TEMA 10 - ABSORCIÓ DE NUTRIENTS (2015)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 2º curso
Asignatura Nutrició i metabolisme vegetal
Profesor C.
Año del apunte 2015
Páginas 5
Fecha de subida 03/04/2015
Descargas 20
Subido por

Vista previa del texto

Èlia Riubugent Camps 2n biologia 10. ABOSRI CIÓ DE NUTRIENTS; TRANS PORT PASSIU I TRANSPORT ACTI U Molta gent considera que el silici s’hauria d’incloure dins dels elements essencials.
- El carboni és absorbit de l’atmosfera en forma de CO2.
- L’Hidrogen ve de l’aigua de la fotòlisi en traiem els protons que fem servir per crear un gradient de protons.
- El nitrogen no es pot fer servir directament de l’atmosfera perquè es molt inert i no reacciona fàcilment amb res. Aquesta molècula té un triple enllaç, la planta no ho pot trencar i no pot sintetitzar els seus AA (només ho poden trencar els diazotrofs, bacteris). Totes les plantes poden absorbir i fer servir el nitrogen en forma d’amoni o de nitrat o nitrit. Hi ha més d’un mecanisme per obtenir-lo, de manera que si falla un mecanisme sempre en tenim d’altres apunt.
Les plantes carnívores mengen insectes petits, també fan les fotosíntesi però son autòtrofes per el carboni, capturen animals que tenen moltes proteïnes, les degraden i d’aquí formen els seus → AA.te una alta importància quantitativa.
- El sofre l’agafen en forma de sulfat SO42-, en la majoria de terres hi ha bastant sofre disponible també poden absorbint sofre des de l’atmosfera. Si hi ha baixos nivells d’SO2 les plantes el poden transformar en sulfat i fer-lo servir.
- Fòsfor s’agafa del terra en forma de fosfat i aquest fòsfor es un factor limitant en molts ecosistemes.
Es necessita fòsfor per l’ATP, tot el metabolisme energètic d ela planta depèn de la presència d’aquesta molècula, pels fosfolípids... El nivell de fòsfor inorgànic al terra és molt baix perquè en la solució del sòl tenim cations que tenen tendència a precipitar el fòsfor Ex: calci, zinc, ferro, alumini...
Són formes molt poc solubles i la planta te dificultats per obtenir aquesta elements .S’han seleccionat mecanismes que permeten a la planta mobilitzar el fòsfor.
El fosfat també es torba en forma orgànica, a la mataria orgànica, lligat a esquelets de carboni. La planta pot mobilitzar el fòsfor segregant substancies per trencar molècules que fan precipitar amb el fosfat Ex: citrat. Hi ha pèls acumulats en certes zones de l’arrel on hi ha molts pels radiculars, on es segrega el citrat i es per allà on aconsegueixen el fòsfor.
- A partir de al segregació d’un enzim fosfatasa àcida, que es segrega des de l’interior de la cèl·lula i surt per l’apoplast es trenca el fosfat orgànic i el converteix en absorbible. L’absorció d’aquests elements necessaris està més desenvolupada en fongs, molts d’ells son productors de fosfatasa àcida. Alguns d’ells formen les micorrizes, associacions amb plantes, de manera que el fong segrega la fosfatasa àcida i en cedeix a la planta per aconseguir fòsfor. El fong aconsegueix el carboni de la planta que el farà servir per generar carbohidrats.
- Alcalins → potassi, es el que es necessita en major concentració dels alcalins i alcalinoterris. Es necessita tanta capacitat perquè el potassi es un ió molt poc tòxic. No forma compostos amb cap altre ió i la planta el necessita per a l’osmoregulació. Absorció de potassi en contra del gradient de concentracions → mecanisme actiu.
