Taimede mineraaltoitumine (0)

8
D. Mineraaltoitumine
Kuidas on defineeritud taime toitainena vajalik mineraalelement
Taimede toitumiseks vajalik mineraalelemendina mõistetakse selliseid elemente, mida taim saab mullast ja mis on vajalikud taimede elutsükli läbimiseks, mida ükski teine element ei asenda. Vajalik element toimib raku sees ja mitte takistades/soodustades teiste elementide neeldumist.
Millised omadused peavad olema taimede toitesegul
Õiges kontsentratsioonis kõiki vajalikke toiteelemente. Normaalseks kasvuks ja arenguks on vaja 17 keemilist elementi, millede sisaldus ja omavahelised proportsioonid erinevates taimedes ja taimekudedes on küllaltki sarnased ja nende 17 elemendi ja valguse olemasolu korral taim on suuteline sünteesima kõiki ühendeid, mida ta vajab. Lisaks õige pH, sest paljude mineraalainete omastamine sõltub selle väärtusest.
Defineerige füsioloogiliselt aluseline toitesool
Selle soola vesilahusest omastatakse rohkem anioone , tulemusena lahuse pH tõus. NaNO3
Defineerige füsioloogiliselt happeline toitesool
Selle soola vesilahusest omastatakse rohkem katioone, tulemusena pH langemine . KCl
Milleks on taimedele vajalik boor
Päris täpselt pole teada. Oletatakse mõju rakuseina struktuurile. Boraatioon seob naabruses paiknevaid pektiinainete apioosi jäägid ristsidemetega.
Miks vajavad taimed kloori ioone
Fotosünteetilise vee fotolüüsi kompleksi osa. Kaaliumi transpordil õhulõhedes vastasnimelise laenguga aitab vältida tsütoplasma aluselisemaks muutumist. Stimuleerib tonoplasti prootonpumpa. (reguleerib osmootset tasakaalu)
Nimetage taimes liikuvaid toiteelemente. Kus ilmnevad selliste elementide vaegussümptoomid.
N, P, K, Mg, Cl
Vaegussümptomid ilmnevad esimesena vanematel lehtedel.
Nimetage taimes väheliikuvaid toiteelemente. Kus ilmnevad selliste elementide vaegusümptoomid
Ca, B, Fe, S, Mn, Cu, Zn
Vaegussümptomid ilmnevad nooremates lehtedes.
Taimedele vajalikud makroelemendid on C, H, N, O, P, S, Ca, Mg, K
Taimedele vajalikud mikroelemendid on Fe, Cl, Mn, Zn, Cu, B, Mo, Ni
Millises juure piirkonnas kontrollitakse ioonide sisenemist mullalahusest juure rakkudesse ja kuidas?
Kontrollkohaks on endodermi rakud , mis on ümbritsetud/vöötatud rakuseinas paiknevate suberiini sisaldavate Caspary triipudega. Nende olemasolu tõttu ei saa mullast juurde sisenenud ained edasi liikuda apoplastis, mis on suletud suberiini sisaldava veelahuse jaoks läbimatu kihiga ja peavad sisenema sümplasti st läbima rakumembraani. Läbi membraani pääsevad ioonid /ained, mille jaoks on transportvalgud ( kandjad , kanalivalgud) ja nii kontrollitaksegi millised ained/ioonid juure endodermist sügavamal paiknevate rakkude sisse ja edasi juhtsoontesse pääsevad. Paljudes taimedes on lisaks endodermile ka epidermi all paiknev hüpoderm, mis samuti kontrollib transportvalkude abil, millised ioonid juurerakkudesse pääsevad.
Defineerige membraanipotentsiaal, kuidas tekib.
Elektrilise potentsiaali erinevus membraani siseküljes (negatiivsem) ja välisküljes (positiivsem).

• Katioonide ja anioonide arvu tasakaalumatus kahel pool membraani.
  
• Vastasnimeliselt laetud ioonide erinev liikumiskiirus läbi membraani (difusioonipotentsiaal).
  
• Säiluva potentsiaali põhjuseks on pumpade ( aktiivsed transportsüsteemid, mis kasutavad ATP hüdrolüüsi energiat) funktsioneerimine membraanis.
  
