Fiziologija-celije-seminarski-rad.docx

UNIVERZITET U SARAJEVU PRIRODNO-MATEMATIČKI FAKULTET ODSJEK ZA BIOLOGIJU

Organizacija transporta na membranama biljaka Seminarski rad iz predmeta Fiziologija ćelije

Predmetna nastavnica: prof.dr. Adisa Parić

Studentica: Anida Kulovac

Sarajevo, Maj 2016.

Sadržaj 1.

Uvod ............................................................................................................................ 3

1.1 Sistem membrane ......................................................................................................... 3 2.

Fluidnost membrane .................................................................................................... 5

2.1 Pasivna propustljivost ćelijskih membrane .................................................................. 5 2.2 Permeabilnost za male lipofilne molekule.................................................................... 6 2.3 Permeabilnost za vodu- akvaporini .............................................................................. 6 3. Transportni mehanizmi na membranama ....................................................................... 6 3.1 Opšti pojmovi o pasvinom i aktivnom transport .......................................................... 6 3.2 Endocitoza i egzocitoza .............................................................................................. 10 3.3 Translokatori i redoks sistemi..................................................................................... 10 4.

Transport koji se odvija na mitohondrijama i hloroplastima .................................... 11

5.

Transport koji se odvija na vakuoli ........................................................................... 12

6.

Zaključak ................................................................................................................... 13

7. Literatura ...................................................................................................................... 14

2

1. Uvod Ćelija je osnovna gradivna i funkcionalna jedinica svakog živog bića, osim virusa. U prirodi postoje brojni organizmi čije se tijelo sastoji iz jedne ćelije, kao što su bakterije, praživotinje neke alge i gljive. Sa druge strane višećelijski organizmi mogu imati više miliona, biliona, kvadriliona ćelija. Pored toga što se sve ćelije međusobno razlikuju postoje neke osobine koje su zajedničke svim ćelijama:      

rast do veličine koja je karakteristična za datu vrstu ćelije, obavljanje određenih zadataka (funkcija,uloga), primanje signala iz spoljašnje sredine na koje ćelija na određeni naćin odgovara, život ćelije završava se ili ćelijskom diobom ili ćelijskom smrću, jedinstveni hemijski sastav, jedinstvena građa (Nešković, 2003)

Da bi se održala u životu, ćelija mora imati nepohodni minimum od tri strukturnohemijska sistema:   

sistem membrana, energetski sistem, autoreproduktivni sistem (Nešković, 2003)

1.1 Sistem membrane U morfološkom smislu plazmalema se može definisati kao dvoslojna građevina trilaminarnog izgleda koja se u in vivo uslovima ponaša kao jedinstvena morfološka i funkcionalna sredina. U matriks su uložene proteinske molekule razne veličine i oblika što vanjskoj i unutrašnjoj površini plazmaleme daje mozaičan izgled. Zbog univerzalnog karaktera ovaj tip biološke membrane je dobio naziv unit (junit) membrana. Sve biološke membrane (plazmalema) kao i sve unutrašnje membrane eukariotskih ćelija imaju zajedničku generalnu strukturu hemijski sastav i molekularnu organizaciju. One su zajednica proteinskih, glikoproteinskih, lipidnih, i glikolipidnih molekula, koje se drže na okupu pretežno pomoću nekovalentnih veza i međusobne interakcije. Plazmalema i druge celularne membrane su dinamičke strukture, tečne konzistencije unutar kojih je omogućena bočna difuzija većine proteinskih i lipidnih molekula. U hemijskom pogledu membrana se sastoji od lipida, protein i ugljenih hidrata (Hrnjičević, 1995). Plazma membrana je omotač koji je u eukariotskoj ćeliji prisutan na površini ćelije, ali i u njenoj unutrašnjosti gdje ograničava pojedine organele. Membrana obezbjeđuje uslove za odvijanje svih životnih procesa i održava razlike između unutarćelijske i vanćelijske sredine. Istovremeno, plazmamembrana uspostavlja kontakte sa drugim ćelijama i vanćelijskom sredinom i razmjenjuje supstance sa njima (Denffer & Ziegler, 1991).

