Definición: ¿Qué es una célula de guarda?
Esencialmente, las células de guarda son dos células con forma de frijol que rodean un estoma. Como células epidérmicas, juegan un papel importante en el intercambio gaseoso dentro y fuera de las hojas de las plantas al regular la apertura y cierre de los poros conocido como estoma. Además, son los canales a través de los cuales se libera el agua de las hojas al medio ambiente.
Como tal, las células de guarda juegan un papel crucial en la fotosíntesis al regular la entrada de materiales necesarios para el proceso. Además de regular el intercambio gaseoso (así como la liberación de agua de las hojas), también se ha demostrado que contienen cloroplastos que también los convierten en un sitio de fotosíntesis.
Algunos de los factores que influyen en las actividades de la célula de guardia incluyen:
- Humedad
- Temperatura
- Ligero
- Dióxido de carbono
- Iones de potasio
- Hormonas
* En griego, la palabra «estoma» significa boca.
* Aunque los estomas se encuentran comúnmente en las hojas de las plantas, pueden también se encuentran en los tallos.
Estructura de las celdas de protección
Como se mencionó, las celdas de protección son bean / células en forma de riñón ubicadas en la epidermis de las plantas. Como tales, al igual que los tricomas y las células del pavimento, también son células epidérmicas.
Entre cada par de células protectoras hay un estoma (un poro) a través del cual el agua y los gases se intercambian. La apertura y el cierre de estos poros (conocidos colectivamente como estomas) es posible gracias al engrosamiento y encogimiento de las células protectoras de la epidermis.
* El número de los estomas en una hoja / órgano de una planta depende en gran medida del tipo de planta y de su hábitat.
Ultraestructura de las celdas de protección
En diferentes tipos de plantas, se ha demostrado que las células de guarda contienen cantidades variables de los típicos orgánulos celulares (entre otras estructuras) con algunas características únicas. Por ejemplo, en comparación con el resto de una hoja, la cutícula de las células protectoras es más permeable al vapor de agua, lo que a su vez influye en sus actividades / funciones.
También se ha demostrado que las células de guarda tienen numerosos ectodesmos. Aquí, también se ha demostrado que la cutícula es más permeable a varias sustancias polares. Esto es particularmente importante dado que es la concentración de estas sustancias la que influye en el espesamiento y la contracción de las células de guarda.
* Células en guardia , la cutícula tiende a ser más gruesa en las partes externas.
* Permeabilidad de la cutícula también depende de su composición química.
En las células de guarda jóvenes y en desarrollo, la pectina y la celulosa se depositan gradualmente en los plasmodesmos (una fina capa de citoplasma). Sin embargo, desaparece a medida que maduran las células de guarda, mientras que las pocas que se conservan carecen de función.
También hay perforaciones en sus paredes que permiten el paso de orgánulos relativamente grandes. . Por ejemplo, los plástidos y las mitocondrias pueden atravesar estas perforaciones.
También se pueden encontrar varios componentes en diferentes tipos de células de protección en diferentes cantidades y orientaciones.
En las células de guarda con forma de mancuerna, las fibrillas se encuentran radialmente en la pared exterior. Sin embargo, esta orientación puede cambiar con el engrosamiento y la contracción de las células. Además de las fibrillas y microfibrillas, se han identificado varias otras sustancias en varias células de guarda.
En Zea mays, por ejemplo, se ha identificado lignina además de celulosa . Por otro lado, la pectina se ha identificado en las células protectoras de muchas plantas.
Algunos de los orgánulos que se encuentran en las células de guarda incluyen:
· Microtúbulos: sirven para orientar las microfibrillas de celulosa. También contribuyen a la construcción y desarrollo de células de guarda.
· Retículo endoplásmico: las altas cantidades de retículo endoplásmico rugoso presentes en las células de guarda están involucradas en la síntesis de proteínas.Además de la síntesis de proteínas, el RE también participa en la formación de vacuolas y vesículas.
· Lisosomas: contienen una serie de moléculas que contribuyen al buen funcionamiento de la célula. . Éstos incluyen; lipasas, endopeptidasas, fosfatos y ADNasa.
· Gotas de lípidos: en las células de guarda son los intermediarios en la síntesis de cera y cutina
· Núcleos: están ubicados en el centro de las celdas de guardia. Se ha demostrado que cambian su forma general con formas con la apertura y el cierre del estoma.
· Plastidios: en las células de guarda, los plastos como los cloroplastos varían en número de una planta a otra. Si bien algunos de estos plástidos pueden estar poco desarrollados, otros están bien desarrollados y son capaces de realizar funciones como la fotosíntesis. En las células de guarda con cloroplastos funcionales, grandes cantidades de almidón durante la noche
· Mitocondrias: se pueden encontrar grandes cantidades de mitocondrias en las células de guarda (en comparación con las células mesófilas) que es evidencia de actividades metabólicas altas.
