27. Budowa komórki roślinnej. Organelle komórkowe i ich funkcje.
Komórka roślinna jest rodzajem komórki eukariotycznej charakteryzującej się obecnością plastydów, silnym rozwojem wakuoli, celulozową ścianą komórkową oraz specyficznymi połączeniami, tzw. plazmodesmami - utworzonymi z pasm cytoplazmy i łączącymi wnętrza sąsiadujących ze sobą komórek.
Kształt większości komórek roślinnych, ze względu na istnienie sztywnej ściany komórkowej, jest stały i uzależniony od ich funkcji oraz mechanicznych oddziaływań między sąsiadującymi ze sobą komórkami w obrębie tkanki. Komórka roślinna przyjmuje zwykle postać wielościanów, które bywają izodiametryczne oraz mniej lub bardziej wydłużone (np. komórki tkanek mechanicznych i przewodzących).
Komórki zbudowane są z mniejszych jednostek tzw. organelli, które pełnią różne funkcje, jednak nie mogą samodzielnie działać poza komórką. Składniki budujące komórkę możemy podzielić na plazmatyczne (żywe) i nieplazmatyczne (martwe) Wszystkie żywe składniki znajdujące się w komórce nazywamy protoplastem.
Do protoplastu należą: błona komórkowa, jądro kom., cytoplazma, mitochondria, plastydy, rybosomy, reticulum endoplazmatyczne oraz aparaty Golgiego, lizosomy, plazmodesmy. Do martwych części komórki należą wakuola i ściana komórkowa.
BŁONA KOMÓRKOWA , plazmalemma, delikatna, elastyczna powłoka okrywająca powierzchnię każdej komórki, oddzielająca jej żywą zawartość od środowiska zewnętrznego.
Spełnia niezwykle ważną rolę w regulowaniu składu treści komórkowej, ponieważ przechodzą przez nią wszystkie składniki pokarmowe wnikające do komórki oraz wszystkie wydaliny i wydzieliny przedostające się z niej na zewnątrz. Utrudnia przenikanie pewnych związków, umożliwia natomiast wnikanie innych..
chronią komórki przed działaniem czynników fizycznych i chemicznych, a także przed wnikaniem obcych organizmów, w szczególności chorobotwórczych,
regulują transport wybranych substancji z i do komórki,
reagują na bodźce chemiczne, termiczne i mechaniczne,
pełnią także funkcje enzymatyczne, katalizując różne reakcje metaboliczne,
utrzymują równowagą między ciśnieniem osmotycznym wewnątrz i na zewnątrz komórki.
Ma strukturę podwójnej błony lipidowej, jej środkowy region zbudowany jest z dwu jednocząsteczkowych warstw fosfolipidów, z którymi związane są specyficzne białka strukturalne błon, będące enzymami bądź receptorami hormonów lub innych specyficznych związków.
ŚCIANA KOMÓRKOWA , wytwór protoplastu charakterystyczny dla komórek roślinnych i grzybów, chroniący komórkę przed czynnikami zewnętrznymi i siłą turgoru. Ściana komórkowa warunkuje także kształt komórek.
Całkowicie wykształcona ściana komórkowa zbudowana jest głównie z celulozy, może ulegać dalszemu grubieniu wskutek odkładania kolejnych warstw celulozowych, także wtórnym zmianom (modyfikacjom), takim jak: drewnienie (lignifikacja), korkowacenie (odkładanie suberyny), kutynizacja (odkładanie kutyny), śluzowacenie (np. w nasionach lnu) lub mineralizacja (inkrustowanie ściany komórkowej solami wapnia albo krzemionką, np. u turzycowatych, traw i skrzypów).
W ścianie komórkowej mogą być odkładane substancje zapasowe w postaci hemiceluloz (np. w nasionach kawy, daktylowca, łubinów, w łuskach pączków zimujących jesionu lub w drewnie wiązu).
zabezpieczenie przed nadmierną utratą wody,
- ochrona protoplastu pzred niekorzystnymi wpływami środowiska,
- tworzy mocne rusztowanie dla całej rośliny,
- dzięki jamkom i plasmodesmom zapewnia kontakt między komórkami.
WODNICZKI, wakuole, wydzielone obszary w obrębie cytoplazmy komórki roślinnej, oddzielone od niej półprzepuszczalną błoną (tonoplastem), zawierające sok komórkowy - wodny roztwór produktów protoplastu, organicznych i nieorganicznych, będących materiałami zapasowymi (jak np. cukry - glukoza, sacharoza, inulina i inne, kwasy organiczne oraz białka występujące w postaci ziarn aleuronowych) bądź wydzielinami i wydalinami, stanowiącymi zbędne produkty przemiany materii, usuwane z cytoplazmy komórki (mogą to być np. glikozydy - kumaryna, amygdalina, saponiny, garbniki, alkaloidy - np. kofeina, morfina, nikotyna, kolchicyna, olejki eteryczne, kryształy soli kuchennej NaCl lub kryształy szczawianu wapnia, żywice, gumy, sok mleczny).