3

Ćelijska membrana je izgrađena od lipida i proteina, kojima su pridruženi polisaharidi. Lipidi i proteini su dakle osnovne gradivne supstance membrane i u prosjeku je količina lipida jednaka količini protein (Denffer & Ziegler, 1991). Proteini liče na mozaik u jednoličnom lipidnom sloju, zbog čega se model Singera i Nicholsona zove tečni mozaični model membrane (sl.1) (Nešković, 2003). Lipidi grade dvosloj u koji su uronjeni molekuli proteina, pri čemu se i lipidi i protein neprekidno pomjeraju, klize. Raspored proteina, lipida i polisaharida je takav da membranu čini nesmietričnom. Neki proteini su potpuno uronjeni u dvosloj lipida i izviruju ili na spoljašnjoj ili na unutrašnjoj strani membrane. Osim toga, nesimetričnosti membrane doprinose i polisaharidi koji se vezuju za lipide I proteine ali samo sa spoljašnje strane membrane. Proteini koji prolaze kroz membranu i izviruju i sa jedne i sa druge strane, sadrže kanale kroz koje mogu da prolaze mali molekuli bez obzira da li ulaze u ćeliju ili iz nje izlaze (Vinterhalter, 2004).

Slika 1: Građa plazma membrane (fluidni mozaik) Preuzeto: https://bs.wikipedia.org/wiki/%C4%86elijska_membrana 15.4.2016

Membrana posjeduje dva tipa proteina:  

periferni, koji su na površini membrane, integralni, koji manje-više prodiru duboko u lipidni sloj a na mnogim mjestima kroz čitavu membranu (Vinterhalter, 2004)

Lipidi membrane su polarizovani što znači da se razlikuju dva kraja:  

jedan kraj je hidrofilan i naziva se glava, drugi kraj je hidrofoban i naziva se rep (Vinterhalter, 2004)

Membrane specijaliziranih organela, plastida su jedinstvene po njihovom lipidnom sasatvu tj. prisustvu glikozilglicerida a ne fosfolipida. Kod glikozilglicerida polarna glava sadrži galaktozu, digalaktozu ili sulfatnu galaktozu, dakle bez fosfatne skupine.

4

Zahvaljujući tome oni formiraju dva sloja u membrani tako što se repovi grupišu u sredini, a glave se okreću prema spolja. Značaj membrana u životu ćelije je izuzetno velik i njene osnovne funkcije su:  

   

omogućava komunikaciju i razmjenu metabolita ćelije sa vanjskom sredinom, osiguravaju unutarćelijsku organizaciju jer membrane razdvajaju pojedine organele, ali ih ujedno zahvaljujući njihovoj selektivnoj propustljivosti i povezuju, sprječavaju slobodnu difuziju supstrata i enzima u ćeliji, nostitelji su enzima i regulatori i njihove aktivnosti, održavaju određenu gustoću, osmotski i električni potencijal unutarnjeg sadržaja ćelije, na njihovim površinama odvijaju se brojni vrlo značajni fiziološko-hemijski procesi (Vinterhalter, 2004).

