Millised on taimeraku osad ja nende funktsioonid?

Taimerakk on eukarüootne rakk, kuna sellel on määratletud tuum. Selle põhiülesanne on fotosünteesi käigus päikesevalguse abil ise toitu toota.

Taimerakud koosnevad rakuseinast, plasmamembraanist, tuumast, tsütoplasmast, plastiididest ja muudest organellidest, mida kirjeldatakse allpool.

1. Tuum

Taimeraku tuum vastutab geneetilise teabe ja rakkude jagunemise eest. Seda määratleb topeltmembraani struktuur, tuumaümbris, mis ümbritseb taimeraku genoomi või geneetilist materjali.

Tuumaümbrise sisemembraan ja välimine membraan sulanduvad teatud piirkondades, moodustades avatud läbikäigud või tuumapoorid. Nendest avadest läbivad tuuma ja tsütoplasma vahel erinevad molekulid.

Tuumas on tuum, Cajal kehad, fotokehad ja genoom. Viimane on organiseeritud kromatiini, mis on DNA ja valkude ühendus.

2. Endoplasmaatiline retikulum

Endoplasmaatiline retikulum on pidevas uuenemises dünaamiline organell. See koosneb väikestest omavahel ühendatud torudest ja membraankottidest. Kõhupundunud taimerakkudes on endoplasmaatiline retikulum pressitud plasmamembraani ja keskvakuooli vahele.

Endoplasmaatiline retikulum vastutab mitmete oluliste protsesside eest, näiteks selle sünteesi eest sekretoorsed valgud ja olulised lipiidid, kaltsiumi säilitamine ja hormoonide signaaliretseptorid.

3. Golgi aparaat

Golgi aparaat on organell, mis vastutab transpordi ja töötlemise vahendajana valkude ja lipiidide, endoplasmaatilisest retikulumist rakuvälisesse ruumi või vakuooli keskne.

Taimerakus olev Golgi aparaat koosneb virnastatud membraanikottidest, mis erinevalt loomarakus olevast Golgi aparaadist toimivad ja liiguvad iseseisvalt. Lisaks sünteesib Golgi aparaat tehases muid rakuseina polüsahhariide peale tselluloosi.

4. plasmamembraan

Plasmamembraani leidub kõigis elusolendite rakkudes. Ta määrab raku piirid ja välisruumi eraldatuse raku sisemusest. Lisaks võimaldab see vastavalt raku vajadustele spetsiifiliste ühendite läbimist ja väljumist.

Plasmamembraan koosneb kahest kattuvast lipiidikihist või lipiidide kaksikkihist, kus peamised lipiidid on fosfolipiidid. Teised taimeraku plasmamembraanis olevad lipiidid on glükotserebrosiid, galaktosüülglütseriid, kampesterool, sitosterool ja stigmasterool.

Fosfolipiidide vahel hõljub suur hulk valke, mis toimivad kanalite, signaaliretseptorite, ioonpumpade ja äratundmisvalkudena.

Taimeraku plasmamembraan toodab torusid, mis läbivad rakuseina poorid ja loovad side teiste rakkudega.

5. Raku sein

Taime rakusein on taimeraku kaitseorganell. See asub väljaspool plasmamembraani. See on valmistatud tselluloosist, polümeerist, mis koosneb paljudest omavahel seotud glükoosi molekulidest.

Rakusein on painduv, kuid tugev kate, mis annab rakule kuju. Tselluloos moodustab rakuseina talad, mille liimivad kokku pektiin ja hemitselluloos. See koostis võimaldab rakuseinal kasvada, laieneda ja kohaneda mehaanilise pingega.

Paljud ained, nagu toitained, hormoonid, ensüümid ja peptiidid, erituvad rakuseina ja liiguvad läbi seina naaberrakkudesse.

6. vakuool

Vakuool on rakus olev membraanikott, kus hoitakse tsütoplasmast eraldatud sisu. Taimerakku iseloomustab vakuool, mis hõivab suure osa raku ruumist, mida tuntakse keskvakuoolina. See on tsütoplasmast eraldatud lihtsa membraaniga, mida nimetatakse tonoplastiks ja mille paksus on 10 nanomeetrit ja mis kontrollib vee sisenemist ja väljumist vakuoolist.

