Kādas ir augu šūnas daļas un to funkcijas?

Augu šūna ir eikariotu šūna, jo tai ir noteikts kodols. Tās galvenā funkcija ir ražot savu pārtiku, izmantojot saules gaismu, fotosintēzes procesā.

Augu šūnas sastāv no šūnu sienas, plazmas membrānas, kodola, citoplazmas, plastidiem un citām organellām, kas tiks aprakstītas turpmāk.

1. Kodols

Augu šūnas kodols ir atbildīgs par ģenētisko informāciju un šūnu dalīšanos. To nosaka dubultās membrānas struktūra, kodola apvalks, kas aptver augu šūnas genomu vai ģenētisko materiālu.

Kodola apvalka iekšējā membrāna un ārējā membrāna saplūst noteiktās vietās, veidojot atvērtas ejas vai kodola poras. Caur šīm atverēm starp kodolu un citoplazmu iziet dažādas molekulas.

Kodolā atrodas kodols, Cajal ķermeņi, fotoķermeņi un genoms. Pēdējais ir sakārtots hromatīnā, kas ir DNS un olbaltumvielu asociācija.

2. Endoplazmatiskais tīkls

Endoplazmatiskais tīkls ir dinamiska organelle, kas pastāvīgi atjaunojas. To veido mazas savstarpēji savienotas caurules un membrānas maisiņi. Izspiedušās augu šūnās endoplazmatiskais tīklojums ir izspiests starp plazmas membrānu un centrālo vakuolu.

Endoplazmatiskais tīkls ir atbildīgs par vairākiem svarīgiem procesiem, piemēram, sintēzi sekrēcijas olbaltumvielas un būtiskie lipīdi, kalcija uzglabāšana un hormonu signālu receptori.

3. Golgi aparāts

Golgi aparāts ir organelle, kas ir atbildīga par transportēšanas un apstrādes starpnieku olbaltumvielas un lipīdi, no endoplazmatiskā tīkla līdz ekstracelulārajai telpai vai vakuolei centrālais.

Golgi aparāts augu šūnā sastāv no sakrautiem membrānas maisiņiem, kas darbojas un pārvietojas neatkarīgi, atšķirībā no Golgi aparāta dzīvnieku šūnā. Turklāt Golgi aparāts augā sintezē šūnu sienas polisaharīdus, kas nav celuloze.

4. plazmas membrāna

Plazmas membrāna ir atrodama visās dzīvo būtņu šūnās. Viņa nosaka šūnas robežas un ārējās telpas atdalīšanu no šūnas iekšpuses. Turklāt tas ļauj iziet un izkļūt konkrētiem savienojumiem atbilstoši šūnas vajadzībām.

Plazmas membrāna sastāv no diviem pārklājošiem lipīdu slāņiem vai lipīdu divslāņa, kur galvenie lipīdi ir fosfolipīdi. Citi lipīdi augu šūnu plazmas membrānā ir glikocerebrozīds, galaktozilglicerīds, kampesterols, sitosterīns un stigmasterols.

Starp fosfolipīdiem peld liela daudzveidība proteīnu, kas darbojas kā kanāli, signālu receptori, jonu sūkņi un atpazīšanas proteīni.

Augu šūnas plazmas membrāna ražo caurules, kas iziet cauri porām šūnu sieniņā un veido saziņu ar citām šūnām.

5. Šūnu siena

Augu šūnu siena ir augu šūnas aizsargājošā organelle. Tas atrodas ārpus plazmas membrānas. Tas ir izgatavots no celulozes, daudzu glikozes molekulu polimēra, kas ir savstarpēji saistīti.

Šūnas siena ir elastīgs, bet spēcīgs pārklājums, kas piešķir šūnai formu. Celuloze veido šūnas sienas sijas, kuras salīmē kopā pektīns un hemiceluloze. Šis sastāvs ļauj šūnu sienai augt, paplašināties un pielāgoties mehāniskai slodzei.

Daudzas vielas, piemēram, barības vielas, hormoni, fermenti un peptīdi, tiek izdalīti šūnu sieniņā un pārvietojas pa sienu uz blakus esošajām šūnām.

6. vakuole

Vakuola ir membrānas maisiņš šūnā, kurā tiek uzglabāts saturs, kas atdalīts no citoplazmas. Augu šūnai ir raksturīga vakuole, kas aizņem lielu šūnu telpas daļu, ko sauc par centrālo vakuolu. To no citoplazmas atdala vienkārša membrāna, ko sauc par tonoplastu, kuras biezums ir 10 nanometri un kas kontrolē ūdens iekļūšanu vakuolā un izeju no tās.

