Мембранный транспорт ионов в растениях

Основной движущей силой поглотительной активности корней является работа ионных насосов. Ионы, поглощенные вместе с водой поступают в трахеиды и сосуды и транспортируются в остальные органы растения. В другие части растения ксилемный сок перемещается за счет транспирации и корневого давления. В клетках содержание тех или иных ионов бывает в десятки и сотни раз выше, чем в окружающей среде. Это связано с тем, что они способны к активному поглощению их против градиента концентрации и избирательному накоплению. Клеточные стенки, содержащие пектиновые вещества, благодаря которым она проявляет свойства катионообменников, т.е. способна быстро адсорбировать катионы. Далее, адсорбированные катионы проникают в клетку через мембраны. Растительные клетки отделены от внешней среды плазматической мембраной, через которую клетка получает необходимые элементы питания. Внутри клетки происходит разделение метаболизма по отдельным органеллам системой эндомембран. Во всех этих процессах очень важную роль играют различные мембранные переносчики ионов и органических молекул.

Транспорт заряженных частиц определяется электрохимическим потенциалом мембран. Цитоплазма живых клеток заряжена отрицательно по отношению к наружной среде. Т.е. существует разность электрических потенциалов, которая может служить движущей силой ионного транспорта. При этом облегчается поступление катионов внутрь клетки и выход из нее анионов.

Обычно концентрации, а, следовательно, химические потенциалы в разных частях клетки неодинаковы. Кроме того на мембранах поддерживаются градиенты электрических потенциалов. Это является причиной пассивного транспорта ионов в сторону более низкого электрохимического потенциала. Передвижение ионов по градиенту электрохимического потенциала называют пассивным транспортом, против градиента – активным. Различают следующие виды мембранного транспорта ионов:

1. пассивную диффузию,

2. облегченную диффузию,

3. диффузия через ионные каналы,

4. первично-активный транспорт,

5. вторично-активный (сопряженный) транспорт.

6. экзоцитоз и пиноцитоз

Пассивная диффузия ионов происходит при появлении в мембране различных гидрофильных пор или при нарушении целостности липидного бислоя. Липофильные вещества могут транспортироваться путем простой диффузии.

Облегченная диффузия осуществляется специализированными белками-переносчиками. В основе лежит обратимое связывание транспортируемого иона с белком-переносчиком, который проходит через мембрану с высвобождением иона на другой стороне. Облегченная диффузия характеризуется насыщением (когда все молекулы переносчика заняты ионами), селективностью и возможностью ингибирования.

Диффузия через селективные ионные каналы осуществляется по градиенту их электрохимического потенциала. Ионные каналы формируются интегральными белками, которые пронизывают мембрану таким образом, что в ней образуется гидрофильная пора. При этом гидрофильные аминокислоты выстилают стенки поры, а гидрофобные – контактируют с липидной фазой мембран. Движение ионов осуществляется в один ряд. В отличие от облегченной диффузии, транспорт ионов через каналы представляет процесс, который идет без насыщения и с более высокой скоростью. Кроме того, ионные каналы односторонни и селективны, что обусловлено диаметром просвета канала.

Первично-активный транспорт осуществляется ионными насосами, источником энергии для которых служит АТР, пирофосфат или субстраты, окисляемые в ЭТЦ митохондрий, хлоропластов. Для растительной клетки наибольшее значение имеют протонные и кальциевые АТРазы

Вторично-активным (сопряженным) транспортом называют перенос ионов через мембрану против градиента его концентрации за счет энергии электро-химического градиента других ионов. Сопряженный транспорт может осуществляться в режиме симпорта (оба иона переносятся через мембрану в одном направлении) или антипорта (ионы транспортируются в разных направлениях) рис.. Для этой цели мембранные белки-переносчики

Рис. Система мембранного ионного транспорта на плазмалемме и тонопласте растительной клетки. Стрелками показано обычное направление ионных потоков.

чаще всего используют электрохимический градиент ионов водорода, создаваемый различными Н⁺-насосами.

Возможен транспорт веществ через мембраны путем экзоцитоза и пиноцитоза с образованием везикул.

Поступившие в клетку ионы далее транспортируются по корню растения по симпласту и апопласту. По апопласту (по межклетникам) перемещение ионов осуществляется за счет диффузии и ионной адсорбции по градиенту концентраций и ускоряется током воды. По симпласту (по цитоплазме) перемещение осуществляется благодаря движению цитоплазмы и по каналам ЭПС между клетками по плазмодесмам. Направление движения определяется градиентом ионов, который возникает из-за того, что поступившие в клетки ионы вовлекаются в обмен веществ.

Дата добавления: 2014-01-15