مغنيسيوم في علم الأحياء
وظيفة المغنيسيوم في النبات > توزيع أيونات المغنيسيوم داخل النبات

عندما يصبح المغنيسيوم موجوداً بالفراغ السيتوبلازمي للخلايا الجذرية، من المحتمل أن ينتقل مع باقي الكاتيونات بشكل شعاعي في العمود الوعائي (الجزء المركزي من الساق أو الجذر في النباتات الوعائية) والأنسجة الوعائية. من الخلايا المحيطة بالخشب، تُطلَق الأيونات أو تُضَخ في نسيج الخشب وتُحمل للأعلى عبر النبات. في حالة المغنيسيوم، وهو شديد الحركة في كل من نسيج الخشب واللحاء، تُنقل الأيونات إلى أعلى النبات ثم تعود للأسفل في دورة مستمرة من الإمداد. وبالتالي، من المحتمل أن يكون الامتصاص والإفراز من الخلايا الوعائية جزءًا رئيسيًا من توازن المغنيسيوم النباتي الكامل. ويبين الشكل 1 مدى قلة عدد العمليات المتصلة بآلياتها الجزيئية (فقط الامتصاص الفجوي هو المرتبط ببروتين ناقل، AtMHX).
يوضح الشكل البياني رسم تخطيطي للنبات وللعمليات المفترضة لنقل المغنيسيوم في الجذر والورقة حيث يُحمل المغنيسيوم ويُفَرَّغ من الأنسجة الوعائية. يُمتَص المغنيسيوم إلى فراغ الجدار الخلوي في الجذر (1) ويتفاعل مع الشحنات السالبة المرتبطة بالجُدُر والأغشية الخلوية. وقد يُمتص المغنيسيوم إلى الخلايا مباشرة (مسار المُدمج الخلوي/ المسار المتماثل) أو قد ينتقل إلى شريط كاسبريان (4) قبل امتصاصه في الخلايا (ممر خلوي غشائي؛ 2. من المحتمل أن يُخَزَّن تركيز المغنيسيوم في خلايا الجذر عن ظريق التخزين في فجوات الخلايا الجذرية (3). لاحظ أن الخلايا الموجودة في طرف الجذر لا تحتوي على فجوات. عندما يكون في سيتوبلازم خلية جذرية، يتحرك المغنيسيوم نحو مركز الجذر بواسطة الرابطة البلازمية، حيث يُحمل في نسيج الخشب (5) لنقله إلى الأجزاء العلوية من النبات. عندما يصل المغنيسيوم إلى الأوراق، يُفَرَّغ من نسيج الخشب إلى الخلايا (6) ويُخَزَّن مرة أخرى في فجوات (7). غير معروف ما إذا كان دوران المغنيسيوم في اللحاء عبر الخلايا العامة في الورقة (8) أو مباشرة من نسيج الخشب إلى اللحاء عبر خلايا النقل (9). قد يعود المغنيسوم إلى الجذور في عصارة اللحاء.
عند امتصاص أيون المغنيسيوم بواسطة خلية تتطلبه لعمليات التمثيل الغذائي، فمن المفترض عمومًا أن الأيون يبقى في تلك الخلية طالما أن الخلية نشطة. في الخلايا الوعائية، ليس هذا هو الحال دائماً؛ في أوقات الوفرة، يُخَزَّن المغنيسيوم في الفجوة، ولا يشارك في عمليات التمثيل الغذائي اليومية للخلية (ستيلزر وآخرون، 1990)، ويُطلق عند الحاجة، ولكن بالنسبة لمعظم الخلايا، فإن الموت بسبب الشيخوخة أو الإصابة هو الذي يطلق المغنيسيوم والعديد من المكونات الأيونية الأخرى، ويعيد تدويرها إلى أجزاء صحية من النبات. الإضافة إلى ذلك، عندما يكون المغنيسيوم في البيئة محدودًا، تكون بعض الأنواع قادرة على تحريكه من الأنسجة القديمة. تتضمن هذه العمليات إطلاق المغنيسيوم من حالته المقيدة والمخزنة ونقله مرة أخرى إلى الأنسجة الوعائية، حيث يمكن توزيعه على باقي أجزاء النبات. في أوقات النمو والتطور، يعاد توزيع المغنيسيوم داخل النبات مع تغير علاقات المصدر والمنفذ.
يُحافَظ على توازن المغنيسيوم داخل الخلايا النباتية المفردة من خلال العمليات التي تحدث في غشاء البلازما وفي غشاء الفجوة (انظر الشكل 2). القوة الدافعة الرئيسية لانتقال الأيونات في الخلايا النباتية هي ΔpH. أنزيم الأدينوسين ثلاثي الفوسفات المعتمد على البروتون يضخ أيونات الهيدروجين عكس تدرج تركيزها للحفاظ على تمايز درجة الحموضة التي يمكن استخدامها لنقل الأيونات والجزيئات الأخرى. تُضخ أيونات الهيدروجين من السيتوبلازم إلى الفراغ خارج الخلية أو في الفجوة. يدخل المغنيسيوم إلى الخلايا من خلال أحد المسارين، عبر قنوات باستخدام ΔΨ (سالب من الداخل) عبر هذا الغشاء أو مع أيونات الهيدروجين بنفس الاتجاه في نفس القناة. لنقل أيون المغنيسيوم في الفجوة يتطلب ناقل +Mg2+/ H منادل عكسي (ينقل المغنيسيوم والهيدروجين بنفس الناقل في اتجاه متعاكس) (مثل AtMHX). يعتمد «أنزيم الأدينوسين ثلاثي الفوسفات المعتمد على البروتون» على المغنيسيوم (المرتبط على الأدينوسين ثلاثي الفوسفات) للنشاط، بحيث يكون المغنيسيوم مطلوبًا للحفاظ على توازنه الخاص.
يُعرَض مخطط لخلية نباتية بما في ذلك الحجرات الرئيسية الأربعة المعروف حاليًا على أنها تتفاعل مع المغنيسيوم. يحافظ أنزيم الأدينوسين ثلاثي الفوسفات المعتمد على البروتون على فرق ثابت في الحموضة (ΔpH) عبر غشاء البلازما وغشاء الفجوة. يُنقل المغنيسيوم إلى الفجوة باستخدام طاقة ΔpH (في رشاد أذن الفأر بواسطة AtMHX). قد يستخدم نقل المغنيسيوم إلى الخلايا إما سالب ΔΨ أو ΔpH. ربما يستخدم نقل المغنيسيوم إلى الميتوكوندريا ΔΨ، كما هو الحال في الميتوكوندريا في الخميرة، ومن المحتمل أن تأخذ البلاستيدات الخضراء المغنيسيوم بواسطة نظام مماثل. الآلية والأساس الجزيئي لإطلاق المغنيسيوم من الفجوات ومن الخلية غير معروفين.وبالمثل، فإن تغيرات تركيز المغنيسيوم المنظمة للضوء في البلاستيدات الخضراء ليست مفهومة تمامًا، ولكنها تتطلب نقل أيونات الهيدروجين عبر غشاء الثايلاكويد.