2. Fluidnost membrane Po svojoj konzistenciji ćelijske membrane su u osnovi tečne i predstavljaju manje ili više viskozan sloj na površini ćelije. Fluidnost membrane zavisi od količine vode, temperature i stepena nezasićenosti masnih kiselina koje ulaze u sastav lipdnih molekula. Na fiziološkim temperaturama membranski lipidi u vodenoj sredini imaju strukturu koja se može označiti kao tečni kristal. U toj strukturi lipidni molekuli mogu da rotiraju oko svoje osovine, ili su lateralno pokretiljivi samo u nivou sloja u kome leže, dok je njihovo eventualno kretanje poprečno kroz membranu veoma sporo. Proteini mogu da se kreću također lateralno, ali sporije. Brzina kretanja lipida može biti oko 2µm u sekundi, a protein nekoliko µm u minutu. Sa sniženjem temperature dolazi do prelaza membrane u stanje gela. Ta promjena je poznata kao termalni fazni prelaz i ona se dešava naglo, u uskom temperaturnom intervalu. Kod biljaka koje su izložene niskim temperaturama kraće ili duže vrijeme mijenja se lipidni sastav membrane i pojavljuje se više masnih kiselina sa većim brojem nezasićenih veza. Lipidi koji sadrže više nezasićenih masnih kiselina imaju fazni prelaz na nižoj temperature. Ove promjene vjerovatno omogućavaju veću stabilnost membrane, koja pomaže preživljavanje pod nepovoljnim uslovima (Nešković, 2003). 2.1 Pasivna propustljivost ćelijskih membrane Sposobnost membrane da pasivno propušta određene supstance zove se permeabilnost. Ova sposobnost se najčešće mjeri po brzini ulaženja supstanci u ćeliju, kada se one nalaze u većoj koncentraciji na spoljašnjoj strani membrane. Koeficijent permeabilnosti je broj molekula koji prođu kroz jedinicu površine membrane u jedinici vremena. Propustljivost je svojstvo membrane a opseg propustljivosti nije jednak za rastvorene čestice i za rastvarač. Tako postoje membrane uglavnom vještačke koje propuštaju samo vodu a zadržavaju rastvorene supstance. To su semipermeabilne membrane. Prirodne biološke membrane također propuštaju vodu, ali i izvjesne rastvorene supstance u različitoj mjeri. Stoga se ovakve membrane nazivaju diferencijalno propustljivim (Nešković, 2003). 5

2.2 Permeabilnost za male lipofilne molekule Prve obimne podatke o permeabilnosti membrana dao je Overton (1899. godine), koji je na velikom broju različitih ćelija ispitivao ulaženje različitih jedinjenja. Pri tome je uočio da naručit značaj imaju dvije osobine penetranta: veličina molekula i njegova lipofilnost. U ćeliju vrlo brzo ulaze male molekule, sa molekulskom masom manjom od 45D npr. NH3 (17), H202 (34). Na osnovu toga je zaključeno da membrane mora imati pore koje odgovaraju veličini ovih molekula, tako da ona djeluje kao vrlo fin filter. Lipofilne supstance lakše prolaze kroz pore između lipidnih molekula nego hidrofilne, zbog sastava matriksa. Hidrofilnost zavisi uglavnom od grupa –COOH, -OH, -NH2 pa supstance koje nose ove grupe sve teže prodiru kroz membranu ukoliko je njihov broj veći (Nešković, 2003). 2.3 Permeabilnost za vodu- akvaporini Izuzetak od navedenog pravila čini voda. Ona jeste mali molekul, ali ne bi nikako mogla da prođe kroz hidrofobni lipidni sloj. Pa ipak, voda prolazi kroz membrane vrlo brzo u oba smjera. Novija istraživanja su pokazala da membrane svih ćelija sadrže više srodnih integrisanih protein (MIP) koji djelomično učestvuju u transportu vode kroz membranu. Neki od njih predstavljaju kanale kroz koje prolazi voda pa je za njih predložen naziv akvaporini. Ovi kanali olakšavaju prolaz vode, ne djeluju kao pumpe. Pravac kretanja vode zavisi isključivo od osmotskih hidrostatičnih sila (Nešković, 2003). 3. Transportni mehanizmi na membranama Od hemijskog sastava i strukture ćelijskog zida i plazmaleme zavisi koje supstance mogu slobodno da prođu kroz njih. Ovo je, međutim samo jedan aspekt razmatranja o primanju materija u ćeliju. Drugi, i vjerovatno važniji aspekt, obuhvata problem pokretačkih sila koje održavaju transport i od kojih ustvari, zavisi da li će neka supstanca ući ili izaći iz ćelije, kao i koja će količina supstance biti transportovana. Uzimajući u obzir izvore energije, kao i specifične učesnike u transport, može se razlikovati u principu pet načina kojih različite supstance prolaze kroz membranu:     

spontani, ili pasivan transport aktivan transport endocitoza, ili transport pomoću membranskih transformacija transport putem razmjene preko translokatora transport jona povezan sa aktivnošću redoks sistema (Nešković, 2003) 3.1 Opšti pojmovi o pasvinom i aktivnom transport

