PLANTENFYSIOLOGIE
1. DE PLANTENCEL
1.1. VERKLAAR VOLGENDE PLANTEN STRUCTUREN ZEER GEDETAILLEERD :
PLASMODESMATA, STOMATA, PLASTIDEN EN VACUOLE(TONOPLAST)
PLASMODESMATA
Tubulaire extensies van de plasmamembraan, die door celwand heen lopen en het cytoplasma van
naburige cellen verbinden. Het cytoplasma vormt zo een ‘geheel’, symplast genoemd. Zeer
belangrijk voor cel-cel communicatie. Er zijn 2 types plasmodesmata. De primaire plasmodesmata
ontstaan tijdens cytokinese bij de fusie van Golgivesikels, ter hoogte van de celplaat. Doorheen de
poriën van de celplaat steken overblijfselen van de spoelfiguur en verhinderen fusie van vesikels. De
afzetting van celwandmateriaal veroorzaakt de verdikking van de primaire wand waarbij kanalen
openblijven afgelijnd met een membraan. De primaire plasmodesmata verbinden dus de cellen die
door de deling van elkaar zijn afgeleid. Secundaire plasmodesmata ontstaan tussen cellen nadat
celwand al gevormd is, door uitstulping van plasmamembraan of door vertakking van primaire
plasmodesmata. Ze verbinden cellen die niet door ‘klonen’ van elkaar zijn afgeleid. Plasmodesmata
bevat een dunne buis van ER (desmotubulus), continu met ER. Symplast verbindt cytosol van
naburige cellen en inhoud van ER. Transport van macromoleculen in cytoplasmatische mouw, die is
aan plasmamembraan en desmotubulus afgelijnd met globulaire eiwitten, gerangschikt in helices en
verbonden door spaakachtige extensies waardoor de mauw wordt verdeeld in microkanalen die de
grote bepalen voor de macromoleculen.
PLASTIDEN
Plastiden zijn een groep van organellen waaronder chromoplasten (= plastiden met pigment),
leukoplasten (= plastiden zonder pigment) en chromoplasten. Soorten plastiden kunnen in elkaar
worden omgezet en vervullen verschillende functies.
Chloroplasten zijn organellen met een dubbele membraan (binnen en buiten). Zij hebben eveneens
nog een 3e membraansysteem, wat het thylakoïde membraan wordt genoemd. Grana zijn dan
stapeltjes van deze thylakoïden. Deze grana worden verbonden door stroma lamellen. Het thylakoïde
membraan bevat ATP synthetasen die door verplaatsing van elektronen een proton gradiënt
opbouwen en zo ATP aanmaken. Chloroplasten bezitten hun eigen DNA en de machinerie voor de
synthese van eiwitten. Dit komt door het proces endosymbiose, dat wil zeggen dat het organel
ontwikkeld is uit endosymbiotische micro-organismen. Het DNA van de chloroplast codeert voor
rRNA, tRNA, rubisco grote subeenheid. In de stroma van de chloroplast bevinden zich circulaire
chromosomen en zijn polyploïd (= meerdere kopieën van het circulaire chromosoom) in
gedifferentieerde cellen.
In meristeemcellen vinden we proplastiden (= zonder chlorofyl, membraan, fotosynthesemachine).
Deze zullen evolueren tot chloroplasten indien de cellen belicht worden of tot etioplast indien de
plant niet belicht wordt. Etioplasten hebben prolamellaire lichaampjes (= semi-kristallijne tubulaire
structuren) en protochlorofyllide, wat een geel/ groen precursor pigment is.
Het behoud van de chloroplast is lichtafhankelijk. Zij kunnen (de)differentiëren. Chloroplasten
kunnen omgezet worden in chromoplasten (bv. herfst bladeren). Maar ook etioplasten of
amyloplasten kunnen differentiëren tot chloroplasten bij belichting.
