Tonoplast là một thuật ngữ được sử dụng trong sinh học để xác định các màng bên trong của không bào trong tế bào thực vật. Tonoplast có tính thẩm thấu chọn lọc và khóa nước, ion và chất hòa tan trong không bào.
Có những nghiên cứu đầy đủ về thành phần phân tử của các tế bào tonoplast, vì các protein vận chuyển nằm trong các màng này điều chỉnh sự phát triển của thực vật, căng thẳng với độ mặn và hút ẩm, và tính nhạy cảm với các mầm bệnh.
Bản âm của tế bào thực vật (Nguồn: Mariana Ruiz qua Wikimedia Commons)
Nói chung, không bào mà tonoplast tạo ra chứa 57,2% toàn bộ thể tích tế bào ở thực vật. Tuy nhiên, tỷ lệ phần trăm này có thể thay đổi tùy thuộc vào cách sống, thông thường là xương rồng và thực vật sa mạc là những loài có không bào nhỏ hơn hoặc lớn hơn.
Ở một số loài thực vật, không bào được phân giới bởi tế bào tonoplast có thể chiếm tới 90% thể tích bên trong của tất cả các tế bào thực vật.
Vì nó tham gia vào quá trình lưu thông liên tục của các phân tử, ion và enzym giữa tế bào và bên trong không bào, nên tonoplast rất giàu protein vận chuyển, kênh và aquaporin (lỗ hoặc kênh mà nước đi qua).
Nhiều túi bên trong như thực bào hoặc túi vận chuyển kết thúc hợp nhất với tonoplast để gửi nội dung của chúng vào bên trong không bào, nơi các thành phần cấu tạo của chúng có thể bị phân hủy và tái chế.
Các nhà công nghệ sinh học tập trung nỗ lực của họ vào các kỹ thuật cần thiết để kết hợp, đối với các cây trồng thương mại như lúa mì và lúa gạo, nấm mốc với các đặc tính của cây trồng chống chịu mặn.
nét đặc trưng
Tonoplast được tạo thành phần lớn từ các protein và lipid được sắp xếp dưới dạng lớp kép lipid, ít nhiều giống với màng sinh chất của tế bào. Tuy nhiên, khi so sánh với các màng tế bào khác, nó có các protein và lipid độc đáo trong thành phần của nó.
Màng không bào (tonoplast) bao gồm 18% lipid và sterol trung tính, 31% glycolipid, và 51% phospholipid. Thông thường, các axit béo có trong lipid tạo thành lớp kép là hoàn toàn bão hòa, tức là chúng không có liên kết đôi.
Không bào khổng lồ được xác định bởi tonoplast bắt đầu như một tập hợp nhiều không bào nhỏ được tổng hợp trong lưới nội chất, các protein sau này từ bộ máy Golgi được kết hợp vào chúng.
Sơ đồ về không bào trung tâm của tế bào thực vật (Nguồn: Tôi là tác giả: Gevictor qua Wikimedia Commons)
Các protein từ bộ máy Golgi là các kênh, các enzym, chất vận chuyển và protein cấu trúc và các glycoprotein neo sẽ được định vị trong tonoplast.
Tất cả các không bào nhỏ hợp nhất và tổ chức từ từ và tăng dần cho đến khi chúng hình thành nguyên bào nuôi tạo ra một không bào lớn, chủ yếu chứa đầy nước và ion. Quá trình này xảy ra ở tất cả các sinh vật thuộc vương quốc Plantae, do đó, tất cả các tế bào thực vật đều có tonoplast.
Tonoplast, giống như lớp kép lipid của ty thể, có giữa cấu trúc của nó hai loại bơm proton chính, một ATPase và một pyrophosphatase, giúp cho bên trong không bào có pH axit.
Đặc trưng
Chức năng chính của tonoplast là hoạt động như một hàng rào bán thấm, phân định không gian bao gồm không bào và ngăn cách nó với phần còn lại của nội dung tế bào.
“Tính bán thấm” này được sử dụng bởi các tế bào thực vật để điều chỉnh độ ẩm, kiểm soát độ pH, tăng trưởng, trong số nhiều chức năng khác.
Turgor và tiềm năng nước
Chức năng được nghiên cứu nhiều nhất của tonoplast ở thực vật là điều chỉnh sự biến đổi của tế bào. Nồng độ của các ion và nước được tìm thấy trong không bào tham gia, thông qua điện thế áp suất ()p), vào thế nước (Ψ) để các phân tử nước đi vào hoặc rời khỏi bên trong tế bào.
Nhờ sự hiện diện của tonoplast, điện thế áp suất (Ψp) do protoplast (màng sinh chất) tác động lên thành tế bào trong tế bào được tạo ra. Lực này nhận các giá trị dương khi không bào tạo áp lực lên nguyên sinh chất và đến lượt nó, lên thành tế bào.
Khi nước rời khỏi không bào qua nguyên bào nuôi và sau đó rời khỏi tế bào thực vật, không bào bắt đầu co lại và chất chuyển hóa của tế bào bị mất, đạt được giá trị thế áp (Ψp) gần bằng 0 và thậm chí âm.
