Definição: O que é uma célula de guarda?
Essencialmente, as células guarda são duas células em forma de feijão que circundam um estoma. Como células epidérmicas, elas desempenham um papel importante na troca gasosa dentro e fora das folhas das plantas, regulando a abertura e o fechamento dos poros conhecidos como estomas. Além disso, são os canais pelos quais a água é liberada das folhas para o meio ambiente.
Assim, as células guarda desempenham um papel crucial na fotossíntese, regulando a entrada de materiais necessários para o processo. Além de regular a troca gasosa (bem como a liberação de água das folhas), eles também contêm cloroplastos que também os tornam um local de fotossíntese.
Alguns dos fatores que influenciam as atividades da célula de guarda incluem:
- Umidade
- Temperatura
- Leve
- Dióxido de carbono
- Íons de potássio
- Hormônios
* Em grego, a palavra “estoma” significa boca.
* Embora os estômatos sejam comumente encontrados nas folhas das plantas, eles podem também pode ser encontrado nas hastes.
Estrutura das células de guarda
Como mencionado, as células de guarda são feijão / células em forma de rim localizadas na epiderme da planta. Como tal, eles, como tricomas e células pavimentadas, também são células epidérmicas.
Entre cada par de células-guarda está um estoma (um poro) através do qual água e gases são trocados. A abertura e o fechamento desses poros (conhecidos coletivamente como estômatos) são possíveis devido ao espessamento e encolhimento das células-guarda na epiderme.
* O número de estômatos em uma folha / órgão de planta é altamente dependente do tipo de planta, bem como de seu habitat.
Ultraestrutura das células de guarda
Em diferentes tipos de plantas, foi demonstrado que as células guarda contêm quantidades variáveis de organelas celulares típicas (entre outras estruturas) com algumas características únicas. Por exemplo, em comparação com o resto de uma folha, a cutícula das células-guarda é mais permeável ao vapor de água, que por sua vez influencia suas atividades / funções.
Células de guarda também mostraram ter numerosos ectodesmata. Aqui, a cutícula também mostrou ser mais permeável a várias substâncias polares. Isto é particularmente importante dado que é a concentração dessas substâncias que influencia o espessamento e encolhimento das células de guarda.
* Em células de guarda , a cutícula tende a ser mais espessa nas partes externas.
* Permeabilidade da cutícula também depende de sua composição química.
Em células-guarda jovens e em desenvolvimento, a pectina e a celulose são gradualmente depositadas nos plasmódios (uma fina camada de citoplasma). No entanto, ele desaparece à medida que as células-guarda amadurecem, enquanto as poucas que são retidas ficam sem qualquer função.
Também há perfurações em suas paredes que permitem a passagem de organelas relativamente grandes . Por exemplo, plastídios e mitocôndrias podem passar por essas perfurações.
Vários componentes também podem ser encontrados em diferentes tipos de células-guarda em diferentes quantidades e orientações.
Em células guarda em forma de haltere, as fibrilas estão radialmente na parede externa. Essa orientação, entretanto, pode mudar com o espessamento e encolhimento das células. Além de fibrilas e microfibrilas, várias outras substâncias foram identificadas em várias células de guarda.
Em Zea mays, por exemplo, a lignina foi identificada além da celulose . Por outro lado, a pectina foi identificada nas células-guarda de muitas plantas.
Algumas das organelas encontradas nas células-guarda incluem:
· Microtúbulos – servem para orientar as microfibrilas de celulose. Eles também contribuem para a construção e desenvolvimento de células-guarda.
· Retículo endoplasmático – As grandes quantidades de retículo endoplasmático rugoso presentes nas células-guarda estão envolvidas na síntese de proteínas.Além da síntese de proteínas, o ER também está envolvido na formação de vacúolos e vesículas.
· Lisossomos – contêm várias moléculas que contribuem para o bom funcionamento da célula . Esses incluem; lipases, endopeptidases, fosfatos e DNAse.
· Gotículas de lipídios – nas células guarda são os intermediários na síntese de cera e cutina
· Núcleos – estão localizados centralmente nas células de guarda. Foi demonstrado que eles mudam sua forma geral com formas com a abertura e fechamento do estoma.
· Plastídios – Em células de guarda, plastídios como cloroplastos variam em número de uma planta para outra. Enquanto alguns desses plastídios podem ser mal desenvolvidos, outros são bem desenvolvidos e capazes de funções como a fotossíntese. Em células-guarda com cloroplastos funcionais, grandes quantidades de amido durante a noite
· Mitocôndrias – podem ser encontradas grandes quantidades de mitocôndrias nas células-guarda (em comparação com as células mesofílicas) que é evidência de altas atividades metabólicas.