VACUOLE MET TONOPLAST
,Volwassen plantencellen bevatten doorgaans een grote, met water (+ enzymen, suikers en
secundaire metabolieten = verdediging plant) gevulde centrale vacuole. Elke vacuole wordt omgeven
door een membraan, de tonoplast, de transporteiwitten controleren de flux van ionen en organische
moleculen doorheen de tonoplast. De osmotische opname van water in de vacuole wordt mogelijk
gemaakt door actief transport van moleculen door de tonoplast. De turgordruk die ontstaat door de
wateropname is essentieel voor cel expansie, en voor de structurele rigiditeit die planten zonder
houdachtige celwanden rechtop houdt. Het zijn grote lytische compartimenten met hydrolytische
enzymen. Tijdens de senescentie van plantencellen komen deze enzymen vrij in het cytoplasma en
ondersteunen de recyclage van belangrijke moleculen voor het nog levende deel van de plant.
Eiwitlichaampjes zijn vacuolen die gespecialiseerd zijn in de opslag van eiwitten en komen veelvuldig
voor in zaden. De hydrolytische enzymen voor de afbraak van deze eiwitten zitten opgeslagen in de
lytische vacuolen, die versmelten met de eiwitlichaampjes om de afbraak te initiëren.
1.2. PLANT SPECIFIEKE ORGANELLEN
Een plantencel heeft een celwand, het is een rigide structuur opgebouwd uit cellulose microfibrillen.
De celwand verhindert migratie van cellen tijdens de embryogenese, doordat naburige cellen stevig
aan elkaar verbonden zijn door de middenlamella. De primaire celwand is dun en komt voor bij jonge
groeiende planten. De secundaire celwand ontstaat door afzetting van celwandmateriaal na celgroei.
Liginine zorgt voor versteviging. De cellulose fibrillen worden gesynthetiseerd door een cellulose
synthase complex. Aan het golgi-apparaat gaat materiaal secreteren en fusioneren aan de celwand.
Dierlijke cellen hebben geen celwand. Vervolgens hebben plantencellen een vacuole (zie uitleg vorige
vraag). In een plantencel zijn plastiden aanwezig (zie ook hierboven). De plantencel heeft ook
bepaalde sferische organellen genaamd microbodies. Een voorbeeld daarvan zijn peroxisomen, die
komen voor in fotosynthetische cellen en gaan organische moleculen oxideren (lipiden afbreken, ter
vorming van peroxide): RH2 + O2 -> R + H2O2. Catalase breekt peroxide af: H2O2 -> H2O + ½O2. Een
ander voorbeeld van microbodies zijn glycosomen, het zijn olierijke zaden die lipiden afbreken en
organische zuren maken (via de glyoxylaat cyclus). Plasmodesmata (zie hierboven).
1.3. TERMEN
Endosperm: Een verzamelnaam voor het weefsel in zaden. Het bevat veel reservestoffen voor
energie en de groei via ontwikkeling van structuren.
Plasmodesmata: Verbindingen tussen zustercellen doorheen de celwand, draagt bij aan controle van
de stoffen
- Primair: poriën in de celplaat die ontstaan tijdens de deling
- Secundair: nieuwe cel-cel verbindingen door afbraak van de celwand
- Doorlaatbaarheid van plasmodesmata lijkt reguleerbaar, waardoor virussen niet zomaar hun
vrije gang kunnen gaan
- Complexe interne structuur
o Desmotubulus: buis van ER door de porie, verbinding tussen cytoplasma en ER
o Cytoplasmatische mouw: Ruimte tussen desmotubulus en plasmamembraan
Plantenweefsels: Er zijn drie grote groepen weefsels in een plant.
Dermaal weefsel: Oppervlaktecellen, ze vormen de epidermis. Deze laag bevat vaak klieren met
secundaire metabolieten die kunnen breken bij aanraking. Dit is een vorm van bescherming.
Grondweefsel: Hieruit bestaat het grootste deel van de plant. Collenchym, sklerenchym, vezels,
parenchym. Deze eerste drie zijn verdikte/verharde cellen die zorgen voor een steunstructuur.
