Universidad Nacional de Agricultura.

Departamento de producción vegetal.

Respiración en las plantas.

Presentado a:

M. Sc. Miguel H. Sosa López.

Elaborado por:

Ferrera G. NormaGómez R. Susan

Catacamas Olancho, 26 de febrero del 2009.

Introducción

En este presente informe damos a conocer el proceso de respiración específicamente en las plantas. El termino respiración se emplea con frecuencia a los procesos por los cuales animales y vegetales utilizan el oxigeno producen bióxido de carbono y convierten la energía en forma biológicamente útiles como ATP.

Este proceso se realiza a través de unas aberturas de las hojas y de las partes verdes de las planta, llamadas estomas, y de otra serie de aberturas en la corteza de tallos, llamados lenticelas, o raíces (pelos radicales) .La respiración se realiza en todas las partes de la planta especialmente se realiza en los tejidos jóvenes ya que estos respiran mas que los viejos, los tejidos en desarrollo más que los maduros y los tejidos que efectúan otras actividades metabólicas (como absorción de sales o de agua) más que los tejidos en descanso.

OBJETIVO GENERAL

Mostrar mediante esquemas y reacciones como se lleva a cabo el proceso respiratorio.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Describir como se lleva a cabo el proceso respiratorio, y los diferentes procesos bioquímicos que se llevan a cabo para que se realice.

LA RESPIRACION VEGETAL

Como los demás seres vivos, las plantas también respiran, es decir, necesitan tomar oxígeno del aire; sin embargo no tienen órganos adaptados para esta función, como los animales.

Este proceso se  llama intercambio de gases, porque se produce un cambio mutuo de gases entre la atmósfera y los vegetales. Los gases que se intercambian son vapor de agua, dióxido de carbono y oxígeno.

La respiración es un proceso necesario en todos los seres vivos. La respiración permite a las células producir la energía necesaria para que los seres vivos puedan realizar sus funciones vitales (crecer, reproducirse, transportar nutrientes, defenderse, entre otros). Mediante la respiración los seres vivos también expulsan las substancias de desecho de las células. Al respirar los seres vivos consumen oxígeno y expulsan dióxido de carbono (CO2) .

La respiración en las plantas es un proceso inverso a la fotosíntesis, aunque son procesos distintos están íntimamente relacionados. Las diferencias entre estos dos procesos son los siguientes:

En la fotosíntesis se almacena energía en forma de alimentos; en la respiración se libera la energía almacenada en ellos.

En la fotosíntesis se absorbe gas carbónico y agua; mientras que en la respiración se desprende gas carbónico y agua.

En la fotosíntesis se libera oxígeno, mientras que en la respiración es absorbido para oxidar los alimentos.

Mientras que la fotosíntesis solamente se realiza por el día, la respiración se lleva a cabo tanto por el día como por la noche. La respiración de las plantas produce la transpiración o pérdida del agua. Cuando falta agua en la atmósfera las plantas tienen la capacidad de cerrar los estomas para no perder agua.

¿QUE ES LA RESPIRACIÓN VEGETAL?

Es un fenómeno en el que se establece un intercambio de gases, se coge oxígeno y se desprende anhídrido carbónico.

Durante el día la cantidad de anhídrido carbónico que desprenden como consecuencia de la respiración es menor que la que absorben para realizar la fotosíntesis, y el oxígeno que adquieren también es menor que el que se desprende.

Por eso, las plantas favorecen el equilibrio que tiene que existir entre el oxígeno y el anhídrido carbónico de la atmósfera, y la presencia de vegetación en las ciudades limpia la atmósfera y la hace más respirable.

Intercambio gaseoso

COMO SE REALIZA LA RESPIRACION EN LAS PLANTAS

En las plantas, el intercambio gaseoso se realiza principalmente a través de estomas, lentícelas y/o pelos radicales.

Los estomas están formados por un par de células epidérmicas modificadas (células estomáticas o células oclusivas) de forma arriñonada. Para el intercambio gaseoso forman un orificio denominado ostiolo que se cierra automáticamente en los caso de exceso de CO2 o de falta de agua.

Los estomas suelen localizarse en la parte inferior de la hoja, en la que no reciben la luz solar directa, también se encuentran en tallos herbáceos.

Lenticelas.

Se encuentran diseminadas en la corteza muerta de tallos y raíces. De modo típico, las lenticelas son de forma lenticular (lente biconvexa) en su contorno externo, de donde se les viene el nombre.

