Cechą komórek roślinnych jest obecność w ich protoplastach specjalnych zbiorników cieczy - wakuoli z sokiem komórkowym. Ponieważ jego zawartość różni się chemicznie od składu hialoplazmy, między nimi przechodzi granica błony, zwana tonoplastem. Ta otoczka otaczająca wakuolę spełnia wiele funkcji: od utrzymania kształtu samego organoidu po regulację stanu całej komórki.
Termin opiera się na dwóch greckich słowach: tonos (napięcie) i plastos (rzeźbiony).
Definicja pojęcia
W skrócie, tonoplast to błona wakuoli, która oddziela jej zawartość od protoplastu komórki roślinnej. Zgodnie z cechami topografii struktura ta nazywana jest endomembraną. W dojrzałych komórkach, w których znajduje się jedna duża (centralna) wakuola, tonoplast staje się wewnętrzną granicą protoplastu (jako zewnętrzna plazmalemma). Zatem cytoplazma znajduje się między dwiema błonami.
Innymi słowy, tonoplast stanowi barierę pomiędzy dwoma najważniejszymi przedziałami komórki roślinnej: protoplastem i sokiem komórkowym, których interakcja reguluje jej aktywność życiową.
Ogólna charakterystyka i znaczenie tonoplastu
Zawartość wakuoli odgrywa ogromną rolę dla komórki roślinnej. Mogą się tu gromadzić różne związki niezbędne do funkcjonowania rośliny (białka, sole, barwniki, minerały, składniki odżywcze), a czasem produkty degradacji. Płyn wakuolowy tworzy specjalne środowisko wewnątrzkomórkowe o skoncentrowanej zawartości różnych związków.
Struktura i funkcje tonoplastu są nieco podobne do plazmlemmy. Jeśli jednak ta ostatnia służy jako granica interakcji komórki ze środowiskiem zewnętrznym, to błona wakuolowa odpowiada za wymianę materiału między cytoplazmą a sokiem komórkowym. W związku z tą interakcją są regulowane:
- skład chemiczny hialoplazmy i wakuoli;
- procesy przechowywania lub odwrotnie, uwalnianie składników odżywczych i innych substancji;
- koncentracja jonów w protoplastach;
- cechy osmotyczne;
- turgor.
Często z powodu centralnej wakuoli powstaje ciśnienie turgorowe, które powstaje w wyniku napływu do niej dużej ilości wody. Efekt ten zapewnia elastyczność i kształt komórki roślinnej.
Ponieważ wszystkie funkcje wakuoli są związane z wchodzeniem i wychodzeniem z niej różnych substancji, możemy powiedzieć, że tonoplast jest kluczową strukturą tego organoidu, ponieważ znajduje się wwszystkie systemy transportowe są tam zlokalizowane.
Struktura Tonoplastu
Strukturę membrany wakuolowej badano za pomocą spektroskopii w podczerwieni. Ten ostatni wykazał, że tonoplast jest dwuwarstwą lipidową, w którą zintegrowane są różne białka. To znaczy, ogólnie rzecz biorąc, struktura przypomina typową plazmalemę, ale na bardziej subtelnym poziomie te membrany mają wiele różnic.
Tonoplast Lipidy charakteryzują się uporządkowanym układem z przewagą cząsteczek polarnych, co zapewnia wysoką elastyczność i płynność. Membrana zawiera alfa-tokoferol, który warunkuje aktywność antyoksydacyjną.
Na zdjęciu poniżej: 1 - mezoplazma; 2 - tonoplast; 3 - wakuola.
Białka zintegrowane z tonoplastem mają różne stopnie zanurzenia. Wiązanie między nimi a cząsteczkami lipidów jest raczej słabe. Przestrzenna struktura białek błonowych wakuolarnych charakteryzuje się dużą zawartością motywów alfa-helikalnych (do 56%).
Powierzchnia tonoplastu jest przesiąknięta porami i systemami transportu molekularnego, które zapewniają selektywną penetrację substancji z protoplastu do wakuoli iz powrotem. Kanały nośne są tworzone przez różne białka zintegrowane z warstwą lipidową, w tym poryny.
Funkcje Tonoplastu
Tonoplast pełni następujące funkcje:
- izolacja - oddziela zawartość wakuoli od protoplastu i odwrotnie;
- ochronny - zapewnia integralność organoidu, warunkuje bezpieczeństwoprotoplast (zmieszanie zawartości wakuoli z hialoplazmą zakłóciłoby funkcjonowanie komórki);
- osmotyczne - dzięki regulacji transportu jonów, po obu stronach membrany ustalają się pewne gradienty stężeń substancji;
- transmembranowy - zapewnia selektywne przenoszenie różnych związków między zawartością wakuoli a protoplastem.
W rzeczywistości to tonoplast kontroluje skład chemiczny soku komórkowego wakuoli i wykorzystanie jego zawartości na potrzeby komórek. Oczywiście kanały transportowe błony nie działają autonomicznie, ale są połączone z biochemicznymi systemami regulacyjnymi protoplastu.
