Absorptie en transport van nutriënten vormen de kern van plantvoeding en bepalen in hoge mate groei, vitaliteit en opbrengst. Nutriënten zijn alleen waardevol wanneer ze niet alleen aanwezig zijn, maar ook daadwerkelijk worden opgenomen, getransporteerd en geïntegreerd in metabole processen. Binnen plant stress mitigation is het behouden van nutriëntenabsorptie en transport een strategisch doel. Wanneer nutriënten efficiënt worden opgenomen en verdeeld, blijven groei en reproductie actief zelfs onder stress. Binnen van stress naar opbrengst - integrale biostimulatiestrategieën vormen absorptie en transport de logistieke ruggengraat van plantprestaties.
Nutriëntenabsorptie verwijst naar het proces waarbij wortels opgeloste mineralen en sporenelementen uit de bodemoplossing opnemen. De wortel vormt het primaire interface tussen plant en bodem. Sommige nutriënten bewegen met waterstromen mee richting wortels. Veel nutriënten worden tegen concentratiegradiënten in opgenomen. Dit vereist ATP en transporteiwitten.
Planten moeten nutriënten selecteren uit een complex ionenmengsel. Onder zoutstress bijvoorbeeld moet kalium behouden blijven terwijl natrium wordt geweerd. Na opname moeten nutriënten worden verdeeld over de plant. Tijdens bloei en vruchtzetting verschuift de nutriëntenbehoefte sterk. Onder abiotische stress neemt opnamecapaciteit vaak drastisch af. Daarnaast veroorzaakt stress vaak oxidatieve schade aan membranen en transporteiwitten, waardoor opname en transport verder afnemen.
Aminozuren fungeren als transportbevorderaars en metabole bouwstenen. Fulvine-chelatie houdt micronutriënten oplosbaar en mobiel, waardoor opname via wortel en blad efficiënter verloopt. Absorptie en transport zijn afhankelijk van upstream processen zoals nutriëntenmobilisatie en wortelactiviteit.
Het proces van resorptie in het spijsverteringskanaal
Resorptie is het opnemen van stoffen door darmepitheelcellen. Dit kan in het hele darmkanaal plaatsvinden, maar de meeste resorptie vindt plaats in de dunne darm vanwege het grote oppervlak. De darm is bedekt met epitheelcellen, die de grens vormen tussen de darminhoud en het interne milieu van het lichaam. Deze epitheelcellen zijn georganiseerd in darmplooien, die op hun beurt darmvlokken bevatten. De epitheelcellen zelf zijn voorzien van microvilli, wat het oppervlak nog verder vergroot.
Om te voorkomen dat schadelijke stoffen zoals bacteriën en virussen tussen de darmcellen door het lichaam binnendringen, zijn de darmcellen aan elkaar verbonden door tight junctions.
Stoffen moeten het celmembraan van de epitheelcel passeren om opgenomen te worden. Dit gebeurt van de darminhoud naar de darmcel en vervolgens aan de andere kant van de darmcel naar de weefselvloeistof. Bloedvaten en lymfevaten nemen de stoffen vervolgens op uit de weefselvloeistof.
Transportmechanismen van voedingsstoffen
De meeste stoffen worden via transporteiwitten opgenomen. Symport is een mechanisme waarbij stoffen zoals glucose en aminozuren samen met Na+ door een transporteiwit worden opgenomen, wat een concentratiegradiënt voor Na+ vereist. Aan de andere zijde van de cel worden deze stoffen via een ander transporteiwit passief getransporteerd. Om de Na+-concentratie in de darmcellen laag te houden, worden Na+/K+-pompen gebruikt, die actief 2 K+ naar binnen en 3 Na+ naar buiten pompen, wat energie kost.
Er zijn ook specifieke transporteiwitten voor vitaminen. Water wordt opgenomen via osmose, als gevolg van de osmotische waarde van de darminhoud. Water wordt vervolgens weer afgegeven aan de weefselvloeistof en daarna aan het bloed.
Passief en actief transport
Diffusie is een proces waarbij deeltjes zich verplaatsen van een gebied met hoge concentratie naar een gebied met lage concentratie, totdat de concentratie overal gelijk is. Transport van stoffen via diffusie kost de cel geen energie en wordt daarom passief transport genoemd. Kleine moleculen zoals zuurstof en koolstofdioxide, en vetachtige moleculen kunnen de celmembraan, die bestaat uit een dubbele fosfolipidelaag, relatief gemakkelijk passeren. Hierdoor wordt het celmembraan als semi-permeabel beschouwd.
Glucose en aminozuren, die niet goed door de vetlaag van het membraan kunnen, maken gebruik van speciale transporteiwitten. Dit transport verloopt van een hoge naar een lage concentratie en kost de cel geen energie, wat ook een vorm van passief transport is. Grote en polaire moleculen en ionen die van een hoge naar een lage concentratie gaan, gebruiken eveneens eiwitpoorten.
