Jedním z hlavních rozdílů mezi rostlinnými a živočišnými buňkami je přítomnost prvních organel, jako jsou plastidy, v cytoplazmě. Struktura, vlastnosti jejich životně důležitých procesů a také význam chloroplastů, chromoplastů a leukoplastů budou diskutovány v tomto článku.
Struktura chloroplastu
Zelené plastidy, jejichž strukturu nyní budeme studovat, patří k povinným organelám buněk vyšších výtrusných a semenných rostlin. Jsou to dvoumembránové buněčné organely a mají oválný tvar. Jejich počet v cytoplazmě může být různý. Například buňky sloupcového parenchymu listové čepele tabáku obsahují až tisíc chloroplastů, ve stoncích rostlin z čeledi obilnin 30 až 50.
Obě membrány, které tvoří organoid, mají odlišnou strukturu: vnější je hladká, třívrstvá, podobná membráně samotné rostlinné buňky. Vnitřní obsahuje mnoho záhybů zvaných lamely. K nim přiléhají ploché váčky – tylakoidy. Lamely tvoří síť zparalelní tubuly. Mezi lamelami jsou tylakoidní tělíska. Shromažďují se do stohů – zrn, která se dají na sebe napojit. Jejich počet v jednom chloroplastu je 60–150. Celá vnitřní dutina chloroplastu je vyplněna matricí.
Organella má známky autonomie: vlastní dědičný materiál - kruhovou DNA, díky které se mohou množit chloroplasty. Existuje také uzavřená vnější membrána, která omezuje organelu před procesy probíhajícími v cytoplazmě buňky. Chloroplasty mají své vlastní ribozomy, molekuly i-RNA a t-RNA, což znamená, že jsou schopné syntézy proteinů.
Funkce thylakoidu
Jak již bylo zmíněno dříve, plastidy rostlinných buněk – chloroplasty – obsahují speciální zploštělé váčky zvané tylakoidy. Byly v nich nalezeny pigmenty - chlorofyly (účastnící se fotosyntézy) a karotenoidy (plnící podpůrné a trofické funkce). Existuje také enzymatický systém, který zajišťuje reakce světlé a tmavé fáze fotosyntézy. Thylakoidy fungují jako antény: soustřeďují světelná kvanta a směrují je na molekuly chlorofylu.
Fotosyntéza je hlavním procesem chloroplastů
Autotrofní buňky jsou schopny nezávisle syntetizovat organické látky, zejména glukózu, pomocí oxidu uhličitého a světelné energie. Zelené plastidy, jejichž funkce v současné době studujeme, jsou nedílnou součástí fototrofů - mnohobuněčných organismů, jako jsou:
- rostliny s vyššími výtrusy (mechy, přesličky, kyjovité mechy,kapradiny);
- semena (nahosemenné - ginga, jehličnany, chvojník a krytosemenné rostliny nebo kvetoucí rostliny).
Fotosyntéza je systém redoxních reakcí, které jsou založeny na procesu přenosu elektronů z donorových látek na sloučeniny, které je „přijímají“, tzv. akceptory.
Tyto reakce vedou k syntéze organických látek, zejména glukózy, ak uvolňování molekulárního kyslíku. Světelná fáze fotosyntézy probíhá na thylakoidních membránách působením světelné energie. Absorbovaná světelná kvanta excitují elektrony atomů hořčíku, které tvoří zelený pigment - chlorofyl.
Energie elektronů se využívá k syntéze energeticky náročných látek: ATP a NADP-H2. Buňkou je štěpí pro reakce v temné fázi probíhající v matrici chloroplastu. Kombinace těchto syntetických reakcí vede ke vzniku molekul glukózy, aminokyselin, glycerolu a mastných kyselin, které slouží jako stavební a trofický materiál buňky.
Plastidové typy
Zelené plastidy, o jejichž struktuře a funkcích jsme hovořili dříve, se nacházejí v listech, zelených stoncích a nejsou jedinými druhy. Takže ve slupce ovoce, v okvětních lístcích kvetoucích rostlin, ve vnějších krytech podzemních výhonků - hlízách a cibulkách, jsou další plastidy. Říká se jim chromoplasty nebo leukoplasty.
