Aké sú časti rastlinnej bunky a ich funkcie?

Rastlinná bunka je eukaryotická bunka, pretože má definované jadro. Jeho hlavnou funkciou je produkcia vlastnej potravy pomocou slnečného žiarenia v procese fotosyntézy.

Rastlinné bunky sa skladajú z bunkovej steny, plazmatickej membrány, jadra, cytoplazmy, plastidov a iných organel, ktoré budú opísané nižšie.

1. Nucleus

Jadro rastlinnej bunky je zodpovedné za genetickú informáciu a bunkové delenie. Je definovaný dvojitou membránovou štruktúrou, jadrovým obalom, ktorý uzatvára genóm alebo genetický materiál rastlinnej bunky.

Vnútorná membrána a vonkajšia membrána jadrového obalu sa v určitých oblastiach spájajú a vytvárajú otvorené priechody alebo jadrové póry. Cez tieto otvory medzi jadrom a cytoplazmou prechádzajú rôzne molekuly.

V jadre sa nachádza jadierko, Cajalove telieska, fototelieska a genóm. Ten je organizovaný v chromatíne, čo je spojenie DNA a proteínov.

2. Endoplazmatické retikulum

Endoplazmatické retikulum je dynamická organela, ktorá sa neustále obnovuje. Skladá sa z malých prepojených rúrok a membránových vakov. Vo vypuklých rastlinných bunkách je endoplazmatické retikulum vtlačené medzi plazmatickú membránu a centrálnu vakuolu.

Endoplazmatické retikulum je zodpovedné za niekoľko dôležitých procesov, ako je syntéza sekrečné proteíny a esenciálne lipidy, ukladanie vápnika a hormonálne signálne receptory.

3. Golgiho aparát

Golgiho aparát je organela zodpovedná za to, že slúži ako sprostredkovateľ pri preprave a spracovaní proteínov a lipidov, z endoplazmatického retikula do extracelulárneho priestoru alebo vakuoly centrálny.

Golgiho aparát v rastlinnej bunke sa skladá z naskladaných membránových vakov, ktoré fungujú a pohybujú sa nezávisle, na rozdiel od Golgiho aparátu v živočíšnej bunke. Okrem toho Golgiho aparát v rastline syntetizuje polysacharidy bunkovej steny iné ako celulózu.

4. plazmatická membrána

Plazmatická membrána sa nachádza vo všetkých bunkách živých vecí. Ona určuje hranice bunky a oddelenie vonkajšieho priestoru od bunkového vnútra. Okrem toho umožňuje prechod a výstup špecifických zlúčenín podľa potrieb bunky.

Plazmatická membrána sa skladá z dvoch prekrývajúcich sa lipidových vrstiev alebo lipidovej dvojvrstvy, kde hlavnými lipidmi sú fosfolipidy. Ďalšie lipidy v plazmatickej membráne rastlinných buniek sú glukocerebrozid, galaktozylglycerid, kampesterol, sitosterol a stigmasterol.

Medzi fosfolipidmi pláva veľká rozmanitosť proteínov, ktoré pôsobia ako kanály, signálne receptory, iónové pumpy a rozpoznávacie proteíny.

Plazmatická membrána rastlinnej bunky produkuje trubice, ktoré prechádzajú cez póry v bunkovej stene a vytvárajú komunikáciu s inými bunkami.

5. Bunková stena

Stena rastlinnej bunky je ochranná organela rastlinnej bunky. Nachádza sa mimo plazmatickej membrány. Je vyrobený z celulózy, polyméru mnohých molekúl glukózy, ktoré sú navzájom spojené.

Bunková stena je pružný, ale pevný obal, ktorý dáva bunke jej tvar. Celulóza tvorí trámy bunkovej steny, zlepené pektínom a hemicelulózou. Toto zloženie umožňuje bunkovej stene rásť, expandovať a prispôsobiť sa mechanickému namáhaniu.

Mnohé látky, ako sú živiny, hormóny, enzýmy a peptidy, sa vylučujú do bunkovej steny a presúvajú sa cez stenu do susedných buniek.

6. vákuola

Vakuola je membránový vak v bunke, kde je uložený obsah oddelený od cytoplazmy. Rastlinná bunka sa vyznačuje tým, že má vakuolu, ktorá zaberá veľkú časť bunkového priestoru, známa ako centrálna vakuola. Tá je oddelená od cytoplazmy jednoduchou membránou nazývanou tonoplast s hrúbkou 10 nanometrov, ktorá riadi vstup a výstup vody z vakuoly.

