Paso_solutos_membranas

ABSORCIÓN DE SOLUTOS

Paola Silva Candia Laboratorio de Relación Suelo-Agua-Planta Universidad de Chile www.sap.uchile.cl hil l

Los iones que la planta necesita estan disueltos en la solución suelo. Aunque su concentración en el suelo es baja, se observan concentraciones 10 a 1000 veces mayores en la planta. planta Iones

Concentración Suelo (m mol l-1)

Celular esperado p (m mol l-1)

Celular medido (m mol l-1)

NO3-

2

0.0272

28

H2PO4-

1

0.0136

21

K+

1

74

75

Los iones llegan hasta las raíces por tres vías: 1. Flujo de masa 2. Difusión en la solución suelo 3. Crecimiento de las raíces hacia los iones

Ingreso a la planta

Absorción de solutos a nivel celular - Membrana plasmática - Potencial electroquímico de un soluto - Gradiente G di t electroquímico l t í i - Movimiento facilitado por proteínas: - Canales - Carriers - Bombas H+

Membrana plasmática Modelo de Mosaico Fluido ((Bicapa p lipídica) p ) Estas moléculas lipidicas p individuales pueden moverse lateralmente × Fluidez y Flexibilidad × Permite resistir presión y expansión

Membrana plasmática Grosor entre 5 - 10 nm Lípidos contienen largas cadenas de ácidos grasos unidos a pequeños grupos hidrófilicos - Cabeza hidrofílica - Cola hidrofóbica Õ Molécula anfipática : Ordenamiento de las cabezas polares al exterior y las cadenas de ácidos grasos hacia el i interior i

Lípidos de membranas vegetales Dos cadenas de ácidos grasos de 16 y 18 átomos de C con 0 a 4 enlaces dobles. Los principales lípidos de todas las plantas son: - Fosfolipidos (fosfatidil colina, fosfatidil etanolamina, entre otros) - Glicolipidos (monogalactosil diglicerido, diglicerido digalactosil diglicerido) - Esteroles

Membrana plasmática Las proteínas representan 1/2 a 2/3 del peso seco de la membrana. Tipos de Proteínas: - Integrales. Se expanden de uno a otro lado de la membrana. Poseen conformación espiralada. p - Periféricas. Unidas a cabezas polares. Normalmente se asocian i a proteínas í integrales. i l

Potencial electroquímico de un soluto x 0

0

μx = μx* + RT ln ax + zx FEx + Vxp + mxgh Potencial electro químico de un soluto x

Potencial de actividad de unn soluto sol to x

Potencial químico del soluto l x bajo b j condiciones estandares

Potencial de presión del l t x soluto Potencial eléctrico del soluto x

Potencial gravitacional del soluto x

Potencial electroquímico q de un soluto x μ x = μx* + RT ln ax + zx FEx R= Cte. Gases (1,987 cal mol-1 °K-1) a = actividad del ión = γ C γ = coef. de actividad de un ión C = concentración de un ión z = carga F= Cte. Faraday (23060 cal mol-1 V-1) E= Potencial eléctrico (V)

Movimiento M i i t por difusión pasiva

Movimiento facilitado por proteínas

Movimiento ppor difusión ppasiva a través de una membrana

Movimiento por difusión pasiva a través de una membrana • Flujo pasivo • Solutos sin carga • Este movimiento ocurre en respuesta a un Õ GRADIENTE DE CONCENTRACION

Movimiento por difusión pasiva a través de una membrana Δμx = Δμx = Δμ μx =

μxo - μxi (μx* + RT ln axo ) - (μx* + RT ln axi ) RT ln axo - RT ln axi

axo Δμ x = RT ln i ax

Movimiento M i i t por difusión pasiva

Movimiento facilitado por proteínas

Movimiento facilitado por p proteínas

Movimiento facilitado por proteínas • Proteínas altamente específicas

Tipos de transportadores de membrana: - Canales - Transportadores - Bombas de H+

Canales • Proteínas transmembranas • Poros hidrofilicos selectivos (tamaño y carga) • Compuerta • Transporte pasivo • Transportan familia de sustancias relacionadas • Poseen P mayor velocidad l id d de d transporte t t que los l carriers i