Centrālās vakuola galvenā funkcija ir ūdens uzglabāšana. Pēc tam ūdenī šķīstošie pigmenti, piemēram, antocianīni, uzkrājas epidermas šūnu vakuolos un piešķir daudzām ziedlapiņām un lapām purpursarkanu, sarkanu un zilu krāsu. Sēklu vakuoli ir pielāgoti olbaltumvielu uzglabāšanai.

Vakuola ir kaitīgo molekulu detoksikācijas vieta, tā uzkrāj ķīmiskos savienojumus auga aizsardzībai pret zālēdājiem un kontrolē šūnas turgitāti. Tas ir nepieciešams pH un jonu līdzsvarā. Tās lielumu kontrolē augu hormons auksīns.

7. endosomas

Endosomas ir šūnas pūslīšu nodalījums. Tas sastāv no mazām sfērām vai membrānas maisiņiem, kas aptver dažādu saturu.

Endosomas darbojas kā vielu krājums plazmas membrānas pārveidošanā un proteīnu un lipīdu plūsmas regulēšanā iekšējā membrānas sistēmā.

Atšķirībā no dzīvnieku šūnas, augu šūna apvieno jaunas un nobriedušas endosomas membrānu tīklā, kas turpinās uz Golgi aparātu.

8. lipīdu pilieni

Augu šūnas savā citoplazmā uzkrāj lipīdus mazu pilienu vai pilienu veidā. Tos galvenokārt veido triglicerīdu vai sterīnu esteru hidrofobs centrs, ko ieskauj viens fosfolipīdu slānis, kuru izcelsme ir endoplazmatiskajā retikulumā.

Augos lipīdu pilieni parasti ir saistīti ar eļļas augu sēklām un augļiem, no kuriem iegūst "augu eļļas".

9. plastidi

Plastīdi ir dinamiskas un daudzveidīgas organellas. Visvairāk pētīts ir hloroplasts, ko mēs aprakstīsim vēlāk.

Plastīdi sintezē hlorofilus, karotinoīdus, taukskābes un citus lipīdus. Tos var raksturot dažādās grupās pēc to krāsas un struktūras:

• amiloplasts: plastids, kur tiek sintezēta un uzglabāta ciete. Tie atrodas saknēs un dīgļlapās.
• hloroplasts: hlorofilu saturošs plastids, kas atbild par fotosintēzi. Tas ir atrodams augu lapās un zaļajos kātos.
• Hromoplasts: plastidi, kas specializējas karotīna pigmentu sintezēšanā un uzglabāšanā. Tie ir atrodami ziedos, augļos, lapās un saknēs. Piemēram, likopēns un beta-karotīns tiek uzglabāti tomātu augļu hromoplastos.
• Elaioplasts vai oleoplasts: plastidi, kas specializējas lipīdu sintēzē. Tie ir atrodami ziedputekšņu attīstības struktūrās.
• etioplasts: ir hloroplastu prekursori. Tie ir atrodami augos, kas aug tumsā.
• Gerontoplast: plastidi, kas iegūti no hloroplastiem lapās, kuras sāk novecot.
• leikoplasts: balts vai bezkrāsains plastids. Tie ir atrodami audos, kas neveic fotosintēzi, piemēram, bumbuļos, saknēs un tauku uzglabāšanas orgānos.
• Proplastīds: neizšķiroši prekursoru plastidi. Tie ir atrodami embrionālo audu šūnās, olšūnās un ziedputekšņos.

Plastīdas var pārvērsties dažādos veidos augu dzīves cikla laikā. Piemēram, etioplasti, pakļaujoties gaismai, var pārveidoties par hloroplastiem. Savukārt hloroplasti var pārveidoties par gerontoplastiem, kad hlorofils noārdās, vai par hromoplastiem, kad augļi nogatavojas.

10. Hloroplasti

Hloroplasti ir augu šūnu organellas, kas ir atbildīgas par fotosintēzi. Tie satur hlorofilu, zaļo pigmentu, kas piešķir raksturīgu krāsu augu lapām un stublājiem. Tie pieder augu šūnu plastidu ģimenei, kas atrodami zaļajās aļģēs, ķērpjos, sūnās un augstākajos augos.

Hloroplasti saules gaismas klātbūtnē izmanto oglekļa dioksīdu un ūdeni, lai ražotu vienkāršus cukurus, kas ir augu barības avots.