Osmose is de diffusie van het oplosmiddel (meestal water) via een semi-permeabel membraan, van een oplossing met een lagere osmotische waarde naar een oplossing met een hogere osmotische waarde. Dit is eveneens een vorm van passief transport.
Actief transport is een celbiologisch proces waarbij moleculen of ionen door een celmembraan worden verplaatst tégen hun concentratiegradiënt in, van een gebied met lage concentratie naar een gebied met hoge concentratie. Dit proces vereist energie, meestal in de vorm van ATP. De cel kan hierbij gebruik maken van eiwitpoorten die fungeren als een pomp. Deze eiwitpoorten zijn selectief en kunnen bepaalde moleculen doorlaten of tegenhouden, waardoor de membranen met dergelijke eiwitpoorten selectief permeabel worden genoemd.
Primair actief transport gebruikt de energie direct uit de hydrolyse van ATP. Secundair actief transport maakt gebruik van de elektrochemische gradiënt die is opgebouwd door primair actief transport; een andere stof "lift mee" met de beweging van een ion dat wel met zijn concentratiegradiënt meegaat. In de nieren wordt bijvoorbeeld glucose terug geresorbeerd door middel van symport met natriumionen.
Diverse omstandigheden beïnvloeden de snelheid van transport, waaronder temperatuur (hogere temperaturen verhogen de kinetische energie) en pH (dat de werking van transporteiwitten kan beïnvloeden). De continue aanvoer van ATP is essentieel voor actief transport.
Specifieke transportmechanismen voor vetten
Vanwege hun hydrofobe eigenschappen verloopt de resorptie van vetten anders dan die van wateroplosbare stoffen. Grote vetdruppels worden door galzure zouten uiteengezet in kleinere druppels, micellen genaamd. Losse vetzuren diffunderen de cel in, terwijl monoglyceriden een transporteiwit gebruiken. Korte en middellange vetzuren zijn redelijk oplosbaar in water en diffunderen de cel uit naar de bloedsomloop. Lange vetzuren en monoglyceriden worden in de cel weer omgezet tot triglyceriden. Deze triglyceriden worden georganiseerd in vetdruppels (micellen) en omgeven door een membraan, wat resulteert in een chylomicron. Het chylomicron verlaat de cel via exocytose en komt in een lymfevat terecht.
De chylomicronen gaan via de lymfevaten de bloedsomloop in. Onderweg worden vetzuren afgegeven aan organen en spieren. Uiteindelijk bereiken alle opgenomen vetachtige stoffen de lever. De lever produceert verschillende soorten blaasjes, vergelijkbaar met chylomicronen, om vetachtige stoffen naar andere lichaamsdelen te sturen. Deze blaasjes zijn omgeven door een laag lipoproteïnen.
Het bloed bevat twee typen blaasjes: HDL (High density lipoproteïnes), die overtollig cholesterol naar de lever transporteren, en LDL (Low density lipoproteïnes), die cholesterol afgeven aan de omgeving. Ophoping van cholesterol uit LDL in beschadigingen van de bloedvatwand kan leiden tot atherosclerose (slagaderverkalking).
Rol van de lever in nutriëntenregulatie
Via de poortader bereiken alle opgenomen voedingsstoffen de lever. De lever controleert de hoeveelheid en stelt bijvoorbeeld de bloedsuikerspiegel bij door glucose op te nemen en om te zetten naar glycogeen of andersom.
Invloed van voeding op de spijsvertering en opname
De kliercellen in de maagwand, de alvleesklier en de absorptiecellen in de darmwand zijn essentieel voor de vorming van peptidasen en transporteiwitten. Deze cellen kunnen deze eiwitten alleen goed vormen wanneer de verdunning, neutralisatie en afscheiding van afvalstoffen goed verloopt. Wanneer er teveel afvalstoffen aanwezig zijn, ontbreekt de optimale zuurtegraad die nodig is voor de werking van stofwisselingsenzymen.
De vorming van peptidasen en transporteiwitten zijn anabole (opbouwende) stofwisselingsprocessen. Deze processen kunnen alleen goed plaatsvinden wanneer de cellen beschikken over voldoende vocht en bouwstoffen. Tekorten aan vocht en essentiële voedingsstoffen kunnen leiden tot verstoringen in de hormoonregulatie en de verdeling van voedingsstoffen, waardoor voornamelijk katabole (afbrekende) processen plaatsvinden.
Biochemische synthese van aminozuren 2014
Dit betekent dat de efficiënte werking van de spijsvertering en de opname van voedingsstoffen afhankelijk is van een goede balans in de celstofwisseling, die op zijn beurt beïnvloed wordt door de algemene voedingstoestand van het organisme.