Chapter 34: Plant Structure, Growth, and Nutrition

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34.12:

Trasporto di risorse a breve distanza

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Short-distance Transport of Resources

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Quando le radici assorbono sostanze nutritive e acqua dal terreno, vengono distribuite tramite diversi tessuti all’interno dell’intera pianta. Allo stesso modo, i prodotti della fotosintesi devono viaggiare attraverso la pianta fino alle cellule con funzioni di conservazione o processi che richiedono energia attraversando pareti cellulari, membrane e citoplasma di tante cellule lungo il percorso. Le piante sono in grado di muovere i soluti usando tre percorsi generali. Il trasporto tramite via apoplastica avviene attraverso lo spazio extracellulare comprese le pareti cellulari, mentre il trasporto tramite percorso simplastico avviene tramite plasmodesmi, pori che collegano direttamente il citoplasma delle cellule vicine. Un terzo percorso, mediante transmembrana, muove le sostanze dentro e fuori le cellule attraverso la membrana plasmatica. Le sostanze che si muovono ripetutamente attraverso la membrana plasmatica, sono sufficientemente veloci su 2 o 3 cellule, ma molto più lentamente su lunghe distanze. Il trasporto tramite le membrane nelle cellule vegetali presenta alcune somiglianze generali con il trasporto nelle cellule animali. La membrana plasmatica selettivamente permeabile consente ad alcune sostanze, come l’anidride carbonica e l’ossigeno, di diffondersi passivamente spostandosi lungo i loro gradienti di concentrazione da aree ad alta concentrazione ad aree a bassa concentrazione. Altre sostanze non si possono diffondere attraverso la membrana a causa della carica o delle dimensioni, come ioni e molecole più grandi, come gli zuccheri. Invece le cellule assorbono attivamente questi soluti usando specifiche proteine di membrana, come i canali ionici e le proteine trasportatrici. Le pompe protoniche utilizzano l’energia chimica dell’ATP per creare un gradiente elettrochimico di ioni idrogeno attraverso la membrana cellulare. Molti trasportatori nelle piante usano questo gradiente di idrogeno per spostare le risorse nella cellula. Ad esempio, il trasportatore di nitrati nelle radici sposta un nitrato con uno ione idrogeno, anche contro il gradiente di concentrazione del nitrato.

34.12:

Trasporto di risorse a breve distanza

Il trasporto a breve distanza si riferisce al trasporto che si verifica su una distanza di soli 2-3 cellule, attraversando la membrana plasmatica nel processo. Piccole molecole non caricate, come ossigeno, anidride carbonica e acqua, possono diffondersi attraverso la membrana plasmatica da sole. Al contrario, gli ioni e le molecole più grandi richiedono l’assistenza delle proteine di trasporto a causa della loro carica o dimensione. Il trasporto attraverso le membrane avviene anche all’interno di singole cellule, svolgendo una varietà di ruoli essenziali per la pianta nel suo complesso.

Le risorse vengono trasportate all’interno e all’esterno del vacuolo centrale all’interno di ogni cellula vegetale

Uno dei ruoli del grande vacuole centrale di una cellula vegetale è lo stoccaggio delle risorse. Le proteine di trasporto attive e passive si trovano nella membrana vacuolare, o tonoplasto, così come si trovano nella membrana plasmatica della cellula, e regolano il movimento dei soluti tra il citoplasma e il vacuolo. Lo zucchero può essere immagazzinato per dopo, gli ioni vengono sequestrati dal citoplasma e i protoni, in particolare, vengono pompati nel vacuolo, creando un ambiente acido per abbattere sostanze indesiderate o tossiche che entrano nella cellula.

Il movimento attraverso il tonoplasto controlla la pressione di turgoro

Oltre al suo ruolo nello stoccaggio, il vacuolo genera pressione di turgore – una forza che spinge la membrana plasmatica contro la parete cellulare – contribuendo alla struttura della pianta. La dimensione del vacuolo è regolata dal movimento dei soluti attraverso il tonopllast da canali e trasportatori. L’acqua si diffonde passivamente attraverso il tonoplasto per bilanciare una differenza di concentrazione soluta attraverso la membrana, e può anche muoversi più rapidamente attraverso le acquaporine, canali d’acqua che possono aprirsi e chiudersi in risposta ai segnali cellulari. In condizioni di siccità, la mancanza di acqua comporterà una perdita di pressione di turgore all’interno delle singole cellule man mano che il vacuolo si restringe. A livello macroscopico, la pianta apparirà appassita quando la pressione di turgore è bassa.

Suggested Reading

Brackmann, Klaus, and Thomas Greb. "Long-and short-distance signaling in the regulation of lateral plant growth." Physiologia plantarum 151, no. 2 (2014): 134-141. [Source]

Hedrich, Rainer. "Ion Channels in Plants." Physiological Reviews 92, no. 4 (October 1, 2012): 1777–1811. [Source]