Canales • Estos canales no están abiertos continuamente se abren por estímulos: l - Cambio de voltaje - Estímulos mecánicos - Unión de un n ligando

Movimiento por canal

M i i t por canall Movimiento Δ μ x = μ xo - μ xi Δ μx = μx* + RT ln axo + zFEo - (μx* + RT ln axi + zFEi)

Δ μx =

RT ln axo - RT ln axi + zFΔE

a Δμ x = RT ln a

o x i x

+

zFΔE

Movimiento de un soluto con carga ocurre en respuesta a un: - Gradiente de concentración - Gradiente de potencial eléctrico

Transportadores (carriers) • Poseen un sitio activo • Ocurren O cambios bi conformacionales f i l • Transportan sustancias específicas • Facilitan el movimiento de aniones y moléculas de mayor tamaño • Transporte pasivo y activo

Representación p esquemática q de transporte de un soluto S por un carrier C

Tipos de Carriers S

S

H+

Sinpuerto

H+

Antipuerto

Absorción de nitrato por una lechuga en solución nutritiva Nitrate uptake of lettuce in nutrient solution 180

NO3-co oncentra ation, µM M

160 140 120 100 80 60 40 20 0 0

100

200

300

400

time, min

500

600

700

Transportadores (carriers) Se asemejan a una reacción enzima -sustrato sustrato (Ecuación Michaelis - Menten)

Cinética de Michaelis Michaelis-Menten Menten

Imax (maximum inflow)

4

In, n net inflo ow, 10

-1 13

-1

mol ccm s

-1

Michaelis-Menten kinetics

3 In = 2

Imax (CL - CLmin) km + CL - CLmin

1/2 Imax

1 km (Michaelis constant) 0 0

20 CLmin

40

60 80 100 120 140 CL, NO3 concentration, µM

160

180

Michaelis-Menten kinetics relevance of parameters 8

2 * Imax

In, 10-13 mo ol cm-1 s-1

7 6 5 4

½ km

3

0.1 CLmin

2 1 0 0

20

40

60

80

100

CL, µM

120

140

160

180

Bombas de

+ H

• Transporte activo • Generan un gradiente de pH Tipos: - ATP asas H+ ( membrana plasmática y tonoplasto) - Pirofosfatasas H+ (tonoplasto) ( p )

Bomba ATPasa Memb. plasmática

+ H

Tonoplasto ATP

Exterior (+)

ADP

pH 5.5 55

V Vacuola l ADP

H+

H+

ATP Citoplasma (-) pH 7.3

(+) pH 5.5

M i i t transportadores Movimiento t t d Δ μH+ = μ H+o - μH+i Δ μH+ = μH+* + RT ln aH+o + zFEo - (μx* + RT ln aH+i + zFEi)

Δ μx =

RT ln aH+o - RT ln aH+i + zFΔE

Δμ H +

[ H ] = RT ln [H ]

+ o + i

+ zFΔE

Membrana plasmática

H+ Exterior

NO3-

(+)

2H+

pH 5.5

H+

H2PO4K+ ADP

H+ H+

ATP Cit l Citoplasma

H+

(-)

K+

pH 7.3

Sí t i Síntesis - La absorción de solutos se rige por un gradiente electroquímico a través de las membranas - Absorción de solutos: Tipo de soluto

Membrana

Movimiento

Molec. ppequeñas q

Fosfolipidos p

Pasivo

Cationes

Canales

Pasivo

Molec. Grandes

Carriers

Aniones

Carries/bombas

Pasivo/Activo Activo

Mecanismos de control del Na+ a nivel celular

• Exclusión • Extrusión • Compartamentalización

[Na+]

[Na+]

A Baja [NaCl] externa, A. externa antes del estrés Niu et al., al (1995)

B. Alta [NaCl], al inicio de un estrés Niu et al., (1995)

C. Alta [[NaCl], ], después p de la adaptación p al estrés Niu et al., (1995)

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Lípidos de membranas vegetales