Wat zijn de onderdelen van de plantencel en hun functies?

De plantencel is een eukaryote cel omdat deze een gedefinieerde kern heeft. Zijn belangrijkste functie is om zijn eigen voedsel te produceren met behulp van zonlicht, in het proces van fotosynthese.

Plantencellen zijn samengesteld uit een celwand, plasmamembraan, kern, cytoplasma, plastiden en andere organellen, die hieronder zullen worden beschreven.

1. Kern

De kern van de plantencel is verantwoordelijk voor genetische informatie en celdeling. Het wordt gedefinieerd door een dubbele membraanstructuur, de nucleaire envelop, die het genoom of genetisch materiaal van de plantencel omsluit.

Het binnenmembraan en het buitenmembraan van de kernenvelop versmelten in bepaalde gebieden, waardoor open doorgangen of kernporiën worden gevormd. Door deze openingen tussen de kern en het cytoplasma passeren verschillende moleculen.

Binnen de kern bevinden zich de nucleolus, Cajal-lichamen, fotolichamen en het genoom. De laatste is georganiseerd in chromatine, dat een associatie is van DNA en eiwitten.

2. Endoplasmatisch reticulum

Het endoplasmatisch reticulum is een dynamisch organel dat voortdurend wordt vernieuwd. Het bestaat uit kleine onderling verbonden buisjes en membraanzakjes. In uitpuilende plantencellen wordt het endoplasmatisch reticulum tussen het plasmamembraan en de centrale vacuole geperst.

Het endoplasmatisch reticulum is verantwoordelijk voor verschillende belangrijke processen, zoals de synthese van secretoire eiwitten en essentiële lipiden, calciumopslag en hormoonsignaalreceptoren.

3. Golgi-apparaat

Het Golgi-apparaat is het organel dat verantwoordelijk is voor het dienen als tussenpersoon bij het transport en de verwerking van eiwitten en lipiden, van het endoplasmatisch reticulum tot de extracellulaire ruimte of de vacuole centraal.

Het Golgi-apparaat in de plantencel bestaat uit gestapelde membraanzakjes die onafhankelijk functioneren en bewegen, in tegenstelling tot het Golgi-apparaat in de dierlijke cel. Bovendien synthetiseert het Golgi-apparaat in de plant celwandpolysacchariden anders dan cellulose.

4. plasma membraan

Het plasmamembraan wordt gevonden in alle cellen van levende wezens. Ze bepaalt de grenzen van de cel en de scheiding van de buitenruimte van het celinterieur. Bovendien maakt het de doorgang en uitgang van specifieke verbindingen mogelijk, afhankelijk van de behoeften van de cel.

Het plasmamembraan bestaat uit twee overlappende lipidenlagen of lipidedubbellagen, waarbij de belangrijkste lipiden fosfolipiden zijn. Andere lipiden in het plasmamembraan van plantencellen zijn glucocerebroside, galactosylglyceride, campesterol, sitosterol en stigmasterol.

Tussen de fosfolipiden zweeft een grote diversiteit aan eiwitten, die fungeren als kanalen, signaalreceptoren, ionenpompen en herkenningseiwitten.

Het plasmamembraan van de plantencel produceert buisjes die door poriën in de celwand gaan en communicatie met andere cellen tot stand brengen.

5. celwand

De plantencelwand is het beschermende organel van de plantencel. Het bevindt zich buiten het plasmamembraan. Het is gemaakt van cellulose, een polymeer van vele glucosemoleculen die aan elkaar zijn gekoppeld.

De celwand is een flexibele maar sterke omhulling die de cel zijn vorm geeft. Cellulose vormt de balken van de celwand, aan elkaar gelijmd door pectine en hemicellulose. Door deze samenstelling kan de celwand groeien, uitzetten en zich aanpassen aan mechanische belasting.

Veel stoffen, zoals voedingsstoffen, hormonen, enzymen en peptiden, worden uitgescheiden in de celwand en gaan door de wand naar aangrenzende cellen.

6. vacuole

Een vacuole is een membraanzak in de cel waar de inhoud gescheiden van het cytoplasma wordt opgeslagen. De plantencel wordt gekenmerkt door een vacuole die een groot deel van de cellulaire ruimte inneemt, de centrale vacuole. Dit wordt van het cytoplasma gescheiden door een eenvoudig membraan genaamd tonoplast, met een dikte van 10 nanometer, dat de in- en uittreding van water uit de vacuole regelt.

