I. Poznanie budowy anatomicznej komórek roślinnych oraz ich podstawowych funkcji.
1. Rodzaje komórek roślinnych:
ze względu na kształt dzielimy je na:
- prozenchymatyczne czyli silnie wydłużone w jedna strone,
- parenchymatyczne czyli równowymiarowe o kształcie kuli.
Kształt komórki zależy od funkcji jaka pełni i od rodzaju tkanki, której jest elementem. Wielkość komórki roślinnej mieści się zwykle w przedziale 10-100 mikrometrów, chociaż zdarzają się komórki o długości kilku cm ( indyjska roślina rami).
2. Różnice pomiędzy komórką roślinną i zwierzęcą.
Komórka roślinna różni się od komórki zwierzęcej następującymi cechami:
- posiada ścianę komórkową która pełni funkcje ochronną i szkieletową czyli nadaje kształt i sztywność komórce, chroni przed urazami mechanicznymi, chroni przed utratą wody, przepuszcza różne substancje, chroni przed nadmierna utratą wody, chroni przed wirusami i bakteriami oraz zabezpiecza przed nadmiernym parowaniem.
- posiada chloroplasty ( ciałka zieleni) są one rodzajem plastycydów, posiadają one chlorofile ( zielony barwnik) pochłaniające promienie słoneczne są nie zbędne do przeprowadzenia procesu fotosyntezy. To właśnie w nich zachodzi przemiana dwutlenku węgla i wody z wykorzystaniem energii świetlnej w glukoze i tlen.
- posiada chromoplasty i leukocyty
- komórka roslinna ma jedną ale za to dużą wakuole natomiast komórka zwierzęca również posiada wakuole tylko kilka mniejszych.
3. Budowa ściany komórkowej
Ściana komórkowa zbudowana jest z:
-ściany pierwotnej
-ściany wtórnej
-jamek
Ściana pierwotna składa się z bezpostaciowej, bezpostaciowej macierzy utworzonej przez wielocukry i niewielkie ilości białka oraz zanurzonych w niej włókien celulozy. Celuloza jest głównym składnikiem ściany komórkowej, jest długim nie rozgałęzionym łańcuchem, utworzonym z wielu reszt glukozy. Łańcuchy celulozy łączą się w równoległe wiązki MIKROFIBRYLE. Układ tych cząstek jest bardzo regularny podobny jak w kryształach. Takie krystaliczne obszary ściany komórkowej nazywają się micelami, zaś przestrzenie leżące między nimi - przestrzeniami międzymicelarnymi. Splatają się one w różnych kierunkach, tworząc nieregularną sieć.
W ścianach pierwotnych zawartość celulozy wynosi około 20 % suchej masy, resztę stanowią substancje macierzy podstawnej. W jej skład wchodzą wielocukry o niezbyt długich łańcuchach zbudowanych z różnych cukrów prostych ich pochodnych a także białka. Wśród wielocukrów wyróżnia się: pektyny, hemicelulozę. Białka ściany są bogate w hydroksypolinę, reszty seryny glikozydezy, penoksydozy.
Są plastyczne i rozciągliwe. Wraz ze wzrostem komórki zwiększa się ich powierzchnia. Ściana pierwotna zawiera około 60 % wody.
Ściana wtórna zbudowana jest z macierzy podstawnej i mikrofibryli celulozy. Zawartość celulozy w ścianie wtórnej wynosi około 60%. Mikrofibryle celulozy są tu grubsze i układają się w ścianie regularnie.
Oprócz wielocukrów w skład ściany wchodzą inne substancje. Obecność ligniny powoduje jej stwardnienie i znacznie zmniejsza jej zawartość wody. Ściana staje się słabo przepuszczalna dla wody i powietrza, jednoczesnie komórka nabiera mechanicznej odporności i sztywności. Ściana wtórna pojawia się wtedy gdy ściana pierwotna przestaje rosnąć. W ścianie komórkowej odkadają się substancje o charakterze tłuszczowym i wielocukry.
4.Modyfikacje ściany komórkowej.
Ściana komórkowa ulega pewnym modyfikacją:
a) modyfikacje industracje
- lignifikacja (drewnienie) to wnikanie ligniny (polimer alkoholu koniferylowego, scinopinowego, kumanowego) w elementy naczyniowe, cewki, sklerenchyny.