Hlavnou funkciou centrálnej vakuoly je skladovanie vody. Potom sa vo vode rozpustné pigmenty, ako sú antokyány, hromadia vo vakuolách v epidermálnych bunkách a dodávajú fialovú, červenú a modrú farbu mnohým okvetným lístkom a listom. Semenné vakuoly sú prispôsobené na ukladanie bielkovín.

Vakuola je miestom detoxikácie škodlivých molekúl, hromadí chemické zlúčeniny na obranu rastliny proti bylinožravcom a riadi turgiditu bunky. Je nevyhnutný pri rovnováhe pH a iónov. Jeho veľkosť je riadená rastlinným hormónom auxínom.

7. endozómy

Endozómy sú vezikulárnym oddelením bunky. Skladá sa z malých guľôčok alebo membránových vrecúšok, ktoré uzatvárajú rôzny obsah.

Endozómy fungujú ako zásobáreň látok pri prestavbe plazmatickej membrány a regulácii prenosu proteínov a lipidov vo vnútornom membránovom systéme.

Na rozdiel od živočíšnej bunky rastlinná bunka kombinuje nové a zrelé endozómy v sieti membrán, ktoré pokračujú do Golgiho aparátu.

8. lipidové kvapôčky

Rastlinné bunky akumulujú lipidy vo svojej cytoplazme ako malé kvapôčky alebo kvapôčky. Sú tvorené hlavne hydrofóbnym centrom triglyceridov alebo esterov sterolov obklopeným monovrstvou fosfolipidov, ktoré pochádzajú z endoplazmatického retikula.

V rastlinách sú lipidové kvapôčky bežne spojené s olejnatými semenami a plodmi, z ktorých sa extrahujú „rastlinné oleje“.

9. plastidy

Plastidy sú dynamické a rozmanité organely. Najviac študovaný je chloroplast, ktorý si popíšeme neskôr.

Plastidy syntetizujú chlorofyly, karotenoidy, mastné kyseliny a iné lipidy. Môžu byť charakterizované v rôznych skupinách podľa ich farby a štruktúry:

• amyloplast: plastid, kde sa syntetizuje a skladuje škrob. Nachádzajú sa v koreňoch a v kotyledónoch.
• chloroplast: plastid obsahujúci chlorofyl, zodpovedný za fotosyntézu. Nachádza sa v listoch a zelených stonkách rastlín.
• Chromoplast: plastidy špecializované na syntézu a skladovanie karoténových pigmentov. Nachádzajú sa v kvetoch, ovocí, listoch a koreňoch. Napríklad lykopén a betakarotén sú uložené v chromoplastoch plodov paradajok.
• Elaioplast alebo oleoplast: plastidy špecializované na syntézu lipidov. Nachádzajú sa v štruktúrach vývoja peľu.
• etioplast: sú prekurzormi chloroplastov. Nachádzajú sa v rastlinách, ktoré rastú v tme.
• Gerontoplast: plastidy, ktoré sú odvodené z chloroplastov v listoch, ktoré začínajú starnúť.
• leukoplast: biely alebo bezfarebný plastid. Nachádzajú sa v tkanivách, ktoré nefotosyntetizujú, ako sú hľuzy, korene a orgány na ukladanie tuku.
• Proplastid: nevýrazné prekurzorové plastidy. Nachádzajú sa v bunkách embryonálneho tkaniva, vo vajíčku a v peli.

Plastidy sa môžu počas životného cyklu rastliny premieňať na rôzne typy. Napríklad etioplasty, keď sú vystavené svetlu, sa môžu premeniť na chloroplasty. Chloroplasty sa môžu premeniť na gerontoplasty, keď chlorofyl degraduje, alebo na chromoplasty, keď dozrieva ovocie.

10. Chloroplasty

Chloroplasty sú organely rastlinných buniek zodpovedné za fotosyntézu. Obsahujú chlorofyl, zelené farbivo, ktoré dodáva listom a stonkám rastlín charakteristickú farbu. Patria do rodiny plastidov rastlinných buniek, vyskytujú sa v zelených riasach, lišajníkoch, machoch a vyšších rastlinách.

Chloroplasty využívajú oxid uhličitý a vodu v prítomnosti slnečného žiarenia na výrobu jednoduchých cukrov, ktoré sú zdrojom potravy pre rastlinu.