Tsentraalse vakuooli põhiülesanne on vee hoidmine. Seejärel kogunevad vees lahustuvad pigmendid, nagu antotsüaniinid, epidermise rakkude vakuoolidesse ja annavad paljudele kroonlehtedele ja lehtedele lilla, punase ja sinise värvi. Seemnevakuoolid on kohandatud valkude säilitamiseks.

Vakuool on kahjulike molekulide detoksifitseerimise koht, see akumuleerib keemilisi ühendeid taime kaitseks herbivooride vastu ja kontrollib raku turgudust. See on oluline pH ja ioonide tasakaalus. Selle suurust kontrollib taimne hormoon auksiin.

7. endosoomid

Endosoomid on raku vesiikulite sektsioon. See koosneb väikestest sfääridest või membraankottidest, mis ümbritsevad erinevat sisu.

Endosoomid toimivad ainete hoidlana, plasmamembraani ümberkujundamisel ning valkude ja lipiidide liikumise reguleerimisel sisemembraanisüsteemis.

Erinevalt loomarakust ühendab taimerakk uued ja küpsed endosoomid membraanide võrgustikus, mis jätkuvad Golgi aparaati.

8. lipiidide tilgad

Taimerakud koguvad lipiide oma tsütoplasmasse väikeste tilkade või tilkadena. Need koosnevad peamiselt triglütseriidide või steroolestrite hüdrofoobsest tsentrist, mida ümbritseb endoplasmaatilisest retikulumist pärinevate fosfolipiidide monokiht.

Taimedes seostatakse lipiidipiiskusid tavaliselt õliseemnete ja puuviljadega, millest ekstraheeritakse "taimeõlisid".

9. plastiidid

Plastiidid on dünaamilised ja mitmekesised organellid. Enim uuritud on kloroplast, mida kirjeldame hiljem.

Plastiidid sünteesivad klorofülle, karotenoide, rasvhappeid ja muid lipiide. Neid saab värvi ja struktuuri järgi iseloomustada erinevatesse rühmadesse:

• amüloplast: plastiid, kus tärklist sünteesitakse ja säilitatakse. Neid leidub juurtes ja idulehtedes.
• kloroplast: klorofülli sisaldav plastiid, vastutab fotosünteesi eest. Seda leidub taimede lehtedes ja rohelistes vartes.
• Kromoplast: plastiidid, mis on spetsialiseerunud karoteen pigmentide sünteesimisele ja säilitamisele. Neid leidub lilledes, puuviljades, lehtedes ja juurtes. Näiteks lükopeen ja beetakaroteen ladestuvad tomati viljade kromoplastides.
• Elaioplast või oleoplast: plastiidid, mis on spetsialiseerunud lipiidide sünteesile. Neid leidub õietolmu arengustruktuurides.
• etioplast: on kloroplastide eelkäijad. Neid leidub taimedes, mis kasvavad pimedas.
• Gerontoplast: plastiidid, mis pärinevad vananema hakkavate lehtede kloroplastidest.
• leukoplast: valge või värvitu plastiid. Neid leidub kudedes, mis ei fotosünteesi, nagu mugulad, juured ja rasvavaru elundid.
• Proplastid: mitteeristavad prekursorplastiidid. Neid leidub embrüonaalse koe rakkudes, munarakus ja õietolmus.

Plastiidid võivad tehase elutsükli jooksul muutuda erinevateks tüüpideks. Näiteks võivad etioplastid valguse käes muutuda kloroplastideks. Kloroplastid võivad omakorda muutuda gerontoplastideks, kui klorofüll laguneb, või kromoplastideks, kui viljad valmivad.

10. Kloroplastid

Kloroplastid on fotosünteesi eest vastutavad taimeraku organellid. Need sisaldavad klorofülli, rohelist pigmenti, mis annab taimede lehtedele ja vartele iseloomuliku värvi. Need kuuluvad taimerakuliste plastiidide perekonda, mida leidub rohevetikates, samblikes, sammaldes ja kõrgemates taimedes.

Kloroplastid kasutavad päikesevalguse käes süsinikdioksiidi ja vett, et toota lihtsaid suhkruid, mis on taime toiduallikaks.