,Vasculair weefsel: xyleem en floëem, staan in voor het transport van weefsels. Xyleem bestaat uit
afgestorven cellen en staat voornamelijk in voor het watertransport omhoog in de plant. Floëem
bestaat uit levende cellen en zorgt voor het transport van nutriënten in de plant naar de nodige
delen, dit transport is niet in slechts 1 richting. Floëem bevat zeefplaten (ter bescherming) die bij
infectie of gevaar kunnen sluiten waardoor een deel van de vaatbundel wordt afgeschermd zodat de
infectie zich niet over heel de plant verspreidt.
Cellulose synthase: Dit enzym staat in voor de synthese van cellulose microfibrillen. Het bindt
sucrosemoleculen covalent aan elkaar, ook deze polymeren worden aan elkaar gebonden. De
fibrillen van de celwand zijn in de verschillende lagen anders georiënteerd. De vorming van de
fibrillen is geassocieerd met microtubili. Door continue afbraak en opbouw van de microtubili zullen
ze een andere orientatie krijgen en zullen dus ook de fibrillen volgens een andere oriëntatie
aangemaakt worden. Bij de polymerisatie van de sucrosemoleculen wordt UDP van het
synthasecomplex tot UDPG gevormd. UDGP kan door de werking van sucrose synthase die fructose
splitst in sucrose-eenheden opnieuw omgevormd worden tot UDP.
Etioplast: een plastide die in het donker gevormd wordt en ongekleurd is. Ze bevatten prolamellaire
lichaampjes. Bij licht wordt de etioplast omgevormd tot een chloroplast. Een chloroplast absorbeert
blauw en rood licht, deze gecapteerde energie wordt in de fotosynthese gebruikt.
2. WATER EN DE PLANTENCEL
2.1. LEG UIT WAT EEN WATERPOTENTIAAL IS EN BESPREEK DE HOFFLERDIAGRAM
WATERPOTENTIAAL (TERM)
= chemische potentiaal/ molale volume van water.
= maat voor de capaciteit (of vrije energie van water per eenheid volume) om arbeid te kunne
verrichten in een plantencel. Het zegt ons iets over de richting waarin netto water getransporteerd
wordt, van hogere naar lagere waterpotentiaal.
𝜓𝑤 = 𝜓𝑠 + 𝜓𝑝 + 𝜓𝑔 + ⋯
Wat bepaalt de waterpotentiaal?
De osmotische potentiaal 𝜓𝑠 geeft het effect van opgeloste stoffen in het water weer, de potentiaal
is dus afhankelijk van de concentratie opgeloste stoffen. De aanwezigheid van een opgeloste stof in
water vermindert de vrije energie van water door verdunning (van het water) en verhoogt de
entropie. Voor verdunde oplossingen van niet-dissociërende moleculen (wat van Van’t Hoff):
𝜓𝑠 = -RTCs
Cs is de concentratie opgeloste stof. Opgeloste stof zal de waterpotentiaal dus verminderen, in
vergelijking met zuiver water. Voor ionaire: concentratie vermenigvuldigen met aantal ionen in
oplossing.
De drukpotentiaal 𝜓𝑝 is de hydrostatische druk op de oplossing. Het bepaalt eigenlijk de geleverde
arbeid. Bij een positieve hydrostatische druk wordt er turgordruk uitgeoefend op de cel.
De zwaartekrachtpotentiaal 𝜓𝑔 gaat over waar de massa zich bevindt. Deze is vaak verwaarloosbaar
klein, buiten in hoge bomen.
Een plantencel in oplossing is een osmotisch systeem, dat wordt omgeven door een semipermeabel
membraan dat water en de meeste kleine moleculen doorlaat. De op- en afname van water wordt
bepaalt door de waterpotentiaal. Een negatieve waterpotentiaal in de cel wijst op het opnemen van
water in de cel (netto verplaatsing van hoge naar lage waterpotentiaal).
