TEMA 11 - ABSORCIÓ PER TRANSPORT ACTIU (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 4
Fecha de subida 03/04/2015
Descargas 24
Subido por

Vista previa del texto

Èlia Riubugent Camps 2n Biologia 11. ABSORCI Ó PER TRANSPORT ACTIU EQUACI O DE USSING TEORELL Podem determinar el flux de una substància cap a l’interior respecte a una substància que va cap a l’exterior perquè això ve determinat per la relació entre l’activitat elevada a un potencial elèctric dividit per RT: Volem saber la càrrega del flux de la substancia cap a l’interior o l’exterior.
EQUACI Ó DE GOLDMAN Es te en compte un conjunt d’ions.
Ve donat per la relació entre els diferents ions, pel conjunt sencer dels ions que hi ha al medi. Es té en compte el seu coeficient de permeabilitat, on no tots els ions són igualment permeables. Es calcula aquest potencial i surt aquesta formula → No cal que ens sabem les formules.
Ens interessa entendre les formes, que es representa en cada cas. Perquè es fan servir els paràmetres que es fan servir per calcular el que es vulgui calcular.
Genera els grans potencials de membrana de les cèl·lules vegetals i per això té tanta importància.
MECANI SMES D’ABSORCIÓ ACTI VA Tenim 2 tipus d’algues una d’aigua dolça i l’altra marina.
Les concentracions de cations i anions ens indiquen la concentració en l’aigua dolça i dins de les cèl·lules si en l’altre dins de l’aigua de mar i dins de la cèl·lula.
Ex: Potassi tenim una concentració molt baixa fora mentre que dins de la cèl·lula hi ha una concentració molt elevada. Aquest potassi entra a dins la cèl·lula en contra del gradient de concentracions per transport actiu. El mateix passa amb el sodi, i el calci.
Si ens mirem l’alga del mar, tenim un gran desnivell, molt més potassi dins de la cèl·lula, la planta acumula potassi perquè dins té un medi molt concentrat en soluts i si no té una gran contentació d’ions dins de la cèl·lula no podria absorbir aigua → absorbeix molt de potassi i en el cas del sodi, que està molt present al medi, la cèl·lula no l’acumula igual que la planta d’aigua dolça, hi ha una exclusió per part del sodi.
No solament tenim transport actiu sinó que tenim transport selectiu. La planta distingeix entre sodi i potassi.
Té transportadors amb una alta selectivitat per dos cations que son molt semblants.
El clor en aquest cas entra per difusió, ja que el valor es pràcticament el mateix. Hi ha una relació de 1 no hi ha una exclusió activa ni inactiva.
El que serveix per les plantes primitives també serveix per les plantes superiors. Posem una planta en una solució nutritiva i en mirem les concentracions inicials i les finals.
Ho deixem una setmana o cinc dies, tornem a mesurar les concertacions i desprès mesurem el dins de la planta.
En el cas del potassi en tenim un fort consum, la planta ha absorbit aigua i ha transpirat, ha absorbit molt més potassi que aigua perquè s’ha diluït, en el cas de la mongeta també ha passat.
En el cas del calci, ens hem de fixar que en el blat de moro pràcticament es manté, ha absorbit el que correspon al flux de massa de calci juntament amb el factor transpiratori mentre que la mongeta n’ha absorbit més. Aquesta diferencia pot ser deguda a que el blat de moro té menys pectines que la mongeta.
En el cas del sodi tots dos absorbeixen més aigua que sodi, ja que l’exclueixen.
De fòsfor, en necessiten molt. I igualment en el cas del nitrat mentre que en el cas del sulfat en blat de moro es pràcticament el mateix mentre que en el cas de la mongeta l’excloeix.
Son exemples que ens demostren que tenim absorció selectiva, absorció activa i passiva, però hi ha un cert grau de selectivitat, les plantes es poden enriquir en uns nutrients que tinguin una baixa concentració o excloir-ne d’altres.
Estudis científics produïts a principis dels anys 50 es va deduir que hi havia d’haver un transportador proteic a la membrana amb diferent afinitat per diferents ions que fan possible el transport a través de la membrana.
Hi ha diferents tipus de transportadors que poden ser transportadors pròpiament dits o canals iònics. Aquests transportadors faciliten el pas dels ions a través de la membrana a part de permetre la difusió lliure que en serveix per els substàncies neutres.