Pod pasivnim transportom se podrazumjeva kretanje materija koje je izazvano razlikama u koncentraciji na dvjema stranama membrane. Ovo kretanje se obavlja spontano, bez ulaganja energije. Pasivan transport se može uporediti sa drugim spontanim promjenama u nekom sistemu koji nije u ravnoteži: sa prenosom toplote sa tijela koje ima višu 6

temperature na hladnije tijelo; sa kretanjem vode u spojenim sudovima; sa prenosom elektriciteta i dr. Uzrok ovim promjenama je uvijek nejednakost u nekom svojstvu sistema, tj. postojanje gradijenta. U svim slučajevima kretanje ili promjena se vrše dok se ne uspostavi ravnoteža i ne iscrpi toplotna, kinetička, ili druga vrsta energije, koja je omogućila rad (Nešković, 2003). Pasivan transport ili kretanje čestica u jednom prostoru uslijed gradijenta u koncentraciji označenoj kao difuzija. Tipovi difuzije jesu prosta i olakšana difuzija. 



Prosta difuzija podrazumijeva transport koji podliježe zakonitostima proste difuzije odnosno razlici koncentracije molekula sa jedne i druge strane membrane. Na ovaj način prolaze samo nepolarne molekule (O2, CO2, NH3), dok je prolazak polarnih molekula otežan zbog lipidne strukture membrane. Olakšana difuzija je transport koji je određen koncentracionim ili elektrohemijskim gradijentom. Odvija se sve dok se ne izjednače brzina ulaska i izlaska jona iz ćelije i uz pomoć pasivnih prenosilaca.

Posebni vidovi transporta su osmoza i imbibicija. Ove tri pojave imaju veliki značaj za primanje i odavanje vode, gasova i izvjesnih drugih supstanci u biljnim ćelijama. Znatan broj supstanci i biljne ćelije ne primaju putem difuzije ili je taj način primanja nedovoljan. Elektroliti i mnoga organska jedinjenja ulaze u ćeliju nezavisno od razika u koncentraciji, šta više transport se često obavlja nasuprot gradijentu koncentracije. Ovakva pojava se može uporediti sa sistemom u kome se ulaganjem rada i energije, uspostavlja i održava neravnotežno stanje kao što je npr. zagrijavanje nekog tijela na temperature višu od okoline ili podizanje vode na viši nivo pomoću pumpe za čiji je rad potrebna energija. Jasno je da i ćelije moraju da troše energiju za transport protiv gradijenta koncentracije. Ta energija potiče od egzergonih metaboličkih procesa u ćeliji a takav način primanja i izlučivanja supstanci zove se aktivan transport. Energija za aktivni transport može se dobiti direktnom hidrolizom ATPa ili preko tzv. Protonske motivacione sile koja se dobija aktivnim pumpanjem protona kroz membranu (hidroliza ATPa, fotosinteza). Smatra se da u aktivnom transportu učestvuju posebni posrednički sistemi molekula, koji su sastavni dijelovi bioloških membrana, među koje spadaju jonske pumpe, kotransporteri i jonski kanali (Nešković, 2003). Svi ovi transportni proteini su dosta specifični za materije koje transportuju, a samim tim su dosta raznovrsni u ćeliji. Oni obično transportuju po jednu grupu srodnih supstanci. Npr. Kod biljaka K+ transporter u plazmammbrani može transportovati i Na+ (mada preferira kalij), ali su u potpunosti neaktivni u transport aniona npr. Cl- ili neke druge materije. Aktivni transport može biti primarni i sekundarni. Primarni aktivni transport obuhvata nosače oji transportuju materije uz istovremeno vezivanje drugih materije koje mogu oslobađati energiju. Direkto je povezan sa izvorom energije (hidroliza ATPa).