La respiración se realiza continuamente, tanto por el día como por la noche, el proceso se realiza sobre todo en las hojas y en los tallos verdes.

Las plantas respiran por todos sus órganos: raíz, tallo y hojas.

FACTORES QUE AFECTAN LA RESPIRACION

EXTERNOS

1. LUZ.-Induce un aumento de la intensidad respiratoria. A mayor captación de luz mayor tasa de fotosíntesis esto implica una aceleración o incremento en la respiración, debido a que el proceso respiratorio es exotérmico (libera energía).

2. AGUA.- Hidratación del citoplasma:Semillas secas: baja actividad respiratoriaSemillas hidratadas: aumenta actividad respiratoria

3.-TEMPERATURA:Por regla general a mayor temperatura mayor intensidad respiratoria, a temperaturas bajas baja intensidad respiratoria.Por c/10oC se duplica la intensidad respiratoria dentro de ciertos límites.

4 Concentración de O2 y CO2, la cantidad de O2 que es absorbida para este proceso debe estar balanceada con la cantidad de CO2 que es liberado a esto se le llama coeficiente respiratorio, que es representado por la siguiente ecuación.

Moles de CO2 Moles de O2

5.- HeridasEstas afectan la respiración, debido que por medio de ellas se escapa o se pierde agua, y como media preventiva los estomas se cierran al estar en un bajo contenido de agua.

FACTORES QUE AFECTAN LA RESPIRACION:

B) INTERNOS

1.- Material respirable: hojas, flores, frutos. En ramas y troncos: corteza, cambium, capas externas de la capa leñosa. La intensidad de la respiración:

a) de una especie es ¹ según el órgano y varía según el grado de desarrollo y actividad:

Flores y frutos verdes > hojasRaíces > vástagos b) Entre especies ¹ las diferencias varían de 1:10 a 1:20. - (Plantas herbáceas de crecimiento rápido) x 2 > (follaje de plantas caducifolias) x 5 > órganos asimilatorios de árboles perennifolios) - Plantas de sol > plantas de sombra

Edad y tipo de tejido: - Diferentes tipos de tejidos y órganos de la planta tienen diferentes

velocidades de respiración, dependiendo de su actividad metabólica y su disponibilidad de oxígeno.

- En un órgano como la hoja ocurren cambios durante su desarrollo en la respiración:

- es alta durante la expansión celular.- es menor y estable cuando la hoja está madurando y actúa

fisiológicamente a plena capacidad.- se incrementa ligeramente y después disminuye durante la senescencia

y muerte de la hoja.

- A lo largo del ciclo de vida de una planta hay cambios notables en la respiración:- dormancía o latencia de la semilla es mínima.- inhibición y germinación muy alta en las semillas, donde están las

reservas, para producir abundante energía metabólica.- fase embrionaria: ápices de crecimiento necesitan mucha energía

metabólica para su desarrollo.- fase juvenil también es alta.- maduración y senescencia: al final disminuye la respiración.

Relación de la respiración con otros procesos fisiológicos:

1. Germinación de la semilla.

Después del proceso de imbibición la semilla, que tiene distintas estructuras para almacenar sustancias de reserva, cuya composición y cantidad varía en los distintos tipos de semillas, comienza a germinar. Para que esto se logre es necesario que ocurran los siguientes eventos:

- Degradación de las sustancias de reserva en los sitios de almacenamiento.

- Translocación de los productos formados hacia el embrión.- Utilización de las sustancias por el embrión para que ocurra la división

celular y el embrión comience a crecer.

Las semillas pueden contener distintas concentraciones de carbohidratos, lípidos y/o proteínas como sustancias de reserva.

Efecto de la temperatura.

Intensidad máxima a 40 ºC, temperatura óptima para la actividad respiratoria de las plantas.

Numerosas plantas tienen una temperatura óptima entre 30-40ºC. Las temperaturas más elevadas pueden desnaturalizar las proteínas

La respiración, al igual que otros procesos metabólicos es sensible a los cambios de temperatura.A- temperaturas próximas a OoC la Intensidad de la respiración se hace muy baja (Conservación de frutas y vegetales).

- Si la temperatura es muy alta se desnaturalizan las proteínas.- Las temperaturas óptimas varían para las distintas especies; generalmente

entre 35-45ºC están los máximos.