Quá trình này được gọi là quá trình plasmolysis mới bắt đầu và là quá trình tạo ra sự héo úa mà chúng ta quan sát thấy ở thực vật.
Khi cây khô héo, thế năng thẩm thấu tế bào (Ψp) của nó tăng lên, vì khi nồng độ ion kali (K +) bên trong tế bào lớn hơn nồng độ chất tan bên ngoài, nước sẽ di chuyển vào trong.
Các ion kali (K +) này chủ yếu được tìm thấy bên trong không bào và cùng với các ion dịch bào, chịu trách nhiệm tạo ra điện thế thẩm thấu (Ψp). Tonoplast có thể thẩm thấu các ion kali này nhờ một ATPase có trong cấu trúc của nó.
Duy trì độ pH
Các ATPase trong tonoplast duy trì một gradient proton không đổi giữa tế bào và bên trong không bào.
Các ATPase của màng tế bào rễ được kích hoạt bởi sự hiện diện của các ion kali (K +), các ion này đưa vào các ion kali (K +) và trục xuất proton (H +). Ngược lại, ATPase được tìm thấy trong tonoplast được kích hoạt khi có sự hiện diện của clo (Cl-) trong dịch bào.
Chúng kiểm soát nồng độ của các ion clo (Cl-) và hydro (H +) bên trong. Cả hai ATPase đều hoạt động theo kiểu "trò chơi" để kiểm soát độ pH trong dịch bào của tế bào thực vật, làm tăng hoặc giảm độ pH đến độ pH bằng 7 hoặc cao hơn trong tế bào thực vật.
Khi có nồng độ proton (H +) rất cao trong dịch bào, ATPase của màng tế bào đưa vào các ion kali (K +); trong khi ATPase của tonoplast hút các ion clo (Cl-) và hydro (H +) từ dịch bào vào không bào.
Sự tích tụ các ion
Tonoplast có một số loại máy bơm proton sơ cấp. Ngoài ra, nó có các kênh vận chuyển ion canxi (Ca +), ion hydro (H +), và các ion khác đặc trưng cho từng loài thực vật.
ATPase bơm proton (H +) vào không bào, làm cho lòng của nó có độ pH có tính axit, với các giá trị từ 2 đến 5, và mang điện tích dương. Các máy bơm này thủy phân ATP trong tế bào và thông qua lỗ rỗng, đưa proton (H +) vào lòng của không bào.
Pyrophosphatases là một loại “máy bơm” tonoplast khác cũng đưa proton (H +) vào không bào, nhưng làm như vậy thông qua quá trình thủy phân pyrophosphat (PPi). Máy bơm này là duy nhất cho thực vật và phụ thuộc vào các ion Mg ++ và K +.
Một loại ATPase khác có thể được tìm thấy trong tonoplast bơm proton vào tế bào và đưa các ion canxi (Ca ++) vào không bào. Canxi (Ca ++) được sử dụng như một chất truyền tin bên trong tế bào và lòng của không bào được sử dụng làm chất lắng đọng cho các ion này.
Có lẽ các protein phong phú nhất trong tonoplast là các kênh canxi, chúng cho phép thoát ra canxi (Ca +) do ATPase đưa vào từ màng.
Hiện nay, các máy bơm hoặc bộ vận chuyển chính kiểu ABC (từ tiếng Anh A TP-B inding C assette) có khả năng đưa các ion hữu cơ lớn vào không bào (chẳng hạn như glutathione) cũng đã được xác định.
Người giới thiệu
- Blumwald, E. (1987). Túi tonoplast như một công cụ trong nghiên cứu sự vận chuyển ion tại không bào thực vật. Physiologia Plantarum, 69 (4), 731-734.
- Dean, JV, Mohammed, LA, & Fitzpatrick, T. (2005). Sự hình thành, khu trú không bào và vận chuyển vô tuyến của các liên hợp glucose axit salicylic trong nuôi cấy huyền phù tế bào thuốc lá. Thực vật, 221 (2), 287-296.
- Gomez, L. và Chrispeels, MJ (1993). Tonoplast và các protein không bào hòa tan được nhắm mục tiêu theo các cơ chế khác nhau. Tế bào thực vật, 5 (9), 1113-1124.
- Jauh, GY, Phillips, TE và Rogers, JC (1999). Các đồng dạng protein nội tại tonoplast làm dấu hiệu cho các chức năng của không bào. The Plant Cell, 11 (10), 1867-1882.
- Liu, LH, Ludewig, U., Gassert, B., Frommer, WB, & von Wirén, N. (2003). Sự vận chuyển urê bởi các protein nội tại tonoplast được điều chỉnh bởi nitơ ở cây Arabidopsis. Sinh lý thực vật, 133 (3), 1220-1228.
- Pessarakli, M. (2014). Sổ tay sinh lý thực vật và cây trồng. CRC Nhấn.
- Taiz, L., Zeiger, E., Møller, IM, & Murphy, A. (2015). Sinh lý thực vật và sự phát triển