Der Apoplast und der Symplast

Das Pflanzenwachstum hängt von seiner Fähigkeit ab, Wasser und gelöste Mineralien aus dem Boden aufzunehmen. Das Wurzelsystem jeder Pflanze ist mit den notwendigen Geweben ausgestattet, um die Aufnahme von Wasser und gelösten Stoffen zu erleichtern. Die Pflanzengewebe, die am Transport des Wassers und der Mineralien beteiligt sind, haben zwei Hauptkompartimente – den Apoplast und den Symplast. Der Apoplast umfasst alles außerhalb der Plasmamembran von lebenden Zellen und besteht aus Zellwänden, extrazellulären Räumen, Xylem, Phloem und Tracheiden. Der Symplast besteht dagegen aus dem gesamten Zytosol aller lebenden Pflanzenzellen und der Plasmodesmen – das sind die zytoplasmischen Kanäle, die die Zellen miteinander verbinden.

Es gibt mehrere mögliche Wege für Moleküle, um sich durch das Pflanzengewebe zu bewegen: den apoplastischen, symplastischen oder transmembran Transport. Der apoplastische Transport beinhaltet die Bewegung von Wasser und gelösten Mineralien durch zelluläre Wände und extrazelluläre Räume. In dem symplastischen Transport bewegen sich das Wasser und die gelösten Stoffe durch das Zytosol. Auf diesem Weg müssen die Materialien die Plasmamembran durchqueren, wenn sie sich von einer Zelle zu einer benachbarten Zelle bewegen, und dies geschieht durch die Plasmodesmen. Alternativ dazu bewegen sich die gelösten Mineralien und das Wasser in der Transmembranroute von Zelle zu Zelle, indem sie die Zellwand durchqueren, um eine Zelle zu verlassen und in die nächste einzutreten. Diese drei Wege schließen sich nicht gegenseitig aus, und einige gelösten Stoffe können mehr als eine Route in unterschiedlichem Ausmaß verwenden.

Ein weiterer möglicher Weg ist der vakuoläre Transport, aber dieser Weg ist meist auf den Transport der Wassermoleküle beschränkt. Hier bewegt sich Wasser durch die Vakuolen der Pflanzenzellen mit Hilfe der Osmose. Der Mechanismus ähnelt dem symplastischen Transport, aber anstatt das der Transport auf das Zytosol beschränkt ist, fließt das Wasser durch die Vakuolen. Darüber hinaus wird der vakuoläre Transport durch zwei Protonenpumpen – ATPase und PPase – erleichtert, die die Aufnahme der gelösten Stoffe ermöglichen. Vakuolen besitzen auch spezialisierte Transportproteine – die Aquaporine -, die am Transport von Wasser und gelösten Stoffen, wie Glukose und Saccharose, teilnehmen.