• Ainete elektrokeemilise potensiaalide erinevus rakus ja rakuvälises ruumis.
  
• 
  

Nimetage membraanipotentsiaali poolt reguleeritavaid protsesse rakus ja selgitage membraanipotentsiaali osa nende toimumisel (mineraalelementide sisenemisel).
*Reguleerib kanalivalkude avatust:
1) hüperpolariseerumisel avanev kanal , mis juhib kaaliumi rakku sisse;
2) depolariseerumisel avanev kanal, mis juhib kaaliumi rakkudest välja.
*Transport kandjavalkude abil - toimub prootonite liikumapaneva jõu abil sümpordis või antipordis prootonitega. Aine liigub vastu elektrokeemilise potentsiaali gradienti, kasutades H+ sümporti membraanis. (nt anioonide sisenemisel membraanipot. väheneb.)
*Transport pumpadega - pumbad tekitavad membraanipotentsiaali, mis mõjutab ioonide liikumist kanalite avatuse/suletuse kaudu
Milline on taime rakumembraani membraanipotentsiaalide vahemik.
Vm = -60 … -200
Milline on tonoplasti membraanipotentsiaal
Vm = -10 … -20
Miks on raku membraanipotentsiaal negatiivne?
Plasmamembraani H+ ATPaas transpordib prootoneid tsütoplasmast väliskeskkonda.
K+ ioonide väljumine rakust läbi K+out kanalite.
Kui prootonpumba funktsioneerimisega on membraan hüperpolariseerunud, siis kuidas ja milliste protsesside vahendusel võiks toimuda membraani depolariseerumine?
Positiivsete ioonide sissevool läbi vastavate kanalite (Ca, Na, K).
Arvutage tasakaaluline membraanipotentsiaali väärtus kui [K+] rakus on ......mM ja väliskeskkonnas on [K+] ..... mM. R= 8,28J/K mool , T=293 K, F=96 kJ/ moolV , z = +1
E = (2.3RT)/zF*log(Cs/Cv) Nernsti potentsiaal
Membraani depolariseerumisel membraanipotentsiaali väärtus positiivsem (60 mV), membraani hüperpolariseerumisel membraanipotentsiaali väärtus negatiivsem (200 mV)
Tülakoidide membraanipotentsiaal on ligikaudu 30 mV, mitokondrite membraanipotentsiaal on ligikaudu -160 mV
Aine elektrokeemiline potentsiaal on avaldatav võrrandiga.
μ = μo + 2.3 RT log a + zFE+ PV +mgh
μo - aine standartne keemiline potentsiaal; a - aine kontsentratsioon (aktiivsus);
E - aine elektriline potentsiaal; R - gaasikonstant (8.3 J mool-1 K-1);
F - Faraday konstant (96 kJ V-1 mool-1); V- aine partsiaalne molaarne ruumala;
m - moolmass; g - raskuskiirendus , h – kõrgus, z - iooni laeng
Elektrokeemilise potentsiaali ühikuks on J mool-1.
Patch - clamp meetodi resultaatide graafilisel kujutamisel on X teljel membraanipotentsiaal (mV) ja Y teljel voolutugevus (kui oalju ioone membraani läbib, pA)
Kuidas eristatakse patch-clamp meetodi resultaatide graafilisel kujutamisel + laenguga ioonide sisenemist ja väljumist?
Katioonide sisenemine negatiivne ja väljumine positiivne.
Kuidas eristatakse patch-clamp meetodi resultaatide graafilisel kujutamisel - laenguga ioonide sisenemist ja väljumist?
Anioonide sisenemine negatiivne ja väljumine positiivne.
Kujutage graafiliselt õhulõhede K+ sisenemise kanalite avatuse sõltuvust membraanipotentsiaalist.
Kujutage graafiliselt õhulõhede Cl- väljumise kanalite avatuse sõltuvust membraanipotentsiaalist
Nimetage kaks tegurit mis mõjutavad kanalivalkude avatust

• membraani potentsiaal
  
• keemiline signaal (fosforüülimine)
  

