34.11: Aquisição de Água e Minerais

Tecidos especializados nas raízes vegetais evoluíram para captar água, minerais e alguns iões do solo. As raízes exibem uma variedade de padrões ramificados que facilitam esse processo. As células radiculares mais externas possuem estruturas especializadas chamadas pêlos radiculares que aumentam a superfície radicular, aumentando assim o contato com o solo. A água pode atravessar passivamente para as raízes, já que a concentração de água no solo é maior do que a do tecido radicular. Os minerais, em contraste, são transportados ativamente para células radiculares.

O solo tem uma carga negativa, pelo que iões positivos tendem a permanecer ligados às partículas do solo. Para contornar isso, as raízes bombeiam dióxido de carbono para o solo, que se quebra espontaneamente, libertando protões carregados positivamente (H⁺) no solo. Esses protões deslocam iões carregados positivamente associados ao solo que estão disponíveis para serem bombeados para o tecido radicular, um processo chamado troca de catiões. Aniões carregados negativamente exploram a tendência dos iões H⁺ para difundirem para baixo do seu gradiente de concentração e de volta para células radiculares usando cotransporte: iões como Cl- são cotransportados para o tecido da raiz associados a iões H⁺.

Moléculas podem viajar para o núcleo do tecido radicular, chamado de estela, por duas vias. O transporte apoplástico é o movimento das moléculas nos espaços criados entre as paredes celulares contínuas das células vizinhas e as suas membranas correspondentes. Em contraste, o transporte simplástico é o movimento das moléculas através do citoplasma das células vegetais, que utiliza junções celulares chamadas plasmodesmos, que permitem a passagem citoplasmática livre de moléculas entre células adjacentes. Para entrar na estela, as moléculas devem mover-se para o simplasto, uma vez que as bandas de Caspari localizadas na endoderme da raiz impedem a passagem de solutos do apoplasto de entrarem na estela. Portanto, para entrarem no simplasto, os solutos devem passar pela membrana semipermeável de uma célula, protegendo as células de moléculas tóxicas ou indesejadas do solo.

A água representa mais de 80%da massa da maioria das plantas. É essencial para a fotossíntese, o metabolismo, e o transporte de nutrientes e outras moléculas. Os nutrientes inorgânicos são igualmente cruciais para o crescimento da planta e sua reprodução.

Por exemplo, o nitrogénio é um bloco de construção para biomoléculas chave, como os aminoácidos, enquanto o potássio é crítico para a abertura e fechamento dos estomas. Como as plantas absorvem consistentemente nutrientes e grandes quantidades de água? A maioria das plantas adquirem água e minerais do solo em onde estão enraizadas.

As raízes das plantas liberam iões de hidrogénio e dióxido de carbono. O dióxido de carbono reage com a água, formando um anião bicarbonato, e iões de hidrogénio adicionais. Os iões de hidrogénio se ligam a partículas do solo carregadas negativamente, que liberam iões carregados positivamente, como potássio, na solução do solo.

Este processo é chamado de troca catiónica e torna os nutrientes disponíveis para a planta. A arquitetura da raiz e os padrões de ramificação são essenciais para uma eficiente absorção de água e nutrientes. Por exemplo, a camada externa das células que está em contato com o solo forma pequenos pelos na raiz.

Estas células especializadas tem uma grande área de superfície que absorve água através ambos processos, ativos e passivos. Por exemplo, água e nutrientes dissolvidos podem se difundir passivamente no apoplasto, que compreende todas as paredes celulares e espaços entre as células. O espaço dentro da membrana celular é chamado de simplasto.

A água entra no simplasto via osmose através da membrana da célula, enquanto os nutrientes são captados por meio de transporte ativo. Uma vez que água e minerais entram no simplasto, eles se movem livremente em direção ao centro da raiz através das conexões e célula a célula. A água e os nutrientes no apoplasto, no entanto, estão bloqueados de entrar na estela por bandas de Caspari.

Bandas de Caspari são camadas de suberina impermeável à água nas células da endoderme, que envolvem a estela. Essas estruturas bloqueiam a passagem de elementos potencialmente indesejáveis ou tóxicos. Para entrar no centro da raiz, todos os solutos precisam cruzar uma membrana plasmática.

Assim que entram no simplasto, a água e os nutrientes entram na estela, que os distribui por toda a planta para cumprir suas funções essenciais.