los cultivos: Métodos de siembra, deshierbo, riegos, fertilizaciones, etc.
– Mejora de las cosechas o rendimientos: aumento del rendimiento.
– Mejora de la conservación de los productos vegetales.
– Mejora en el control de plagas y enfermedades: Combate a insectos, bacterias, nematodos, hongos.
– Perfeccionamiento en la práctica de los fertilizantes químicos y abonos orgánicos.

Las plantas y su actividad.

– las plantas constituyen el único medio de que disponen los organismos vivos para sobrevivir, mediante su capacidad de aprovechar la energía de las radiaciones solares en el proceso de la fotosíntesis.
– Anualmente, las plantas absorben unos 200,000 millones (2 x 1011) de toneladas de carbono (C), a partir del CO2 de la atmósfera y lo incorporan a su organismo mediante la fotosíntesis.
– El Anhídrido carbónico absorbido por las hojas y el agua y las sustancias minerales que toman las raíces constituyen las materias primas para el crecimiento.
– Los órganos vegetales se hallan altamente especializados en sus actividades, su crecimiento integral y armónico se realiza gracias a su mutua cooperación y al continuo intercambio de sustancias entre ellos. El agua y las sustancias minerales que toman las raíces son transportadas a las hojas y puestas en condiciones de ser utilizadas, al tiempo que los productos fotosintéticos formados en los últimos órganos se trasladan hacia las raíces. Resulta pues otro aspecto importante de la economía vegetal:

LA CIRCULACIÓN DE SUSTANCIAS AL INTERIOIR DE LAS PLANTAS.

– Los alimentos no constituyen de por sí la planta; no son sino los ingredientes esenciales con los que realiza el vegetal su crecimiento mediante los procesos subsiguientes de l metabolismo, siendo una característica excepcional y maravillosa de las plantas la de que, a partir de las sustancias sencillas, sean capaces de construir la magnifica variedad de complicados compuestos químicos que constituyen sus tejidos. Azúcares, grasas, proteínas, vitaminas y un cúmulo más de sustancias se forman a través de los procesos del metabolismo vegetal, y estas mismas sustancias tan importantes para el crecimiento de las planta, constituyen, a la vez, las mismas materias primas de nuestra propia economía, de las cuales obtenemos alimentos, vestidos, calor, etc.
– Las plantas pueden encontrarse bajo diferentes climas, desde la selva tropical hasta las zonas más heladas (polo norte), bajo diversas formas y tamaños.

Caracteristicas de las plantas y de la vida vegetal que conducen a la fisiología especializada.

– Las plantas son principalmente inmóviles y sólo pueden penetrar ( al suelo) y utilizar un espacio limitado de su medio ambiente.
– La autotrófica del carbono les permite un irrestricto metabolismo carbónico.
– Dependiendo de los minerales del suelo, por lo que la nutrición mineral es conservadora especialmente del N.
– Se desarrollan protegiéndose de perdida de agua (transpiración) y llevar acabo el intercambio de gases 8difusión de (CO2 y O2).
– Evaluación de mecanismos de absorción y transporte de carga.
– La reproducción, producción de minerales, latencia o dormancia, germinación, caída de hojas, etc. Están determinadas por las prácticas ambientales.
– Desarrollan medios especiales de protección contra, sequía, frio, calor, luz, etc.

La evaluación y la adaptación de los organismos tienen lugar tanto en sentido fisiológico y bioquímico, como también de cambios en la anatomía y la morfología.

Ciclo biogequimico

Los vegetales que cubren el globo terráqueo están en continuo cambio, ya que los productos vegetales usados por el hombre, los Animales y los microorganismos, se
reponen por el crecimiento de nuevas plantas; crecimiento que constituye la más grande y abundante actividad química del mundo ósea las plantas, están en continuo dinamismo, incrementando su materia seca (Materia orgánica) , mediante la fotosíntesis y el crecimiento y perdiéndola continuamente, para ser usados por otros seres vivos; este es un ciclo cerrado y dinámico que mantiene en actividad todos los seres vivos sobre la tierra y se denomina Ciclo Biogeoquímico

Postulados básicos.

La fisiología vegetal, como otras ramas de la biología, estudia los procesos de la vida, que con frecuencia son idénticos o similares en muchos organismos. En este capítulo introductoria se presentan diez postulados acerca de la ciencia en general y de la fisiología vegetal en particular. Después, dado que la biología celular es básica para la fisiología vegetal, se repasan las células vegetales como cuerpo principal de este capítulo. Los postulados son:
1. El funcionamiento d las plantas puede ser entendido a partir de los principios de la física y de la química. De hecho, la fisiología vegetal moderna en particular, y de biología en general, dependen de las ciencias físicas, que a su vez se basan en la matemática. La fisiología vegetal es, en esencia, una aplicación de la física y la química modernas para entender lo que son los seres vegetales. Por este motivo, el progreso en la fisiología vegetal ha dependido casi por completo del progreso de las ciencias físicas. En la actualidad, la tecnología de las ciencias físicas aplicadas proporcionan tanto la instrumentación de la que depende la investigación en fisiología vegetal, como el conocimiento básico que se aplica en la interpretación de resultados. Además, los especialistas en fisiología vegetal aceptan el enunciado filosófico llamado Ley de la Uniformidad de la Naturaleza, el cual establece que las mismas circunstancias o causas producirán los mismos efectos o respuestas. Este concepto de casa y efecto debe ser aceptado como hipótesis de trabajo (esto es, aceptado como acto de fe). Aunque no hay manera de probar que dicho principio se cumple siempre en todo lugar del universo, tampoco hay razón para dudar que así sea.

