Jakie są części komórki roślinnej i ich funkcje?

Komórka roślinna jest komórką eukariotyczną, ponieważ ma określone jądro. Jego główną funkcją jest wytwarzanie własnej żywności za pomocą światła słonecznego w procesie fotosyntezy.

Komórki roślinne składają się ze ściany komórkowej, błony komórkowej, jądra, cytoplazmy, plastydów i innych organelli, które zostaną opisane poniżej.

1. Jądro

Jądro komórki roślinnej odpowiada za informację genetyczną i podział komórek. Definiuje ją struktura podwójnej błony, otoczka jądrowa, która otacza genom lub materiał genetyczny komórki roślinnej.

Wewnętrzna błona i zewnętrzna błona otoczki jądrowej łączą się w pewnych obszarach, tworząc otwarte przejścia lub pory jądrowe. Przez te otwory między jądrem a cytoplazmą przechodzą różne cząsteczki.

W jądrze znajduje się jąderko, ciała Cajala, fotociała i genom. Ten ostatni jest zorganizowany w chromatynę, która jest połączeniem DNA i białek.

2. Retikulum endoplazmatyczne

Retikulum endoplazmatyczne jest dynamiczną organellą w ciągłej odnowie. Składa się z małych, połączonych ze sobą rurek i worków membranowych. W wybrzuszonych komórkach roślinnych retikulum endoplazmatyczne jest ściśnięte między błoną plazmatyczną a centralną wakuolą.

Retikulum endoplazmatyczne jest odpowiedzialne za kilka ważnych procesów, takich jak synteza białka sekrecyjne i niezbędne lipidy, magazynujące wapń i receptory sygnału hormonalnego.

3. Aparat Golgiego

Aparat Golgiego jest organellą odpowiedzialną za pośredniczenie w transporcie i przetwarzaniu białek i lipidów, od retikulum endoplazmatycznego do przestrzeni zewnątrzkomórkowej lub wakuoli centralny.

Aparat Golgiego w komórce roślinnej składa się z ułożonych w stos worków błonowych, które działają i poruszają się niezależnie, w przeciwieństwie do aparatu Golgiego w komórce zwierzęcej. Ponadto aparat Golgiego w roślinie syntetyzuje polisacharydy ściany komórkowej inne niż celuloza.

4. błona plazmatyczna

Błona plazmatyczna znajduje się we wszystkich komórkach żywych istot. Określa granice komórki i oddzielenie przestrzeni kosmicznej od wnętrza komórki. Ponadto umożliwia przejście i wyjście określonych związków, zgodnie z potrzebami komórki.

Błona plazmatyczna składa się z dwóch zachodzących na siebie warstw lipidowych lub dwuwarstwy lipidowej, gdzie głównymi lipidami są fosfolipidy. Inne lipidy w błonie komórkowej komórek roślinnych to glukocerebrozyd, galaktozylogliceryd, kampesterol, sitosterol i stigmasterol.

Między fosfolipidami pływa ogromna różnorodność białek, które działają jako kanały, receptory sygnałowe, pompy jonowe i białka rozpoznające.

Błona plazmatyczna komórki roślinnej wytwarza rurki, które przechodzą przez pory w ścianie komórkowej i nawiązują komunikację z innymi komórkami.

5. Ściana komórkowa

Roślinna ściana komórkowa jest ochronnym organellą komórki roślinnej. Znajduje się poza błoną plazmatyczną. Wykonany jest z celulozy, polimeru wielu połączonych ze sobą cząsteczek glukozy.

Ściana komórkowa jest elastyczną, ale mocną powłoką, która nadaje komórce jej kształt. Celuloza tworzy belki ściany komórkowej, sklejone pektyną i hemicelulozą. Taka kompozycja pozwala ścianie komórkowej rosnąć, rozszerzać się i dostosowywać do naprężeń mechanicznych.

Wiele substancji, takich jak składniki odżywcze, hormony, enzymy i peptydy, jest wydzielanych do ściany komórkowej i przechodzi przez ścianę do sąsiednich komórek.

6. wakuola

Wakuola to worek błony w komórce, w którym przechowywana jest zawartość oddzielona od cytoplazmy. Komórka roślinna charakteryzuje się wakuolą zajmującą dużą część przestrzeni komórkowej, znaną jako centralna wakuola. Jest ona oddzielona od cytoplazmy prostą membraną zwaną tonoplastem o grubości 10 nanometrów, która kontroluje wejście i wyjście wody z wakuoli.

