Een kenmerk van plantencellen is de aanwezigheid in hun protoplasten van speciale vloeistofreservoirs - vacuolen met celsap. Omdat de inhoud chemisch verschilt van de samenstelling van het hyaloplasma, passeert een membraangrens ertussen, de tonoplast genaamd. Dit omhulsel dat de vacuole omgeeft, vervult vele functies: van het behouden van de vorm van de organoïde zelf tot het reguleren van de toestand van de hele cel.
De term is gebaseerd op twee Griekse woorden: tonos (spanning) en plastos (gebeeldhouwd).
Definitie van begrip
Kortom, de tonoplast is het membraan van de vacuole dat de inhoud scheidt van de protoplast van de plantencel. Volgens de kenmerken van de topografie wordt deze structuur endomembraan genoemd. In volwassen cellen, waarin zich één grote (centrale) vacuole bevindt, wordt de tonoplast de binnenrand van de protoplast (het plasmalemma dient als de buitenste). Het cytoplasma bevindt zich dus tussen twee membranen.
Met andere woorden, de tonoplast is een barrière tussen de twee belangrijkste compartimenten van een plantencel: de protoplast en het celsap, waarvan de interactie de vitale activiteit reguleert.
Algemene kenmerken en betekenis van de tonoplast
De inhoud van de vacuole speelt een grote rol voor de plantencel. Verschillende verbindingen die nodig zijn voor het functioneren van de plant (eiwitten, zouten, pigmenten, mineralen, voedingsstoffen), en soms afbraakproducten, kunnen zich hier ophopen. De vacuolaire vloeistof vormt een speciale intracellulaire omgeving met een geconcentreerd geh alte aan verschillende verbindingen.
De structuur en functies van de tonoplast zijn enigszins vergelijkbaar met het plasmalemma. Als deze laatste echter dient als de grens van de interactie van de cel met de externe omgeving, dan is het vacuolaire membraan verantwoordelijk voor de materiële uitwisseling tussen het cytoplasma en het celsap. Door deze interactie worden geregeld:
- chemische samenstelling van hyaloplasma en vacuole;
- processen van opslag of juist het vrijkomen van nutriënten en andere stoffen;
- concentratie van ionen in de protoplast;
- osmotische kenmerken;
- turgor.
Het is vaak te wijten aan de centrale vacuole dat turgordruk optreedt, die wordt gecreëerd door de instroom van een grote hoeveelheid water erin. Dit effect zorgt voor de elasticiteit en vorm van de plantencel.
Omdat alle functies van de vacuole verband houden met het binnenkomen en verlaten van verschillende stoffen, kunnen we zeggen dat de tonoplast de sleutelstructuur is van deze organoïde, omdat deze zich inalle transportsystemen zijn daar gelokaliseerd.
Tonoplast structuur
De structuur van het vacuolaire membraan werd bestudeerd met behulp van infraroodspectroscopie. De laatste toonde aan dat de tonoplast een lipide dubbellaag is waarin verschillende eiwitten zijn geïntegreerd. Dat wil zeggen, in algemene termen lijkt de structuur op een typisch plasmalemma, maar op een subtieler niveau vertonen deze membranen veel verschillen.
Tonoplast-lipiden worden gekenmerkt door een geordende rangschikking met een overwicht van polaire moleculen, wat zorgt voor een hoge elasticiteit en vloeistofeigenschappen. Het membraan bevat alfa-tocoferol, dat de antioxidantactiviteit bepa alt.
Op de onderstaande foto: 1 - mesoplasma; 2 - tonoplast; 3 - vacuole.
Eiwitten die in de tonoplast zijn geïntegreerd, hebben verschillende gradaties van onderdompeling. De binding tussen hen en lipidemoleculen is nogal zwak. De ruimtelijke structuur van vacuolaire membraaneiwitten heeft een hoog geh alte aan alfa-helix-motieven (tot 56%).
Het oppervlak van de tonoplast is doordrongen van poriën en moleculaire transportsystemen die zorgen voor selectieve penetratie van stoffen van de protoplast in de vacuole en terug. Dragerkanalen worden gevormd door verschillende eiwitten die in de lipidelaag zijn geïntegreerd, waaronder porines.
Tonoplast-functies
Tonoplast vervult de volgende functies:
- isolating - begrenst de inhoud van de vacuole van de protoplast en vice versa;
- protective - zorgt voor de integriteit van de organoïde, bepa alt de veiligheidprotoplast (vermenging van de inhoud van de vacuole met hyaloplasma zou het functioneren van de cel verstoren);
- osmotisch - door de regulering van het ionentransport worden aan beide zijden van het membraan bepaalde concentratiegradiënten van stoffen tot stand gebracht;
- transmembraan - zorgt voor selectieve overdracht van verschillende verbindingen tussen de vacuolaire inhoud en de protoplast.
In feite is het de tonoplast die de chemische samenstelling van het celsap van de vacuole regelt en het gebruik van de inhoud ervan voor cellulaire behoeften. Natuurlijk werken de transportkanalen van het membraan niet autonoom, maar zijn ze verbonden met de biochemische regelsystemen van de protoplast.