Typický chloroplast je okrúhly a plochý, asi 5 až 10 mikrometrov na dĺžku, s vnútornou a vonkajšou membránou. Vnútorná membrána obklopuje strómu, kde sa nachádzajú tylakoidy:

• granulové tylakoidy: Sú zlisované do stohov nazývaných grana, v ktorých jednotlivá granula môže obsahovať 2-30 tylakoidov.
• intergranálne tylakoidy alebo stromálne tylakoidy: ktoré sú uvoľnené v stróme.

Chloroplast si udržiava vlastný genóm so 120 génmi potrebnými pre jeho činnosť. Tie sú zodpovedné za syntézu zlúčenín, ako sú aminokyseliny, fytohormóny, nukleotidy, vitamíny a lipidy.

Na druhej strane chloroplast detekuje podmienky prostredia a syntetizuje zlúčeniny, ktoré umožňujú rastlinám vyrovnať sa s environmentálnym stresom, ako sú zmeny teploty, slanosť a sucho. Bolo tiež pozorované, že chloroplast pôsobí v obranných mechanizmoch rastliny proti napadnutiu biotickými činiteľmi, ako sú hmyz, huby, vírusy a baktérie.

11. Mitochondrie

V rastlinách mitochondrie poskytujú molekuly energie vo forme ATP (adenozíntrifosfátu) v cytoplazme. Okrem toho sa v týchto organelách spracovávajú niektoré aminokyseliny, nukleové kyseliny, lipidy a rastlinné hormóny.

Mitochondrie v rastlinnej bunke tiež riadia rovnováhu chemických reakcií oxidáciu a redukciu a má úlohu v bunkovej signalizácii a odolnosti voči choroby.

Rastlinné mitochondrie pripomínajú živočíšne mitochondrie v tom, že obsahujú dve membrány: vnútornú a vonkajšiu. Niektoré časti vnútornej membrány sa skladajú a vytvárajú vaky nazývané cristae.

12. ribozóm

Ribozómy rastlinných buniek sú podobné ribozómom živočíšnych buniek. Vykonávajú funkciu syntézy bielkovín, z genetickej informácie uloženej v jadre, mitochondriách alebo chloroplastoch v rastlinnej bunke.

Ribozóm sa skladá z dvoch podjednotiek nazývaných 40S a 60S. Každá z týchto podjednotiek obsahuje RNA a proteínovú ribonukleovú kyselinu.

13. peroxizóm

Peroxizómy sú priepustné vezikuly, ktoré obsahujú rôzne oxidačné reakcie. To umožňuje metabolickú signalizáciu a detoxikačné reakcie, ktoré znižujú vedľajšie poškodenie.

Peroxizómy sú malé, s priemerom 1-2 mikrometrov, zvyčajne guľovité. Môžu byť spojené s lipidovými kvapôčkami, plastidmi, mitochondriami a endoplazmatickým retikulom.

Množstvo peroxizómov závisí od typu bunky, štádia vývoja a podmienok prostredia. Napríklad v stresových podmienkach sa zvyšuje počet peroxizómov.

Peroxizómy v bunke sú nevyhnutné počas skorého vývoja, keď sa semenáčiky spoliehajú na rozklad lipidov predtým, ako môžu začať fotosyntézu.

14. Plazmodesmata

Plazmodesmata sú póry, ktoré zabezpečujú kontinuitu plazmatickej membrány a cytoplazmy cez bunkovú stenu. S vonkajšími priemermi v rozmedzí od 25 do 50 nanometrov a siahajúcimi po šírke bunkovej steny sú prítomné v niektorých skupinách rias a vo všetkých suchozemských rastlinách.

Plazmodezmata sú nevyhnutné pre rast rastlín tým, že umožňujú medzibunkovú výmenu mnohých molekúl.

Referencie

Kang, B-H, a kol. (2022) Slovník štruktúr rastlinných buniek: súčasné poznatky a budúce otázky. Rastlinná bunka 34:10-52. doi: 10.1093/plcell/koab247.
Sadali NM, Sowden RG, Ling Q, Jarvis P. (2019) Diferenciácia chromoplastov a iných plastidov v rastlinách. Správy Plant Cell 38:803. doi: 10.1007/s00299-019-02420-2.
Song, Y., Feng, L., Alyafei, M.A.M., Jaleel, A., Ren, M. (2021). Funkcia chloroplastov v reakciách rastlín na stres. International Journal of Molecular Sciences 22: 13464. https://doi.org/10.3390/ijms222413464