7

Membranski proteini koji obavljaju primarni aktivni transport su pumpe. Većina njih transportuje jone (H+, Cl2+). One mogu biti elektrogene ili elektroneutralne. Elektrogeni transport se odnosi na transport jona koji uključuje neto kretanje naboja kroz membrane, a elektroneutralni ne uključuje neto kretanje naboja. Sekundarni aktivni transport koristi energiju pohranjenu u gradijentu elektrohemijskog potencijala. Protoni se izbacuju iz citosola elektrogenim H+- ATPazama koje djeluju u plazma membrani i na vakuolarnoj membrani. Slijedom toga, membranski potencijal i pH gradijent se stvaraju na račun hidrolize ATPa. Protonska motivaciona sila generirana elektrogenim H+ transportom se koristi u sekundarnom aktivnom transportu za transport mnogih drugih tvari koje idu nasuprot svog gradijenta elektohemijskog potencijala. Tako sekundarni transport može uključivati vezivanje supstrata i jona s nosačem-proteinom i konformacijsku promjenu u tom proteinu. Dva tipa membranskih trasportera pomažu difuziju rastvora kroz membrane: kanali i nosači. Kanali su transmembranski proteini koji funkcionišu kao selektivne pore u membrani. Veličina pora i njihov broj na površini zavisi od specifičnosti transporta. Transport kroz njih može a i ne mora uključiti vezivanje rastvora za proteine kanala. U većini slučajeva dokle god su pore kanala otvorene rastvori mogu prolaziti (difundovati) kroz njih dosta brzo 10 8 jona s-1 kroz svaki proteinski kanal. Međutim kanali ne ostaju dugo otvoreni jer imaju „vrata ili kapiju“ koja otvara i zatvara pore kao odgovor na eksterni signal. Transport kroz kanale je uvijek pasivan, a zbog specifičnosti transporta ovisi o veličine pora i električnog naboja više nego od selektivnog vezivanja, tako da je i njihov transport limitiran uglavnom na jone ili vodu. Dio kanala koji određuje njegovu specifičnost zove se selektivni filter. Postoje nekoliko različitih tipova anionskih kanala. Npr. U plazna membrani ćelija zatvaračica postoje dva tipa, tzv. R-tip i S-tip. U tonoplastu su to FV i SC kanali itd. Nosači transportuju materije koje se prvo moraju vezati za specifično mjesto na proteinu nosača. Pošto su svi oni proteinske prirode tako i sam način rada podsjeća na enzimatsku reakciju. Naime, vezivanje supstance za prenosioc izaziva promjenu konformacije što doprinosi prolasku supstance na drugu stranu membrane, da bi se nosač nakon otpuštanja supstance, vratio u prvobitno stanje i spremio za novo prenošenje. Zbog konformacijskih promjena u proteinu transport nosačima je sporiji nego kanalima. Transport kroz nosače može biti pasivan i aktivan, tako da se ovim putem može transportovati širi spektar supstanci. Pasivni transport nosačima zove se i olakšana difuzija. Osnovni pokretač svih transportnih čestica na membrana biljnih ćelija su jonske ili elektogene pumpe. To su proteini koji transportuju kroz membranu uz utrošak energije. Elektrogene pumpe su odgovorne za pojavu membranskog potencijala. Poznato je više tipova pumpi a nose naziv po jonima koje transportuju