Estomas
Básicamente, los estomas se refieren tanto al poro (estoma) como a las células protectoras que los rodean la epidermis. Alrededor de las celdas de guarda hay celdas subsidiarias que se han utilizado para clasificar los diferentes tipos de estomas.
Mientras que el estoma (poro / apertura) es el canal a través del cual ingresan los gases los espacios de aire en las hojas, la apertura y el cierre de estas aberturas están regulados por celdas de protección ubicadas en la epidermis.
Clasificación de estomas
Generalmente, los estomas se clasifican según la distribución y estructura.
Tipos de estomas según la distribución / ubicación:
· Tipo de lirio de agua: se encuentran en la epidermis superior de las hojas. Se pueden encontrar en muchas plantas acuáticas como el nenúfar.
· Tipo manzana (tipo morera): son estomas que se encuentran típicamente en la superficie inferior de las hojas . Como tales, se pueden encontrar en plantas como nueces, manzanas y melocotones, entre otras.
· Tipo de papa: la mayoría de estos estomas se pueden encontrar en el superficie inferior de las hojas, mientras que algunas se pueden encontrar en la superficie superior. Como tales, se encuentran típicamente en hojas anisostomáticas y anisostomáticas (por ejemplo, papa, tomate, repollo, etc.)
· Tipo de avena: se encuentran en hojas isostomáticas (donde los estomas se distribuyen en la superficie superior e inferior de las hojas)
· Tipo Potamogeton – están ausentes o no son funcionales como es el caso de las plantas acuáticas sumergidas.
Basado en la estructura
· Anomocítico: un número pequeño de células subsidiarias rodean los estomas. En su mayor parte, estas células (células subsidiarias) son idénticas a las otras células epidérmicas.
· Crucíferas: el estoma está rodeado por tres tipos de células subsidiarias. células que varían en tamaño.
· Paracítico: el estoma está rodeado por dos células (subsidiarias) que están dispuestas de manera paralela al eje de las células de guarda.
· Graminaceous: aquí, las celdas de protección tienen forma de mancuerna. Con células subsidiarias dispuestas en paralelo a ellas.
· Diacítico: el estoma en esta clasificación son dos células de guarda. La pared de las células subsidiarias que rodean el estoma forma un ángulo recto con las células de protección.
· Ciclocítico: aquí, un mínimo de cuatro células subsidiarias rodean la celda de protección. .
* 80 a 90 por ciento de la transpiración ocurre a través de los estomas. El agua también se pierde a través de la transpiración lenticular y cuticular.
* Solo una pequeña cantidad del agua absorbida (aproximadamente el 2 por ciento) se utiliza para la fotosíntesis en las plantas.
Adaptaciones
Las celdas de protección tienen una serie de adaptaciones que contribuyen a sus funciones.
Estos incluyen:
Tienen perforaciones a través de las cuales los solutos y el agua entran o salen de las células. Esta es una de las adaptaciones más importantes. de las células de guarda porque el movimiento de solutos y agua dentro y fuera de las células de guarda hace que se encojan o se hinchen. A su vez, esto da como resultado el cierre o la apertura del estoma / poro a través del cual se intercambian el agua y los gases.
Contienen cloroplastos. Aunque no contienen tantos cloroplastos como las células mesófilas, se ha demostrado que las células guardianas son las únicas células epidérmicas con cloroplasto.
Como tales, las células de guarda de las plantas de soma son sitios fotosintéticos donde se producen azúcares y energía. Vale la pena señalar que el cloroplasto está ausente o inactivo en algunas células de protección.
Contienen receptores de hormonas, lo que les permite responder adecuadamente a los cambios en su entorno. Por ejemplo, la escasez de agua en el suelo provoca la liberación de una hormona (ácido abscísico (ABA)).
Esta hormona se transporta desde las células de la raíz a los receptores en guardia células que a su vez hacen que las células de guarda cierren el estoma para evitar una pérdida excesiva de agua.
En forma de frijol / riñón: la forma de las células de protección es conveniente para el cierre y la apertura del estoma para regular el intercambio gaseoso y la liberación de agua.
Las celdas de protección están rodeadas por una pared exterior delgada y elástica que contribuye al movimiento de agua y solutos dentro y fuera de la celda.
Ubicación: según el hábitat , las celdas de guardia pueden ubicarse d en la superficie superior o inferior de la hoja. Esto regula la cantidad de agua perdida al medio ambiente.
En la mayoría de las plantas acuáticas, las células protectoras, y por lo tanto los estomas, se encuentran en la superficie superior de la hoja, lo que permite que se libere más agua al medio ambiente. Sin embargo, para las plantas en áreas más cálidas / secas, estas células se encuentran en la superficie inferior de la hoja y tienden a ser menos numerosas.