Tabla 1.1: Esquema simplificado del sistema de cinco reinos en que se clasifican los organismos.
I. MONERAS: Organismos procarióticos (sin núcleo organizado u organelos celulares), incluyendo bacterias, algas verdeazules (cianobacterias) y micoplasmas.
(Las ARQUEOBACTERIAS podría constituir un reino aparte.)
II. PROTISTAS: Organismos eucarióticos (con núcleo y organelos verdaderos), principalmente unicelulares, incluyendo protozoarios (“animales” unicelulares),
algunas algas a y mixomicetos a . (Algunos autores incluyen todas las algas eucarióticas, aun formas multicelulares.)
III. HONGOS: a Hongos verdaderos.
IV. VEGETALES: La mayoría de las algas y todas las plantas verdes; los vegetales verdaderos son los siguientes, mas algunos grupos menores que no se mencionan:
Algas cafés a
Algas rojas a
Algas verdes b
Musgos y hepáticas a
Plantas vasculares (plantas superiores)
Helechos y afines
Cicadáceas y gimnospermas poco comunes a
Confieras (gimnospermas comunes) b
Plantas con flores (angiospermas) b
Monocotiledóneas
Dicotiledóneas
V. ANIMALES: Animales multicelulares.
a Estudiados por la fisiología vegetal
b De particular interés para la fisiología vegetal
Virus: Muestran características de la vida solo cuando se introducen en células de organismos vivos; la mayoría de los biólogos los consideran sin vida cuando se les aísla de células vivas.

  1. Es posible que la vida dependa de algún espíritu o entelequia no sujeto a la investigación científica; pero si suponemos esto, entonces por definición no podemos usar la ciencia para estudiar la vida. La suposición de que las plantas funcionan de manea mecanicista conduce a investigaciones fructíferas; la suposición contraria, llamada vitalismos, ha resultado por completo improductiva en la ciencia. Por ejemplo, la convicción (del lector o de los autores) acerca de la existencia de un creador puede favorecer o estorbar la apreciación de la fisiología vegetal, pero no puede participar directamente en la ciencia en si.
  2. Los botánicos y los fisiólogos de los organismos vegetales estudian a los integrantes de cuatro de los cinco reinos actualmente reconocidos por muchos biólogos, si bien gran parte de los que se analiza en este libro tiene que ver con las plantas verdaderas y, de hecho, con relativamente pocas especies de gimnospermas yangiospermas. Los biólogos modernos consideran que un sistema de cinco reinos para clasificar los seres vivos es muy superior a los intentos previos de clasificar a losorganismos como plantas o animales, pero aún hay mucha controversia acerca del lugar de ciertos grupos en dicho sistema, como los mixomicetos y algunas algas. Basta decir que el experto en fisiología vegetal estudia las algas verdeazules (o cianobacterias) y otros procariotes estudiados por los bacteriólogos, diversos grupos de algas, los mixomicetos, los hongos verdaderos, y representantes de todos los grupos principales del reino vegetal.
  3. Sin embargo, aquí se dedicara mayor atención a gimnospermas y plantas con flores, y solo ocasionalmente se hará referencia a los otros grupos.
  4. La célula es la unidad fundamental de la vida; todos los organismos vivos están constituidos por células, las cuales contienen núcleos delimitados por membranas, oestructuras comparables sin membranas. La vida no existe en unidades menores que una célula. Las células surgen solo a partir de la división de células preexistentes. En conjunto, a estas tres aseveraciones se les conoce como teoría celular. Los organismos cenocíticos (ciertas algas, hongos y mixomicetos) no tienen los orgánelos (mitocondrias, núcleos, etc.) separados por membranas en unidades llamadas células. ¿Son estos organismos excepciones a la teoría, o se trata de organismos multinucleados formados por una o unas pocas células? Decida el lector.
  5. Las células eucarióticas contienen orgánelos delimitados por membranas, como cloroplastos, mitocondrias, núcleos y vacuolas, mientas que las células procarióticascarecen de tales orgánelos.
  6. Las células se caracterizan por la acumulación de macromoléculas especiales,como almidón y celulosa, que consisten en cientos de miles de unidades de azúcaridénticas a otras moléculas; en algunas macromoléculas, como leonina, los gruposmoleculares pueden estar repetidos, o bien la distribución de las moléculas componentespuede ser aleatoria.
  7. . Las células también se caracterizan por la producción de macromoléculas comoproteínas y los ácidos nucleicos (RNA y DNA), consistentes en cadenas de cientos demiles de moléculas más simples de varias clases (20 o más aminoácidos en las proteínasy cuatro o cinco nucleótidos en los ácidos nucleicos). Estas cadenas incluyen largossegmentos de secuencias no repetitivas que se conservan y se duplican (se copian)cuando las células se reproducen. Estas moléculas, típicas de la vida, contieneninformación, así como la secuencia de letras en esta frase explica la información contenidaen ella. La información se transfiere de una generación de células a otra a través del DNA, y del DNA a las proteínas por el RNA.
  8. La información contenida en una proteína le confiere ciertas propiedades físicas y la capacidad de catalizar (acelerar) reacciones químicas en las células; las proteínas que catalizan reacciones se denominan enzimas, y son esenciales para las funciones vitales. En los organismos multicelulares, las células se organizan en tejidos y órganos;distintas células en un organismo multicelular con frecuencia tienen deferentes estructuras y funciones. El concepto tejido-órgano es más difícil de aplicar a plantas que a animales, pero son tejidos vegetales típicos por ejemplo epidermis, corteza, tejido vascular y medula.
    Los órganos principales de una planta vascular son raíz, tallo y hojas, que pueden estar modificados para diversas funciones (por ejemplo, flores).
  9. . Los organismos vivos son estructuras autogeneradoras. Mediante el proceso llamado desarrollo, que incluye división celular, crecimiento en volumen
    (especialmente por alargamiento en raíces y tallo) y especialización celular o diferenciación, una planta comienza como una sola célula (el ovulo fecundado o cigoto) y con el tiempo se convierte en un organismo multicelular. En contraste con la mayoría de los animales, casi todas las plantas continúan su crecimiento y desarrollo durante la vida, gracias a regiones celulares perpetuamente embrionarias (en división) llamadas meristemos. Aun cuando hay mucha información descriptiva disponible, el desarrollo es probablemente el fenómeno menos comprendido en la biología contemporánea (casi tan misterioso como el funcionamiento del cerebro humano).
  10. Los organismos crecen y se desarrollan en ambientes e interactúan con estos y con otros organismos de muchas maneras. Por ejemplo, el desarrollo de la planta es influido por temperatura, luz, gravedad, viento y humedad.
  11. En los organismos vivos, como en otros sistemas o maquinas, la estructura y la función están estrechamente relacionadas. Es claro que no podría haber funciones
    vitales sin las estructuras de los genes, enzimas, otras moléculas, orgánelos, células y, con frecuencia, tejidos y órganos. Por otra parte, las funciones del crecimiento y el desarrollo crean las estructuras. Los estudios sobre fisiología vegetal dependen mucho de la anatomía vegetal, la biología celular y la química funcional y estructural. Al mismo tiempo, las partes descriptivas d la anatomía vegetal y la biología celular adquieren mayor significado gracias a la fisiología vegetal.

