28. Procesy, w których komórka roślinna pobiera wodę. Mechanizm bierny i aktywny pobierania i transportu wody w roślinie. Znaczenie wody w życiu roślin. Mechanizm bierny i aktywny pobierania i transportu jonów w roślinie. Jakie pierwiastki są przyczyną chlorozy u rośliny?

Komórka roślinna pobiera wodę w procesie pęcznienie ,dyfuzji oraz osmozy.

Dyfuzja- spontaniczny ukierunkowany ruch cząsteczek w dół gradientu chemicznego, a więc od stężenia wyższego do niższego.

Dyfuzja jest procesem samorzutnym i jeśli na układ, w którym się odbywa nie działają jakieś siły zewnętrzne, trwa dopóki nie nastąpi stan równowagi, w którym potencjały chemiczne składników staną się jednakowe we wszystkich obszarach układu.

Dyfuzja zapewnia sprawne przemieszczanie się substancji na krótkich dystansach( np. w obrębie przedziałów komórkowych) ale zachodzi zbyt wolno, aby umożliwić transport substancji na duże odległości.

Dyfuzja zależy od wielkości cząsteczek, temperatury( im wyższa tym szybciej zachodzi) oraz od gęstości ośrodka.

Osmoza- jest to dyfuzja cząsteczek rozpuszczalnika między roztworami o różnym potencjale chemicznym, w wypadku gdy dyfuzja cząsteczek substancji rozpuszczalnych jest utrudniona lub niemożliwa. W komórkach roślinnych rozpuszczalnikiem jest woda zaś ruch cząsteczek w wodzie rozpuszczonych utrudniają bariery dyfuzyjne w postaci błon o selektywnej przepuszczalności. Dwie błony odgrywają istotną rolę : plazmolemma, tonoplast ( jest ona najbardziej selektywna błoną .o przemieszczaniu się wody przez błonę pół przepuszczalna decydują dwa czynniki: gradient stężeń wody oraz gradient ciśnienia.

Woda dyfunduje do momentu gdy obniży się poziom w jednym , a podniesie w drugim to powstanie ciśnienie.

Pęcznienie polega na wchłanianiu i utrzymaniu wody siłami powinowactwa koloidów hydrofilnych do wody, na adsorpcji cząsteczek wody na powierzchni obdarzonych ładunkiem hydrofilnych makromolekuł. Hydrofilnymi makromolekułami w komórkach roślinnych są przede wszystkim białka oraz wielocukry wchodzące w skład protoplastu i ścian komórkowych(skrobia, pektyny, hemiceluloza). Grupy hydrofilne koloidów (- OH, - COOH, - NH2) przyciągają cząsteczki wody, które tworzą wokół nich otoczki przytrzymywane wiązaniami wodorowymi. Te stosunkowo słabe wiązania tworzą się dzieki dipolowemu charakterowi cząsteczki wody, w których występuje niesymetryczne rozmieszczenie ładunku.

Mechanizm bierny i aktywny pobierania i transportu wody w roślinie.

Mechanizm bierny inaczej kohezyjny lub pasywny nie wymaga wydatkowania ze strony komórki energii metabolicznej. Głównym źródłem energii są tu gradienty potencjału chemicznego lub elektrochemicznego. Transport odbywa się tu zawsze w dół gradientu u tylko dopóki ten gradient istnieje. Przy braku gradientu pojawia się stan równowagi, w którym ruch cząsteczek jest jednakowy we wszystkich kierunkach. Mechanizm ten zaznacza się w pełni form wegetatywnych, siłą motoryczną jest siła ssąca liści, zachodzi dzięki siłą kohezji i adhezji.

Mechanizm aktywny transport ten wymaga nakłady energetycznego. Transport aktywny nie tylko odbywa się ze stosunkowo dużą szybkością, ale przede wszystkim może przenosić cząsteczki i jony wbrew ich gradientowi chemicznemu i elektrochemicznemu. Może to prowadzić np.. do akumulacji po jednej stronie błon pewnych jonów i cząsteczek w stężeniu znacznie wyższym niż wynosi ich stężenie po stronie przeciwnej. Transport ten odbywa się z udziałem specjalnych białek nośnikowych, którymi są zwłaszcza specyficzne ATPazy uczestniczące w rozkładzie i tworzeniu wysokoenergetycznych wiązań fosforanowych występujących w ATP. Jony wapniowe blokują ten mechanizmm.Centrum motoryczne znajduję się w korzeniu gdzie jest silła parcia korzeniowego. Przejawem aktywności jest gutacja( zjawisko wyciekania płynów z hydatod)oraz płacz roślin.

Znaczenie wody w życiu roślin

Mechanizm bierny i aktywny pobierania i transportu jonów w roślinie.