, Het watertransport over een membraan gebeurt via aquaporines. Dit zijn selectieve
transmembraaneiwitten die kanalen vormen voor watertransport. Water beweegt passief via
aquaporines met de concentratiegradiënt mee.
Extra uitleg, niet perse leerstof: In een open beker met zuiver water is er geen drukpotentiaal (druk
van de omgeving= druk op het water)en geen opgeloste stoffen (dus de osmotische potentiaal is ook
0). Deze beker is het referentiesysteem, dus zwaartekrachtpotentiaal is ook. ➔ 𝜓𝑤 = 0 MPA
In een open beker met een beetje (0.1 M) sucrose wordt de osmotische potentiaal meer negatief,
waterpotentiaal vermindert dus. De druk- en zwaartekrachtpotentiaal blijven gelijk aan 0.
In die open beker met 0.1 M sucrose wordt een flaccid cel (zonder turgor) gebracht met interne
concentratie van 0.3M. De osmotische potentiaal zal dus meer negatief zijn dan die van de oplossing.
Er is geen turgordruk dus de hydrostatische druk is dezelfde als die van de oplossing, namelijk 0 MPA.
De waterpotentiaal zal meer negatief zijn dan die van de oplossing. Water zal van hoge naar lage
waterpotentiaal stromen en vloeit dus naar de cel, waardoor de turgordruk in de cel zal toenemen.
Aangezien er nu een drukpotentiaal ontstaat, zal de waterpotentiaal in de cel groter worden en zal
het verschil in waterpotentiaal tussen de oplossing en de cel afnemen. Dit proces gaat door tot er
een evenwicht is tussen de waterpotentiaal van de oplossing en de cel. De drukpotentiaal bij
evenwicht kan dus berekend worden door 𝜓𝑝 = 𝜓𝑤 – 𝜓𝑠 en is de druk die de celwand uitoefent op het
cytoplasma om ervoor te zorgen dat de cel niet barst.
Stel dat een turgescente cel met een concentratie va 0.1M in een 0.3M oplossing gebracht wordt,
dan zal de osmotische potentiaal van de oplossing veel kleiner zijn dan die van in de cel. De
waterpotentiaal van de cel zal de groter zijn dan die van de oplossing, water vloeit van de cel naar de
omgeving (cel verliest water). Doordat de cel water
verliest, neemt het cel volume af, met als gevolg dat er
minder druk door de cel op de celwand geleverd wordt.
De drukpotentiaal daalt (want als er minder druk op de
celwand geleverd wordt, gaat de celwand ook minder
terug drukken). De cel gaat de celwand loslaten, dan is
er geen turgordruk meer. Doordat 𝜓p daalt, zal 𝜓𝑤 ook
dalen.
HOFFLER DIAGRAM (helling kennen en iets over kunnen
zeggen, zie slide 9)
Het Hoffler diagram geeft een relatie tussen de
waterpotentiaal van de cel (met al zijn componenten) en
het relatieve cel volume. Als de cel water verliest, daalt
het relatieve cel volume. Het diagram geeft weer hoe
water netto beweegt als functie van de waterpotentiaal.
Het beschrijft de correlatie tussen de cel en zijn
omgeving als functie van de waterpotentiaal.
Omdat de plantencelwand zeer rigide is, levert een
kleine verandering in waterpotentiaal meestal een grote
verandering op in de drukpotentiaal. Bij evenwicht zal de drukpotentiaal de osmotische potentiaal
volledig opheffen. Bij een verandering van een waterpotentiaal van 0MPa tot -2MPa, neemt het cel
volume maar 5% af, dit is vooral te wijten aan afnemende drukpotentiaal. De cel verliest water, maar
alle opgeloste stoffen blijven in die cel, dus de osmotische potentiaal wordt meer negatief. Wanneer
druk op een wand zoveel is afgenomen, dat de cel loslaat van de celwand, is de drukpotentiaal 0 en
wordt de waterpotentiaal bijna volledig bepaalde door de osmotische potentiaal, dit noemt men
zero turgor.