LA CELULA VEGETAL: ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO DE SUS PARTES.

ORIGEN Y DESARROLLO DE LAS CÉLULAS.
Célula Vegetal
Todos los organismos vivos están compuestos por células. El inglés, Robert Hooke en 1665, realizó cortes finos de una muestra de corcho y observó usando un microscopio rudimentario unos pequeños compartimentos, que no eran más que las paredes celulares de esas células muertas y las llamó células (del latín cellula, que significa habitación pequeña) ; ya que éste tejido le recordaba las celdas pequeñas que habitaban los monjes de aquella época. No fue sino hasta el siglo XIX, que dos científicos alemanes el botánico Matthias Jakob Schleiden y el zoólogo Theodor Schwann, enunciaron en 1839 la primera teoría celular: » Todas las plantas y animales están compuestos por grupos de células y éstas son la unidad básica de todos los organismos vivos». Esta teoría fue completada en 1855, por Rudolph Virchow, quien estableció que las células nuevas se formaban a partir de células preexistentes (mni cellula e célula). En otras palabras las células no se pueden formar por generación espontánea a partir de materia inerte.

Resultado de imagen para Celula vegetal
Fig 2,1: Celula vegetal

En la frontera de lo viviente, se han descubierto seres aún más pequeños: los virus, que crecen y se reproducen solamente cuando parasitan otra célula. Podemos afirmar que, no hay vida sin célula. Al igual que un edificio, las células son los bloques de construcción de un organismo. La célula es la unidad más pequeña de materia viva, capaz de llevar a cabo todas las actividades necesarias para el mantenimiento de la vida.

La teoría celular actualmente se puede resumir de la siguiente forma:

  1. Todos los organismos vivos están formados por células y productos celulares.
  2. Sólo se forman células nuevas a partir de células preexistentes.
  3. La información genética que se necesita durante la vida de las células y la que se requiere para la producción de nuevas células se transmite de una generación a la siguiente.
  4. Las reacciones químicas de un organismo, esto es su metabolismo, tienen lugar en las
    células.

Cómo se estudian las células

Una de las principales herramientas para el estudio de la célula es el microscopio. En general las células y tejidos vivos son difíciles de estudiar con el microscopio fotónico ; ya que los tejidos multicelulares son demasiado gruesos para dejar pasar la luz y las células vivas aisladas suelen ser transparentes, con poco contraste entre los detalles internos.
Sin embargo, se pueden realizar estudios de tejidos, realizando cortes a mano alzada con una hojilla bien afilada y haciendo observaciones con el microscopio óptico, previo montaje de la muestra sobre un porta objeto de vidrio, con una gota de agua y cubriendo con un vidrio cubre objeto.
Primeramente el estudio detallado de las células se ha favorecido con el mejoramiento de los microscopios y el desarrollo de métodos y técnicas para preparación y observación de las células. En segundo lugar, se trata de correlacionar los hallazgos estructurales con la información bioquímica. Además de los avances en la microscopía que se observaron en la segunda mitad del siglo XIX y en el siglo XX, que han mejorado el poder de resolución de estos instrumentos, se han desarrollado también las técnicas básicas de preparación del material para su estudio con el microscopio:

  1. Se fijan las células o tejidos con agentes que matan y estabilizan la estructura, p. ej. alcohol, ácido acético, formol, tetróxido de osmio, permanganato de potasio, entre otros.
  2. Se deshidratan con alcohol etílico, butanol, acetona, etc.
  3. Se montan en substancias duras que actúan como soporte del tejido para ser posteriormente cortados, ya sea con un micrótomo de Minot o con hojilla de diamante, si se requieren cortes ultra finos, para microscopia electrónica.
  4. Se tiñen las células con colorantes que actúan sobre algunos organelos, produciendo contraste entre núcleo o citoplasma, o entre mitocondrias y otros elementos del citoplasma.

Existen distintos métodos de preparación para el estudio de ciertas característica celulares específicas En éste siglo, el desarrollo de las técnicas citológicas ha seguido las siguientes líneas :

  1. ) se desarrollaron nuevos aparatos ópticos, como el microscopio de contraste de fase y se perfeccionaron otros como el microscopio de luz polarizada , facilitando así el estudio de las células vivas ;
  2. ) se inventó el microscopio electrónico de transmisión (TEM, transmission electron microscopy) y el microscopio electrónico de barrido( SEM, scanning electron microscopy) ;
  3. ) se crearon métodos citoquímicos para lograr información química a partir de preparaciones microscópicas, entre estos se pueden citar la inmunofluorescencia y la micro radioautografía;
  4. ) se idearon técnicas para fragmentar las células mediante , ultrasonido, homogenizado, y el aislamiento de los orgánelos y otros componentes mediante centrifugación diferencial, para su posterior estudio bioquímico.