Transport bierny:

- dyfuzja prosta

- dyfuzja ułatwiona

- równowaga Donnana

Obie dyfuzje przebiegają zgodnie z gradientem potencjału.

Bliski transport

Transport bierny jonów poprzez błony odbywa się przez nośniki i kanały jonowe. Dyfuzja jonów przez dwuwarstwę fosfolipidową jest o 11 rzędu wielkości mniejsza niż ich przepływ przez kanały jonowe. Przez sekundę przez pojedynczy kanał jonowy może przemieszczać się od 1 do 100 ml jonów. Kanały jonowe zbudowane są z integralnych białek błonowych, które często podlegają modyfikacja np. glikolizacji, fosforylacji. Kanały jonowe są swego rodzaju enzymami zwiększającymi szybkość przepływu nieorganicznych jonów . Jest to możliwe w wyniku zmniejszenia energii z 250 do 20kJ/mol niezbędnej do transbłonowej dyfuzji jonów. Kanały jonowe zwiększają także szybkość przemieszczania poprzez błonę wody wielu nieelektrolitów i jonów organicznych.

Otwieranie i zamykanie się kanałów jonowych tzw. Bramkowanie jonów podlega kontroli fizjologicznej .Gdyby nie podlegało tej kontroli wówczas doszłoby do ciągłego otwarcia kanałów jonowych co prowadziłoby do szybkich i niepożądanych zmian składu jonowego cytoplazmy. Bramkowanie większości kanałów regulują receptory błonowe oraz zmiany napięcia błonowego. Poza tym mogą występować kanały aktywowane przez wtórne przekaźniki oraz zmiany naprężenia błon. Również inne czynniki tj. jony wapnia, lipidowe składniki błon, białko g, kinazy białkowe mogą wpływać ba przejście kanału z konformacji zamkniętej do otwartej i odwrotnie.

Wyróżniamy kanały:

- anionowe

- kationowe

- wodne

Kanały anionowe występują w plazmollemie i tonoplaście , wyróżniamy 2 grupy kanałów: aktywowane przez hiperpolaryzację błon oraz cytoplazmatyczne stężenie jonów wapnia.

Woda łatwo przenika przez lipidowe błony natomiast gorzej z jonami mogą przechodzić przez warstwę białkową,

Dyfuzja prosta zachodzi od potencjału elektrochemicznego wyższego do niższego.

Białka kanałowe są generalnie wyspecjalizowane dla określonych grup jonów np. występują kanały potasowe które także przewodzą jony rubidowe, sodowe pomimo, że przewodzą jony potasowe są preferowane w tym przewodnictwie.

Odnotowuje się także obecność:

- kanałów chlorkowych, które preferują przewodzenie jonów chlorkowych jednak mogą przewodzić inne aniony.

- kanały wapniowe , przez które mogą przenikać inne jony 2-wartościowe.

Zatem specyficzność kanałów zależy od struktury białka kanałowego, wielkości i rozmieszczenia ładunku elektrycznego.

Równowaga Donnana:

-polega na uwięzieniu ( unieruchomieniu) pewnej grupy jonów po jednej stronie błony, np. anionu wymusza transport jonów o ładunku dodatnim- kationu

- mamy doczynienia gdy pewny jon lub grupa jonów są unieruchomione po jednej stronie błony przez związanie z niedyfundującą strukturą lub makromolekułami komórkowymi.

- równowagę wyraża równanie , w którym iloczyn stężeń kationów i anionów po stronie wewnętrznej błony jest równy iloczynowi tych stężeń po stronie zewnętrznej.

Dyfuzja ułatwiona

Związana z transportem nośnikowym

S+N NS N+S

N nośnik białko

S substrat

Nie wymaga energii metabolicznej zachodzi z szybkością większą od dyfuzji prostej. Zachodzi z szybkością charakterystyczną dla reakcji enzymatycznej.

Utworzenie kompleksu NS w konsekwencji spowoduje zmianę konformacji białka nośnikowego odłącza się substrat wraca do pozycji wyjściowej - białko nośnikowe.

Transport aktywny

Cech wyróżniające transport aktywny od transportu biernego:

- odbywa się ze stosunkowo dużą szybkością

- może przenosić cząsteczki i jony wbrew ich gradientowi elektrochemicznemu co prowadzi do akumulacji po jednej stronie błonie pewnych jonów i cząsteczek. W stężeniu znacznie wyższym niż wynosi ich stężenie po stronie przeciwnej

- odbywa się z udziałem specjalnych białek nośnikowych, które są specyficzne ATP-azy( uczestniczą w rozkładzie i tworzeniu wysokoenergetycznych wiązań fosforowych)

W komórkach roślinnych są dwie ATP-azy(pompy protonowe)

H+ATP- Aza plazmolemmy i tonoplastowi oraz Ca2+ ATP-aza

Transportują one jony H+ na jedną stronę blony powodując energizację błony.