Bezbarvé organely (leukoplasty) mají jiný tvar a liší se od chloroplastů tím, ževnitřní dutina nemá tenké desky - lamely a počet thylakoidů ponořených do matrice je malý. Samotná matrice obsahuje deoxyribonukleovou kyselinu, organely syntetizující proteiny - ribozomy a proteolytické enzymy, které štěpí proteiny a sacharidy.
Leukoplasty mají také enzymy - syntetázy, které se podílejí na tvorbě molekul škrobu z glukózy. Výsledkem je, že bezbarvé plastidy rostlinných buněk akumulují rezervní živiny: proteinová granule a škrobová zrna. Tyto plastidy, jejichž funkcí je akumulace organických látek, se mohou proměnit v chromoplasty např. při zrání rajčat, která jsou ve fázi mléčné zralosti.
Pod skenovacím mikroskopem s vysokým rozlišením jsou jasně viditelné rozdíly ve struktuře všech tří typů plastidů. To se týká především chloroplastů, které mají nejsložitější strukturu spojenou s funkcí fotosyntézy.
Chromoplasty – barevné plastidy
Spolu se zelenými a bezbarvými rostlinnými buňkami existuje třetí typ organel nazývaný chromoplasty. Mají různé barvy: žlutá, fialová, červená. Jejich struktura je podobná leukoplastům: vnitřní membrána má malý počet lamel a malý počet tylakoidů. Chromoplasty obsahují různé pigmenty: xantofyly, karoteny, karotenoidy, což jsou pomocné fotosyntetické látky. Právě tyto plastidy zajišťují barvu kořenů řepy, mrkve, plodů ovocných stromů a bobulí.
Jak vznikajía vzájemně transformovat plastidy
Leukoplasty, chromoplasty, chloroplasty jsou plastidy (jejichž strukturu a funkce studujeme), které mají společný původ. Jsou to deriváty meristematických (výchovných) tkání, z nichž vznikají protoplastidy - dvoumembránové vakovité organely o velikosti až 1 mikronu. Na světle komplikují svou strukturu: vytváří se vnitřní membrána obsahující lamely a syntetizuje se zelený pigment chlorofyl. Protoplastidy se stávají chloroplasty. Leukoplasty mohou být také přeměněny světelnou energií na zelené plastidy a poté na chromoplasty. Modifikace plastidů je rozšířeným fenoménem ve světě rostlin.
Chromatofory jako prekurzory chloroplastů
Prokaryotické fototrofní organismy - zelené a fialové bakterie provádějí proces fotosyntézy pomocí bakteriochlorofylu A, jehož molekuly jsou umístěny na vnitřních výrůstcích cytoplazmatické membrány. Mikrobiologové považují bakteriální chromatofory za prekurzory plastidů.
To je potvrzeno jejich podobnou strukturou jako chloroplasty, konkrétně přítomností reakčních center a systémů zachycujících světlo, a také obecnými výsledky fotosyntézy vedoucí k tvorbě organických sloučenin. Je třeba poznamenat, že nižší rostliny - zelené řasy, stejně jako prokaryota, nemají plastidy. Je to dáno tím, že jejich funkci – fotosyntézu, převzaly útvary obsahující chlorofyl – chromatofory.
Jak chloroplasty vznikly
Mezi mnoha hypotézamipůvodu plastidů, zastavme se u symbiogeneze. Plastidy jsou podle jeho představ buňky (chloroplasty), které vznikly v archejské éře v důsledku průniku fototrofních bakterií do primární heterotrofní buňky. Byli to oni, kdo později vedl ke vzniku zelených plastidů.
V tomto článku jsme studovali strukturu a funkce dvoumembránových organel rostlinné buňky: leukoplastů, chloroplastů a chromoplastů. A také zjistil jejich význam v buněčném životě.