Si la planta ha patit algun dany el nivell de potassi en la solució externa pot augmentar perquè la planta no pot mantenir intactes les seves membranes. En zones allunyades de l’arrel el potassi pot entrar per difusió si hi ha una elevada concentració de potassi, hi ha d’haver un procés d’absorció actiu perquè dins de l’arrel ja hi ha una gran concentració de potassi. SI el terra esta sec costa molt absorbir el potassi.
o El sodi a la mateixa concentració que el potassi és tòxic per les plantes. El fa servir en canvis relativament ràpids en potencial osmòtics Ex: als estomes o el floema que també actua com a osmoreguladors o en les moviments osmòtics ràpids de les plantes. Ex: mimosa quan tenca les fulles quan la toques.
- Calci → el dèficit de calci no és un problema ja que es troba de manera abundant en molt terres excepte quan tenim terres molt acides. Podem tenir certs problemes amb el calci en els fruits com ara les pomes.
Alguns òrgans no formen parets secundàries, però aquests òrgans tenen molta làmina mitjana i pectines per tant necessiten molt calci. El calci és un senyalitzador que activa varis gens.
Normalment les cèl·lules tenen baixos nivells de calci al citoplasma però en tenen molt a les parets.
Si els hi falta calci poden aparèixer taques als fruits i ser més dèbils a les infeccions.
- El magnesi és molt abundant i el trobem als cloroplasts en la clorofil·la, la rubisco o en l’ATP. El magnesi és l’únic capaç d’establir els quatre anells pirròlegs en un mateix pla i quan llum incideix s’absorbeix en els dobles enllaços.
- El ferro és el micronutrient que la planta necessita més. Si li falta la planta té greus problemes. Molts sòls són rics en ferro però no està disponible → problemes per adquirir-lo. Hem de diferenciar entre el ferro 3+ i el ferro Èlia Riubugent Camps 2n biologia - Alcalinoterris → calci, Magnesi+. Al terra trobem ferro 3+ de forma oxidada i iònica, en aquesta forma reacciona amb molts elements presents al sòl. Quan el ferro actua en la planta, la forma activa és el ferro 2+, encara que en ella trobem molt ferro 3 (no actiu biològicament).
Les monocotiledònies absorbeixen ferro 3, aquestes alliberen substàncies fitosiderofores que mobilitzen el ferro i ‘absorbeixen. A dins la planta serà reduït a ferro 2.
Les plantes dicotiledònies nomes poden absorbir el ferro 2. A la superfície de l’arrel hi tenen un enzim, la ferro reductasa que en contacte amb ferro 3 el redueix a ferro 2 gastant poder reductor.
El Mn, Zn i Cu normalment son absorbits en forma iònica tot i que també es pot mobilitzar complexes orgànics per desplaçar-los. El Cl és un element que trobem pràcticament sempre al sòl. És un component essencial en llocs com ara als cloroplasts. El molibdè es necessita en molt poques concentració i sol estar més en sols de pH alt o alcalí i s’absorbeix en forma de molibdat, en forma d’anió. El borgggo (el bor, vaja) és una substància que és molt fàcil passar d’una falta a una sobredosi.
RELACI Ó TERRA-PLANTA EN LA NUTRICI Ó L’arrel representa una superfície molt gran per la planta. Ex: llentia d’aigua amb pèls radiculars. És una enorme via d’accés per l’aigua i els nutrients.
Els nutrients es mouen des del terra a l’arrel per mecanismes per difusió o per flux de massa, on els nutrients són arrossegats juntament amb l’aigua. (Difusió en aquells elements que la planta absorbeix amb gran afinitat amb grans concentracions d’aquests components).
Hi ha dues vies -via apoplastica: solució que té una composició molt semblant a la que trobem al sòl -via simplastica: tenim una concentració molt diferent, una major concentració de potassi i menys de calicí. Tenim una selecció de nutrients que entren dins del simplast i finalment arriben al xilema on s’emporten en flux de massa cap a dalt.
COMPARTI MENTACI Ó La concentració de l’element augmenta en funció del temps.
La concentració, sol incrementar de manera exponencial, on la velocitat d’absorció es elevada i va disminuint a mesura que augmenta la concentració de l’element. En molts cassos arribem a una saturació.