Wakuole zawierają też niekiedy rozpuszczone w soku komórkowym barwniki antocyjanowe dające czerwone lub niebieskie (w zależności od pH) zabarwienie kwiatów i owoców oraz barwniki flawonowe nadające kolor żółty płatkom wielu kwiatów.
Podstawową funkcją wakuoli jest utrzymywanie w komórce turgoru. Młode komórki zawierają mało soku komórkowego i liczne bardzo drobne wakuole, w starszych komórkach zlewają się one w jedną dużą wakuolę.
utrzymywanie turgoru, czyli jędrności - stanu napięcia komórki,
przechowywanie substancji zapasowych,
gromadzenie wydalin i wydzielin,
przechowywanie substancji toksycznych.
JĄDRO KOMÓRKOWE, najważniejsze z organelli komórkowych występująca w komórkach organizmów jądrowych (Eukarionty), odgrywająca decydującą rolę w przekazywaniu cech dziedzicznych i przebiegu przemiany materii.
Jądro otoczone jest podwójną błoną jądrową, zaopatrzoną w pory zapewniające kontakt z treścią komórki, w środku jądro komórkowe wypełnione jest nukleoplazmą (karioplazmą), w której wyróżnić można chromatynę, będącą siedliskiem informacji genetycznej (kwasy nukleinowe), jąderko i sok jądrowy (kariolimfa).
W jądrze dochodzi do :
1. Samopowielania, czyli replikacji DNA.
2. Przekazywania informacji genetycznej na RNA (transkrypcja).
Replikacja DNA jest niezbędnym wstępem do podziału jądra i całej komórki. Natomiast RNA przechodzi do cytoplazmy i bierze udział w syntezie białka — w jej przebiegu, a także w określaniu struktury białka.
Jąderko jest miejscem syntezy RNA rybosomowego, składa się z odcinka DNA kodującego syntezę rRNA oraz zRNA i białka, nie jest otoczone żadną błoną.
Podstawowym składnikiem silnie uwodnionej kariolimfy wypełniającej przestrzenie między strukturami jądra są białka, szczególnie enzymy związane z funkcjami jądra.
CHLOROPLASTY, ciałka zieleni, zielone plastydy zawierające chlorofil, barwnik niezbędny w procesie fotosyntezy. Występują w zielonych częściach roślin.
U roślin niższych (glony) występuje zwykle jeden lub kilka dużych chloroplastów o rozmaitym kształcie, u roślin wyższych liczne, drobne chloroplasty mają najczęściej kształt soczewkowaty.
Chloroplasty roślin wyższych otoczone są podwójną błoną lipoproteidową, ich wnętrze wypełnia białkowa stroma (matrix), a w niej zanurzone są tylakoidy (płaskie pęcherzyki) zgrupowane w grana (stosy). W błonach tylakoidów znajdują się barwniki fotosyntetyczne pochłaniające światło - tu zachodzi faza jasna fotosyntezy. Faza ciemna zachodzi w stromie (cykl Calvina).
Chloroplasty posiadają własne DNA i własny aparat genetyczny (rybosomy, RNA).
-mają zdolność pochłaniania energii słonecznej, z której w procesie fotosyntezy wytwarzają energię chemiczną.
MITOCHONDRIA, organelle komórkowe wyspecjalizowane w przemianach tlenowych (fosforylacja oksydatywna, łańcuch oddechowy).
Mają kształt kulisty lub podłużny, wymiary do 7 milimikronów, otoczone są dwiema błonami, z których wewnętrzna tworzy głębokie uwypuklenia do wnętrza, zwane grzebieniami. Wypełnione są bezpostaciową substancją zwaną matrix mitochondrialna (tu zachodzi cykl Krebsa).
Mitochondria zawierają własny DNA mitochondrialny (kwasy nukleinowe), który podlega niezależnemu dziedziczeniu (dziedziczenie cytoplazmatyczne), mają zdolność do biosyntezy białek i samopomnażania się.
Pełnią zasadniczą rolę w procesach oddychania komórkowego.
Mitochondria to organella silnie wyspecjalizowane. Stanowią miejsca produkcji energii dla komórki i są przystosowaniem do przemian oddechowych z udziałem tlenu. Energia wytwarzana w mitochondriach magazynowana jest w postaci wysokoenergetycznych wiązań w związku zwanym ATP. Podstawą procesów zachodzących w mitochondrium jest pirogronian, powstający w wyniku beztlenowego rozkładu glikolizy w cytoplazmie komórki i dostający się do matriks mitochondrialnej. Tutaj ulega przekształceniu do acetylokoenzymu A przy udziale obecnych w matriks enzymów. Następnie acetylokoenzym A ulega utlenianiu w cyklu przemian zwanym cyklem Krebsa, w wyniku czego wydziela się dwutlenek węgla oraz powstaje zredukowana forma dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego - NADH. Na grzebieniach mitochondrialnych następuje szereg reakcji utleniających NADH, co wiąże się z oddawaniem elektronów i protonów. Cząstki te są przenoszone na cząsteczkowy tlen, w wyniku czego powstaje cząsteczka wody. Przenoszenie elektronów i protonów z NADH na tlen nosi nazwę łańcucha oddechowego. Biorą w nim udział specyficzne enzymy, zlokalizowane na błonach mitochondrium. Reakcje łańcucha oddechowego napędzają pracę syntaz ATP. Są to enzymy znajdujące się w buławkowatych wypukłościach błony wewnętrznej. Funkcją syntaz ATP jest produkcja wysokoenergetycznych wiązań w ATP.
