Reacciones Químicas y Nutrición en Plantas

El Proceso de Nutrición en las Plantas

• Los organismos autótrofos fotosintéticos sintetizan materia orgánica a partir de materia inorgánica y energía solar.
• Todos los seres vivos necesitan nutrirse.
• La función de nutrición es fundamental para la formación de estructuras y la realización de funciones vitales.
• Los animales consumen materia orgánica ya fabricada, mientras que las plantas crean su materia orgánica desde cero.
• Las plantas capturan dióxido de carbono del aire y absorben agua y sales minerales por las raíces, con la ayuda del sol.
• De los 90 elementos químicos naturales, sólo 16 son esenciales para el desarrollo vegetal.
• Solamente el carbono y el oxígeno provienen del aire, y los 14 restantes son suministrados por el suelo.

Nutrientes Esenciales y sus Funciones

• El carbono forma parte de todas las moléculas orgánicas.
• El oxígeno forma parte de todas las moléculas orgánicas.
• El hidrógeno forma parte de todas las moléculas orgánicas.
• El nitrógeno es un componente de todos los aminoácidos y nucleótidos.
• El potasio interviene en la apertura y cierre de los estomas.
• El calcio forma parte de la pared celular y regula la permeabilidad celular.
• El fósforo es un componente de los nucleótidos y de los lípidos que forman las membranas.
• El magnesio forma parte de la clorofila.
• El azufre es un componente de algunos aminoácidos.
• El cloro protege los fotosistemas de componentes oxidantes durante la fotólisis del agua.
• El hierro forma parte de algunos transportadores de electrones y activa enzimas importantes en la síntesis de clorofila.
• El cobre forma parte de algunos transportadores de electrones y de algunas enzimas.
• El manganeso activa enzimas importantes para el catabolismo y es necesario para la liberación de oxígeno durante la fotosíntesis.
• El Zinc es un activador o componente de muchas enzimas.
• El boro forma un complejo con los azúcares, facilitando su transporte por la planta.
• El molibdeno es importante para la asimilación de nitratos.
• El tejido seco se refiere a las partes de la planta después de eliminar el agua.

Fases de la Nutrición en las Plantas

• Las fases de nutrición incluyen la absorción de agua y sales minerales, su transporte por el xilema, el intercambio de gases en las hojas, la fotosíntesis, el transporte de materia orgánica por el floema, la respiración celular y la excreción.
• El suelo está constituido por partículas de roca y materia orgánica que albergan espacios rellenos de aire y agua.
• Las plantas extraen agua y minerales disueltos en agua del suelo.
• Los pelos absorbentes son células especializadas en la zona pilífera de la raíz que absorben nutrientes.
• Los pelos absorbentes aumentan la superficie de absorción con una evaginación.
• Los nutrientes atraviesan tejidos hasta el xilema, que los transporta al aparato fotosintético.

Abonos Orgánicos vs. Abonos Inorgánicos

• En ecosistemas naturales, los nutrientes se reciclan gracias a hongos y bacterias descomponedoras.
• En la agricultura, se utilizan fertilizantes para reponer los nutrientes perdidos durante la cosecha.
• Abonos orgánicos (estiércol y compost) se transforman lentamente en sales minerales por los organismos del suelo.
• Actualmente se usan fertilizantes inorgánicos comerciales con nitrógeno (nitrato), fósforo (iones fosfato) y potasio (iones potasio).
• Los fertilizantes inorgánicos son más fáciles de transportar, almacenar y aplicar.
• Los fertilizantes inorgánicos pueden contaminar las aguas subterráneas y compactar el suelo por la falta de humus.

Vías de Movimiento del Agua y Sales

• El movimiento del agua y sales minerales desde la epidermis de la raíz hasta el xilema sigue dos vías: transcelular o simplástica, y extracelular o apoplástica.
• La vía transcelular pasa de célula a célula a través de los plasmodesmos, usando transporte activo y energía (ATP).
• La vía extracelular aprovecha los espacios intercelulares, pero converge en la endodermis debido a la banda de Caspari.
• La banda de Caspari, un cinturón de suberina, sella los espacios intercelulares de la endodermis, forzando la entrada por transporte activo controlado.
• La banda de Caspari es crucial para controlar el paso de sales minerales hacia el interior de la raíz y evitar fugas de nutrientes.
• Los plasmodesmos son poros en la pared celular vegetal que conservan la lámina media.

Transporte por el Xilema

• Las sales minerales y agua forman la savia bruta, transportada largas distancias por el xilema hasta las hojas.
• Las plantas elevan la savia bruta hasta grandes alturas sin gasto de energía, utilizando la teoría de la cohesión-tensión.
• La cohesión-tensión se basa en la fuerza que eleva la savia bruta gracias a la transpiración y la cohesión entre moléculas de agua.
• La transpiración es la pérdida de agua en forma de vapor a través de los estomas, impulsada por la energía solar.
• La columna de agua se mantiene continua debido a la cohesión a través de puentes de hidrógeno.
• La transpiración causa que las moléculas de agua salgan por los estomas, arrastrando a las moléculas adyacentes.
• La adhesión del agua a las paredes del xilema facilita el ascenso por capilaridad.
• El xilema está formado por traqueidas (en plantas primitivas) y elementos de los vasos (en plantas evolucionadas).
• La teoría de la presión radicular sostiene que la acumulación de agua genera una presión que empuja la savia bruta verticalmente.
• La gutación, o acumulación de gotitas de agua, es evidencia de la presión radicular, común en selvas tropicales.