Células eucarióticas y procarióticas

En el mundo viviente se encuentran básicamente dos tipos de células: las procarióticas y las eucarióticas. Las células procarióticas (del griego pro, antes de; karyon, núcleo) carecen de un núcleo bien definido. Todas las otras células del mundo animal y vegetal, contienen un núcleo rodeado por una doble membrana y se conocen como eucarióticas (del griego eu, verdadero y karyon, núcleo). En las células eucarióticas, el material genético ADN, está incluido en un núcleo distinto, rodeado por una membrana nuclear.
Estas células presentan también varios organelos limitados por membranas que dividen el citoplasma celular en varios compartimientos, como son los cloroplastos, las
mitocondrias, el retículo endoplasmático, el aparato de Golgi, vacuolas, etc.

Imagen relacionadaFig 2.3: Estructura de una mitocondria

Los organismos procariotes son unicelulares y pertenecen al grupo de las Moneras, que incluyen las bacterias y cianobacterias (algas verde-azules). El ADN de las células procarióticas está confinado a una o más regiones nucleares, que se denominan nucleotides, que se encuentran rodeados por citoplasma, pero carecen de membrana. En las bacterias, el nucleoide está formado por un pedazo de ADN circular de aproximadamente 1 mm de largo, torcido en espiral, que constituye el material genético esencial. Las células procarióticas son las más primitivas de la tierra, hicieron su aparición en los océanos hace aproximadamente 3,5 millardos de años; mientras que las células eucarióticas fósiles tienen menos de un millardo de años.
Las células procarióticas son relativamente pequeñas, nunca tienen más de algunas micras de largo y no más de una micra de grosor. Las algas verde-azules son generalmente más grandes que las células bacterianas. Así mismo, todas las algas verdeazules realizan la fotosíntesis con la clorofila a, que no se encuentra en las bacterias, y mediante vías metabólicas comunes a las plantas y algas, pero no a las bacterias.
Un gran número de células procarióticas, están rodeadas por paredes celulares, que carecen de celulosa, lo que las hace diferentes de las paredes celulares de las plantas superiores.
En la parte interna de la pared celular, se encuentra la membrana plasmática o plasmalema, la cual puede ser lisa o puede tener invaginaciones, llamados mesosomas, donde se llevan a cabo las reacciones de transformación de energía (fotosíntesis y respiración). En el citoplasma, se encuentran cuerpos pequeños, esféricos, los ribosomas, donde se realiza la síntesis de proteínas. Así mismo, el citoplasma de las células procarióticas más complejas puede contener también vacuolas (estructuras en forma de saco), vesículas (pequeñas vacuolas) y depósitos de reserva de azúcares complejos o materiales inorgánicos. En algunas algas verde-azules las vacuolas están llenas con nitrógeno gaseoso. Muchas bacterias son capaces de moverse rápidamente gracias a la presencia de flagelos.

Características de las células vegetales. Las células de las plantas son eucariotas y se caracterizan por lo siguiente:

  1.  Las células vegetales presentan una pared celular celulósica, rígida que evita cambios de forma y posición.
  2. Las células vegetales contienen plastidios, estructuras rodeadas por una membrana, que sintetizan y almacenan alimentos. Los más comunes son los cloroplastos.
  3. Casi todas las células vegetales poseen vacuolas, que tienen la función de transportar y almacenar nutrientes, agua y productos de desecho.
  4. Las células vegetales complejas, carecen de ciertos orgánelos, como los centriolos y los lisosomas.

Célula eucariótica
Las plantas son organismos multicelulares formados por millones de células con funciones especializadas. Sin embargo, todas las células vegetales poseen una organización común: tienen un núcleo, un citoplasma y orgánelos subcelulares; los cuales se encuentran rodeados por una membrana que establece sus límites. Así como una pared celular que rodea el protoplasto (núcleo + citoplasma con sus inclusiones).

La pared célular

Aunque las células vegetales y animales son muy parecidas, las células vegetales tienen una pared rígida de celulosa, que le brinda protección, sin impedir la difusión de agua y iones desde el medio ambiente hacia la membrana plasmática, que es la verdadera barrera de permeabilidad de la célula. Una pared celular primaria típica, de una dicotiledónea está formada por 25-30 % de celulosa, 15-25 % de hemicelulosa, 35 % de pectina y 5-10 % de proteínas (extensinas y lectinas), en base al peso seco. La constitución molecular y estructural precisa de la pared celular, depende del tipo de célula, tejido y especie vegetal.
La pared primaria es delgada (de 1 a 3 micras de grosor) y se forma cuando la célula crece, ejemplo de esta la tenemos en células jóvenes en crecimiento, en el tejido parenquimático, en el clorénquima, epidermis, etc.
La membrana celular está fuertemente adherida a la pared celular, debido a la presión de turgencia provocada por los fluidos intracelulares. Literalmente podemos decir que las células se encuentran abombadas, empujándose entre ellas;en otras palabras se encuentran infladas por una presión hidrostática.

Las macromoléculas de celulosa, en la pared celular está formada por unidades de glucosa (un azúcar de 6 carbonos) enlazadas covalentemente, formando una estructura en forma de cinta aplanada, que puede tener de 0,25 a 5 micras de largo. Entre 40 a 70 de estas cadenas se mantienen unidas mediante enlaces de hidrógeno, entre los grupos OH de los residuos de glucosa, formando una estructura cristalina llamada microfibrilla, que tiene aproximadamente 3 nm de diámetro. La celulosa es muy estable químicamente e insoluble. Las microfibrillas tienen una alta fuerza tensional, que actúa reforzando la pared. Grupos de microfibrillas se disponen como los alambres en un cable, formando microfibrillar. Las microfibrillas son los componentes más importantes de la pared celular y se mantienen unidas mediante otros componentes de la pared celular, como son las macromoléculas de hemicelulosa y pectina. Estas sustancias pegan toda la estructura, en
capas de fibras. Las primeras microfibrillas que se depositan en la pared celular, forman una red con disposición transversal. Pero, cuando la presión de turgencia produce la extensión celular y la pared crece en área superficial, la otra capa de microfibrillas se deposita paralelamente, al eje longitudinal de la célula. El efecto final es una apariencia entramada de varias capas.