B - CO2. Altas concentraciones de CO2 disminuyen sensiblemente el proceso

degradatorio. Ejemplo: Conservación de frutas y vegetales en bolsas con alta concentración de CO2.

Nutrición nitrogenada.

Las fuertes absorciones de nitrato por las raíces de las plantas están acompañadas por fuerte consumos de O2. La absorción de iones es un proceso activo y los transportadores presentes en las membranas de las células de la raíz consumen mucha energía.

Las concentraciones de O2 para las cuales se obtienen las máximas absorciones varían de una planta a otra y de un tejido a otro.

Estos contenidos óptimos reflejan la adaptación de las plantas a su ambiente:

las raíces subterráneas reducen su absorción por debajo de un 10-15% de O2 entre las partículas del suelo.

Arroz anegado puede ocurrir a niveles más bajos 3-6%. En soluciones nutritivas las plantas necesitan una buena aireación

continuamente. (Ejemplo: cultivo hidropónico).

Estado de desarrollo.

La edad de la planta, el estado de imbibición de los tejidos, la cantidad de células con sustancias de reserva, pueden influir sobre la IR. Se detecta en general una disminución de la IR de los tejidos a través del desarrollo.

En el envejecimiento pueden detectarse variaciones en la IR (maduración de las frutas, tejidos "in vitro", etc.) donde puede detectarse un incremento en la IR. Esto ocurre cuando la IR se expresa en función del N-proteico de las proteínas activas (B) sin tener en cuenta el agua y las reservas.

Utilización de la energía respiratoria en el organismo vegetal.

Tres componentes principales se combinan para caracterizar la utilización por parte de la planta, de la energía producida globalmente en el proceso respiratorio:

- La respiración de crecimiento: energía utilizada por la biosíntesis ligada al crecimiento.

- La respiración de mantenimiento: energía utilizada para renovación de los componentes celulares.

- La respiración para la absorción de los iones: (este último puede estar comprendido en la respiración de mantenimiento).

Un panorama general de la oxidación de la glucosa

La oxidación consiste en la pérdida de un electrón y la reducción es la ganancia de un electrón. Dado que en las reacciones de oxido-reducción espontáneas, los electrones van de niveles de energía mayores a niveles de energía menores, cuando una molécula se oxida, habitualmente libera energía cuando. En la oxidación de la glucosa, los enlaces carbono-carbono (C-C), carbono-hidrógeno (C-H) y oxígeno-oxígeno (O-O) se cambian por enlaces carbono-oxígeno (C-O) e hidrógeno-oxígeno (H-O), a medida que los átomos de oxígeno atraen y acaparan electrones. La ecuación resumida de este proceso es:

Glucosa + Oxígeno => Dióxido de Carbono + Agua + Energía o bien puede ser:

C6H12O6 + 6O2=> 6CO2 + 6H2O

Los sistemas vivos son expertos en conversiones energéticas. Su organización les permite atrapar esta energía libre, de modo que no se disipe al azar, sino que pueda usarse para hacer el trabajo de la célula. Aproximadamente el 40% de la energía libre desprendida por la oxidación de la glucosa se conserva en la conversión de ADP a ATP.

El resto o sea, el 60 % de la energía contenida en dichas moléculas producidas en la fotosíntesis se pierde n forma de calor

Esquema global de la oxidación de la glucosa

En presencia de oxígeno, el ácido pirúvico entra en el ciclo de Krebs donde se sintetiza más ATP y se transfieren más electrones y protones a las coenzimas. Estas coenzimas aceptoras de electrones transfieren su carga a la cadena transportadora de electrones a lo largo de la cual, paso a paso, los electrones caen a niveles inferiores de energía. A medida que esto ocurre, se fabrica mucho más ATP. Al final de la cadena transportadora, los electrones se reúnen con los protones y se combinan con el oxígeno, formándose agua. En ausencia de oxígeno, el ácido pirúvico puede convertirse en ácido láctico o etanol. Este proceso, llamado fermentación, no produce ATP, pero regenera las moléculas de coenzima aceptoras de electrones, necesarias para que la glucólisis continúe.

Proceso Respiratorio

Metabolismo Anaeróbico: glucolisis.

Metabolismo aeróbico: ciclo de Krebs y cadena de transporte electrónico.