Estomato
Basicamente, estoma se refere ao poro (estoma) e às células de guarda que os rodeiam a epiderme. Ao redor das células-guarda estão células subsidiárias que têm sido usadas para classificar os diferentes tipos de estômatos.
Enquanto o estoma (poro / abertura) é o canal através do qual os gases entram os espaços aéreos nas folhas, a abertura e o fechamento dessas aberturas são regulados por células de guarda localizadas na epiderme.
Classificação dos estômatos
Geralmente, os estomas são classificados com base na distribuição e estrutura.
Tipos de estômatos com base na distribuição / localização:
· Tipo nenúfar – estão localizados em a epiderme superior das folhas. Eles podem ser encontrados em muitas plantas aquáticas, como o lírio d’água.
· Tipo de maçã (tipo amora) – são estômatos que são normalmente encontrados na superfície inferior das folhas . Como tal, eles podem ser encontrados em plantas como nozes, maçãs e pêssego, entre outros.
· Tipo de batata – A maioria desses estômatos pode ser encontrada no superfície inferior das folhas, enquanto algumas podem ser encontradas na superfície superior. Como tal, eles são normalmente encontrados em folhas anfiestomáticas e anisostomáticas (por exemplo, batata, tomate, repolho, etc.)
· Tipo aveia – são encontrados em folhas isostomáticas (onde os estômatos são distribuídos nas superfícies superior e inferior das folhas)
· Tipo potamogeton – estão ausentes ou não funcionais, como no caso das plantas aquáticas submersas.
Com base na estrutura
· Anomocítico – Um pequeno número de células subsidiárias circundam os estômatos. Em sua maioria, essas células (células subsidiárias) são idênticas às outras células epidérmicas.
· Crucífero – O estoma é cercado por três tipos de subsidiárias células que variam em tamanho.
· Paracítico – O estoma é circundado por duas células (subsidiárias) dispostas paralelamente ao eixo das células guarda.
· Gramináceas – aqui, as células guarda têm a forma de halteres. Com células subsidiárias dispostas paralelamente a elas.
· Diacítico – O estoma nesta classificação é formado por duas células-guarda. A parede das células subsidiárias ao redor do estoma está em um ângulo reto com as células-guarda.
· Ciclocítica – aqui, um mínimo de quatro células subsidiárias circundam a célula-guarda. .
* 80 a 90 por cento da transpiração ocorre através dos estômatos. A água também é perdida através da transpiração lenticular e cuticular.
* Apenas uma pequena quantidade de água absorvida (cerca de 2 por cento) é usada para fotossíntese em plantas.
Adaptações
As células de proteção têm várias adaptações que contribuem para suas funções.
Incluem:
Eles têm perfurações através das quais solutos e água entram ou saem das células – Esta é uma das adaptações mais importantes das células de guarda porque o movimento de solutos e água para dentro e para fora das células de guarda faz com que encolham ou aumentem. Por sua vez, isso resulta no fechamento ou abertura do estoma / poro através do qual água e gases são trocados.
Eles contêm cloroplastos – embora não contenham tantos cloroplastos quanto células mesofílicas, as células guarda foram mostradas ser as únicas células epidérmicas com cloroplasto.
Assim, as células-guarda das plantas soma são locais fotossintéticos onde açúcares e energia são produzidos. É importante notar que o cloroplasto está ausente ou inativo em algumas células-guarda.
Eles contêm receptores de hormônios – permitindo que respondam apropriadamente às mudanças em seu ambiente. Por exemplo, a escassez de água no solo causa a liberação de um hormônio (ácido abscísico (ABA)).
Este hormônio é transportado das células da raiz para os receptores de guarda células que, por sua vez, fazem com que as células-guarda fechem o estoma para evitar a perda excessiva de água.
Formato de feijão / rim – O formato das células de guarda é conveniente para o fechamento e abertura do estoma para regular a troca gasosa e a liberação de água.
Células de guarda são cercadas por uma parede externa fina e elástica – contribui para o movimento de água e solutos para dentro e para fora da célula.
Localização – dependendo do habitat , as células de guarda podem ser localizadas d na superfície superior ou inferior da folha. Isso regula a quantidade de água perdida para o meio ambiente.
Na maioria das plantas aquáticas, as células de guarda e, portanto, os estômatos, estão localizadas na superfície superior da folha, o que permite que mais água seja liberada no meio ambiente. No entanto, para plantas em áreas mais quentes / secas, essas células estão localizadas na superfície inferior da folha e tendem a ser em menor número.
Mecanismo de fechamento e abertura
Uma das funções mais importantes das células de guarda é controlar o fechamento e a abertura do estoma / poros. Embora a abertura desses poros permita que a água seja liberada no meio ambiente, ela também permite que o dióxido de carbono entre na célula para a fotossíntese (bem como a liberação de oxigênio no meio ambiente). Por esse motivo, as células-guarda desempenham um papel crucial na fotossíntese.