Esquema de la matriz y microfibrillas | Pared celular, Caracteristicas de  la celula, Fotosintesis

Fig 2.4: Matriz de celulosa

Dos células adyacentes se mantienen unidas mediante la lámina media, la que se encuentra formada principalmente por sustancias pécticas, que cementan las paredes primarias, a ambos lados de la lámina media. Nosotros podemos extraer la pectina de frutos verdes, como por Ej. el mango y hacer jalea. En muchas plantas posteriormente se puede depositar una pared celular secundaria, que imparte rigidez y fortaleza al tejido, sí
se deposita lignina. Por ejemplo los troncos de los árboles, tienen células con gruesas paredes celulares secundarias.

Las plantas multicelulares, se conectan a través de pequeñas perforaciones que comunican las células adyacentes, denominadas campos de punteaduras primarias, a través de los cuales pasan cordones citoplasmáticos denominados plasmodesmos. A pesar de que son muy pequeños para que lo atraviesen orgánelos celulares, sin embargo las conexiones citoplasmáticas permiten la transferencia de sustancias de una célula a otra. La membrana plasmática es continua y se extiende de una célula a la otra a través de los plasmodesmos, constituyendo lo que se conoce como simplasto; mientras que el conjunto de las paredes celulares de un tejido, más los espacios intercelulares, se denomina apoplasto. La pared celular es muy permeable a diferentes sustancias,
permitiendo el paso de agua y solutos; aunque la verdadera barrera que controla la permeabilidad, al igual que en las células animales, es la membrana plasmática o plasmalema.

La membrana plasmática

La membrana plasmática, tanto de las células procarióticas como eucarióticas, son básicamente similares. En ambos casos, regula el flujo de sustancias disueltas hacia adentro y hacia afuera de la célula. La ósmosis, que funciona debido a que el agua pasa a través de las membranas más rápido que los solutos, regula el flujo de agua. Las membranas plasmáticas tienen aproximadamente 50% de fosfolípidos y 50% de proteínas. La estructura en tres capas de las membranas celulares, consiste de una doble
capa de fosfolípidos, con los grupos hidrófobos (no afines al agua) mirando hacia el centro y los grupos hidrofílicos ( afines al agua ) orientados hacia las partes externas de la bicapa lipídica. Las moléculas de proteínas, flotan en la bicapa lipídica, con sus terminaciones hidrofílicas penetrando en ambas superficies de la membrana, lo que se conoce como el modelo de mosaico fluido, propuesto por Singer y Nicolson( 1972 ). Se sabe que en las membranas existen dos tipos de proteínas: las proteínas integrales
(intrínsecas) y las proteínas periféricas (extrínsecas).

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Fig. 2.5: Membrana plasmática

Cuando se estudia la membrana plasmática mediante el microscopio electrónico, después de haber sido apropiadamente fijada con tetróxido de osmio, las capas de proteínas se observan como dos líneas densas (oscuras), con un espacio claro entre ellas. Las líneas oscuras tienen un espesor de aproximadamente 2,5 a 3,5 nm y la línea clara tiene aproximadamente 3,5 nm, para un grosor de aproximadamente 10 nm o 100 Å. La que se conoce como la unidad de membrana. Esto no significa que todas las membranas sean iguales; ya que ellas pueden presentar diferentes características de permeabilidad. El hecho de que una substancia pueda atravesar la membrana de un cloroplasto, no significa que lo pueda hacer también a través de una membrana mitocondrial. Las membranas
poseen la propiedad de ser selectivas, lo que indica que cada tipo de membrana tiene características moleculares particulares, que les permite funcionar bajo sus propias condiciones. Todas las membranas biológicas que rodean las células, núcleos, vacuolas, mitocondrias, cloroplastos y otros orgánelos celulares son selectivamente permeables.
Las membranas son muy permeables a las moléculas de agua y ciertos gases, incluyendo el oxígeno y el dióxido de carbono; mientras que otras moléculas pueden tener problemas para atravesar las membranas, debido a su tamaño, polaridad y solubilidad en lípidos. Los iones y las moléculas polares (con carga eléctrica), tienden a moverse a través de la parte
proteica de la membrana. Muchas sustancias se mueven mediante difusión simple, por un proceso de transporte pasivo, de zonas de mayor a menor concentración. Sin embargo, en los seres bióticos muchas sustancias atraviesan la membrana mediante transporte activo, moviéndose en contra de un gradiente de concentración, y con la utilización de
energía metabólica por la célula, en forma de ATP (adenosin trifosfato), el cual es aportado por la respiración.