1. DE PLANTENCEL
1.1. VERKLAAR VOLGENDE PLANTEN STRUCTUREN ZEER GEDETAILLEERD :
PLASMODESMATA, STOMATA, PLASTIDEN EN VACUOLE(TONOPLAST)
PLASMODESMATA
Tubulaire extensies van de plasmamembraan, die door celwand heen lopen en het cytoplasma van
naburige cellen verbinden. Het cytoplasma vormt zo een ‘geheel’, symplast genoemd. Zeer
belangrijk voor cel-cel communicatie. Er zijn 2 types plasmodesmata. De primaire plasmodesmata
ontstaan tijdens cytokinese bij de fusie van Golgivesikels, ter hoogte van de celplaat. Doorheen de
poriën van de celplaat steken overblijfselen van de spoelfiguur en verhinderen fusie van vesikels. De
afzetting van celwandmateriaal veroorzaakt de verdikking van de primaire wand waarbij kanalen
openblijven afgelijnd met een membraan. De primaire plasmodesmata verbinden dus de cellen die
door de deling van elkaar zijn afgeleid. Secundaire plasmodesmata ontstaan tussen cellen nadat
celwand al gevormd is, door uitstulping van plasmamembraan of door vertakking van primaire
plasmodesmata. Ze verbinden cellen die niet door ‘klonen’ van elkaar zijn afgeleid. Plasmodesmata
bevat een dunne buis van ER (desmotubulus), continu met ER. Symplast verbindt cytosol van
naburige cellen en inhoud van ER. Transport van macromoleculen in cytoplasmatische mouw, die is
aan plasmamembraan en desmotubulus afgelijnd met globulaire eiwitten, gerangschikt in helices en
verbonden door spaakachtige extensies waardoor de mauw wordt verdeeld in microkanalen die de
grote bepalen voor de macromoleculen.
PLASTIDEN
Plastiden zijn een groep van organellen waaronder chromoplasten (= plastiden met pigment),
leukoplasten (= plastiden zonder pigment) en chromoplasten. Soorten plastiden kunnen in elkaar
worden omgezet en vervullen verschillende functies.
Chloroplasten zijn organellen met een dubbele membraan (binnen en buiten). Zij hebben eveneens
nog een 3e membraansysteem, wat het thylakoïde membraan wordt genoemd. Grana zijn dan
stapeltjes van deze thylakoïden. Deze grana worden verbonden door stroma lamellen. Het thylakoïde
membraan bevat ATP synthetasen die door verplaatsing van elektronen een proton gradiënt
opbouwen en zo ATP aanmaken. Chloroplasten bezitten hun eigen DNA en de machinerie voor de
synthese van eiwitten. Dit komt door het proces endosymbiose, dat wil zeggen dat het organel
ontwikkeld is uit endosymbiotische micro-organismen. Het DNA van de chloroplast codeert voor
rRNA, tRNA, rubisco grote subeenheid. In de stroma van de chloroplast bevinden zich circulaire
chromosomen en zijn polyploïd (= meerdere kopieën van het circulaire chromosoom) in
gedifferentieerde cellen.
In meristeemcellen vinden we proplastiden (= zonder chlorofyl, membraan, fotosynthesemachine).
Deze zullen evolueren tot chloroplasten indien de cellen belicht worden of tot etioplast indien de
plant niet belicht wordt. Etioplasten hebben prolamellaire lichaampjes (= semi-kristallijne tubulaire
structuren) en protochlorofyllide, wat een geel/ groen precursor pigment is.
Het behoud van de chloroplast is lichtafhankelijk. Zij kunnen (de)differentiëren. Chloroplasten
kunnen omgezet worden in chromoplasten (bv. herfst bladeren). Maar ook etioplasten of
amyloplasten kunnen differentiëren tot chloroplasten bij belichting.