Główną funkcją centralnej wakuoli jest przechowywanie wody. Następnie rozpuszczalne w wodzie pigmenty, takie jak antocyjany, gromadzą się w wakuolach w komórkach naskórka i nadają wielu płatkom i liściom purpurowy, czerwony i niebieski kolor. Wakuole nasion są przystosowane do przechowywania białek.

Wakuola jest miejscem detoksykacji szkodliwych cząsteczek, akumuluje związki chemiczne do obrony rośliny przed roślinożercami oraz kontroluje nawilżenie komórki. Jest niezbędna w utrzymaniu równowagi pH i jonów. Jego wielkość jest kontrolowana przez hormon roślinny auksynę.

7. endosomy

Endosomy to pęcherzykowy przedział komórki. Składa się z małych kulek lub torebek membranowych, które zamykają różnorodną zawartość.

Endosomy pełnią funkcję magazynu substancji, przebudowują błonę komórkową oraz regulują ruch białek i lipidów w układzie błon wewnętrznych.

W przeciwieństwie do komórki zwierzęcej, komórka roślinna łączy nowe i dojrzałe endosomy w sieć błon, które kontynuują aparat Golgiego.

8. kropelki lipidów

Komórki roślinne gromadzą lipidy w swojej cytoplazmie w postaci małych kropelek lub kropelek. Składają się głównie z hydrofobowego centrum triglicerydów lub estrów steroli, otoczonego monowarstwą fosfolipidów pochodzących z retikulum endoplazmatycznego.

W roślinach kropelki lipidów są powszechnie kojarzone z nasionami i owocami oleistymi, z których pozyskuje się „oleje roślinne”.

9. plastydy

Plastydy to dynamiczne i różnorodne organelle. Najbardziej zbadanym jest chloroplast, który opiszemy później.

Plastydy syntetyzują chlorofile, karotenoidy, kwasy tłuszczowe i inne lipidy. Ze względu na kolor i strukturę można je scharakteryzować w różnych grupach:

• amyloplast: plastyd, w którym skrobia jest syntetyzowana i przechowywana. Znajdują się w korzeniach i liścieniach.
• chloroplast: plastyd zawierający chlorofil, odpowiedzialny za fotosyntezę. Występuje w liściach i zielonych łodygach roślin.
• Chromoplast: plastydy wyspecjalizowane w syntezie i przechowywaniu pigmentów karotenowych. Znajdują się w kwiatach, owocach, liściach i korzeniach. Na przykład likopen i beta-karoten są przechowywane w chromoplastach owoców pomidora.
• Elaioplast lub oleoplast: plastydy wyspecjalizowane w syntezie lipidów. Znajdują się w strukturach rozwoju pyłku.
• etioplast: są prekursorami chloroplastów. Znajdują się w roślinach rosnących w ciemności.
• Gerontoplast: plastydy pochodzące z chloroplastów w liściach, które zaczynają się starzeć.
• leukoplast: biały lub bezbarwny plastyd. Znajdują się w tkankach, które nie ulegają fotosyntezie, takich jak bulwy, korzenie i narządy magazynujące tłuszcz.
• Proplastid: nierozróżnialne plastydy prekursorowe. Znajdują się w komórkach tkanki embrionalnej, w zalążku i w pyłku.

Plastydy mogą przekształcać się w różne typy podczas cyklu życia rośliny. Na przykład etioplasty pod wpływem światła mogą przekształcić się w chloroplasty. Z kolei chloroplasty mogą przekształcać się w gerontoplasty, gdy chlorofil ulega degradacji, lub w chromoplasty, gdy dojrzewają owoce.

10. Chloroplasty

Chloroplasty to organelle komórek roślinnych odpowiedzialne za fotosyntezę. Zawierają chlorofil, zielony barwnik, który nadaje charakterystyczny kolor liściom i łodygom roślin. Należą do rodziny plastydów komórek roślinnych, występujących w zielonych algach, porostach, mchach i roślinach wyższych.

Chloroplasty wykorzystują dwutlenek węgla i wodę, w obecności światła słonecznego, do produkcji cukrów prostych, które są źródłem pożywienia dla rośliny.