Protoplasto

El contenido del protoplasto, se puede dividir en tres partes fundamentales: citoplasma, núcleo y vacuola (s); así mismo se encuentran sustancias ergásticas y órganos de locomoción. Todas las células eucarióticas, al menos cuando jóvenes pose en un núcleo;
el cual puede desaparecer en los tubos cribosos y en otras células vegetales, en la medida que maduran. El protoplasto se encuentra ausente en los elementos xilemáticos maduros (vasos y traqueidas). La presencia de vacuolas y sustancias ergásticas, es una característica de las células de hongos y de las plantas.
a. El citoplasma (plasma fundamental), tiene una consistencia viscosa y está compuesto de una mezcla heterogénea de proteínas (enzimas) y es el lugar donde ocurren importantes reacciones metabólicas, como la glucólisis. Debido a su naturaleza coloidal, el citoplasma sufre cambios de estado, puede pasar de sol (fluido) a gel (parecido a la gelatina). El citosol, es la matriz fluida en la que los organelos se encuentran suspendidos, está organizado en una red tridimensional de proteínas fibrosas, llamadas citoesqueleto.
El citoesqueleto es mucho más organizado, que la sopa clara que nos podemos imaginar.
Los elementos del citoesqueleto son: los microtúbulos y los microfilamentos. Los microtúbulos son filamentos cilíndricos, huecos que tienen un diámetro externo de 25 nm y varias micras de longitud. Las paredes de los microtúbulos, estan formadas por filamentos protéicos lineares o en espiral de aproximadamente 5 nm de diámetro y estos
están compuestos de 13 subunidades. En el centro de un microtúbulo se encuentra un lumen (área vacía) ; sin embargo se pueden observar bastones o puntos. Los microtúbulos están compuestos por moléculas esféricas de una proteína llamada tubulina Los microtúbulos pueden formarse o descomponerse rápidamente a conveniencia, y se
encuentran formando parte de estructuras celulares que facilitan el movimiento, como el huso mitótico y los flagelos. La colquicina, un alcaloide del cólquico (Colchicum autumnale), destruye la organización de los microtúbulos, impidiendo la formación del huso acromático durante la mitosis celular. Por lo que la colquicina se ha utilizado en genética, en la obtención de células poliploides.

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Firg. 2,6: Celula vegetal y sus partes

Los microfilamentos son estructuras más pequeñas, pero sólidas de 5 a 7 nm de diámetro, que actúan solos o conjuntamente con los microtúbulos para producir movimiento celular. Estos también están formados por proteínas, específicamente la proteína actina, la que con la miosina son también constituyentes del tejido muscular de los animales. Los microfilamentos causan el movimiento de corriente citoplasmática o
ciclosis, la que ocurre en muchas células vegetales, como en las algas Chara y Nitella, donde se han reportado velocidades de 75 µm por segundo. En las hojas de la Elodea canadensis, se observa muy bien la ciclosis, que produce un movimiento de los organelos celulares, de una forma helicoidal, de un lado hacia abajo y del otro lado hacia arriba. Los microfilamentos también juegan un papel importante en el crecimiento del tubo polínico y en el movimiento ameboidal.
En el citoplasma se encuentra un sistema de endomembranas, que incluye al retículo endoplasmático, el aparato de Golgi, la envoltura nuclear y otros orgánelos celulares y membranas( tales como los microcuerpos, esferosomas y membrana vacuolar), que tienen sus orígenes en el retículo endoplasmático o en el aparato de Golgi. La membrana celular que ya la hemos estudiado, se considera como una entidad separada; aunque su
crecimiento se debe a la adición de vesículas por el aparato de Golgi. Las mitocondrias y plastidios se encuentran rodeados por una doble membrana, que se parece al sistema de endomembranas ; aunque estos organelos se autoduplican, por lo que no están relacionados al sistema de endomembranas. Así mismo, los ribosomas, los microtúbulos y los microfilamentos, no forman parte del sistema de endomembranas.
El retículo endoplasmático (RE o ER, del inglés endoplasmic reticulum ) es un sistema multi ramificado de sacos membranosos planos, denominados cisternas, que presentan la típica estructura de unidad de membrana. El RE es continuo con la membrana externa de la envoltura nuclear, a la que se une en las cercanías del núcleo. El RE puede tener ribosomas, que se encuentran unidos como lo hacen los botones a un pedazo de tela, y
se conoce como RE rugoso o puede carecer de ribosomas y se llama RE liso. El RE rugoso sintetiza lípidos de membrana y proteínas de secreción; mientras que el RE liso está implicado también en la producción de lípidos y en la modificación y transporte de las proteínas sintetizadas en el RE rugoso. Los ribosomas, observados en una micrografía electrónica a bajo aumento, aparecen como puntos negros, redondos sobre el RE, pero a
altos aumentos se observa que están formados por un cuerpo pequeño esférico y un cuerpo concavo grande, tienen de 20 a 30 nm de grosor. Frecuentemente aparecen formando agregados característicos que reciben el nombre de polisomas. Los ribosomas son partículas de ribonucleoproteínas (contienen proteínas y ácido ribonucleico), donde
se produce la síntesis de proteínas a partir de aminoácidos, mediante el mecanismo de la traducción, de la información genética contenida en el ácido ribonucleico mensajero (ARNm). En una célula pueden existir miles de ribosomas, con una capacidad de síntesis prodigiosa, ya que cada ribosoma puede producir una molécula de proteína por minuto.
Complejos de Golgi o aparato de Golgi está relacionado con el RE; éste sistema de membranas está compuesto por conjuntos de sacos de Golgi, aplanados y llenos de fluido.