8



Transport Na i K kod biljaka

Natrij (Na+) se kod biljaka mora držati u niskim granicama kako ne bi došlo do toksičnosti. Da bi se održao ovaj nadzor, protok Na+ mora biti stalan. Budući da ćelija ima negativan potencijal oko -150 do -200 mV, Na+ će biti spreman za ulazak u ćeliju u gotovo svim uvjetima. Za razliku od toga, protok Na+ iz stanice (uklanjanje iz stanice) nije spontano i zahtijeva utrošak energije (Maathuis & Sanders, 2001). Na+ ulazi u ćeliju pomoću jonskih kanala i nosača. Kanali koji su propusni za Na+ uključuju glutamat kao receptore i ciklične nukleotide koji usmjeravaju Na+ kroz kanal. Unos natrija u ćeliju može se vršiti pomoću nosača, transportera koji su zapravo iz porodice kalijevih transportera (HKT) (Davenport, 2002). Kalij (K+) igra niz važnih uloga u rastu i razvoju biljaka. Čini 10% suhe mase biljaka. Kao što je kompatibilan s proteinima u visokoj koncentraciji, K+ je najobilniji kation u citosolu i igra ulogu u osnovnim funkcijama, kao što su održavanje osmoregulacije, ali kontroliše i polarizaciju ćelijske membrane. U vrlo niskim ekstremnim (vanćelijskim) koncentracijama K+može se uzeti aktivnim simportnim proteinima, ali u većim koncentracijama može ući u ćeliju difuzijom kroz specifične K+ kanale. Međutim, čak priliv kroz kanale je potaknut H+-ATPazama, u smislu da je K+difuzija potaknuta membranskim potencijalom, koji se održava da vrijednosti više negativnoj nego je K+ ravnotežni potencijal djelovanjem elektogenih pumpi. Izlazak K+zahtijeva da se održava membranski potencijal na više pozitivnoj vrijednosti (što se postiže izlaskom Cl- ili nekih drugih aniona) Prve molekularne analize o transportu K+ su izvršene 1992.godine identifikacijom dva kanala AKT1 i AKT2 kod vrste roda Arabidopsis. Nekoliko godina kasnije (1994. godine) otkriveni su HKT kanali kod kvasca ali i mnogi drugi (HAK, KT ili KUP)1

1

https://ag.purdue.edu/agry/Purdue%20Agroecology/Kteam/kteam_pdf_MolMecReg.pdf

9

3.2 Endocitoza i egzocitoza Endocitoza je poseban način na koji kroz membranu mogu da prođu neke supstance, a koji se ne može svrstati u predhodne dvije kategorije (Sl.2). Ona je nezavisna od koncentracije, ali je za obavljanje endocitoze potrebna aktivnost ćelije i njenog membranskog sistema. Kada se radi o čvrstim česticama, onda se govori o fagocitozi, a kada su u pitanju tečnosti, onda se process zove pinocitoza. Pomoću endocitoze vjerovatno u ćeliju ulaze i virusi. Pri endocitozi se na membrani obrazuje ulegnuće, invaginacija, oko koje se na spoljašnjoj strani spoji plazmalema, tako da se obrazuje membranska vezikula unutar ćelije. Moguća je također i egzocitoza, tj. Izbacivanje iz ćelije tečnosti ili nekih molekula koji su zatvoreni u membranskoj vezikuli. U tom slučaju vezikula se formira u citoplazmi od endoplazmatčnog retikuluma ili Goldžijevih cisterni. Omotač se sastoji od različitih proteina, najobilniji među njima je klatrin, čiji naziv potiče od grčke riječi za kavez. Klatrinski omotač vjerovatno određuje veličinu vezikule i posreduje u njenom vezivanju za membranu (Nešković i sar., 2003).

Slika 2: Endocitoza Preuzeto sa: http://www.biologija.rs/eukariote.html 15.4.2016

3.3 Translokatori i redoks sistemi U posebnim slučajevima susjedne organele ili ćelijski kompartmenti razmjenjuju slične metabolite preko posebnih proteinskih translokatora. Ovi proteini vezuju sa jedne strane membrane jedno jedinjenje a sa druge drugo, a zatim promjenom konfiguracije obave razmjenu. Neke membrane u ćeliji sadrže složene protein koji prenose elektrone sa jednih jedinjenja na druga. Pri tome redukovani prenosilac (donor) predaje elektron i oksiduje se, a primalac (akceptor) elektrona se redukuje. Ovakav niz prenosilaca gradi elektron transportne lance u hloroplastima i mitohondrijama, ali se kraći lanci nalaze i na plazmalemi. Transport elektrona je na direktan način povezan sa transportom protona kroz membranu, a dalja posljedica toga je transport nekih drugih jona za koji se koriste različiti prenosioci (Nešković i sar., 2003).