Com base em uma série de estudos, fatores como a intensidade da luz e hormônios mostraram influenciar o inchaço ou encolhimento das células guarda e, portanto, a abertura e o fechamento do poros.
Aqui, no que diz respeito à abertura dos poros, esses fatores influenciam a absorção de água pela célula, fazendo com que as células guarda inflem. Esta inflação / inchaço resulta na abertura dos poros que por sua vez permite a troca gasosa (bem como a liberação de água / transpiração).
Embora o processo pareça simples, a via de sinalização que influencia as atividades da célula de guarda ainda não foi totalmente compreendida. Por esta razão, várias teorias foram apresentadas (e refutadas) para descrever todo o processo / mecanismo. Apesar de tudo, vários aspectos são bem compreendidos e serão destacados nesta seção.
As teorias destinadas a explicar o movimento da água para dentro e para fora das células de guarda incluem:
· Teoria do pH – Um aumento na concentração de íons de hidrogênio causa uma diminuição no pH que, por sua vez, resulta na conversão de glicose-1-fosfato em amido.
· Teoria do amido-açúcar – A conversão do amido em açúcar faz com que o potencial osmótico aumente, levando água para as células de guarda.
· Teoria da bomba de potássio-próton – Por meio de uma sequência de eventos, os íons de potássio são transportados para as células de guarda durante o dia, aumentando a concentração de soluto e puxando água para dentro da célula.
· Teoria do transporte ativo de K + – Um aumento nos íons de potássio é causado pela conversão do amido em fosfoenolpiruvato e, conseqüentemente, ácido málico.
Dióxido de carbono e Sensing and Signaling
Um dos fatores que influenciam o aumento e a redução das células guarda é a concentração de dióxido de carbono. Em casos de alta concentração de dióxido de carbono na atmosfera, estudos mostraram que canais de ânions são ativados, fazendo com que os íons de potássio saiam das células. Ao mesmo tempo, o cloreto é liberado das células e, em última análise, é reutilizado na despolarização da membrana.
Com os solutos saindo da célula, sua concentração para fora da célula aumenta em comparação com a do interior da célula. Como resultado, a água é forçada para fora da célula por osmose. Por sua vez, isso faz com que a célula encolha e feche a abertura / poro.
* Sugere-se que o malato seja um efetor intermediário entre o gás (dióxido de carbono) e a ativação do canal.
* Em baixa pressão parcial de dióxido de carbono na atmosfera, ocorre o inverso .
Detecção e sinalização de ácido abscísico (ABA)
Em diferentes tipos de plantas, ABA (um hormônio vegetal) tem uma série de funções que variam desde o controle da germinação das sementes até seu impacto nas células-guarda.
Em condições ambientais como a seca ou o aumento da salinidade do solo, foi demonstrado que as raízes produzem esse hormônio em quantidades maiores. A detecção desse hormônio pelas células-guarda provoca alterações na ingestão ou remoção de íons das células, o que por sua vez causa a abertura ou fechamento do estoma. Aqui, uma subunidade de quelatase de Mg mostrou se ligar ao hormônio e, portanto, servir como intermediário.
Em casos de altas quantidades de ABA, o efluxo de ânions como bem como o potássio através dos canais ocorre. Ao mesmo tempo, a importação de íons de potássio é inibida, o que impede que os íons se movam para dentro da célula (caso contrário, isso causaria uma alta concentração de solutos na célula).
Com alta concentração de soluto fora da célula, a água é forçada para fora por osmose, o que por sua vez reduz a pressão de turgor das células guarda. Por sua vez, isso faz com que a abertura se feche, evitando que as células percam mais água.
* Em condições ambientais normais, os estômatos abrem durante o dia para permitir a ingestão de dióxido de carbono e fecham à noite quando ocorrem reações independentes da luz (reações fotossintéticas).
* À noite, a água entra nas células subsidiárias das células guarda, o que faz com que fiquem flácidas (reduzindo a pressão de turgor nas células guarda) e causando estoma a ser fechado.
Consulte também Células do mesofilo e células do meristema.
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Cecie Starr. (1991). Biologia: Conceitos e Aplicações.
June M. Kwak, Pascal Mäser, Julian I. Schroeder. (2009). A célula de guarda clicável, versão II: modelo interativo de mecanismos e vias de transdução de sinal de célula de guarda.
J. M. Whatley. (1971). The Untrastructure of Guard Cells of Phaseolus Vulgaris.
Mareike Jezek e Michael R. Blatt. (2017). O sistema de transporte por membrana da célula de guarda e sua integração para a dinâmica estomática.
Sallanon Huguette, Daniel Laffray e Alain Coudret. (1993). Estrutura, ultraestrutura e funcionamento de células-guarda de roseiras in vitro. ResearchGate.
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