miércoles, 23 de noviembre de 2016

La incorporación de potasio en las plantas



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El potasio es el catión más abundante que se ha detectado en plantas. Esto se debe a que, una de sus funciones, es ser el principal ion osmótico que utilizan las células para crecer; responsable del mantenimiento de la presión de turgencia; responsable de mantener el potencial de membrana; cofactor de numerosos enzimas citoplasmáticas para mantener el metabolismo activo.

Plantas, potasio y biologia

Cuando se produce deficiencia de K+ disminuye el crecimiento notablemente, existe una redistribución de este ion desde las hojas más viejas a las más jóvenes, disminuye la fotosíntesis, disminuye el contenido de agua, disminuye el transporte de sacarosa en el floema, etc.

Normalmente el potasio se encuentra en gran concentración en el interior de la planta, por lo que normalmente se transporta en la misma a través de canales. Pero en la raíz, que está en contacto con el suelo y es donde puede existir poca cantidad de K+ y donde existen transportadores.

El transporte de potasio presenta también una doble cinética, al igual que el nitrógeno, una de alta afinidad y otra de baja afinidad. El transporte de alta afinidad presenta una cinética de saturación y presenta una Km que va desde 13 a 130 µM. Este es un transporte dependiente de protones y pertenecen, en plantas, a la familia HAK.

El transporte de baja afinidad funcionaria en concentraciones superiores a 1mM, con una Km más alta y una cinética lineal, a diferencia de la de alta afinidad. En este caso el transporte se produce a través de canales, de tipo pasivo. Son los canales AKT y son específicos de potasio. Pero existen otros canales inespecíficos que también pueden transportar K+. En ambos casos, el transporte se da cuando la concentración exterior es muy alta.

En la membrana plasmática de las células epidérmicas encontramos a HAK5, funcionando acoplado a protones. El canal que está presente en las células radiculares es AKT1, transportando potasio por transporte pasivo. El potasio puede atravesar la membrana a través de un canal inespecífico.

HAK5 es inhibido por amonio, compuesto que no inhibe a AKT1. Por otro lado, AKT1 es inhibido por bario, pero este no afecta a HAK5. Los canales inespecíficos funcionan en concentraciones de 1-10 mM.

HAK5 funciona en concentraciones que van desde 1nM hasta 10 nM. AKT1, por su parte, funciona en concentraciones que van desde el orden micromolar hasta el orden milimolar.

Cuando existe poco potasio en el exterior de la célula, como son canales, disminuirá la concentración en el interior de la célula. Cuando esto ocurre se da una hiperpolarización de la célula, lo que hace que el potasio vuelva a entrar al interior de la célula.

- Regulación de la incorporación de potasio


Cuando la concentración de potasio es baja en el suelo se induce la expresión de transportadores de alta afinidad. Existe un control transcripcional y un control post-transcripcional. Se ha demostrado que cuando hay una concentración muy baja de K+ aumenta la expresión de HAK5 junto con un aumento de actividad de AKT1 (la expresión de AKT1 es constitutiva). El aumento de la expresión de HAK5 es un control transcripcional, mientras que el aumento de actividad de AKT1 es post-transcripcional.

Cuando la concentración de potasio es baja en el exterior se induce la fosforilación de AKT1 por una quinasa, activándose. Sin embargo, cuando hay mucho potasio se produce su desfosforilación y el canal se inactiva (aunque sigue permitiendo entrada). Con esto se deduce que cuando hay poco potasio el canal se encuentra muy activo, permitiendo que pase el poco potasio del exterior a través de transporte pasivo.

Otra de las cosas que se produce en deficiencia de potasio es que se produce la activación de la bomba de protones, saliendo más protones fuera y produciéndose una hiperpolarización de la membrana. Con esto el interior se hace más negativo, aumentando la fuerza ion-motriz del potasio e impulsando su carga. Además de esto, también se favorece la entrada a través de los transportadores HAK5 ya que funcionan acoplados a HAK5.

Además de todo esto, se da un aumento en la síntesis de etileno síntoma del estado de estrés de la planta. Este etileno se acumula a nivel de raíz, siendo responsable del aumento de expresión del HAK5.

Pero además va a influir en la arquitectura de la raíz, inhibiéndose el crecimiento de la raíz primaria y de las raíces laterales, aunque potenciando el desarrollo de pelos radiculares (aumentando la superficie de absorción).

- Relación del potasio con el amonio


Como hemos dicho anteriormente, el amonio presenta una serie de similitudes con el K+, como su tamaño, su energía de activación y la carga. Todo esto implica que pueda utilizar los transportadores específicos para K+, pudiendo interferir en su transporte.

Al interferir en el transporte de azufre este disminuye, ya que no se puede incorporar el 100% de este nutriente, resultando en ocasiones en un problema en el crecimiento de la planta y diversos procesos más. Aun así, si las concentraciones de K+ son demasiado altas es posible que este amonio ayude a disminuir los efectos tóxicos de dicho nutriente.

No obstante, puede ocurrir lo contrario y el K+ utilice los transportadores de amonio e inhiba ligeramente su transporte. Esto se utiliza para evitar el efecto tóxico de las grandes cantidades de amonio, al igual que ocurre invirtiendo los papeles.

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Artículo redactado por Pablo Rodríguez Ortíz, estudiante de Biología en la Universidad de Málaga.