Kuidas on defineeritud elektrogeenne transport.
Elektrilist potentsiaali tekitavat transporti nimetatakse elektrogeenseks transpordiks .
(Prootonpump ei transpordi samaaegselt prootonitega sama hulka negatiivseid laenguid rakust välja (või positiivseid laenguid rakku sisse) ja genereerib seetõttu membraanide elektrilise potentsiaali.)
Millise valemiga on avaldatav kandjavalkude transpordi kiirus?
Kandjavalkude transpordi kiirus on avaldatav ensüüm reaktsiooni kineetika valemiga.
Michaelis- Menteni võrrandiga
VMAX - transpordi maksimaalne kiirus (kõik kandja molekulid on seotud transporditava aine molekulidega (ioonidega);
[S]- transporditava aine kontsentratsioon;
KM - Michaelise konstant (aine kontsentratsioon, mille juures transpordi kiirus on pool maksimaalsest).
Selgitage mõisteid kotransport, sümport, antiport. Millised ained liiguvad rakkudesse kotranspordi vahendusel. Milline on tavaliselt taimedes kotranspordil kasutatavaks iooniks. Miks?
Kotranspordiks nimetatakse kahe erineva molekuli (iooni) üheaegset transporti ühe kandjavalgu vahendusel, kus prootonite liikumapaneva jõu energiat kasutatakse ainete transpordiks vastu elektrokeemilist gradienti
Eristatakse kahte tüüpi kotransporti:
1) sümport - mõlemad ained liiguvad ühes suunas;
2) antiport - transporditavad ained liiguvad vastassuundades.
*Seda tüüpi transport on oluline laenguta molekulide absorbeerimisel, samuti anioonide neeldumisel. [Prootonitega sümport nitraadi , kaaliumi, sulfaadi ioonidele ning ka aminohapetele, sahharoosile ja heksoosidele.]
*Iooniks kasutatakse prootonit, kuna seda on hulganisti H+-ATPaasi vahendusel välja transporditud ja kasutataksegi seda kotranspordis.
Defineerige sekundaaraktiivne transport. Millised ained liiguvad taimerakkudesse sekundaaraktiivse transpordi vahendusel
Sekundaaraktiivne transport ei kasuta otseselt ATP energiat, et aineid transportida, vaid elektrokeemiliste potentsiaalide erinevust.
Nt Glükoosi transporditakse niimoodi rakku koos Na ioonidega.
[*Seda tüüpi transport on oluline laenguta molekulide absorbeerimisel, samuti anioonide neeldumisel. Prootonitega sümport nitraadi, kaaliumi, sulfaadi ioonidele ning ka aminohapetele, sahharoosile ja heksoosidele.]
Milline transportvalk tagab floeemi laadimise sahharoosiga apoplastist ja kuidas?
Transportvalk (kandjavalk), mis transportib glükoosi sümpordis prootonitega.
[ Sahharoos väljub apoplasti alles bundle sheet rakkudest (mitte mesofülli rakkudest) ja liigub saaterakkudesse sümpordis prootonitega. ]
Millised faktid tõestavad sahhariidide sisenemist rakkudesse apoplastist sümpordis prootonitega?
Seda tõestab floeemi isoleeritus mesofüllirakkudest ja negatiivsem osmootne potentsiaal, samuti juhtsoonte võime adsorbeerida sahharoosi apoplastist. Seda tüüpi laadimine esineb enamikul põllumajanduslikest kõrrelistest.
Nimetage pump , mis ei kasuta ainete transpordil ATP hüdrolüüsi
pürofofataas H+ PPi- aas (aktiivne kui taim on stressi tingimustes ja ATP hüdrolüüsi energia saamine on pärsitud)
Nimetage rakumembraani ja tonoplasti H+-ATPaaside peamised erinevused
*Tonoplasti omal ühe ATP hüdrolüüsil kahe H+ transport, rakumembraani omal ühe.
*Tonoplasti struktuuriks 400-500 kD, rakumembraani omal 2x100 kD
*pH optimum on tonoplasti omal 7,5, rakumembraanil 6,5.
