Riassunto esame Fisiologia Vegetale, prof. Angelini, libro consigliato Fisiologia Vegetale di Zeiger

•I

neutralità;

2+

Ca è trasportato attivamente fuori sia dalla membrana cellulare che da quella del vacuolo nota

•Il

come Tonoplasto.

3- - 4- 42-

Anioni NO ,Cl ,H PO e SO sono assorbiti attivamente dal citosol;

•Gli 2

Cationi vengono pompati fuori dal citosol ma vi entrano per diffusione.

•I

L'Equazione di Goldman è una modificazione di quella di Nerst e da un valore del potenziale di

diffusione nelle cellule.Descrive tutti i potenziali di diffusione della membrana.

K0 Na0 Cl- Cli

ΔE = RT ( ln P C + P C + P C )

K na

Ki Nai Cle

F P C + P C + P C

K na cl

Il potenziale di membrana calcolato da Goldman è di -80 mV/ -50mV.Ogni meccanismo di trasporto

attivo tenderà a spostare questo valore infatti nelle cellule vegetali è di -100 / -200 mV questo

perché i potenziali delle cellule vegetali,sono costituiti da 2 componenti:

di Diffusione;

•Potenziale +

Ioniche Elettrogeniche (H -ATPasi) che donano eccesso di voltaggio alla membrana.

•Pompe

Potenziale di Membrana: lavoro che deve essere svolto da un agente per spostare una carica da una

parte all’altra della membrana.

Le membrane biologiche contengono delle Proteine di Trasporto che facilitano il passaggio di ioni

selezionati e altre molecole polari.Tra queste ritroviamo 3 classi principali:

sono delle proteine transmembrana che fungono da pori selettivi nella membrana.

•Canali,

L'ampiezza di un poro e la densità delle cariche di superficie allineate al suo interno determinano la

specificità di trasporto.Il trasporto tramite canali essendo sempre passivo è limitato principalmente a

ioni e acqua.Le proteine di canale possiedono una sorta di “Cancelli” che aprono e chiudono il poro

in risposta a segnali esterni come cambiamenti di voltaggio,ormoni,luce e modificazioni post

traduzionali come la fosforilazione.

+

Il K è l'unico catione che può diffondere sia dentro che fuori dal citosol in relazione al potenziale di

membrana. L’apertura dei canali viene regolata dal Potenziale di Membrana:

+

E < E Canali K rettificanti entrata (Assorbimento di potassio durante apertura stomi);



m k +

E > E Canali K rettificanti uscita (Rilascio di potassio durante chiusura stomi).



m k

Se il potenziale è più negativo di -60 mV allora lo ione K verrà assorbito attivamente.

a differenza dei canali non hanno pori che si estendono completamente attraverso la

•Carriers

membrana.La sostanza che viene trasportata è posta su un sito specifico posto sulla proteina carrier

e un cambiamento conformazionale espone la sostanza dalla parte opposta della membrana.Questa

necessità di stabilire un legame, rende queste proteine altamente selettive.Sono quindi proteine

specializzate nel trasporto di ioni specifici o di metaboliti organici.Il trasporto si completa quando la

sostanza si stacca completamente dal sito di legame del carrier. E’ un trasporto molto più lento

8

rispetto ai canali (10 ioni al secondo rispetto ai 100-1000 ioni al secondo dei carrier).Avviene un

cambiamento di conformazione dopo aver legato la sostanza.

sono responsabili del Trasporto Attivo Primario accoppiato all’Idrolisi di ATP o Reazioni

•Pompe

di Ossido-Riduzione o Assorbimento della luce da parte del carrier.

Possiamo classificare le pompe in:

- Elettrogeniche: trasporto di ioni riferito al movimento netto di carica attraverso la

+ +

membrana ad esempio pompa Na /K che pompa fuori 3 ioni Na ogni 2 K che entrano.

+ +

- Elettroneutre: non coinvolgono il trasporto netto di carica ad esempio la H /K della

+ +

mucosa gastrica dell'intestino animale dove ogni H che esce entra un K .

Nelle membrane plasmatiche di funghi,piante e batteri,lo ione principale pompato

+ +

elettrogenicamente attraverso la membrana è lo ione H : la H -ATPasi della membrana plasmatica

+

crea il gradiente di potenziale elettrochimico di H nelle membrane plasmatiche mentre la

+ +

H -ATPasi Vacuolare e la H -Pirofosfatasi pompano elettrogenicamente i protoni dentro al vacuolo

e nelle cisterne del Golgi.

2+

Il Ca viene invece pompato fuori dalla cellula.Un modo per trasportare gli elementi nutritivi

3- 2+4 2-

minerali come NO ,SO e PO è quello di accoppiare in trasporto in salita di un soluto a quello in

discesa di un altro.Questo tipo di trasporto mediato da proteine carrier è noto come Trasporto

Attivo Secondario ed è condotto indirettamente dalle pompe.

+

L'H -ATPasi crea sia un potenziale di membrana che un gradiente di pH questa Forza Motrice

Protonica Δp o potenziale elettrochimico, rappresenta l'energia libera accumulata sotto forma di

+

gradiente di H .Questa viene utilizzata nel trasporto attivo secondario e garantisce il trasporto

attivo delle molecole contro gradiente: Δp = ΔE – 59mV ΔpH. +

Serve anche per la diffusione passiva di ioni in risposta a iperpolarizzazione (es. ingresso di K ).

Si conoscono 2 tipi principali di Trasporto attivo:

le due sostanze vengono trasportate nella stessa direzione;

•Simporto: trasporto in cui le due molecole vanno in direzioni opposte.

•Antiporto:

Il trasporto cellulare può essere studiato anche attraverso le cinetiche enzimatiche.

