Koji su dijelovi biljne stanice i njihove funkcije?

Biljna stanica je eukariotska stanica jer ima definiranu jezgru. Njegova glavna funkcija je proizvodnja vlastite hrane koristeći sunčevu svjetlost, u procesu fotosinteze.

Biljne stanice se sastoje od stanične stijenke, plazma membrane, jezgre, citoplazme, plastida i drugih organela, koje će biti opisane u nastavku.

1. Jezgra

Jezgra biljne stanice odgovorna je za genetske informacije i diobu stanica. Definira ga dvostruka membranska struktura, nuklearna ovojnica, koja obuhvaća genom ili genetski materijal biljne stanice.

Unutarnja membrana i vanjska membrana nuklearne ovojnice stapaju se u određenim područjima, tvoreći otvorene prolaze ili nuklearne pore. Kroz te otvore između jezgre i citoplazme prolaze razne molekule.

Unutar jezgre je jezgra, Cajal tijela, fototijela i genom. Potonji je organiziran u kromatinu, koji je asocijacija DNK i proteina.

2. Endoplazmatski retikulum

Endoplazmatski retikulum je dinamička organela u stalnom obnavljanju. Sastoji se od malih međusobno povezanih cijevi i membranskih vrećica. U ispupčenim biljnim stanicama endoplazmatski retikulum je stisnut između plazma membrane i središnje vakuole.

Endoplazmatski retikulum odgovoran je za nekoliko važnih procesa, kao što je sinteza sekretorni proteini i esencijalni lipidi, skladištenje kalcija i receptori za hormonske signale.

3. Golgijev aparat

Golgijev aparat je organela odgovorna za služenje kao posrednik u transportu i preradi proteina i lipida, od endoplazmatskog retikuluma do ekstracelularnog prostora ili vakuole središnji.

Golgijev aparat u biljnoj stanici sastoji se od naslaganih membranskih vrećica koje funkcioniraju i kreću se neovisno, za razliku od Golgijevog aparata u životinjskoj stanici. Osim toga, Golgijev aparat u biljci sintetizira polisaharide stanične stijenke osim celuloze.

4. plazma membrana

Plazma membrana se nalazi u svim stanicama živih bića. Ona određuje granice stanice i odvajanje vanjskog prostora od unutrašnjosti stanice. Osim toga, omogućuje prolaz i izlazak specifičnih spojeva, prema potrebama stanice.

Plazma membrana se sastoji od dva preklapajuća lipidna sloja ili lipidnog dvosloja, gdje su glavni lipidi fosfolipidi. Ostali lipidi u plazma membrani biljnih stanica su glukocerebrozid, galaktozilglicerid, kampesterol, sitosterol i stigmasterol.

Između fosfolipida pluta velika raznolikost proteina, koji djeluju kao kanali, signalni receptori, ionske pumpe i proteini za prepoznavanje.

Plazma membrana biljne stanice proizvodi cijevi koje prolaze kroz pore u staničnoj stijenci i uspostavljaju komunikaciju s drugim stanicama.

5. Stanični zid

Biljna stanična stijenka je zaštitna organela biljne stanice. Nalazi se izvan plazma membrane. Sastoji se od celuloze, polimera mnogih molekula glukoze koje su međusobno povezane.

Stanična stijenka je fleksibilan, ali jak omotač koji stanici daje oblik. Celuloza tvori grede stanične stijenke, međusobno zalijepljene pektinom i hemicelulozom. Ovaj sastav omogućuje staničnoj stijenci da raste, širi se i prilagođava mehaničkom naprezanju.

Mnoge tvari, kao što su hranjive tvari, hormoni, enzimi i peptidi, izlučuju se u staničnu stijenku i kreću kroz zid do susjednih stanica.

6. vakuola

Vakuola je membranska vrećica unutar stanice u kojoj se pohranjuje sadržaj odvojen od citoplazme. Biljnu stanicu karakterizira vakuola koja zauzima veliki dio staničnog prostora, poznata kao središnja vakuola. Ona je odvojena od citoplazme jednostavnom membranom nazvanom tonoplast, debljine 10 nanometara, koja kontrolira ulazak i izlazak vode iz vakuole.