- mineralizacja wnikanie krzemianów, węglanów, szczawianów- nadają twardośc lecz ściany są kruche i łamliwe. W ścianach turzyc, skrzypów traw, włoskach pokrzywy
- trachomy- zakończone ostrym elementem zbudowane z ostrej krzemianki u pokrzywy- kwas mrówkowy.
b) adkustacje
- korkowacenie jest to odkładanie suteryny (polimer nasyconych kwasów tłuszczowych dwukarboksylowych zawierających 8-22 atomów węgla)
-kutynizacja jest to odkładanie warstwy kutyny (polimer kwasów hydroksy karboksylowych) ulęgają zewnętrzne ściany epidermy liści i łodyg, komórki wydzielają na zewnątrz prekursor kutyny, który polimeryzuje tworząc kutikule w skład której wchodzą również woski
- woskowacenie jest to nakładanie na ściane wosków (estry kwasów tłuszczowych i alkoholi) forma ziarenek, pałeczek, pokładów na powierzchni liści i owoców
-woski alifatyczne (parafiny)
-woski prawdziwe (estry)
-woski aromatyczne (rzadko spotykane)
-odkładanie kalozy- odkładane jony ścienne w postaci kuleczek, drobnoziarnistego podkładu, składnik ścian komórkowych włosków, cystokitów, rureksitowych: zakłada się czasowo podczas powstawania ziarenek pyłku, bardzo szybko syntetyzowaną w uszkodzonych komórkach: łatwo wchłania wode (kaloza może sześciokrotnie zwiększyć swoją objętość)
-odkładanie śluzów i gum (polisacharydy o wysokim stopniu polimeryzacji złożone z kwasów uronowych, helioz i pentoz: produkowane w aparacie golgiego rozmieszczają się lub pęcznieją w wodzie, śluzy są obecne w kiełkujących nasionach.
- odkładanie sapropoleniny ( związki o charakterze lipidowym zawierajacym niewielkie ilości ligniny, białek polisacharydów) adkustracja zewnętrznych ścian (egzyma) ziaren pyłku nago i okrytozalążkowych oraz spor glonów, grzybów, mszaków, paprotników.
Bardzo odporna substancja na działanie czynników mechanicznych i chemicznych.
Składniki soku komórkowego wypełniają wakuole. W ich skład wchodzą:
a) związki nieorganiczne:
- woda ( ok. 90% całości składu)
- jony: potasowe, sodowe, wapniowe, magnezowe, cynkowe, siarczanowe, fosforowe, chlorkowe
- kryształy szczawianu wapnia oraz węglanu wapnia
b) związki organiczne:
- wolne aminokwasy
- białka
- cukry
- glikozydy (alkohol+ cukier), np. strofoantyna
- flawony (barwnik o barwie żółtej)
- antocyjany (barwnik o barwie czerwonej bądź niebieskiej, zależnie od pH), np. cyjanidyna w owocach śliwy
- alkaloidy ( zwykle trucizny)
Dzięki różnicy stężeń substancji między sokiem komórkowym a otoczeniem, komórki roślinne mają możliwość pobierania wody z podłoża (osmoza). Jest to zjawisko analogiczne do umieszczenia komórki roślinnej w roztworze hipotonicznym.
Budowa i funkcje organelli komórkowych
komórkowych komórce roślinnej występuja następujące organella:
a) Jądro komórkowe jest to największa organella komórkowa. Na ogół ma kształt kuli, rzadziej owalny lub wrzecionowaty. Położone zazwyczaj centralnie, jednak w starszych komórkach może być położone peryferyjnie. Jądro komórowe otoczone jest dwiema błonami, tworzącymi tzw. Otoczkę jądrową w której występują otwory zwane porami jądrowymi, dzięki którym wnętrze jądra kontaktuje się z cytoplazmą. Przedostają się przez nie tylko określone substancje (do jądra wnikają m.in. nukleotydy i pewne białka. Wydostają się z niego specyficzne cząsteczki kwasów rybonukleinowych przenoszące informacje genetyczną z Dna do cytoplazmy). Jądro steruje metabolizmem komórki, uczestniczy w jej podziale , a także jest nośnikiem informacji genetycznej. Najważniejsze funkcje jądra komórkowego:
- powielanie zawartego w nim materiału genetycznego najważniejsze przekazywanie go do komórek potomnych.