Intercambio de Gases

• Las plantas intercambian oxígeno y dióxido de carbono con la atmósfera mediante estomas y lenticelas.
• Los estomas son estructuras especializadas formadas por células oclusivas que delimitan un ostiolo.
• Los estomas se ubican en la parte aérea del vegetal y abundan en el envés de las hojas y tallos jóvenes.
• Las células oclusivas tienen cloroplastos y su pared está engrosada alrededor del ostiolo.
• El dióxido de carbono entra por el ostiolo y se difunde hasta los cloroplastos.
• El oxígeno producido durante la fotosíntesis sale por el ostiolo.
• El dióxido de carbono empleado en la fotosíntesis puede provenir de la atmósfera o de la respiración celular.
• El oxígeno utilizado en la respiración puede provenir de la fotosíntesis o la atmósfera.
• Los estomas controlan su apertura y cierre para equilibrar la pérdida de agua y el intercambio de gases mediante un mecanismo regulado.
• El funcionamiento del estoma presenta un comportamiento circadiano, abriéndose y cerrándose rítmicamente en periodos de aproximadamente 24 horas.
• En la mayoría de las especies, los estomas se abren por el día y se cierran por la noche.
• En climas cálidos, algunos vegetales abren los estomas por la noche para minimizar la pérdida de agua.
• Cuando la planta necesita dióxido de carbono, la bomba de protones expulsa protones, atrayendo iones potasio y agua, abriendo el estoma.
• Cuando falta agua, el ácido abscísico (ABA) cierra los estomas, facilitando la salida de iones potasio y agua.
• La luz y la temperatura también influyen en la apertura y el cierre de los estomas.
• Las lenticelas son pequeñas protuberancias en la epidermis de tallos y ramas leñosas que facilitan el intercambio gaseoso.

La Fotosíntesis

• La fotosíntesis convierte energía luminosa en energía química para sintetizar moléculas orgánicas y liberar oxígeno.
• Reacciones REDOX son reacciones de reducción-oxidación, son fundamentales para el funcionamiento de la química de la vida,
• Un compuesto se oxida cuando cede electrones.
• Catabolismo produce liberación de energía.
• Anabolismo son, mayoritariamente, reacciones de reducción.
• En la fase luminosa, la energía solar desplaza electrones de las moléculas de clorofila y estos se transfieren a una cadena de moléculas transportadoras.
• En la fase luminosa, las enzimas ATP-sintetasas emplean la energía liberada en la cadena para formar ATP.
• En la fase oscura (Ciclo de Calvin), se producen un conjunto de reacciones químicas que conducen a la síntesis de glucosa a partir de dióxido de carbono y agua.
• Es una proteína, dada su importancia, la enzima Rubisco.

Distribución de la Savia Elaborada

• La savia elaborada (azúcares, aminoácidos, sales y agua) se transporta desde las fuentes (hojas) hacia los sumideros (órganos en crecimiento).
• El transporte ocurre por el floema, y el movimiento en el floema se explica por la hipótesis de flujo a presión.
• La glucosa se transforma en sacarosa y se transporta activamente desde las células acompañantes del floema a los tubos cribosos.
• El aumento de azúcares provoca la entrada de agua por ósmosis desde el xilema.
• En los sumideros, la sacarosa sale del floema, causando la salida de agua hacia estos órganos, manteniendo la presión hidrostática baja.
• La diferencia de presión hidrostática facilita el flujo de savia elaborada sin gasto de energía.

La Respiración Celular

• La respiración celular es un proceso catabólico que requiere oxígeno para degradar materia orgánica y extraer la energía que contienen sus enlaces
• Tiene lugar en las mitocondrias.
• Las plantas descomponen almidón en glucosa.
• La glucosa es degradada durante la respiración celular desprendiendo energía.
• La energía es empleada en la formación de ATP.
• La respiración celular es una oxidación lenta y controlada.

La Rubisco y el CO₂

• La Rubisco tiene mayor afinidad por el oxígeno que por el dióxido de carbono.
• La fotorrespiración es un proceso que consume oxígeno y produce dióxido de carbono sin generar energía útil y paraliza la fotosíntesis.
• En climas cálidos y secos, el CO₂ no puede entrar, y el O₂ producido no puede salir, por lo que su concentración aumenta. La fotorrespiración domina.
• Plantas C₄ y plantas CAM presentaban rutas alternativas para captar el CO₂ y evitar la fotorrespiración.
• Las platas CAM impiden la deshidratación, acumulando CO₂ en sus tejidos.
• Las plantas C₄ pueden fijar CO₂ y originar compuestos de cuatro carbonos.

Eliminación de Productos de Desecho

• La excreción es la eliminación de sustancias inservibles o perjudiciales.
• Las plantas reutilizan dióxido de carbono, agua, y productos nitrogenados en la fotosíntesis.
• Se excreta el dióxido de carbono sobrante por difusión, acumulación en vacuolas y eliminación por glándulas de sal.
• La excreción es diferente de la secreción donde se liberan sustancias con significado fisiológico.
• Ejemplos de secreciones son la resina de los pinos, esencias y néctar de las flores, y látex.

Otros Tipos de Nutrición en Plantas

• Las plantas parásitas obtienen su alimento de otras plantas.
• Las plantas simbióticas forman asociaciones de beneficio mutuo con otros organismos.
• Las plantas carnívoras atrapando pequeños insectos.
• Las plantas parásitas han perdido completamente su capacidad fotosintética.
• Las micorrizas son asociaciones simbióticas entre los hongos del suelo y las raíces de las plantas.
• Las leguminosas, han resuelto el problema de la escasez de compuestos nitrogenados en el suelo.

Este contenido explora las reacciones químicas de oxidación y reducción en relación con el catabolismo y anabolismo celular. Se discuten conceptos erróneos comunes sobre la ganancia de oxígeno y la pérdida de hidrógenos. Además, se examina la nutrición en plantas, incluyendo plantas carnívoras y simbióticas.