*Aktivaatoriteks on tonoplastil anioonid , rakumembraanil katioonid.
*Tonoplasti oma transpordib prootoneid tsütoplasmast vakuooli , rakumembraani oma aga tsütoplasmast väliskeskkonda.
Kirjeldage tonoplasti H+ATPaasi funktsioneerimist. Millised ained liiguvad vakuooli selle pumba tekitatud gradiendi arvel? Miks on ainete/ioonide liikumine vakuooli taimede jaoks oluline?
Tonoplasti prootonpunp ehk v – ATPaas transpordib prootoneid tsütoplasmast vakuooli. Aktiveerijaks on anioonid (nt Cl), ühe ATP hüdrolüüsil toimub kahe H+ transport, inhibiitoriks on bafülomütsiin A. Ainete/ioonide liikumisel on oluline tähtsus taimede veevahetuses, sest selle vahendusel toimub osmootselt aktiivsete ainete transport vakuooli ja väheneb raku veepotentsiaal.
Nimetage rakumembraani ja tonoplasti H+-ATPaaside sarnased omadused
*Energiat saadakse ATP hüdrolüüsist.
*Teostavad primaarset aktiivtransporti.
*Transpordi kiirus on aeglane.
*Välja pumbatud prootoneid kasutatakse kotranspordis.
Põhjendage kuidas rakumembraani H+-ATPaas soodustab katioonide neeldumist rakkudesse
H+ -ATPaas transpordib prootoneid tsütoplasmast väliskeskkonda, luues pH gradiendi ja negatiivse membraanipotentsiaali, milles peituv energiahulk on avaldatav nn. prootonite liikumapaneva jõu (p=pmf) valemiga. Taimede rakkude membraanid sisaldavad spetsiaalseid kandjavalke, mis lubavad prootonitel difundeeruda tagasi rakku kui nad liiguvad koos teise aine molekuli või iooniga . Sellisel viisil prootonite liikumapaneva jõu energia kasutatakse ainete transpordiks vastu elektrokeemilist gradienti nn. kotranspordi protsessis.
Põhjendage kuidas rakumembraani H+-ATPaas soodustab anioonide neeldumist rakkudesse
Anioone tõukab negatiivne membraanipotentsiaal eemale.
Mis on Ca++-ATPaasi funktsiooniks rakkudes? Millistes membraanides Ca++-ATPaas paikneb?
Kaltsiumipumpade funktsiooniks on tsütoplasmas madala kaltsiumi kontsentratsiooni tagamine. Paikneb plasmalemmis ja endoplasmaatilise võrgustiku membraanis.
Iseloomustage ABC tüüpi transportvalke ja nimetage mõni esindaja
Koosnevad kahest või neljast subühikust.Neil on 2 membraanis paiknevad domääni ja kaks tsütosoolis paiknevat ATP-d siduvat ja hüdrolüüsivat domääni. Tuntud u 100 esindajat. Transpordivad nt antotsüaniini ja toksilisi ühendeid. Väga heterogeenne perekond.
Millised taime poolt sekreteeritavad ühendid on vajalikud mügarbakterite NOD geenide ekspresseerumiseks?
Taime juurtest vabanevad atraktiivsed signaalained (tavaliselt flavonoidid ), mis stimuleerivad mullas elavate bakterite nn. nod geenide ekspressiooni.
Kirjutage õhulämmastiku assimileerimise üldvalem mügarbakterites
N2 + 16ATP + 8e- + 8H+ --> 2NH3 + 16ADP + 16P + H2
Seda reaktsiooni viib läbi nitrogenaasne kompleks . Kk peab olema anaeroobne. Elektronide doonoriks on ferrodoksiin. Bakterid saavad taimedelt vastu malaati
Milline on Nod faktorite struktuur. Milleks on Nod faktorid vajalikud
Osa nod faktoritest on universaalsed kõikide taim- bakter kombinatsioonide jaoks (kodeerivad mitmesuguseid rakumembraanide transportvalke), osa nod faktoritest määravad kombineerumise spetsiifilisuse.
Nod faktorid tuntakse taime retseptorkinaaside vahendusel ja põhjustavad ka taimede juurekarvade anatoomilisi ja keemilise koostise muutusi.Nende toimel indutseeritakse mügarate teke.