Els cations que tenim com a elements essencials poden formar complexos que poden arribar a ser pràcticament neutres com clorurs i hidroxils depenen entre altres les dimensions i del caràcter hídric que fan que puguin difondre o no.
Podem tenir difusió facilitada a través de canals únics, aquest transport va a favor del gradient electroquímic, però el canal facilita el pas a través de la membrana, augmenta el coeficient de permeabilitat, és especialment important per les molècules amb carrega que difícilment poden passar per la membrana.
Tenim transportadors secundaris que també tenen una forma específica, transporten nutrients a través de membrana però que estan acoblats a transport actiu primari, a bombes. La bomba més important és bomba de protons, no fem referència a la bomba de sodi potassi que en plantes no te tanta importància.
Què diferencia a la bomba d’un transport secundari? Que la primer fa servir l’ATP directament, creant un gradient de protons i que ens permeten transportar molècules en contra del gradient de concentracions l’altra no. Es fa de manera indirecta.
PROTEÏNES DE TRANSPORT Tenim per tant, l’ús directe d’ATP per mantenir el transport actiu dels ions. La planta fa entrar l’aigua a favor de gradient del potencial potencial hídric, es un transport passiu. Però per mantenir un baix potencial hídric, un baix potencial osmòtic la planta necessita un transport actiu d’ions, acumular a les seves cèl·lules potassis i altres cations i anions per mantenir un baix potencial osmòtic que es el que li permet transportar aigua a baix potencial hídric, a favor de gradient.
Per tant, es necessita energia en forma d’ATP per poder moure els ions.
CANAL I ÒNIC A favor de gradient, pot ser una conseqüència de transport actiu primari. Es poden obrir, tancar, poden ser de comporta, etc. EL transport sempre va a favor, si el gradient electroquímic es pot haver creat amb un transport actiu.
TIPUS D’ATP ASES En les plantes tenim diferents tipus d’ATPsintases, les veurem amb molt detall quan parli de fotosíntesi, fan servir un gradient de protons per generar ATP i després tenim les ATPases que actuen com a bombes de protons que fan servir ATP, l’hidrolitzen, per transportar protons contra del gradient. Es diuen ATPases al conjunt d’aquestes dues molècules, tot i que les seves funcions son oposades.ATP sintases fan servir un gradient de protons per crear ATP.
Hi ha tres tipus en procariotes a la membrana citoplasmàtica i en eucariotes situats al mitocondri del cloroplast n’hi ha més tipus.
El pH òptim és alcalí i també les diferents ATPases es poden diferenciar per ser inhibides per diferents molècules.
Ens interessen les ATPases que es troben al plasmalemma o en les endomembranes o al tonoplast. Són aquelles que ens generen un gradient de protons. N’hi ha d’altre en altres sistemes.
A nivell de plasmalemma tenim aquelles que transporten directament protons calci, potassi o sodi. Un únic tipus d’ió.
Fan servir aquesta hidròlisi de l’energia alliberada per transportar de un en un protons. Tenen especificitat. Tenen un pH òptim més àcid, al voltant de 6-5 i creen un potencial elèctric gracies a aquest transport. Són inhibits per ortovanadat. La seva massa molecular es menor que la del cas dels mitocondris.
Tenim un altre tipus dATPAses amb una espectrometria de dos protons per ATP, tenen un pH més alcalí, 7.9 i els seus inhibidors son el KNO3 i la bafilomicina.
Podem tenir ATPases a nivell de tonoplast, una pirofosfatasa, que també crea un gradient de protons però no fa servir l’energia de l’ATP sinó la que s’allibera en l’enllaç pirofosfat.
Es fa servir un protó per cada pirofosfat utilitzat. Són inhibides per maleimides.
A la vacuola la planta emmagatzema ions que contribueixen a la baixada del potencial de la planta. Per fer entrar ions dins del la vacuola a nivell del tonoplast hem de tenir un sistema que ens permeti fer entrar els ions en contra del gradient de concentracions.
Aquest gradient electroquímic, aquest gradient de protons perquè pugui entrar el potassi i per emmagatzemar nitrat.
La planta pot emmagatzemar moltes substancies especialment ions inorgànics i aquest emmagatzematge no es totalment irreversible perquè quan fan falta els pot alliberar. No te un sistema excretor ni d’emmagatzematge comparat amb el dels animals però es fa servir la vacuola.