VACUOLE MET TONOPLAST
,Volwassen plantencellen bevatten doorgaans een grote, met water (+ enzymen, suikers en
secundaire metabolieten = verdediging plant) gevulde centrale vacuole. Elke vacuole wordt omgeven
door een membraan, de tonoplast, de transporteiwitten controleren de flux van ionen en organische
moleculen doorheen de tonoplast. De osmotische opname van water in de vacuole wordt mogelijk
gemaakt door actief transport van moleculen door de tonoplast. De turgordruk die ontstaat door de
wateropname is essentieel voor cel expansie, en voor de structurele rigiditeit die planten zonder
houdachtige celwanden rechtop houdt. Het zijn grote lytische compartimenten met hydrolytische
enzymen. Tijdens de senescentie van plantencellen komen deze enzymen vrij in het cytoplasma en
ondersteunen de recyclage van belangrijke moleculen voor het nog levende deel van de plant.
Eiwitlichaampjes zijn vacuolen die gespecialiseerd zijn in de opslag van eiwitten en komen veelvuldig
voor in zaden. De hydrolytische enzymen voor de afbraak van deze eiwitten zitten opgeslagen in de
lytische vacuolen, die versmelten met de eiwitlichaampjes om de afbraak te initiëren.
1.2. PLANT SPECIFIEKE ORGANELLEN
Een plantencel heeft een celwand, het is een rigide structuur opgebouwd uit cellulose microfibrillen.
De celwand verhindert migratie van cellen tijdens de embryogenese, doordat naburige cellen stevig
aan elkaar verbonden zijn door de middenlamella. De primaire celwand is dun en komt voor bij jonge
groeiende planten. De secundaire celwand ontstaat door afzetting van celwandmateriaal na celgroei.
Liginine zorgt voor versteviging. De cellulose fibrillen worden gesynthetiseerd door een cellulose
synthase complex. Aan het golgi-apparaat gaat materiaal secreteren en fusioneren aan de celwand.
Dierlijke cellen hebben geen celwand. Vervolgens hebben plantencellen een vacuole (zie uitleg vorige
vraag). In een plantencel zijn plastiden aanwezig (zie ook hierboven). De plantencel heeft ook
bepaalde sferische organellen genaamd microbodies. Een voorbeeld daarvan zijn peroxisomen, die
komen voor in fotosynthetische cellen en gaan organische moleculen oxideren (lipiden afbreken, ter
vorming van peroxide): RH2 + O2 -> R + H2O2. Catalase breekt peroxide af: H2O2 -> H2O + ½O2. Een
ander voorbeeld van microbodies zijn glycosomen, het zijn olierijke zaden die lipiden afbreken en
organische zuren maken (via de glyoxylaat cyclus). Plasmodesmata (zie hierboven).
1.3. TERMEN
Endosperm: Een verzamelnaam voor het weefsel in zaden. Het bevat veel reservestoffen voor
energie en de groei via ontwikkeling van structuren.
Plasmodesmata: Verbindingen tussen zustercellen doorheen de celwand, draagt bij aan controle van
de stoffen
- Primair: poriën in de celplaat die ontstaan tijdens de deling
- Secundair: nieuwe cel-cel verbindingen door afbraak van de celwand
- Doorlaatbaarheid van plasmodesmata lijkt reguleerbaar, waardoor virussen niet zomaar hun
vrije gang kunnen gaan
- Complexe interne structuur
o Desmotubulus: buis van ER door de porie, verbinding tussen cytoplasma en ER
o Cytoplasmatische mouw: Ruimte tussen desmotubulus en plasmamembraan
Plantenweefsels: Er zijn drie grote groepen weefsels in een plant.
Dermaal weefsel: Oppervlaktecellen, ze vormen de epidermis. Deze laag bevat vaak klieren met
secundaire metabolieten die kunnen breken bij aanraking. Dit is een vorm van bescherming.
Grondweefsel: Hieruit bestaat het grootste deel van de plant. Collenchym, sklerenchym, vezels,
parenchym. Deze eerste drie zijn verdikte/verharde cellen die zorgen voor een steunstructuur.