Kirjeldage nitrogenaasse kompleksi ehitust mügarbakterites ja elektronide liikumise rada selles. Mis on elektronide doonoriks, millised on vaheülekandjad ja milline ühend on elektronide aktseptoriks.
Nitrogenaasne kompleks koosneb kahest erinevast valgust
1. nn. Fe – valk
Kahest identsest subühikust koosnev 30 kD Fe- valk sisaldab ühe raud-väävel (4Fe - 4S) tsentri mis osaleb e- ülekandes. Fe-valgu katalüütiline aktiivsus pärssub hapnikku sisaldavas keskkonnas. Elektronide doonoriks Fe-valgule on NAD(P)H ja ferredoksiin (Fd). Et ensüüm oleks võimeline oksüdeerima Fd, peab ta olema seotud ATP-ga.
2. MoFe-valk. Koosneb kahest a ja kahest b subühikust. MoFe valk sisaldab 2 Mo aatomit (Mo-Fe-S tsentris ) ja 30 Fe-S tsentrit. Ka see valk inaktiveerub hapnikku sisaldavas keskkonnas.
e- liiguvad kõigepealt Fe-valgule ja siis MoFe valgu vahendusel õhulämmastikule ammoniaagi tekkega. Ühe lämmastiku molekuli redutseerimine nõuab lisaks 16 molekuli ATPd.
Kuidas tagatakse anaeroobne keskkond nitrogenaasse kompleksi funktsioneerimisel, miks see on vajalik?
Mügarat ümbritseb difusioonibarjäär (kest). Kõrge leghemoglobiini kontsentratsioon.
O2 võtab e- enda peale,sest O2 on parim e- aktseptor.
Millisel kujul on omastavad taimed mullast lämmastikku?
Taimed võivad mullast lämmastikku omastada nii ammooniumi- kui ka nitraatioonina.
Kirjutage nitraadi reduktaasi molekulis esinev elektronide transpordiahela struktuur. Mis on elektronide doonoriks?
Nitraadireduktaas koosneb kahest identsest subühikust molekulmassiga a 100-120 kD. Mõlemad subühikud sisaldavad FAD, heemi ja Mo aatomi. Seega NAD(P)H-lt tulevad elektronid liiguvad ensüümi pinnal elektronide transpordi ahelas FAD- heem -Mo ja molübdeenilt nitraatioonile nitriti tekkega. Elektronide liikumine toimub negatiivsema redokspotentsiaaliga ühenditelt positiivsema redokspotentsiaaliga ühendite suunas ja meenutab mitokondriaalset elektronide transpordi ahelat .
Kirjutage nitraadireduktaasi poolt katalüüsitava reaktsiooni üldvõrrand
NO3- + NAD(P)H + H+ --> NO2- + NAD(P)+ + H2O
Kirjutage nitritireduktaasi poolt katalüüsitava reaktsiooni üldvõrrand
Nitriti reduktaas viib läbi nitriti redutseerimist ammoniaagiks. See toimub kloroplastis või muudes plastiidides, sest nt kloroplastis on redutseerimiseks vajalikud elektronid.
NO2 + 6e- + 8H+ --> NH4+ + 2H2O
Nimetage peamised lämmastiku transportvormid (ühendid) juurtest pealmaaosadesse
Ammoniaak , glutamiin, glutamaat
Nimetage Eestis kasvavaid putuktoidulisi taimi. Millisel kujul saavad taimed lämmastikku putukatest?
Huulheinad, võipätakas, vesihernes
Saavad aminohapete kujul.
Nimetage 5 väävlit sisaldavat ühendit taimedes
Metioniin , tsüsteiin , biotiin, CoA, gluteniin
Kirjutage sulfaatiooni assimileerimise üldvalem taimedes. Mitu elektroni on vajalik?
O42- + ATP + 8e- + 8H+ --> S2- + 4H2O + AMP + PPS
Milline on esimene stabiilne ühend sulfaatiooni assimileerimisel
Aminohape tsüsteiin on väävli assimileerimise esimene stabiilne produkt .
Miks väävli defitsiidis kasvanud nisu teristest ei saa heade küpsetusomadustega jahu?
Väävlit sisaldavad aminohapped metioniin ja tsüsteiin on väga olulised nisu küpsetusomaduste seisukohalt, kuna mõjutavad kleepvalgu kvaliteeti.