- przekazywanie materiału genetycznego z pokolenia na pokolenie, dzięki udziałowi w tworzeniu komórek płciowych
- sterowanie podstawowymi procesami życiowymi komórki poprzez regulacje dwóch ważnych procesów: odczytywania informacji ukrytych w cząsteczkach DNA i dostosowania instrukcji w postaci RNA do biosyntezy białek.
b) Mitochondrium są to organella odpowiedzialne za wytwarzanie energii w komórce. Przybierają one różne kształty, te które możemy zaobserwować w komórkach to wydłużone cylindry. Mitochondria są organellami autonomicznymi (niezależnymi), posiadają one własne DNA. W organellach tych przebiega proces utleniania komórkowego, w wyniku którego powstaje energia gromadzona w postaci ATP.
Są one przystowane do bardzo wydajnej produkcji energii.
c)chloroplasty- są to organella należące do grupy plastydów, powstają z niewielkich struktur zwanych proplastydami.
Chloroplasty to tzw. zielone plastydy; zachodzi w nich proces fotosyntezy. Swoje zabarwienie i zdolność wykorzystywania światła do syntezy związków organicznych zawdzięczają obecności chlorofilu.
Chloroplasty zbudowane są według podobnego planu, jak mitochondria. Otoczone są dobrze przepuszczalną błoną zewnętrzną, pod którą znajduje się słabo przepuszczalna błona wewnętrzna. Otacza ona wewnętrzną przestrzeń chloroplastu, zwaną stromą (podobną do matriks mitochondrialnej). Wewnętrzna błona chloroplastu nie jest pofałdowana!
Wewnątrz organelli znajdują się obłonione tylakoidy. Podczas przemian energetycznych w chloroplastach, błony tylakoidów pełnią rolę podobna do tej, jaką odgrywa błona grzebieni w mitochondriach. Chloroplasty mają zdolnośc do regeneracji.
d) ściana komórkowa
e) błona komórkowa zbudowana jest z lipidów lipidów białek ma ona za zadanie ograniczenie wymiany materii miedzy różnymi przestrzeniami w których zachodzą reakcje metaboliczne
f) wakuola występuje w komórkach roślin, grzybów i protistów. W przypadku komórek roślinnych jest to zwykle jedna większa wodniczka (zapełniająca nawet do 90% objętości komórki), natomiast w komórkach zwierzęcych znajduje się zwykle szereg mniejszych wodniczek.
Utworzone są przez błonę zwaną tonoplastem
Wewnątrz znajdują się enzymy trawiące dostarczane tam cząsteczki (rola podobna do lizosomów); oraz inne związki organiczne (rozpuszczone w soku wypełniającym wodniczkę) takie, jak: glikozydy (barwniki) czy alkaloidy (np. kofeina, teina, strychnina, nikotyna, morfina, chinina, kokaina..)
Podstawową funkcją wodniczek jest chłonięcie wody, przez co wywierają one nacisk na ścianę komórkową komórki roślinnej i zapewniają jej w ten sposób jędrność zwaną turgorem.
Biorą one również udział w utrzymywaniu stałego pH cytoplazmy, magazynując nadmiar protonów.
g) lizosomy są to niewielkie pęcherzyki, występujące w cytoplazmie. Są one otoczone pojedynczą błoną i wypełnione enzymami hydrolitycznymi rozkładającymi białka, kwasy nukleinowe, lipidy i cukry (większość substancji występujących w komórce).
Ich podstawową funkcją jest trawienie substancji wprowadzanych do komórki, oraz cząsteczek komórki, które stały się dla niej bezużyteczne.
Zamknięcie z lizosomach agresywnie działających enzymów zabezpiecza białka i inne składniki cytoplazmatyczne przed przypadkowym zniszczeniem. Dodatkowym zabezpieczeniem jest kwaśne środowisko wewnątrz lizosomów. Enzymy działające w lizosomach przystosowane są do działania w środowisku kwaśnym; gdy przypadkiem wydostaną się do cytoplazmy, gdzie pH jest o wiele wyższe nie wyrządzą zbyt wiele szkody białkom cytoplazmatycznym.