Tüüpiline kloroplast on ümmargune ja lame, umbes 5–10 mikromeetrit pikk, sisemise ja välimise membraaniga. Sisemembraan ümbritseb stroomat, kus paiknevad tülakoidid:

• graanulid tülakoidid: Need pressitakse virnadeks, mida nimetatakse granaks ja milles üksik graanul võib sisaldada 2–30 tülakoidi.
• graanidevahelised tülakoidid või strooma tülakoidid: mis on stroomas lahti.

Kloroplast säilitab oma genoomi 120 tegevuseks vajaliku geeniga. Need vastutavad ühendite, nagu aminohapped, fütohormoonid, nukleotiidid, vitamiinid ja lipiidid, sünteesi eest.

Teisest küljest tuvastab kloroplast keskkonnatingimusi ja sünteesib ühendeid, mis võimaldavad taimedel toime tulla keskkonnastressiga, nagu temperatuurimuutused, soolsus ja põud. Samuti on täheldatud, et kloroplast toimib taime kaitsemehhanismides biootiliste mõjurite, nagu putukad, seened, viirused ja bakterid, rünnakute vastu.

11. Mitokondrid

Taimedes pakuvad mitokondrid energiamolekule ATP (adenosiintrifosfaadi) kujul tsütoplasmas. Lisaks töödeldakse neis organellides mõningaid aminohappeid, nukleiinhappeid, lipiide ja taimehormoone.

Taimeraku mitokondrid kontrollivad ka keemiliste reaktsioonide tasakaalu oksüdatsiooni ja redutseerimist ning omab rolli rakkude signaaliülekandes ja vastupanuvõimes haigused.

Taimsed mitokondrid meenutavad loomade mitokondreid, kuna neil on kaks membraani: sisemine ja välimine. Mõned sisemembraani osad voldivad kokku, moodustades kotikesed, mida nimetatakse cristae'iks.

12. Ribosoom

Taimerakkude ribosoomid on sarnased loomarakkude ribosoomidega. Nad täidavad valgusünteesi funktsiooni, lähtudes taimerakus tuumas, mitokondrites või kloroplastis talletatud geneetilisest teabest.

Ribosoom koosneb kahest subühikust, mida nimetatakse 40S ja 60S. Kõik need alaühikud sisaldavad RNA-d ja valgu ribonukleiinhapet.

13. peroksisoom

Peroksisoomid on läbilaskvad vesiikulid, mis sisaldavad erinevaid oksüdatiivseid reaktsioone. See võimaldab metaboolsetel signaaliülekande- ja võõrutusreaktsioonidel toimuda, vähendades kaasnevaid kahjustusi.

Peroksisoomid on väikesed, läbimõõduga 1-2 mikromeetrit, üldiselt sfäärilised. Neid võib seostada lipiidide tilkade, plastiidide, mitokondrite ja endoplasmaatilise retikulumiga.

Peroksisoomide hulk sõltub rakutüübist, arenguastmest ja keskkonnatingimustest. Näiteks stressitingimustes suureneb peroksisoomide arv.

Rakus olevad peroksisoomid on asendamatud varajases arengus, kui seemikud sõltuvad enne fotosünteesi alustamist lipiidide lagunemisest.

14. Plasmodesmaat

Plasmodesmata on poorid, mis tagavad plasmamembraani ja tsütoplasma järjepidevuse läbi rakuseina. Välisläbimõõt jääb vahemikku 25–50 nanomeetrit ja ulatub üle rakuseina laiuse ning neid leidub mõnes vetikarühmas ja kõigis maismaataimedes.

Plasmodesmata on taime kasvu jaoks hädavajalik, võimaldades paljude molekulide rakkudevahelist vahetust.

Viited

Kang, B-H jt. (2022) Taimerakkude struktuuride sõnastik: praegused teadmised ja tulevased küsimused. Plant Cell 34:10-52. doi: 10.1093/plcell/koab247.
Sadali NM, Sowden RG, Ling Q, Jarvis P. (2019) Kromoplastide ja teiste plastiidide eristamine taimedes. Plant Cell teatab 38:803. doi: 10.1007/s00299-019-02420-2.
Song, Y., Feng, L., Alyafei, M.A.M., Jaleel, A., Ren, M. (2021). Kloroplastide funktsioon taimede stressireaktsioonides. International Journal of Molecular Sciences 22: 13464. https://doi.org/10.3390/ijms222413464