Se observan como membranas aplanadas, parecidas a una pila de cachapas. En los extremos de estas membranas aplanadas o cisternas, se pueden observar vesículas que contienen las macromoléculas que se usan para la construcción de las membranas y la pared celular. Tanto los polisacáridos hemicelulosa y pectina, como la proteína de la pared celular (extensina) son sintetizados y procesados en el interior de las vesículas de secreción del aparato de Golgi o dictiosoma. Cada aparato de Golgi tiene 4 a 6 cisternas
con una separación de 10 nm ; no obstante algunas algas pueden tener de 20 a 30 . El aparato de Golgi puede tener otras funciones además de contribuir al crecimiento del plasmalema y transporte de material a la pared celular, como es la de segregar mucílago en la parte externa de la punta de la raíz, que actúa como un lubricante permitiendo su
movimiento entre las partículas del suelo. El aparato de Golgi es abundante en muchas células secretoras. Los dictiosomas no son estructuras permanentes y en caso de necesidad se forman de novo por el retículo endoplasmático.
Micro Cuerpos, peroxisomas, glioxisomas. Los microcuerpos son organelos esféricos, rodeados por una sola unidad de membrana. Su diámetro varía de 0,5 a 1,5 µm y tienen un interior granular; algunas veces con inclusiones cristalinas de proteínas. Se originan a partir del RE, formando parte del sistema de endomembranas. Los peroxisomas son orgánelos esféricos, especializados en reacciones de oxidación. La enzima catalasa,
constituye casi el 40% de las proteínas totales del peroxisoma, esta enzima descompone el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno. En las plantas se conocen los peroxisomas foliares, como orgánelos de la fotorrespiración. Los glioxisomas se encuentran en semillas de oleaginosas, y contienen las enzimas que ayudan a convertir las grasas almacenadas, en carbohidratos que son translocados a la planta joven para su crecimiento. Los glioxisomas contienen las enzimas del ciclo del ácido glicólico.
Plastidios. Además del núcleo y las vacuolas, los plastidios constituyen los orgánelos más conspicuos de una célula vegetal. Los plastidios están rodeados por una doble membrana, con una estructura interna constituida por un sistema de membranas, separadas por una matriz de naturaleza proteica llamada estroma. Los plastidios tienen ADN (DNA) con una estructura similar al encontrado en células procarióticas, así como ribosomas, embebidos en el estroma. Todos los plastidios se desarrollan a partir de proplastidios , que son cuerpos pequeños encontrados en plantas que crecen tanto en la luz como en la oscuridad. Se dividen por fisión o bipartición, como lo hacen las mitocondrias y los organismos procariotes. Los plastidios incoloros se conocen como leucoplastos, contienen enzimas responsables de la síntesis del almidón. Los leucoplastos mejor conocidos son los amiloplastos, que almacenan granos de almidón, como los encontrados en la raíz de la yuca, el tubérculo de la papa, en granos de cereales, etc.
Otros leucoplastos pueden almacenar proteínas, se conocen como proteinoplastos. Los cromoplastos son organelos coloreados, especializados en sintetizar y almacenar pigmentos carotenoides (rojo, anaranjado y amarillo), estos son el origen de los colores de muchos frutos, flores y hojas, por ej. la piel del tomate, la raíz de zanahoria, etc. Los cromoplastos se originan a partir de cloroplastos jóvenes o de cloroplastos maduros, por
división.
Los cloroplastos son plastidios que contienen los pigmentos verdes clorofila a y b, así como carotenoides de color anaranjado y xantofilas amarillas, son característicos de los seres fotoautótrofos, que poseen la maquinaria enzimática para transformar la energía solar en energía química, a través de la fotosíntesis.
Los cloroplastos son característicos de las células del mesófilo foliar, poseen una doble membrana que los asemeja a las mitocondrias. Tienen una membrana externa y otra interna, el espacio delimitado por la membrana interna está ocupado por un material amorfo, parecido a un gel, rico en enzimas, denominado estroma. Contiene las enzimas que realizan la fijación o reducción del CO2, convirtiéndolo en carbohidratos, como el
almidón. La membrana interna de los cloroplastos también engloba un tercer sistema de membranas, que consta de sacos planos llamados tilacoides, en los cuales la energía luminosa se utiliza para oxidar el agua y formar ATP (compuesto rico en energía) y NADPH (poder reductor), usados en el estroma para convertir el CO2 en carbohidratos. En ciertas partes de los cloroplastos, los tilacoides se disponen como monedas apiladas,
denominados grana, pero en el estroma permanecen aislados.
Los cloroplastos tienen forma elíptica, con un diámetro de 5 a 10 mm y su número puede variar de 20 a 100 por célula vegetal. Durante la ciclosis se mueven libremente en el citoplasma. Ellos responden directamente a la energía solar, para llevar a cabo la fotosíntesis, orientándose perpendicularmente a los rayos de luz; sin embargo sí la energía lumínica es muy fuerte , se disponen de tal forma que la radiación incide oblicuamente, recibiendo menos luz. Los cloroplastos se originan a partir de proplastidios, reacción ésta que es disparada por la luz, que provoca la diferenciación del plastidio, apareciendo los pigmentos y la proliferación de membranas, que origina los tilacoides y grana. Así mismo, en el estroma del cloroplasto se encuentran pequeños pedazos circulares de ADN, dispuestos en doble hélice; parecidos al ADN de las mitocondrias y bacterias. El ADN del cloroplasto regula la síntesis del ARN ribosomal, del ARN de transferencia y de la Ribulosa 1,5 difosfato carboxilasa-oxigenasa( RUBISCO), enzima que cataliza la fijación del CO2 en la fotosíntesis. Sin embargo, la mayoría de las proteínas del cloroplasto, son sintetizadas en el citosol y transportadas al cloroplasto.