,Vasculair weefsel: xyleem en floëem, staan in voor het transport van weefsels. Xyleem bestaat uit
afgestorven cellen en staat voornamelijk in voor het watertransport omhoog in de plant. Floëem
bestaat uit levende cellen en zorgt voor het transport van nutriënten in de plant naar de nodige
delen, dit transport is niet in slechts 1 richting. Floëem bevat zeefplaten (ter bescherming) die bij
infectie of gevaar kunnen sluiten waardoor een deel van de vaatbundel wordt afgeschermd zodat de
infectie zich niet over heel de plant verspreidt.
Cellulose synthase: Dit enzym staat in voor de synthese van cellulose microfibrillen. Het bindt
sucrosemoleculen covalent aan elkaar, ook deze polymeren worden aan elkaar gebonden. De
fibrillen van de celwand zijn in de verschillende lagen anders georiënteerd. De vorming van de
fibrillen is geassocieerd met microtubili. Door continue afbraak en opbouw van de microtubili zullen
ze een andere orientatie krijgen en zullen dus ook de fibrillen volgens een andere oriëntatie
aangemaakt worden. Bij de polymerisatie van de sucrosemoleculen wordt UDP van het
synthasecomplex tot UDPG gevormd. UDGP kan door de werking van sucrose synthase die fructose
splitst in sucrose-eenheden opnieuw omgevormd worden tot UDP.
Etioplast: een plastide die in het donker gevormd wordt en ongekleurd is. Ze bevatten prolamellaire
lichaampjes. Bij licht wordt de etioplast omgevormd tot een chloroplast. Een chloroplast absorbeert
blauw en rood licht, deze gecapteerde energie wordt in de fotosynthese gebruikt.
2. WATER EN DE PLANTENCEL
2.1. LEG UIT WAT EEN WATERPOTENTIAAL IS EN BESPREEK DE HOFFLERDIAGRAM
WATERPOTENTIAAL (TERM)
= chemische potentiaal/ molale volume van water.
= maat voor de capaciteit (of vrije energie van water per eenheid volume) om arbeid te kunne
verrichten in een plantencel. Het zegt ons iets over de richting waarin netto water getransporteerd
wordt, van hogere naar lagere waterpotentiaal.
𝜓𝑤 = 𝜓𝑠 + 𝜓𝑝 + 𝜓𝑔 + ⋯
Wat bepaalt de waterpotentiaal?
De osmotische potentiaal 𝜓𝑠 geeft het effect van opgeloste stoffen in het water weer, de potentiaal
is dus afhankelijk van de concentratie opgeloste stoffen. De aanwezigheid van een opgeloste stof in
water vermindert de vrije energie van water door verdunning (van het water) en verhoogt de
entropie. Voor verdunde oplossingen van niet-dissociërende moleculen (wat van Van’t Hoff):
𝜓𝑠 = -RTCs
Cs is de concentratie opgeloste stof. Opgeloste stof zal de waterpotentiaal dus verminderen, in
vergelijking met zuiver water. Voor ionaire: concentratie vermenigvuldigen met aantal ionen in
oplossing.
De drukpotentiaal 𝜓𝑝 is de hydrostatische druk op de oplossing. Het bepaalt eigenlijk de geleverde
arbeid. Bij een positieve hydrostatische druk wordt er turgordruk uitgeoefend op de cel.
De zwaartekrachtpotentiaal 𝜓𝑔 gaat over waar de massa zich bevindt. Deze is vaak verwaarloosbaar
klein, buiten in hoge bomen.
Een plantencel in oplossing is een osmotisch systeem, dat wordt omgeven door een semipermeabel
membraan dat water en de meeste kleine moleculen doorlaat. De op- en afname van water wordt
bepaalt door de waterpotentiaal. Een negatieve waterpotentiaal in de cel wijst op het opnemen van
water in de cel (netto verplaatsing van hoge naar lage waterpotentiaal).