Tipisks hloroplasts ir apaļš un plakans, apmēram 5 līdz 10 mikrometrus garš, ar iekšējo un ārējo membrānu. Iekšējā membrāna aptver stromu, kurā atrodas tilakoīdi:

• graudu tilakoīdi: Tie tiek saspiesti kaudzēs, ko sauc par granu, kurā atsevišķā granulā var būt 2–30 tilakoīdus.
• starpgranālie tilakoīdi vai stromas tilakoīdi: kas ir vaļīgi stromā.

Hloroplasts uztur savu genomu ar 120 gēniem, kas nepieciešami tā darbībai. Tie ir atbildīgi par savienojumu, piemēram, aminoskābju, fitohormonu, nukleotīdu, vitamīnu un lipīdu sintēzi.

No otras puses, hloroplasts nosaka vides apstākļus un sintezē savienojumus, kas ļauj augiem tikt galā ar vides stresu, piemēram, temperatūras izmaiņām, sāļumu un sausumu. Ir arī redzēts, ka hloroplasts darbojas augu aizsardzības mehānismos pret biotisko aģentu, piemēram, kukaiņu, sēnīšu, vīrusu un baktēriju, uzbrukumu.

11. Mitohondriji

Augos mitohondriji nodrošina enerģijas molekulas ATP (adenozīntrifosfāta) veidā citoplazmā. Turklāt šajās organellās tiek apstrādātas dažas aminoskābes, nukleīnskābes, lipīdi un augu hormoni.

Augu šūnā esošie mitohondriji kontrolē arī ķīmisko reakciju līdzsvaru oksidācija un reducēšana, un tai ir nozīme šūnu signalizācijā un rezistencē pret slimības.

Augu mitohondriji atgādina dzīvnieku mitohondrijus, jo tie satur divas membrānas: iekšējo un ārējo. Dažas iekšējās membrānas daļas salocās, veidojot maisiņus, ko sauc par kristām.

12. Ribosoma

Augu šūnu ribosomas ir līdzīgas dzīvnieku šūnu ribosomām. Tie veic proteīnu sintēzes funkciju, izmantojot ģenētisko informāciju, kas glabājas kodolā, mitohondrijās vai augu šūnā esošajos hloroplastos.

Ribosoma sastāv no divām apakšvienībām, ko sauc par 40S un 60S. Katra no šīm apakšvienībām satur RNS un proteīna ribonukleīnskābi.

13. peroksisomu

Peroksisomas ir caurlaidīgas pūslīši, kas satur dažādas oksidatīvas reakcijas. Tas ļauj veikt vielmaiņas signālu un detoksikācijas reakcijas, samazinot papildu bojājumus.

Peroksisomas ir mazas, 1-2 mikrometri diametrā, parasti sfēriskas. Tie var būt saistīti ar lipīdu pilieniem, plastidiem, mitohondrijiem un endoplazmas tīklu.

Peroksisomu daudzums ir atkarīgs no šūnu veida, attīstības stadijas un vides apstākļiem. Piemēram, stresa apstākļos palielinās peroksisomu skaits.

Peroksisomas šūnā ir neaizstājamas agrīnā attīstības laikā, kad stādi paļaujas uz lipīdu sadalīšanos, pirms tie var uzsākt fotosintēzi.

14. Plazmodesmata

Plazmodesmatas ir poras, kas nodrošina plazmas membrānas un citoplazmas nepārtrauktību caur šūnu sieniņu. Ar ārējo diametru no 25 līdz 50 nanometriem un stiepjas visā šūnas sienas platumā, tie atrodas dažās aļģu grupās un visos sauszemes augos.

Plazmodesmatas ir būtiskas auga augšanai, ļaujot veikt daudzu molekulu starpšūnu apmaiņu.

Atsauces

Kangs, B-H u.c. (2022) Augu šūnu struktūru glosārijs: pašreizējās atziņas un nākotnes jautājumi. Augu šūna 34:10-52. doi: 10.1093/plcell/koab247.
Sadali NM, Sowden RG, Ling Q, Jarvis P. (2019) Hromoplastu un citu plastidu diferenciācija augos. Plant Cell ziņojumi 38:803. doi: 10.1007/s00299-019-02420-2.
Song, Y., Feng, L., Alyafei, M.A.M., Jaleel, A., Ren, M. (2021). Hloroplastu funkcija augu stresa reakcijās. International Journal of Molecular Sciences 22: 13464. https://doi.org/10.3390/ijms222413464