- - Apoplast → espai lliure on es pot donar una difusió reversible Simplast → barrera semipermeable on es dóna un procés irreversible, en un principi, no hi ha una difusió lliure a través del plasmalemma com passa en el cas de l’apoplast. Un cop s’han absorbit els nutrients queden dins de la cèl·lula a no ser que hi hagi un dany a niell de la membrana citoplasmàtica.
Vacuola,→ permet el transport transcel·lular via reticle endoplasmàtic i representa un magatzem de nutrients.
CINÈTICA D’ABSORCI Ó A nivell cel·lular van començar a estudiar la velocitat d’absorció, aquesta velocitat si la mirem en funció de la concentració de l’element ens dóna les típiques corbes de saturació on podem definir una velocitat màxima i la concentració a la qual arribem a la meitat de la velocitat màxima → és anàleg a la cinètica enzimàtica → constant de Micahelis.
Ho podem representar on l’invers de la velocitat ens indica la Km i l’invers de la Km. Havent vist que la cinètica d’absorció es comporta d’aquesta manera, Epstein va tenir la genial idea de que aquest tipus de cinètica d’absorció havia d¡implicar algun transportador a nivell de membrana que facilités aquest procés. Tindrem un Èlia Riubugent Camps 2n biologia transportador, un ió, substància a transportar que formarien una associació transitòria una vegada travessat el plasmalemma s’alliberaria novament a l’interior → idea molt brillant perquè en aquesta època encara no es tenia cap idea de l’existència de proteïnes de membrana encara que si tenien un concepte bidimensional de la capa lipídica, quan es va descobrir que la capa era mol complexa amb proteïnes que la travessaven van veure la llum.
La cinètica d’absorció ens donava l’evidència de que hi havia d’haver alguna cosa que tingues afinitat pels nutrients que s’havien de transportar.
VELOCITAT D’ABSORCI Ó Quan es van fer estudis de d’inhibició d’absorció es poden obtenir resultats d’una disminució de la velocitat màxima, llavors es tractaria d’una inhibició no competitiva, mentre que si tenim un augment de Km, tindrem menys afinitat pel transportador → inhibició competitiva, molt típica en nutrients que són similars entre si perquè els transportadors tenen una certa especificitat que no és del 100%, llavors amb cations que tinguin una carrega iònica o un radis similar poden competir per un mateix transportador Ex: Calci i magnesi entre sodi i potassi, cadmi amb calci...
Si tenim inhibició no competitiva, normalment sol ser a causa de danys metabòlics a nivell de disponibilitat de l’ATP, danys a nivell de membrana, etc.
Els transportadors, es van veure a finals dels anys 60, per un mateix element n’hi poden haver més d’un tipus de transportador. No només hi ha un transportador per portar el potassi cap a l’interior de la cèl·lula si mirem la diferència d’aborció dels elements freqüentment podem veure cinètiques d’absorció trifàsiques.
N’hi ha que actuen en baixes concentracions → sistemes d’alta afinitat, estan actius quan la concentració de nutrients al medi és molt baixa Baixa afinitat → estan actius quan al medi hi ha una gran quantitat d’aquell nutrient.
VIES I MECANISMES D’ABSORCI Ó ABSORCI Ó PASSI VA - Flux de massa - Difusió - Potencial de Nernst - Sistema de Donnan El potencial de Nernst i el sistema de Donnan es creen nomes amb difusió passiva. Poden mesurar el potencial de membrana amb un elèctrode, si aquest coincideix amb el teòric calculat a través de la formula del potencial de Nernst, vol dir que exclusivament s’ha format per difusió passiva, normalment no passa perquè en la cèl·lula operen sistemes de transport actius.
ABSORCI Ó ACTIVA - Actiu primari Actiu secundari TRANSPORT PASSIU Ens interessa el moviment d’ions a favor del gradient de concentracions per saber quins nutrients absorbeix la planta.
Èlia Riubugent Camps 2n biologia Si apliquem la fórmula a nutrients no podem depreciar la càrrega de l’ió, el que es pot depreciar és la gravetat. Tot el procés està sotmès a la mateixa força de la gravetat i també podem depreciar el terme volum-pressió.