En el metabolismo respiratorio tenemos:

Glucólisis

La glucólisis es un proceso en el cual una molécula de glucosa de 6 carbonos se escinde en dos moléculas de 3 carbonos de ácido pirúvico. Este proceso da como resultado un rendimiento neto de dos moléculas de ATP (a partir de ADP y fosfato inorgánico) y dos moléculas de NADH (a partir de NAD+).La glucólisis comienza con una molécula de glucosa. En este proceso, primero se invierte energía por transferencia de un grupo fosfato desde una molécula de ATP, una por cada paso, a la molécula de azúcar. La molécula de 6 carbonos luego se escinde y, de allí en adelante, la secuencia produce energía. En cierto momento se reduce una molécula de NAD+ a NADH y H+ almacenándose parte de la energía producida por la oxidación del gliceraldehído fosfato. En los pasos finales las moléculas de ADP toman energía del sistema, fosforilándose a ATP.

Resumiendo: para iniciar la secuencia glucolítica es necesaria la energía de los enlaces fosfato de dos moléculas de ATP. Posteriormente se producen dos moléculas de NADH a partir de dos de NAD+ y cuatro de ATP a partir de cuatro de ADP:

Glucosa + 2ATP + 4ADP + 2Pi + 2NAD+ =>2 Ácido pirúvico + 2ADP + 4ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O

De esta forma, una molécula de glucosa se convierte en dos moléculas de ácido pirúvico. La ganancia neta, la energía recuperada, es dos moléculas de ATP y dos moléculas de NADH por molécula de glucosa. Las dos moléculas de ácido pirúvico contienen todavía una gran parte de la energía que se encontraba almacenada en la molécula de glucosa original. La serie de reacciones que constituyen la glucólisis se lleva a cabo virtualmente en todas las células vivas, desde las células procarióticas hasta las células eucarióticas de nuestros propios cuerpos.

La respiración se desarrolla en dos etapas: el ciclo de Krebs y el transporte terminal de electrones. En el curso de la respiración, las moléculas de tres carbonos de ácido pirúvico producido por la glucólisis son degradadas a grupos acetilo de dos carbonos, que luego entran al ciclo de Krebs.

En una serie de reacciones en el ciclo de Krebs, el grupo acetilo de dos carbonos es oxidado completamente a dióxido de carbono. En el curso de la oxidación de cada grupo acetilo se reducen cuatro aceptores de electrones (tres NAD+ y un FAD) y se forma otra molécula de A

En el ciclo de Krebs. los carbonos donados por el grupo acetilo se oxidan a dióxido de carbono y los electrones pasan a los transportadores de electrones. Lo mismo que en la glucólisis, en cada paso interviene una enzima específica. La coenzima A es el nexo entre la oxidación del ácido pirúvico y el ciclo de Krebs. A modo de resumen: en el ciclo de Krebs se producen una molécula de ATP, tres moléculas de NADH y una molécula de FADH2 que representan la producción de energía de este ciclo. Se necesitan dos vueltas del ciclo para completar la oxidación de una molécula de glucosa. Así, el rendimiento energético total del ciclo de Krebs para una molécula de glucosa es dos moléculas de ATP, seis moléculas de NADH y dos moléculas de FADH.

La etapa final de la respiración es el transporte terminal de electrones, que involucra a una cadena de transportadores de electrones y enzimas embutidas

en la membrana interna de la mitocondria. A lo largo de esta serie de transportadores de electrones, los electrones de alta energía transportados por el NADH de la glucólisis y por el NADH y el FADH2 del ciclo de Krebs van "cuesta abajo" hasta el oxígeno. En tres puntos de su pasaje a lo largo de toda la cadena de transporte de electrones, se desprenden grandes cantidades de energía libre que impulsan el bombeo de protones (iones H+) hacia el exterior de la matriz mitocondrial. Esto crea un gradiente electroquímico a través de la membrana interna de la mitocondria. Cuando los protones pasan a través del complejo de ATP sintetasa, a medida que vuelven a fluir a favor del gradiente electroquímico al interior de la matriz, la energía liberada se utiliza para formar moléculas de ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico. Este mecanismo, en virtud del cual se lleva a cabo la fosforilación oxidativa, se conoce como acoplamiento quimiosmótico.

Cadena de Transporte de Electrones

Conclusiones

El intercambio de gases que ocurre en las plantas para la respiración no ocurre en un solo órgano específico, de lo contrario, lo hace en todos sus órganos.

La respiración es importante para que las plantas realicen o mantengan una óptima producción.