Fisiología vegetal

Mitocondrias. Las células eucarióticas poseen orgánelos complejos, denominados mitocondrias. Observadas con el microscopio óptico, se ven como pequeñas esferas , bastones o filamentos, que varían en forma y tamaño, comunmente miden de 0,5 a 1,0 mm de diámetro y de 1,0 a 4,0 mm de longitud. Son más numerosas que los cloroplastos, pudiéndose encontrar hasta 1000 por célula, pero varias algas, incluyendo Chlorella tienen una sola por célula La mitocondria es el organelo responsable de la respiración aeróbica (que utiliza O2), un proceso en el cual un carbohidrato se oxida por completo en presencia de O2 , convirtiéndose en CO2 , H2O y energía almacenada en forma de ATP. Las mitocondrias se dividen por fisión o bipartición, y todas se originan a partir de las mitocondrias contenidas en el zigoto; de tal forma que sus membranas no se derivan del sistema de endomembranas. Ellas contienen ADN circular y ribosomas pequeños (15 nm), en la matriz, de tal manera que son capaces de sintetizar algunas de sus propias proteínas. Sin embargo, dependen también de proteínas sintetizadas en el citoplasma que están bajo el control nuclear.

Fisiología vegetal

Las mitocondrias tienen una doble membrana, la membrana externa es lisa, y actúa como un colador, permitiendo el paso de muchas moléculas pequeñas; mientras que la membrana interna, muestra plegamientos denominados crestas, que aumentan la superficie interna. La membrana interna es selectivamente permeable, regulando el tipo de moléculas que la atraviesan. El compartimiento interno encerrado por la membrana interna es la matriz, de naturaleza coloidal, que contiene las enzimas del ciclo de Krebs o del ácido cítrico. En la membrana interna de las mitocondrias, se encuentran insertos los transportadores de electrones y la ATP sintetasa, realizándose en ella la Fosforilación oxidativa o sea la síntesis de ATP, acoplada al consumo de O2.
b. El núcleo es el organelo celular más conspicuo, tiene forma esférica o globular, con un diámetro de 5 a 15 mm. Es el centro de control de la célula; sin embargo no es un organelo independiente, ya que debe obtener sus proteínas del citoplasma. El núcleo contiene la mayor cantidad de ADN, al que se le da el nombre de genoma, está rodeado por una envoltura nuclear, compuesta de dos membranas, que se fusionan en algunos puntos
formando poros nucleares, que permiten la comunicación del interior del núcleo con el citoplasma celular. Pueden existir desde pocos a miles de poros en una envoltura nuclear.

Fisiología vegetal

El núcleo ejerce su control sobre las funciones celulares vía ARNm (ácido ribonucleico mensajero), determinando las enzimas que se fabrican en la célula y éstas a su vez determinan las reacciones químicas que se llevan a cabo, y por ende la estructura y función celular.

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Firg. 2,7: Núcleo de la Célula vegetal y sus partes

El núcleo es el sitio de almacenamiento y replicación de los cromosomas, que están compuestos de ADN y proteínas acompañantes. El complejo ADN-proteína (nucleoproteína), se denomina cromatina, que se observa dispersa durante la interfase.
Aunque la cromatina pareciera estar desordenada, no es así ; ya que está organizada en estructuras llamados cromosomas. La longitud de todo el ADN del genoma de una planta es millones de veces mayor que el diámetro del núcleo donde se encuentra, podemos establecer la analogía con una bola de hilo enrollada varios kilómetros de longitud, metida dentro de una pelota de golf. Cuando una célula se prepara para dividirse, el ADN y las
proteínas que forman cada cromosoma se enrollan más estrechamente; los cromosomas se acortan, engruesan y se hacen visibles al microscopio.

Fisiología vegetal

El núcleo contiene una solución acuosa, repleta de enzimas, el nucleoplasma, en el cual se encuentran suspendidos la cromatina o los cromosomas y los nucléolos. Como ya mencionamos, el ADN almacena información, en forma de genes, que son segmentos o secuencias de ADN que contienen toda la información genética para originar un producto génico determinado -ARN, proteína-. El núcleo contiene uno o más cuerpos esféricos (pueden ser hasta 4), los nucléolos, que pueden tener de 3 a 5 m m de diámetro. Los nucléolos son masas densas de fibras, de forma irregular, se tiñen de oscuro, que se encuentran suspendidos en el nucleoplasma. En ellos se pueden encontrar áreas claras, llamadas vacuolas nucleolares, que son indicativos de un nucléolo muy activo. Las células meristemáticas, generalmente tienen nucléolos más grandes que las células maduras o latentes. En el nucléolo se fabrica el ARN ribosomal, que junto a las proteínas sintetizadas en el citoplasma, forman los ribosomas. El ARN ribosomal es codificado por regiones especiales en los cromosomas
denominadas regiones organizadoras del nucléolo. Los nucleolos se obsevan bien durante la interfase de la mitosis, que es la fase de descanso de la división celular, pero cuando la célula comienza a dividirse, en la profase, desaparecen los nucleolos y la membrana nuclear, que se reabsorbe en el retículo endoplasmático.
c. Vacuolas. Son orgánelos característicos de las células vegetales, rodeados por una membrana denominada tonoplasto , que controla el transporte de solutos hacia adentro y hacia afuera de la vacuola ; regulando el potencial hídrico de la célula a través de la ósmosis.
La vacuola contiene iones inorgánicos, ácidos orgánicos, azucares, enzimas, cristales de oxalato de calcio, y una variedad de metabolitos secundarios (alcaloides, taninos, ), que frecuentemente juegan un papel en la defensa de las plantas. Algunas vacuolas tienen altas concentraciones de pigmentos, hidrosolubles, que le dan la coloración a muchas flores, hojas y a la raíz de remolacha. Los colorantes vacuolares, de hojas y flores sirven para atraer los insectos que transportan el polen y, en parte funcionan como pigmentos
protectores del exceso de radiación. Las vacuolas pueden almacenar proteínas, especialmente en legumbres y cereales, es importante señalar los granos de aleurona, en las células de la capa de aleurona de los cereales (trigo, cebada) o en los cotiledones de semillas de leguminosas (caraota, arveja, lenteja). Al germinar las semillas, las proteínas son hidrolizadas y los aminoácidos transferidos al embrión en crecimiento. Algunas
vacuolas almacenan grasas como oleosomas o cuerpos grasos, p.ej. el endosperma del Ricinus communis (aceite de ricino). Las vacuolas son ricas en enzimas hidrolíticas, como proteasas, ribonucleasas, y glicosidasas, que cuando se liberan en el citosol, participan en la degradación celular durante la senescencia. Las vacuolas tienen un pH más ácido que el citosol, cualquier exceso de iones de hidrógeno en el citosol es bombeado hacia la
vacuola, manteniéndose la constancia del pH citosólico. En vista de la cantidad de substancias que se acumulan en la vacuola, se ha pensado de ellas por mucho tiempo, que son como el botadero de productos de desechos celulares (substancias ergásticas).
Las vacuolas se originan a partir de pequeñas vacuolas en células, jóvenes,
meristemáticas del ápice del tallo o de la raíz, las que crecen con la célula, absorbiendo agua por osmosis y uniéndose unas con otras, hasta que se forman grandes vacuolas.

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