Wykorzystywanie energii metabolicznej odbywa się w wyniku hydrolizy ATP przez białko nośnikowe o charakterze ATP- Azy następuje fosforylacja tego białka, białko to zmienia swoją strukturę III- rzędową- w ten sposób funkcjonują pompy pierwotne. Rola pompy pierwotnej polega na pompowaniu H+ na jedną stronę błony- dochodzi do energizacji błony.

Energia metaboliczna potrzebna do funkcjonowania transportu aktywnego wykorzystana jest do polaryzacji elektrochemicznej błon i wytwarzania tzw. siły transportowej.

Zatem za energizcję roślinnej błony komórkowej odpowiada głównie zlokalizowana w niej pompa protonowa, która w sposób jednokierunkowy transportuje H+ z cytoplazmy na zewnątrz komórki prowadzi to do asymetrycznego rozmieszczenia protonu po obu stronach plazmollemy i powstawaniu gradientu chemicznego H+ również powstaje w poprzek błony gradient pH oraz gradient potencjału elektrycznego.

Podstawę stanowi teoria Mitchella

Biorąc pod uwagę ta teorie uważa się, że transport aktywny zachodzi w 2 etapach:

- 1 etap transport pierwotny zachodzi na skutek aktywności plazmollemmowej pompy protonowej, efektem jej działania jest powstawanie elektrochemicznego gradienty protonowego.

- 2 etap transport wtórny dzięki istniejącym w poprzek plazmolemmy różnicą pH i ładunku elektrycznego protony powracają do komórki czemu towarzyszy transport różnych jonów i cząsteczek

Aktywny transport stawia prowadzi do silnych gradientów potencjału elektrochemicznego, które stają się wtórnym źródłem energii pozwalającym na przenoszenie wielu innych substratów - transport sprzężony ( kotransport)

U roślin

- H+ ATP- aza plazmolemmy pompuje H+ z cytoplazmy na zewnątrz protoplastu

- H+ ATP- aza tonoplastowa pompuje H+ z cytoplazmy do wnętrza wakuoli

Symport jak wraca w tym samym kierunku co H+

Transport wtórny

Antport w przeciwnym kierunku niż H+

symport, rodzaj transportu aktywnego, podczas którego transportowana cząsteczka i jon (Na⁺ lub H⁺) przemieszczają się przez błonę w tym samym kierunku; białko uczestniczące w tym procesie nazywane jest przenośnikiem symportowym, np. przenośnik Na⁺/glukoza.

antyport, jeden z rodzaju transportu cząsteczki przez błonę sprzężony z przemieszczeniem jonu, zazwyczaj Na⁺ lub H⁺; a. zachodzi wtedy, gdy cząsteczka i jon są przemieszczane w przeciwnych kierunkach; białka biorące udział w tym procesie nazywane są przenośnikami antyportowymi; przykładem a. jest pompa sodowo-potasowa.

Transport aktywny może zostać ograniczony w warunkach ograniczenia metabolizmu np. obniżenie temperatury , podanie inhibitorów oddechowych.

endocytoza, proces wnikania makrocząsteczek do wnętrza komórki eukariotycznej w drodze wpuklenia błony komórkowej i odcięcia pęcherzyka endocytarnego (endosomu). W procesie e. niespecyficznej (→ pinocytoza) do wnętrza pęcherzyka endocytarnego trafiają losowo makrocząsteczki rozpuszczone w płynie otaczającym komórkę; w procesie e. specyficznej (e. zależnej od receptora) makrocząsteczki wchłaniane są selektywnie, dzięki uprzedniemu związaniu na powierzchni komórki przez receptory błonowe, a endosom kierowany jest do charakterystycznego dla komórki szlaku endocytarnego, od którego typu zależą losy wchłoniętej makrocząsteczki. Za formę e. uważa się niekiedy również → fagocytozę.

egzocytoza, proces wydzielania substancji poza komórkę eukariotyczną, dotyczy makrocząsteczek (peptydów i białek) gromadzonych przed wydzieleniem w wakuolach (pęcherzykach) wydzielniczych; polega na fuzji błony pęcherzyka z błoną komórkową za pośrednictwem kompleksu fuzyjnego i wydaleniu zawartości pęcherzyka do przestrzeni pozakomórkowej.

Jakie pierwiastki są przyczyna chlorozy u roślin?

Objawy niedoboru takich pierwiastków jak: potas, wapń, magnez( chloroza między żyłkowa liści starszych), żelazo( chloroza całkowita liści- są one białe), siarka są przyczyna chlorozy.

---