, Het watertransport over een membraan gebeurt via aquaporines. Dit zijn selectieve
transmembraaneiwitten die kanalen vormen voor watertransport. Water beweegt passief via
aquaporines met de concentratiegradiënt mee.
Extra uitleg, niet perse leerstof: In een open beker met zuiver water is er geen drukpotentiaal (druk
van de omgeving= druk op het water)en geen opgeloste stoffen (dus de osmotische potentiaal is ook
0). Deze beker is het referentiesysteem, dus zwaartekrachtpotentiaal is ook. ➔ 𝜓𝑤 = 0 MPA
In een open beker met een beetje (0.1 M) sucrose wordt de osmotische potentiaal meer negatief,
waterpotentiaal vermindert dus. De druk- en zwaartekrachtpotentiaal blijven gelijk aan 0.
In die open beker met 0.1 M sucrose wordt een flaccid cel (zonder turgor) gebracht met interne
concentratie van 0.3M. De osmotische potentiaal zal dus meer negatief zijn dan die van de oplossing.
Er is geen turgordruk dus de hydrostatische druk is dezelfde als die van de oplossing, namelijk 0 MPA.
De waterpotentiaal zal meer negatief zijn dan die van de oplossing. Water zal van hoge naar lage
waterpotentiaal stromen en vloeit dus naar de cel, waardoor de turgordruk in de cel zal toenemen.
Aangezien er nu een drukpotentiaal ontstaat, zal de waterpotentiaal in de cel groter worden en zal
het verschil in waterpotentiaal tussen de oplossing en de cel afnemen. Dit proces gaat door tot er
een evenwicht is tussen de waterpotentiaal van de oplossing en de cel. De drukpotentiaal bij
evenwicht kan dus berekend worden door 𝜓𝑝 = 𝜓𝑤 – 𝜓𝑠 en is de druk die de celwand uitoefent op het
cytoplasma om ervoor te zorgen dat de cel niet barst.
Stel dat een turgescente cel met een concentratie va 0.1M in een 0.3M oplossing gebracht wordt,
dan zal de osmotische potentiaal van de oplossing veel kleiner zijn dan die van in de cel. De
waterpotentiaal van de cel zal de groter zijn dan die van de oplossing, water vloeit van de cel naar de
omgeving (cel verliest water). Doordat de cel water
verliest, neemt het cel volume af, met als gevolg dat er
minder druk door de cel op de celwand geleverd wordt.
De drukpotentiaal daalt (want als er minder druk op de
celwand geleverd wordt, gaat de celwand ook minder
terug drukken). De cel gaat de celwand loslaten, dan is
er geen turgordruk meer. Doordat 𝜓p daalt, zal 𝜓𝑤 ook
dalen.
HOFFLER DIAGRAM (helling kennen en iets over kunnen
zeggen, zie slide 9)
Het Hoffler diagram geeft een relatie tussen de
waterpotentiaal van de cel (met al zijn componenten) en
het relatieve cel volume. Als de cel water verliest, daalt
het relatieve cel volume. Het diagram geeft weer hoe
water netto beweegt als functie van de waterpotentiaal.
Het beschrijft de correlatie tussen de cel en zijn
omgeving als functie van de waterpotentiaal.
Omdat de plantencelwand zeer rigide is, levert een
kleine verandering in waterpotentiaal meestal een grote
verandering op in de drukpotentiaal. Bij evenwicht zal de drukpotentiaal de osmotische potentiaal
volledig opheffen. Bij een verandering van een waterpotentiaal van 0MPa tot -2MPa, neemt het cel
volume maar 5% af, dit is vooral te wijten aan afnemende drukpotentiaal. De cel verliest water, maar
alle opgeloste stoffen blijven in die cel, dus de osmotische potentiaal wordt meer negatief. Wanneer
druk op een wand zoveel is afgenomen, dat de cel loslaat van de celwand, is de drukpotentiaal 0 en
wordt de waterpotentiaal bijna volledig bepaalde door de osmotische potentiaal, dit noemt men
zero turgor.