De belangrijkste functie van de centrale vacuole is het opslaan van water. Vervolgens hopen in water oplosbare pigmenten zoals anthocyanines zich op in vacuolen in epidermale cellen en geven de paarse, rode en blauwe kleur aan veel bloembladen en bladeren. Zaadvacuolen zijn aangepast om eiwitten op te slaan.

De vacuole is de plaats van ontgifting van schadelijke moleculen, het accumuleert chemische verbindingen voor de verdediging van de plant tegen herbivoren en het regelt de turgescentie van de cel. Het is essentieel in de balans van pH en ionen. De grootte wordt bepaald door het plantenhormoon auxine.

7. endosomen

Endosomen zijn het blaasjescompartiment van de cel. Het bestaat uit kleine bolletjes of membraanzakjes die verschillende inhoud omsluiten.

Endosomen functioneren als een opslag van stoffen, bij de hermodellering van het plasmamembraan en de regulatie van eiwit- en lipideverkeer in het interne membraansysteem.

In tegenstelling tot de dierlijke cel, combineert de plantencel nieuwe en rijpe endosomen in het netwerk van membranen die doorgaan naar het Golgi-apparaat.

8. lipide druppeltjes

Plantencellen accumuleren lipiden in hun cytoplasma als kleine druppeltjes of druppeltjes. Ze worden voornamelijk gevormd door een hydrofoob centrum van triglyceriden of sterolesters omgeven door een monolaag van fosfolipiden die hun oorsprong vinden in het endoplasmatisch reticulum.

In planten worden lipidedruppeltjes vaak geassocieerd met oliezaden en fruit, waaruit "plantaardige oliën" worden geëxtraheerd.

9. plastiden

Plastiden zijn dynamische en gevarieerde organellen. De meest bestudeerde is de chloroplast, die we later zullen beschrijven.

Plastiden synthetiseren chlorofylen, carotenoïden, vetzuren en andere lipiden. Ze kunnen worden gekarakteriseerd in verschillende groepen op basis van hun kleur en structuur:

• amyloplast: plastide waar zetmeel wordt gesynthetiseerd en opgeslagen. Ze komen voor in de wortels en in de zaadlobben.
• chloroplast: chlorofylhoudend plastide, verantwoordelijk voor fotosynthese. Het wordt gevonden in de bladeren en groene stengels van planten.
• chromoplast: plastiden gespecialiseerd in het synthetiseren en opslaan van caroteenpigmenten. Ze komen voor in bloemen, vruchten, bladeren en wortels. Zo worden lycopeen en bètacaroteen opgeslagen in de chromoplasten van tomatenfruit.
• Elaioplast of oleoplast: plastiden gespecialiseerd in lipidesynthese. Ze zijn te vinden in de stuifmeelontwikkelingsstructuren.
• etioplast: zijn de voorlopers van chloroplasten. Ze komen voor in planten die in het donker groeien.
• gerontoplast: plastiden die zijn afgeleid van chloroplasten in bladeren die beginnen te verouderen.
• leukoplast: wit of kleurloos plastide. Ze worden aangetroffen in weefsels die niet fotosynthetiseren, zoals knollen, wortels en vetopslagorganen.
• proplastide: niet-onderscheidende voorloperplastiden. Ze worden aangetroffen in de cellen van het embryonale weefsel, in de eicel en in het stuifmeel.

Plastiden kunnen tijdens de levenscyclus van de plant in verschillende typen veranderen. Zo kunnen etioplasten, wanneer ze worden blootgesteld aan licht, veranderen in chloroplasten. Op hun beurt kunnen chloroplasten transformeren in gerontoplasten wanneer chlorofyl degradeert, of in chromoplasten wanneer fruit rijpt.

10. Chloroplasten

Chloroplasten zijn de organellen van plantencellen die verantwoordelijk zijn voor fotosynthese. Ze bevatten chlorofyl, een groen pigment, dat de karakteristieke kleur geeft aan de bladeren en stengels van planten. Ze behoren tot de plantencelplastidenfamilie, die voorkomt in groene algen, korstmossen, mossen en hogere planten.

Chloroplasten gebruiken koolstofdioxide en water, in aanwezigheid van zonlicht, om eenvoudige suikers te produceren die de voedselbron voor de plant zijn.