PROTO ATP ASES Són proteïnes amb 10 dominis transmembrana (la de la imatge). Transporten els protons cap a l’exterior, des del citoplasma a l’apoplast o cap la vacuola, encara que es pot donar que la bomba transporti protons del citoplasma cap a l’exterior, en tots els sentits. El retorn de protons pot anar per cotransport, protons amb anions que tornen al citoplasma, o hi pot haver anitport. Els pontons surten cap al citoplasma i entren cations cap a l’interior. EL flux a favor de gradient pot anar acoblat al cotransport anitport amb altres ions. L’estructura es bastant semblant a les ATP sintases que ja en parlarem amb mes detall.
Tenen una estructura bastant semblant a la de les ATPsintsases.
Podem aplicar aquesta formula de la força motriu dels protons. Hi ha la diferencia de potencial químic dels protons que vam deduir fa uns dies, que el potencial químic d’una substància. En aquest cas tenim una substància carregada, el protó té càrrega una la constant de Faraday i la diferencia en la força motriu que depèn de certes constants. Es genera un gradient que te dos components.
I una diferencia de potencial elèctric.
BOMBES TRANSPORTADORES ABC Els transportadors ABC són proteïnes transmembrana que utilitzen l’energia de la hidròlisi de l’ATP per dur a terme determinats processos biològics, incloent el transport de diversos substrats a través de la membrana i altres processos no relacionats amb el transport.
Poden transportar cadmi, un nutrient essencial molt tòxic que les plantes poden detoxificar i transportar a la vacuola, juntament amb altres substancies orgàniques.
Tenim altres transportadors ABC que porten substàncies del metabolisme secundari. El plasmalemma com el tonoplast com els altres compartiments que no surten a la imatge, com el cloroplast, el mitocondri, etc Tots les orgànuls estan envoltats amb la membrana tenen un control molt estricte sobre el que entra i el que surt. Hi ha una hemostàsia. En tots aquests sistemes membranosos hi ha diferents sistemes de transport molt específics.
Un transportador ABC de tonoplast d’una cèl·lula del còrtex de l’arrel pot ser diferent que un transportador ABC que transporti en la mateixa planta, substàncies fins al sistema floemàtic. Tenim una gran diversitat dins dels sistemes transportadors i es molt complex d’estudiar. Tenim una visió bastant bona d’aquests transportadors, però encara queden molts mes per descobrir.
Si volem que una planta acumuli moltes substancies en una zona determinada hem de conèixer quins son els transportadors que permeten que entri o surti aquesta substancia i mirar quins son els gens que ho codifiquen. És molt complex, és una àrea d’investigació on encarà hi ha molta feina per fer.
Anions: es poden transportar a favor de gradient electroquímic, ja que hem acumulat protons a dins de la vacuola, nitrats i clorurs entren a favor de gradient o per sistema antiport. El nitrat ha de poder entrar per emmagatzemar-se o ha de poder sortir quan necessitem nitrat en la planta.
Per estudiar els transportadors hi ha diferents tècniques, es important poder mesurar els potencials de membrana.
Tècnica patch clamp És una tècnica de fixació de membranes. Es fa servir una micropipeta com elèctrode que te una punta oberta d’un micròmetre de diàmetre, unes dimensions que fan que tingui una àrea superficial amb un o pocs canals iònics moleculars.
La pipeta succiona parts de membrana citoplasmàtica, això ens permet mesurar corrents de flux de ions cap a dins i fora dels sistemes.
Són molt complicats i es poden succionar des de fora i tenir el cantó extern del plasmalemma o es pot succionar la part de dins. Es pot deduir quins canals hi ha i mirar de quin tipus son. És una tècnica complexa que necessiten diferents instrumental i tipus de microscopi invertits.
Hi ha diferents variacions d’aquesta tècnica: 1. Inside-out i outside-out→ la membrana és extirpada de la superfície principal de la cèl·lula. Les tècniques ‘d’agrupació de cèl·lules i membrana extirpada son usades per estudiar el comportament de canals iònics individuals en la secció de la membrana unida a l’elèctrode.
2. Whole-cell patch → permet a l’investigador estudiar el comportament elèctric de tota la cèl·lula, en comptes d’una sola corrent en un sol canal. Permet l’accés a l’interior de la cèl·lula a través d’una resistència elèctrica baixa.
...