Glavna funkcija središnje vakuole je pohranjivanje vode. Zatim se pigmenti topljivi u vodi kao što su antocijanini nakupljaju u vakuolama u epidermalnim stanicama i daju ljubičastu, crvenu i plavu boju mnogim laticama i listovima. Vakuole sjemena prilagođene su pohranjivanju proteina.

Vakuola je mjesto detoksikacije štetnih molekula, akumulira kemijske spojeve za obranu biljke od biljojeda i kontrolira čvrstoću stanice. Neophodan je u ravnoteži pH i iona. Njegovu veličinu kontrolira biljni hormon auksin.

7. endosomi

Endosomi su odjeljak vezikula u stanici. Sastoji se od malih kuglica ili membranskih vrećica koje zatvaraju razni sadržaj.

Endosomi djeluju kao skladište tvari, u remodeliranju plazma membrane i regulaciji prometa proteina i lipida u sustavu unutarnje membrane.

Za razliku od životinjske stanice, biljna stanica spaja nove i zrele endosome u mrežu membrana koje se nastavljaju na Golgijev aparat.

8. lipidne kapljice

Biljne stanice akumuliraju lipide u svojoj citoplazmi kao male kapljice ili kapljice. Uglavnom se sastoje od hidrofobnog centra triglicerida ili sterolnih estera okruženih monoslojem fosfolipida koji potječu iz endoplazmatskog retikuluma.

U biljkama se kapljice lipida obično povezuju sa sjemenkama uljarica i plodovima iz kojih se ekstrahiraju "biljna ulja".

9. plastidi

Plastidi su dinamične i raznolike organele. Najviše proučavan je kloroplast, koji ćemo kasnije opisati.

Plastidi sintetiziraju klorofile, karotenoide, masne kiseline i druge lipide. Mogu se okarakterizirati u različite skupine prema njihovoj boji i strukturi:

• amiloplast: plastid gdje se sintetizira i pohranjuje škrob. Nalaze se u korijenu i u kotiledonima.
• kloroplasta: plastid koji sadrži klorofil, odgovoran za fotosintezu. Nalazi se u lišću i zelenim stabljikama biljaka.
• Kromoplast: plastidi specijalizirani za sintezu i skladištenje karotenskih pigmenata. Nalaze se u cvjetovima, plodovima, lišću i korijenju. Na primjer, likopen i beta-karoten pohranjeni su u kromoplastima ploda rajčice.
• Elaioplast ili oleoplast: plastidi specijalizirani za sintezu lipida. Nalaze se u strukturama razvoja peludi.
• etioplast: su prekursori kloroplasta. Nalaze se u biljkama koje rastu u mraku.
• Gerontoplast: plastidi koji potječu od kloroplasta u listovima koji počinju stariti.
• leukoplast: bijeli ili bezbojni plastid. Nalaze se u tkivima koja ne fotosintetiziraju, kao što su gomolji, korijenje i organi za skladištenje masti.
• Proplastid: nediferencirani prekursorski plastidi. Nalaze se u stanicama embrionalnog tkiva, u ovuli i u peludi.

Plastidi se mogu međusobno pretvoriti u različite vrste tijekom životnog ciklusa biljke. Na primjer, etioplasti, kada su izloženi svjetlu, mogu se transformirati u kloroplaste. Zauzvrat, kloroplasti se mogu transformirati u gerontoplaste kada se klorofil razgradi, ili u kromoplaste kada plodovi sazrijevaju.

10. Kloroplasti

Kloroplasti su organele biljnih stanica odgovorne za fotosintezu. Sadrže klorofil, zeleni pigment, koji daje karakterističnu boju lišću i stabljikama biljaka. Pripadaju obitelji plastida biljnih stanica, nalaze se u zelenim algama, lišajevima, mahovinama i višim biljkama.

Kloroplasti koriste ugljični dioksid i vodu, u prisutnosti sunčeve svjetlosti, za proizvodnju jednostavnih šećera koji su izvor hrane za biljku.