Cząsteczki przeznaczone do trawienia docierają do lizosomów w obłonionych pęcherzykach. Niektóre produkty trawienia przedostają się do cytoplazmy, gdzie sa wykorzystywane przez komórkę do nowych syntez; pozostałe są usuwane na drodze egzocytozy.
h) Aparat Golgiego Jest to system mocno spłaszczonych cystern, zbudowanych z błon nie mających bezpośredniego kontaktu z siateczką śródplazmatyczną, ani z błoną komórkową.
Jest on szczególnie wyraźny w komórkach o zwiększonej aktywności wydzielniczej, gdzie uważany jest za strefę gromadzenia i magazynowania różnych substancji - głównie lipidów i białek.
Do Aparatu Golgiego przemieszczają się białka zmodyfikowane w siateczce śródplazmatycznej. Transport białek między tymi strukturami odbywa się dzięki obłonionym pęcherzykom, które odrywają się i przemieszczają z siateczki śródplazmatycznej do aparatu Golgiego.
W aparacie Golgiego białka są sortowane i kierowane do ostatecznych miejsc przeznaczenia: z powrotem do retikulum, do lizosomów lub w stronę błony komórkowej.
Droga transportu: rybosomy- retikulum - aparat Golgiego - miejsce docelowe; dotyczy jednak tylko niektórych białek. Białka dostarczane do mitochondriów i chloroplastów, a także te, które pozostają w cytoplazmie i nie przemieszczają się przez żadną błonę komórki, powstają na rybosomach niezwiązanych z retikulum endoplazmatycznym.
Aparat Golgiego nie jest wyłącznie miejscem sortowania cząsteczek białek zmodyfikowanych w retikulum. W komórkach roślinnych powstają w nim wielocukry wykorzystywane przez komórkę do budowy ściany komórkowej.
i) Rybosomy występują w cytoplazmie wszystkich komórek. Są to cząsteczki strukturalne, czynne w biosyntezie białka. Topograficznie związane są z błonami szorstkimi retikulum i błony jądrowej; znajdują się także wewnątrz mitochondriów i chloroplastów; w niektórych komórkach występują w postaci wolnej, w cytoplazmie podstawowej.
Zbudowane są z dwóch podjednostek złożonych z RNA i białek - małej i dużej.
Rybosomy mogą łączyć się w łańcuch za pomocą m-RNA; układ taki nazywa się polisomem i na nim przebiega proces biosyntezy białek z aminokwasów. Proces ten polega na kondensacji aktywowanych aminokwasów i układaniu ich w łańcuchy polipeptydowe zgodnie z informacją genetyczną, jaką otrzymują z DNA za pomocą m-RNA.
W szybko rosnących komórkach znajduje się dużo rybosomów. W komórce bakterii Escherichia Coli jest ich od kilkunastu do dwudziestu tysięcy (ok. ¼ masy komórki).
7.Materiały zapasowe
SKORBIA- jest podstawowym wielocukrem występującym w roślinach. Tworzy ona ziarna charakterystycznych kształtach dla danej rośliny. Składa się ona z dwóch komponentów ; amylozy i amylopektyny . powstaje w chloroplastach w ciągu dnia a w nocy jest zamieniana na potrzeby energetyczne rośliny, gdzie zostaje zamieniona na sacharozę.
SACHAROZA- jest to pospolity dwucukier złożony z cząsteczki glukozy , połączony z cząsteczką fruktozy. Sacharoza powstaje albo bezpośrednio z cukrów tworzących się podczas fotosyntezy, albo ze skrobi zmagazynowanej w różnych częściach roślin. Jest ona głównym cukrem transportowym.
TŁUSZCZE- są gromadzone w postaci kropli zawieszonych w cytoplaźmie, gromadzone sa w komórkach miękiszu spichowego. U roślin tłuszcze właściwe (triocylogricerole) stanowią materiał zapasowy. Występują w formie olejów, są estrami. Pod wpływem lipazy następuje hydroliza do griceroli i kwasu tłuszczowego.
BIAŁKA ZAPASOWE- występują w wokuoli i w postaci ziaren aleuronowych u nasion głównie roślin motylkowych, zbóż i ziemniaków. Magazynowane są w bielmie lub w liściach. W wyniku hydrolizy powstają min. amidy.
HEMICELULOZA- jest substancją zapasową występującą w drewnie, słomie ( występuje w zdrewniałych ścianach komórkowych).
INULINA- wielocukier zbudowany z około 30 reszt fukozy, rozpuszczalny w wodzie.