Wg współczesnej teorii mitochondria pochodzą od jednokomórkowych organizmów bezjądrowych (bezjądrowe), które w dawnych ewolucyjnie czasach wniknęły do komórek organizmów jądrowych (eukarionty), wchodząc z nimi w symbiozę.
GOLGIEGO APARAT, układ Golgiego, jeden ze składników cytoplazmy występujący we wszystkich komórkach zawierających jądro (eukariotycznych), z wyjątkiem dojrzałych plemników i krwinek czerwonych. Ma postać błoniastych struktur (struktury Golgiego), od których oddzielają się małe pęcherzyki lub wakuole wypełnione produktami komórkowymi, zlokalizowanych zwykle w pobliżu jądra komórki.
Aparat Golgiego gromadzi produkty białkowe przed wydzieleniem na zewnątrz komórki. W komórkach roślinnych aparat Golgiego uczestniczy w tworzeniu niektórych węglowodanów, np. celulozy, służących do budowy ścian komórkowych.
przede wszystkim wydzielają zagęszczone substancje poza komórkę w procesie egzocytozy, tzn. odwróconej pinocytozy (pęcherzyki wydzielnicze zlewają się z plazmalemmą);
syntetyzuja polisacharydy strukturalne - związki chemiczne, które dostarczają później na potrzeby rosnących ścian pierwotnych i wtórnych;
w tkankach łącznych oporowych odpowiedzialne są za syntezę mukopolisacharydów (śluzowielocukrowców istoty międzykomórkowej);
sprzęgają węglowodory z proteinami, które są produkowane przez ER szorstkie, w glikoproteidy;
uczestniczą w przekazywaniu wielu substancji w obrębie komórki i poza nią.
RETIKULUM ENDOPLAZMATYCZNE, siateczka śródplazmatyczna, sieć błon cytoplazmatycznych (tzw. elementarnych) w komórce, tworzących kanały i cysterny (pęcherzyki) przecinające cytoplazmę i połączonych z błoną jądrową i plazmalemmą (błoną komórkową).
Retikula endoplazmatyczne sąsiadujących komórek łączą się ze sobą poprzez nici cytoplazmatyczne (plazmodesmy). Na zewnętrznej stronie błon retikulum endoplazmatycznego mogą występować rybosomy i takie retikulum endoplazmatyczne nazywa się szorstkim (granularnym), w odróżnieniu od gładkiego (agranularnego), pozbawionego rybosomów.
Retikulum endoplazmatyczne może ulegać przemianom: rozproszeniu, przemieszczeniom i tworzeniu się na nowo. Służy do transportu niektórych substancji oraz jest miejscem ważnych dla życia reakcji enzymatycznych.
synteza białek (szorstkie) i tłuszczów (gładkie),
uczestniczy w przemianach węglowodanów,
przeprowadza unieczynnianie toksyn i leków (szczególnie w komórkach wątroby),
pozwala na szybkie transporty wewnątrzkomórkowe (cytoplazma jest w nim rzadsza),
dzieli cytoplazmę komórki na przedziały (kompartmenty), co pozwala na przeprowadzenie w różnych przedziałach reakcji, które przeszkadzałyby sobie wzajemnie.
LIZOSOM - stanowią organelle komórkowe charakteryzujące się polimorfizmem, (występują wyłącznie w komórkach eukariotycznych) niewielkie (0,02-0,8 μm) struktury kuliste lub owalne, otoczone pojedynczą błoną.
Zawierające enzymy rozkładające białka, kwasy nukleinowe, węglowodany i tłuszcze. Łącznie w lizosomach jest obecnych ok. 40 różnych hydrolaz, czyli enzymów hydrolitycznych. W lizosomie zachodzi nie tylko proces trawienia komórkowego wchłoniętych pokarmów, ale także rozkład niepotrzebnych już cząsteczek.
Lizosomy są organellami biorącymi udział w procesie trawienia wewnątrzkomórkowego materiału egzogennego oraz endogennego. Substancje, które mają ulec strawieniu, docierają do lizosomu w pęcherzykach, w które zostają "ubrane" w trakcie pinocytozy i fagocytozy.
PLASMODESMA, - połączenie międzykomórkowe występujące w komórce roślinnej (oraz w komórkach grzybów, sinic i bakterii), pasma cytoplazmy i siateczki śródplazmatycznej (retikulum endoplazmatyczne) przechodzące przez szczeliny (jamki) w ścianie komórkowej. Plasmodesmy łączą ze sobą protoplasty komórek, które sąsiadują ze sobą. Dzięki nim komórki w łatwy sposób mogą wymieniać pomiędzy sobą różne substancje.