De typische chloroplast is rond en plat, ongeveer 5 tot 10 micrometer lang, met een binnen- en buitenmembraan. Het binnenmembraan omsluit het stroma, waar de thylakoïden zich bevinden:

• de granale thylakoïden: Ze worden samengeperst tot stapels, grana genaamd, waarin een individuele korrel 2-30 thylakoïden kan bevatten.
• intergranale thylakoïden of stromale thylakoïden: die los in het stroma zitten.

De chloroplast onderhoudt zijn eigen genoom met 120 genen die nodig zijn voor zijn activiteiten. Deze zijn verantwoordelijk voor de synthese van verbindingen, zoals aminozuren, fytohormonen, nucleotiden, vitamines en lipiden.

Aan de andere kant detecteert de chloroplast omgevingsomstandigheden en synthetiseert verbindingen die planten in staat stellen om te gaan met omgevingsstress, zoals veranderingen in temperatuur, zoutgehalte en droogte. Er is ook gezien dat de chloroplast werkt in de afweermechanismen van de plant tegen de aanval van biotische agentia, zoals insecten, schimmels, virussen en bacteriën.

11. mitochondriën

In planten leveren mitochondriën energiemoleculen in de vorm van ATP (adenosinetrifosfaat) in het cytoplasma. Daarnaast worden in deze organellen enkele aminozuren, nucleïnezuren, lipiden en plantenhormonen verwerkt.

De mitochondriën in de plantencel regelen ook de balans van chemische reacties van oxidatie en reductie en speelt een rol bij celsignalering en weerstand tegen ziekten.

Plantaardige mitochondriën lijken op dierlijke mitochondriën omdat ze twee membranen bevatten: binnen en buiten. Sommige delen van het binnenmembraan vouwen zich op en vormen zakjes die cristae worden genoemd.

12. ribosoom

Plantaardige celribosomen zijn vergelijkbaar met dierlijke celribosomen. Ze vervullen de functie van eiwitsynthese, van de genetische informatie die is opgeslagen in de kern, de mitochondriën of de chloroplast in de plantencel.

Een ribosoom bestaat uit twee subeenheden, de 40S en 60S. Elk van deze subeenheden omvat RNA en eiwitribonucleïnezuur.

13. peroxisoom

Peroxisomen zijn permeabele blaasjes die verschillende oxidatieve reacties bevatten. Hierdoor kunnen metabole signalerings- en ontgiftingsreacties plaatsvinden, waardoor nevenschade wordt verminderd.

Peroxisomen zijn klein, met een diameter van 1-2 micrometer, over het algemeen bolvormig. Ze kunnen worden geassocieerd met lipidedruppeltjes, plastiden, mitochondriën en endoplasmatisch reticulum.

De hoeveelheid peroxisomen is afhankelijk van het celtype, het ontwikkelingsstadium en de omgevingsomstandigheden. Onder stressomstandigheden neemt bijvoorbeeld het aantal peroxisomen toe.

Peroxisomen in de cel zijn onmisbaar tijdens de vroege ontwikkeling, wanneer zaailingen afhankelijk zijn van de afbraak van lipiden voordat ze de fotosynthese kunnen starten.

14. Plasmodesmata

Plasmodesmata zijn poriën die zorgen voor continuïteit van het plasmamembraan en cytoplasma door de celwand. Met uitwendige diameters variërend van 25 tot 50 nanometer en strekkend over de breedte van de celwand, zijn ze aanwezig in sommige groepen algen en in alle landplanten.

De plasmodesmata zijn essentieel voor de groei van de plant, doordat ze de intercellulaire uitwisseling van talrijke moleculen mogelijk maken.

Referenties

Kang, BH, et al. (2022) Een woordenlijst van plantencelstructuren: huidige inzichten en toekomstige vragen. De plantencel 34:10-52. doi: 10.1093/plcell/koab247.
Sadali NM, Sowden RG, Ling Q, Jarvis P. (2019) Differentiatie van chromoplast en andere plastiden in planten. Plant Cell rapporteert 38:803. doi: 10.1007/s00299-019-02420-2.
Song, Y., Feng, L., Alyafei, M.A.M., Jaleel, A., Ren, M. (2021). Functie van chloroplasten bij stressreacties bij planten. International Journal of Molecular Sciences 22: 13464. https://doi.org/10.3390/ijms222413464