Mecanismo de cierre y apertura
Una de las funciones más importantes de las celdas de guarda es controlar el cierre y la apertura de la estoma / poros. Si bien la apertura de estos poros permite que el agua se libere al medio ambiente, también permite que el dióxido de carbono ingrese a la célula para la fotosíntesis (así como la liberación de oxígeno al medio ambiente). Por esta razón, las células de guarda juegan un papel crucial en la fotosíntesis.
Según una serie de estudios, se ha demostrado que factores como la intensidad de la luz y las hormonas influyen en la hinchazón o contracción de las células de protección y, por tanto, en la apertura y el cierre de la poros.
Aquí, con respecto a la apertura de los poros, estos factores influyen en la absorción de agua en la célula, lo que hace que las células de protección se inflen. Esta inflación / hinchazón da como resultado la apertura de los poros que a su vez permite el intercambio gaseoso (así como la liberación de agua / transpiración).
Si bien el proceso parece simple, la vía de señalización que influye en las actividades de las células de guarda aún no se ha entendido completamente. Por esta razón, se han presentado (y refutado) varias teorías para describir todo el proceso / mecanismo. Independientemente, varios aspectos se comprenden bien y se destacarán en esta sección.
Las teorías destinadas a explicar el movimiento del agua dentro y fuera de las celdas de guardia incluyen:
· Teoría del pH: un aumento en la concentración de iones de hidrógeno provoca una disminución en el pH que a su vez da como resultado la conversión de glucosa-1-fosfato en almidón.
· Teoría del almidón-azúcar: la conversión del almidón en azúcar hace que el potencial osmótico aumente, atrayendo agua hacia las células de protección.
· Teoría de la bomba de potasio-protón: a través de una secuencia de eventos, los iones de potasio se transportan a las células de guarda durante el día, lo que aumenta la concentración de soluto y atrae agua hacia la célula.
· Teoría del transporte de K + activo: un aumento de los iones de potasio se debe a la conversión del almidón en fosfoenolpiruvato y, en consecuencia, en ácido málico.
Dióxido de carbono e Detección y señalización
Uno de los factores que influye en la hinchazón y la contracción de las células de protección es la concentración de dióxido de carbono. En casos de alta concentración de dióxido de carbono en la atmósfera, los estudios han demostrado que los canales de aniones se activan y provocan que los iones de potasio salgan de las células. Al mismo tiempo, el cloruro se libera de las células y finalmente se reutiliza en la despolarización de la membrana.
Con los solutos saliendo de la célula, su concentración fuera de la célula aumenta en comparación con la del interior de la célula. Como resultado, el agua sale de la célula a través de la ósmosis. A su vez, esto hace que la celda se contraiga y cierre la apertura / poro.
* Se sugiere que el malato sea un efector intermedio entre el gas (dióxido de carbono) y la activación del canal.
* A baja presión parcial de dióxido de carbono en la atmósfera, ocurre lo contrario. .
Detección y señalización del ácido abscísico (ABA)
En diferentes tipos de plantas, ABA (una hormona vegetal) tiene una serie de funciones que van desde el control de la germinación de las semillas hasta su impacto en las células de guarda.
En condiciones ambientales como la sequía o el aumento de la salinidad en el suelo, se ha demostrado que las raíces producen esta hormona en mayores cantidades. La detección de esta hormona por las células de guarda provoca cambios en la ingesta o eliminación de iones de las células lo que a su vez provoca la apertura o cierre del estoma. Aquí, se demostró que una subunidad de Mg-quelatasa se une a la hormona y, por lo tanto, actúa como intermedio.
En casos de altas cantidades de ABA, la salida de aniones como así como se produce potasio a través de los canales. Al mismo tiempo, se inhibe la importación de iones de potasio, lo que evita que los iones se muevan hacia la célula (de lo contrario, esto provocaría una alta concentración de solutos en la célula).
Con una alta concentración de soluto fuera de la celda, el agua se expulsa a través de la ósmosis, lo que a su vez reduce la presión de turgencia de las celdas de protección. A su vez, esto hace que la apertura se cierre, evitando que las células pierdan más agua.
* En condiciones ambientales normales, los estomas se abren durante el día para permitir la entrada de dióxido de carbono y se cierran por la noche cuando tienen lugar reacciones independientes de la luz (reacciones fotosintéticas).
* Por la noche, el agua entra en las células subsidiarias desde las células de guarda, lo que hace que se vuelvan flácidas (reduciendo la presión de turgencia en las células de guarda) y provocando estoma para ser cerrado.
Ver también Células mesófilas y células meristemáticas.
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