Tipični kloroplast je okrugao i ravan, duljine oko 5 do 10 mikrometara, s unutarnjom i vanjskom membranom. Unutarnja membrana zatvara stromu, gdje se nalaze tilakoidi:

• zrnati tilakoidi: Komprimiraju se u hrpe zvane grana u kojima pojedinačna granula može sadržavati 2-30 tilakoida.
• intergranalni tilakoidi ili stromalni tilakoidi: koji su labavi u stromi.

Kloroplast održava vlastiti genom sa 120 gena potrebnih za njegovo djelovanje. Oni su odgovorni za sintezu spojeva, kao što su aminokiseline, fitohormoni, nukleotidi, vitamini i lipidi.

S druge strane, kloroplast otkriva okolišne uvjete i sintetizira spojeve koji omogućuju biljkama da se nose s ekološkim stresom, kao što su promjene temperature, salinitet i suša. Također je vidljivo da kloroplast djeluje u obrambenim mehanizmima biljke protiv napada biotičkih agenasa, poput insekata, gljivica, virusa i bakterija.

11. mitohondrije

U biljkama mitohondriji osiguravaju energetske molekule u obliku ATP-a (adenozin trifosfata) u citoplazmi. Osim toga, neke aminokiseline, nukleinske kiseline, lipidi i biljni hormoni obrađuju se u tim organelama.

Mitohondriji u biljnoj stanici također kontroliraju ravnotežu kemijskih reakcija oksidacije i redukcije te ima ulogu u signalizaciji stanica i otpornosti na njih bolesti.

Biljni mitohondriji nalikuju mitohondrijima životinja po tome što sadrže dvije membrane: unutarnju i vanjsku. Neki dijelovi unutarnje membrane se savijaju i tvore vrećice koje se nazivaju kriste.

12. ribosom

Ribosomi biljnih stanica slični su ribosomima životinjskih stanica. Oni obavljaju funkciju sinteze proteina, iz genetskih informacija pohranjenih u jezgri, mitohondrijima ili kloroplastu u biljnoj stanici.

Ribosom se sastoji od dvije podjedinice koje se nazivaju 40S i 60S. Svaka od ovih podjedinica sadrži RNA i protein ribonukleinsku kiselinu.

13. peroksizom

Peroksisomi su propusne vezikule koje sadrže različite oksidativne reakcije. To omogućuje metaboličku signalizaciju i reakcije detoksikacije smanjujući kolateralna oštećenja.

Peroksisomi su mali, između 1-2 mikrometra u promjeru, općenito sferni. Mogu se povezati s lipidnim kapljicama, plastidima, mitohondrijima i endoplazmatskim retikulumom.

Količina peroksisoma ovisi o vrsti stanice, stupnju razvoja i uvjetima okoline. Na primjer, u uvjetima stresa povećava se broj peroksisoma.

Peroksisomi u stanici su neophodni tijekom ranog razvoja, kada se sadnice oslanjaju na razgradnju lipida prije nego što mogu pokrenuti fotosintezu.

14. Plasmodesmata

Plazmodezme su pore koje osiguravaju kontinuitet plazma membrane i citoplazme kroz staničnu stijenku. S vanjskim promjerima u rasponu od 25 do 50 nanometara i prostiru se po širini stanične stijenke, prisutni su u nekim skupinama algi i u svim kopnenim biljkama.

Plazmodezme su neophodne za rast biljke, omogućujući međustaničnu izmjenu brojnih molekula.

Reference

Kang, BH, et al. (2022) Pojmovnik struktura biljnih stanica: trenutni uvidi i buduća pitanja. Biljna stanica 34:10-52. doi: 10.1093/plcell/koab247.
Sadali NM, Sowden RG, Ling Q, Jarvis P. (2019) Diferencijacija kromoplasta i drugih plastida u biljkama. Plant Cell izvješća 38:803. doi: 10.1007/s00299-019-02420-2.
Song, Y., Feng, L., Alyafei, M.A.M., Jaleel, A., Ren, M. (2021). Funkcija kloroplasta u odgovorima biljaka na stres. International Journal of Molecular Sciences 22: 13464. https://doi.org/10.3390/ijms222413464