Cómo
se produce el flujo (vol/t) es dependiente del tipo de movimiento predominante.
1.
Difusión:
movimiento aleatorio como consecuencia de la agitación térmica: dirigida por el
gradiente de concentración. Es rápido en distancias cortas, pero muy lento en
distancias largas (1m = 32 años). Predominante en el interior celular,
protoplastos.
2.
Flujo de
masa (arrastre): debido generalmente a un gradiente de altura o de presión.
Es independiente de la concentración
3.
Osmosis:
tipo especial de difusión en la que el H2O se mueve a través de una membrana de
permeabilidad selectiva. Dirigida por gradientes de presión y de concentración.
Dos disolventes distintos acuosos separados por membranas selectivas
permeables. Predominante en transporte por membranas.
·
Apoplasto (paredes celulares)
·
Simplasto (citoplasma)
·
Membranas
·
Espacios vacíos (xilema, espacios internos
aéreos)
Para
moverse desde el suelo hasta la copa de un árbol:
·
Transpiración
·
Fuerzas cohesivas del agua (moléculas se unen)
·
Fuerzas adhesivas
·
Paredes celulares fuertes
Las
plantas utilizan el gradiente natural entre el suelo y el aire para obtener y
transportar agua y nutrientes. El agua asciende usando la capacidad evaporadora
del Sol. No requiere energía
Se
debe a la diferencia entre el contenido de energía libre del agua en esos dos
puntos.
El
agua en estado líquido es un fluido, cuyas moléculas se hallan en constante
movimiento. La movilidad de estas moléculas dependerá de su energía libre. La magnitud
más usada para medir y expresar el estado de la energía libre en el agua es:
Potencial hídrico (Ψw)
Es
el potencial químico del agua (µw)
dividido por el volumen de 1 mol de
agua, que es una constante:
Ψw =
µw/18·10^-6
Se
mide en unidades de presión: MPa.
0,987
atm = 1 bar = 0,1 MPa
·
Concentración de solutos
·
Presión
·
Altura
·
Efecto de capilaridad
El
potencial hídrico, al igual que la temperatura, siempre es un valor relativo
respecto a un valor de referencia. Este valor de referencia es el 0, donde la masa
de agua es pura, libre, sin interacciones con otros cuerpos, y a presión normal.
En los seres vivos es siempre negativo o 0 (el 0 es sólo para agua pura).
La causa del movimiento del agua en dos puntos es la
diferencia de los potenciales hídricos por las diferentes energías libres de
Gibbs.
La
dirección del flujo del agua está determinada por la dirección del gradiente de
potencial hídrico Ψw. El agua se mueve espontáneamente desde la zona de potencial hídrico mayor hacia una zona con potencial
hídrico menor, independientemente de la causa de diferencia de potencial.
Componentes del potencial hídrico
La
velocidad es proporcional a la magnitud del gradiente.
El
potencial hídrico en una planta es la suma de todos estos potenciales:
Ψw
= Ψo + Ψp + Ψh
·
Ψo: potencial osmótico: representa la
disminución de la capacidad de desplazamiento del agua debido a la presencia de
solutos. Es 0 para el agua pura. Responsable
de los movimientos del agua
·
Ψp: potencial presión: representa el mayor
contenido en energía del agua si esta se encuentra sometida a presión. El Ψp, a nivel celular, es la presión de
turgor
o >
0: presiones mayores a la atmósfera
o 0:
presión atmosférica
o <
0: tensión/vacío
·
Ψh: potencial de altura: energía acumulada por
posición en la vertical dentro de un campo gravitacional. Aumenta 0,01 MPa por
cada metro de altura. A nivel celular es despreciable, importante en árboles.
Trabajando
a niveles celulares, la diferencia de altura es irrelevante
Ψw
= Ψo + Ψp
En
la célula vegetal el agua está en la pared vegetal (apoplasto) y en el
simpoplasto (vacuolas). Los flujos de entrada y salida de agua del protoplasto
dependen de la relación entre el potencial hídrico del protoplasto y el Ψw del
medio. A nivel celular, Ψw depende del potencial osmótico.
|
Solución
hipotónica
|
Solución
Isotónica
|
Solución
hipertónica
|
|
Ψw celular:
-50
Ψw medio: -20
Endosmosis
Célula
turgente
|
Ψw celular:
-50
Ψw medio: -50
No osmosis
neta
No
plasmólisis ni total turgencia
|
Ψw celular:
-50
Ψw medio: -80
Exosmosis
Plasmólisis
|
Turgencia y crecimiento celular.
Si
la pared celular es muy rígida, aunque haya mucha turgencia, la célula no crece
y la pared no se expande. La presión de turgencia Ψp en la célula será igual a
la presión osmótica, Ψo, que empuja al agua a entrar en la misma. Las
diferencias de potencial hídrico son 0 (Ψw = 0).
Si
la pared celular es débil, en algunos putos cederá y habrá un crecimiento. La
presión de turgencia, Ψp, en la célula será menor que el potencial osmótico que
empuja al agua a entrar en la misma. La velocidad de crecimiento depende de la
cantidad de agua que puede entrar en la célula.
Como ya se
ha dicho, el agua se mueve de forma espontánea desde zona de potencial hídrico
mayor a zona Ψw menor. Así, la dirección del flujo del agua está determinada
por la dirección del gradiente de Ψw y la velocidad es proporcional a la
magnitud del gradiente.
El
agua se mueve:
1.
Del suelo al interior de la raíz
2.
De la raíz al brote del xilema
3.
Desde el interior de la hoja hasta la atmósfera.
Ψ
del suelo: el suelo tiene una estructura muy compleja: fase gaseosa, líquida y
sólida. El H2O rellena los poros entre
las partículas sólidas. Potencial hídrico del suelo (Ψw = Ψo + Ψp + Ψh)
·
Ψo: potencial osmótico: despreciable para solutos de baja concentración.
·
Ψp: potencial de presión, casi 0 en suelos con
agua
·
Ψh: potencial de altura: despreciable a nivel de
rizosporas
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