10

4. Transport koji se odvija na mitohondrijama i hloroplastima Mitohondrije su organele prisutne u gotovo svim eukariotskim ćelijama i sadrže mašineriju ćelijskog disanja. Imaju i spoljašnju i unutrašnju membranu. Ove dvije membrane definišu dva akvatična odjeljka – intermembranski prostor i unutrašnji mitohondrijalni matriks. Unutrašnja membrana je visoko izuvijana, ali kontinuirana struktura tako da dva akvatična dijela nisu i kontaktu. Svaka membrana kao i svaki vodeni kompartiment sadrži specifične enzime. Enzimi elektron-transportnog lanca leže u unutrašnjoj membrani, dok se glicin-dekarboksilaza i većina enzima Krebsovog ciklusa nalazi u matriksu (Buchanan, 2000). Spoljašnja membrana je permeabilna za molekule manje od 10 kDa. Permeabilnost je rezultat prisustva pora, koje su otvorene što je pokazano većim brojem in vitro eksperimenata. Studije na životinjama su opisale proteine koji formiraju pore u spoljašnoj membrani mitohondrija - porine, koji regulišu transport kroz spoljašnju membranu. Biljne mitohondrije takođe imaju porine. Bez obzira na veličinu, molekule koje su ili naelektrisane ili veoma hidrofilne prolaze kroz lipidni dvosloj uz pomoć specifičnih proteinskih nosača. Male, neutralne molekule mogu da difunduju kroz lipidni dvosloj i ne zahtjevaju nosače. Među njima su kiseonik i ugljen dioksid, dvije veoma važne molekule za respiraciju. Iako mitohondrije imaju sopstveni genetički materijal, produkcija sopstvenih proteina je zastupljena u malim količina. Umjesto toga, ova organela koristi proteine iz citosola tj. proteine kodirane nuklearnim genomom (Buchanan, 2000). Mitohondrijalni nosači se mogu podijeliti na elektrogene i elektroneutralne. Nosači koji prenose samo jednu supstancu (uniporteri) su vezani direktno za membranski potencijal. Dvije supstance mogu mogu ići u istom ili suprotnom smjeru (simport i antiport) a njihovo kretanje je pod uticajem pH gradijenta ako je jedan od jona H+ ili OH- ili uticajem membranskog potencijala ako je transport bez naboja. Što se tiče hloroplasta oni su obavijeni dvjema membranama, spoljašnjom i unutrašnjom, između kojih se nalazi intermembranski prostor. Obavijena unutrašnjom membranom je stroma (ili matriks) hloroplasta, u kojoj se nalaze membranske strukture- tilakoidi Na tilakoidima se nalaze pigmenti i enzimi koji učestvuju u svetloj fazi fotosinteze. Proton pumpajuće ATPaze, poznate kao F-tip ATPaza, nalaze se kod biljaka na unutrašnjoj membrani mitohondrija i tilakoidnim membranama koje sintetišu ATP. Ova dva tipa membrana sadrže elektron transportne lance koji pumpaju protone porijeklom od redoks potencijala ili svjetlosne energije. Protonska motivaciona sila koja nastaje aktivnošću elektron transportnog lanca služi sa pumpanje H+ nazad kroz F-tip ATPaza, što rezultira sintezom ATPa. Jedan dio F-tipa ATPaza nazvan F0 kod biljnih mitohondrija ili CF0 kod hloroplasta prolazi kroz membranu i formira H+ permeabilni kanal. Drugi dio enzima, nazvan F1 kod mitohondrija ili CF1 kod hloroplasta, odvojen od transmembranskog dijela, sadrži adenin nukleotid vezujuća mjesta i može da hidrolizira ATP in vitro. 11