Typowy chloroplast jest okrągły i płaski, o długości około 5 do 10 mikrometrów, z wewnętrzną i zewnętrzną membraną. Wewnętrzna błona otacza zrąb, w którym znajdują się tylakoidy:

• granal tylakoidy: Są sprasowane w stosy zwane grana, w których pojedyncza granulka może zawierać 2-30 tylakoidów.
• tylakoidy międzygranalne lub tylakoidy zrębowe: które są luźne w zrębie.

Chloroplast posiada własny genom zawierający 120 genów niezbędnych do jego działania. Odpowiadają one za syntezę związków, takich jak aminokwasy, fitohormony, nukleotydy, witaminy i lipidy.

Z drugiej strony chloroplast wykrywa warunki środowiskowe i syntetyzuje związki, które pozwalają roślinom radzić sobie ze stresem środowiskowym, takim jak zmiany temperatury, zasolenie i susza. Zaobserwowano również, że chloroplast działa w mechanizmach obronnych rośliny przed atakiem czynników biotycznych, takich jak owady, grzyby, wirusy i bakterie.

11. Mitochondria

W roślinach mitochondria dostarczają do cytoplazmy cząsteczki energii w postaci ATP (adenozynotrójfosforanu). Ponadto niektóre aminokwasy, kwasy nukleinowe, lipidy i hormony roślinne są przetwarzane w tych organellach.

Mitochondria w komórce roślinnej kontrolują również równowagę reakcji chemicznych utleniania i redukcji oraz odgrywa rolę w sygnalizacji komórkowej i odporności na choroby.

Mitochondria roślinne przypominają mitochondria zwierzęce, ponieważ zawierają dwie błony: wewnętrzną i zewnętrzną. Niektóre części błony wewnętrznej zaginają się, tworząc worki zwane cristae.

12. Rybosom

Rybosomy komórek roślinnych są podobne do rybosomów komórek zwierzęcych. Pełnią funkcję syntezy białek na podstawie informacji genetycznej przechowywanej w jądrze, mitochondriach lub chloroplastach w komórce roślinnej.

Rybosom składa się z dwóch podjednostek zwanych 40S i 60S. Każda z tych podjednostek zawiera RNA i białkowy kwas rybonukleinowy.

13. peroksysom

Peroksysomy to przepuszczalne pęcherzyki, które zawierają różne reakcje utleniania. Pozwala to na zachodzenie sygnałów metabolicznych i reakcji detoksykacji, zmniejszając uszkodzenia uboczne.

Peroksysomy są małe, o średnicy 1-2 mikrometrów, na ogół kuliste. Mogą być związane z kropelkami lipidów, plastydami, mitochondriami i retikulum endoplazmatycznym.

Ilość peroksysomów zależy od typu komórki, etapu rozwoju i warunków środowiskowych. Na przykład w warunkach stresowych wzrasta liczba peroksysomów.

Peroksysomy w komórce są niezbędne na wczesnym etapie rozwoju, kiedy sadzonki polegają na rozpadzie lipidów, zanim zainicjują fotosyntezę.

14. Plasmodesmata

Plasmodesmata to pory, które zapewniają ciągłość błony komórkowej i cytoplazmy przez ścianę komórkową. Przy średnicach zewnętrznych od 25 do 50 nanometrów i rozciągających się na całej szerokości ściany komórkowej są one obecne w niektórych grupach glonów i we wszystkich roślinach lądowych.

Plasodesmy są niezbędne do wzrostu rośliny, ponieważ umożliwiają międzykomórkową wymianę wielu cząsteczek.

Bibliografia

Kang, B-H, i in. (2022) Słowniczek struktur komórek roślinnych: aktualne spostrzeżenia i przyszłe pytania. Komórka Roślinna 34:10-52. doi: 10.1093/plcell/koab247.
Sadali NM, Sowden RG, Ling Q, Jarvis P. (2019) Różnicowanie chromoplastów i innych plastydów w roślinach. Plant Cell donosi 38:803. doi: 10.1007/s00299-019-02420-2.
Song, Y., Feng, L., Alyafei, M.A.M., Jaleel, A., Ren, M. (2021). Funkcja chloroplastów w reakcjach roślin na stres. International Journal of Molecular Sciences 22: 13464. https://doi.org/10.3390/ijms222413464