La saturazione avviene quando tutti i Carrier sono impegnati e non ve ne sono di liberi.

La V è quindi raggiunta quando il sito di legame per il substrato sul carrier è sempre occupato o

max

quando il flusso attraverso il canale è al massimo.La costante K che riflette la concentrazione del

m

soluto a bassi valori indica una elevata affinità per la proteina e quindi un trasporto attraverso

carrier mentre ad alti valori indica una minore affinità e quindi trasporto attraverso canali.

I trasportatori (canali e carriers) appartengono a famiglie multigeniche e all’interno della stessa

famiglia, i membri variano per:

• K (affinità al ligando);

m

• Modo di Regolazione (risposta al voltaggio,ormoni,luce,nucleotidi);

• Pattern distinti di espressione tessuto specifica.

Gli anioni entrano nel vacuolo per diffusione mentre i cationi escono dal vacuolo per diffusione.

+

La maggior parte dei gradienti ionici viene mantenuta dal gradiente elettrochimico di H .

CANALI CATIONICI: ci sono 6 famiglie di canali cationici:

• + +

Canali selettivi per il K (3 famiglie) noti come Canali Shaker,sono molto selettivi per il K

e sono coinvolti in: +

- Assorbimento e efflusso di K nelle cellule di guardia;

+

- Rilascio di K nello xilema dalle cellule vive della stele;

+

- Assorbimento di K dal suolo;

+

- Assorbimento di K durante la crescita del tubetto pollinico.

Sono formati da 4 proteine transmembrana unite a formare un poro.Hanno 3 zone principali.

L’entrata in questi canali è data dall’ampiezza dello ione.Troviamo un Sensore, sono aperti

o chiusi a seconda di ciò che serve alla pianta.C’è una zona carica positivamente che è

sensibile alla differenza di potenziale e presenta una “coda” al C-terminale che provoca la

chiusura o l’apertura del poro. Sono stati scoperti recentemente dei canali regolati dal

2+

glutammato che potrebbero essere canali di permeazione del Ca .

• Canali cationici poco selettivi regolati da cGMP (1 famiglia); la loro attività è regolata dal

legame di un nucleotide ciclico come il cGMP e anche dalla proteina calmodulina. Questi

+ 2+ +

canali possono essere permeabili al K ,Ca o Na . Canali a doppio poro (TPC),localizzati

nel tonoplasto, sono attivi nelle cellule di guardia durante la chiusura stomatica in risposta

2+

ad elevate concentrazioni esterne di Ca . +

L’irrigazione aumenta la salinità nei suoli e un accumulo di Na è tossico per la pianta.Per

questo le piante hanno evoluto meccanismi per condurre il sale nel vacuolo ed estruderlo

attraverso la membrana plasmatica. Per la fuoriuscita del Na viene utilizzato un

+ +

antiportatore Na -H .

Trasporto del Calcio: anche qui esiste un gradiente che favorisce l’ingresso nel citosol sia

dall’apoplasto sia dai siti di accumulo intracellulari e questo ingresso è mediato dai canali

2+ 2+ -3

permeabili al Ca .La concentrazione di Ca nell’apoplasto è di 1 x 10 M mentre nel

-9 2+

citosol la sua concentrazione è di 1 x 10 M. Il Ca è un secondo messaggero molto

importante anche per l’attività di numerosi enzimi.

• Carriers Cationici (2 famiglie). 3-

Trasporto Azoto: l’azoto è uno dei tre macronutrienti e l’assorbimento di NO e la sua regolazione

sono di grande importanza per la nutrizione vegetale.

3-

Il nitrato (NO ) è carico negativamente quindi il trasporto richiede energia a tutte le concentrazioni.

3- +

Il nitrato è trasportato dall’apoplasto al citosol da simportatori NO /H a bassa ed alta affinità. Un

altro meccanismo di trasporto dell’azoto attraverso la membrana è rappresentato da trasportatori di

peptidi che sono importanti nella mobilizzazione di riserve azotate durante la germinazione del

+

seme. I peptidi vengono trasportati mediante simportatori Peptidi/H e da pompe ATP-binding

cassette. Il trasporto dei peptidi è importante durante la germinazione dei semi per la distribuzione

dei composti azotati.

I trasportatori ATP binding-cassette (ABC) si trovano sia sulla membrana plasmatica che sulla

membrana interna. Trasportano di tutto in particolare macromolecole.

Vengono inibiti dal Vanadato formando un intermedio fosforilato durante la catalisi.

Trasportano spesso molecole legate covalentemente al glutatione (molecola antiossidante per la

cellula che viene trasportato al vacuolo.Gli ABC sono in grado di utilizzare direttamente l’energia

di idrolisi di ATP per pompare molecole organiche attraverso la membrana.

Le piante hanno trasportatori per vari tipi di anioni organici come il malato e il citrato.Il fosfato è un

altro importante macronutriente e vi sono molti trasportatori del fosfato attraverso simporto con

+

l’H .Questi trasportatori vengono espressi soprattutto nelle radici.

Ritroviamo anche la presenza di Trasportatori ZIP per i metalli (ferro,zinco,manganese).

ACQUAPORINE: sono dei trasportatori che formano nella membrana dei canali per l’acqua.

Alcune acquaporine mediano anche il trasporto di soluti non carichi come CO .

2

Queste proteine sono dei pori di membrana delineati da proteine integrali. L’espressione e l’attività

delle acquaporine possono essere regolate in risposta a variazioni del pH intracellulare,del livello di

2+

Ca ,della produzione di ROS e dell’osmolarità.Si comportano da sensori di gradienti di potenziale

osmotico e di pressione di turgore.