Queden eines de transport de curta distancia des de l’apoplast al simplast, tenim aquesta equació més curta on veiem que realment el que ens importa és l’activitat de l’ió i la carrega.
El moviment passiu no només té en compte el gradient de concentracions sinó que hem de tenir en compte el gradient electroquímic que és el conjunt de diferències de concentració de càrregues. També hem de tenir en compte el gradient elèctric→ gradient electroquímic.
DI FUSIÓ Passivament les substàncies es mouen per difusió que es regeix per les lleis de Fick.
En situacions d'existència de gradients de concentració o temperatura d'una substància, es produeix un flux de partícules o de calor que tendeix a homogeneïtzar la [solució] i uniformitzar-ne la concentració o la temperatura. El flux homogeneïtzador és una conseqüència estadística del moviment atzarós de les partícules que dóna lloc a la segon principi de la termodinàmica, conegut també com a moviment tèrmic casual de les partícules. Així, els processos físics de difusió poden ser vistos com a processos físics o termodinàmics irreversibles.
Primera llei de Fick La quantitat d’una substancia que es difon per unitat de temps depèn del coeficient de difusió de la superfície de difusió, la diferència de concentracions i la distancia del camí recorregut.
En les plantes aquesta difusió es dóna amb una → barrera membrana citoplasmàtica, hem de tenir en compte el coeficient de permeabilitat i el coeficient de repartiment que hi ha de la substancia entre un i altre medi.
- P és el coeficient de concentració per la distància. No totes els membranes son igual de permeables ni tots els ions tenen la mateixa capacitat per difondre per la membrana.
Hi ha una gran dependència en la velocitat de transport per difusió i la diferència de concentracions i el tipus de membrana es igualment important en la segona llei de Fick Segona llei de Fick El temps de la difusió és directament proporcional al quadrat de la distància. Això vol dir que la difusió a curta distancia, uns micròmetres, uns mil·límetres pot ser molt eficient però que és molt poc eficient a llarga distancia. Ex: entrada del nutrients del terra a l’apoplast seria molt eficient, però quan es tracta d’elevar un nutrient del terra fins a l’ultima fulla d’un arbre de 0 o 20m la difusió tardaria anys a arribar i no és viable.
EQUACI Ó DE NERNST El potencial químic d’una substància ve donat per un terme d’activitat i de càrrega, si considerem el potencial químic d’una substància a l’exterior i a l’interior d’una cèl·lula podem calcular a través de la diferència d’aquests dos potencials químics el potencial de Nernst, que l’obtenim aïllant el potencial elèctric.
Podem mesurar aquestes concentracions,determinar-les per diferents mètodes i calcular el potencial de Nernst teòric, el valor obtingut és vàlid per un transport únicament passiu.
Podem mesurar el potencial de membrana real i veiem que no coincideix amb el teòric degut a la presència dels múltiples sitemes de transport actiu.
SISTEMA DONNAN Èlia Riubugent Camps 2n biologia Es poden generar potencials que no solament s’expliquen per el càlcul del potencial de Nernst, hem de tenir en compte la possibilitat de la presència de càrregues no difondibles. A l’interior de la cèl·lula podem tenir proteïnes amb càrrega negativa que són carregues fixes que no difonen lliurement.
Dins del propi apoplast on els nutrients entren des del terra en fase aquosa, no solament depenen de la pròpia concentració dels ions dins de l’apoplast, hem de tenir en compte que tenim una matriu amb substàncies peptidiques que no difonen.
És important ja que ens pot explicar l’actuació de l’apoplast com una mena de matriu d’intercanvi iònic on les càrregues queden retingudes i poden ser a la seva vegada reabsorbides per càrregues de major afinitat.
Si tenim en compte l’espai Donnan hem de tenir present solament la concentració de cations a l’exterior i a l’interior com l’equacio de Nernst, també hem de tenir en compte concentració d’anions interiors respecte els exteriors per explicar potencials que es generen a traves d’aquestes càrregues.
Substancies fixes que no difonen, solen ser de carrega negativa.
no en la els ...