5. Transport koji se odvija na vakuoli uz pomoć H+ ATPaza i jedinstvenih H+pumpajućih neorganskih pirofosfataza Pored plastida, vakuole su organele karakteristične isključivo za biljnu ćeliju (sl.3). Obavijene su jednostukom membranom nazvanom tonoplast. Ćelija može imati 1-2 veće vakuole ili veći broj sitnih vakuola, što zavisi od starosti ćelije. Biljne vakuole sadrže veoma kiseli rastvor sa pH oko 5,5 što je za oko 2 pH jedinice manje od citosola. Pumpanje protona je katalizirano vakuolarnim tipom (V-tip) H+-ATPaza. V-tip H+ ATPaza posjeduje kompleksniji sastav podjedinica od F- tipa. V-tip H+ ATPaza inhibira antibiotik bafilomicin, ekstremno hidrofobna kompomenta. Kiseli pH doprinosi sortiranju i time membranskom transport. Ovaj V-tip H+ ATPaza prisutan je in a membranama ER,GA biljnih ćelija. Na vakuolarnim membranama biljaka prisutne su i dodatne H+ pumpe. Za pumpanje H+ ovaj transportni sistem radije koristi slobodnu energiju hidrolize neorganskog pirofosfata, nego ATPa. Za razliku od V- tip ATPaza su jednostavni enzimi od oko 80kDa, al i sadrže više od 16 područja koja se protežu kroz membranu. Funkcionalna jedinica pumpe je najvjerovatnije homodimer. H+- ATPaze su jedinstvene za biljke i nekoliko vrsta Archaeabacteria. Za razliku od V tipa H+ ATPaza na istoj membrani H+-PPazama aktivnost je inhibirana djelovanjem Ca2. Još uvijek nije jasno zašto vakuolarne membrane imaju dvije H+ pumpe. A kao najprihvatljivijom čine se pretpostavka da su H+-PPaze aktivnije od V-tipa H+-ATPaza kod nezrelih tkiva, dok je obratno kod zrelih tkiva. Sintetski putevi za biopolimere kao što je celuloza, protein i nukleinske kiseline (putevi dominantni kod nezrelih tkiva) svi oni formiraju PPi kao međuprodukt. Jedan od načina uklanjanja neželjenog PPi jeste njegova hidroliza solubilnim PPazama.

Slika 3. Biljna ćelija

12

6. Zaključak Ćelijska membrana (plazma membrana) je u eukariotskoj ćeliji prisutna na površini ćelije i u njenoj unutrašnjosti gdje ograničava pojedine organele. Ove membrane obezbjeđuje uslove za odvijanje svih životnih procesa i održava razlike između unutarćelijske i vanćelijske sredine. Istovremeno plazma membrana uspostavlja kontakte sa drugim ćelijama i vanćelijskom sredinom i razmjenjuje materije sa njima. Tokom cijelog svog života biljke zavise od razmjene materija sa spoljašnjom sredinom. One primaju vodu, gasove, mineralne soli, često i organska jedinjenja, iz sredine u kojoj žive, a također odaju ili izlučuju mnoge supstance u svoju okolinu. Korjen raste u zemljištu, odakle apsorbuje vodu i mineralne soli za potrebe cijele biljke. Izdanci se nalaze nad zemljom i u njima se vrši fotosinteza a sa lisne površine obavlja se sva razmjena gasova sa atmosferom. Bez razmjene materija biljka ne može da živi. Na različitim nivoima morfološke organizacije, kao što su ćelije, tkiva i organi, način i putevi kretanja materija sa jednog mjesta na drugi nisu isti. U osnovi se mogu razlikovati dvije grupe pojava: ćelijski transport, koji se obavlja na malim udaljenjima među ćelijama, i translokacija između organa, koji mogu biti na velikim rastojanjima jedan od drugog zavisno od veličine biljke. U međućelijskom transport, kao i u kretanju unutar jedne ćelije, supstance prolaze kroz jednu ili više bioloških membrana, koje obavijaju ćelije i njihove organele. Način transporta je sasvim različit za vodi, jone ili organska jedinjenja kao što je i navedeno u ovom seminarskom radu.

13

7. Literatura      

Denffer, D., Ziegler, H., 1991, Morfologija i fiziologija, Školska knjiga, Zagreb Nešković, M., Ćulafić, Lj., Konjević, R., 2003, Fiziologija biljaka, NNK International, Beograd Vinterhalter, D., 2004, Fiziologija biljaka, Interna skripta, PMF Sarajevo, Sarajevo Hrnjičević, M., i sar., 1995, Funkcionalna citologija, Svjetlost, Sarajevo Buchanan, B. B., Gruissem, W., Russel, R. L. 2000, Biochemistry & molecular biology of plants, American Society of Plant Physiologists, Maryland, USA https://ag.purdue.edu/agry/Purdue%20Agroecology/Kteam/kteam_pdf_MolMecReg.p df (29.04.2016)

14