FYZIOLOGIE ROSTLIN Přednášející: Doc. Ing. Václav Hejnák, Ph.D. Tel.: 224382514 E-mail: hejnak @af.czu.cz
Studijní literatura:
Hejnák,V., Zámečníková,B., Zámečník, J., Hnilička, F.: Fyziologie rostlin. ČZU, Praha, 2005: 159 s.
Hejnák,V., Zámečníková,B., Hnilička, F.: Cvičení z fyziologie rostlin (pracovní sešit). ČZU, Praha, 2005: 95 s.
Prokaryotní buňka
Eukaryotní buňka
Základní struktura a funkce rostlinné buňky
Rostlinná buňka je tvořena buněčnou stěnou a protoplastem. Protoplast obsahuje cytoplazmu, v níž jsou jádro (nucleus) a ostatní buněčné organely a která je z vnějšku ohraničena plazmatickou membránou (plazmalemou). Kromě organel (např. ribozomů, plastidů, mitochondrií) zahrnuje cytoplazma také soustavu membrán (např. endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát aj.) označovanou jako endomembránový systém.
Základní dynamickou síťovitou strukturu cytoplazmy, označovanou jako cytoskelet, tvoří vláknité a trubičkovité útvary (mikrotubuly, mikrofilamenta a intermediální filamenta). Kromě toho cytoplazma obsahuje nestrukturální základní substanci - cytozol, ve kterém jsou organely a membránová soustava rozptýleny. U vyšších rostlin obsahuje cytozol asi 75 – 85 % vody a značné množství organických a anorganických látek, v průměru 10 – 20 % bílkovin, 2 – 3% lipidů, 1 % sacharidů a asi 1 % popelovin. Na rozdíl od většiny živočišných buněk mají rostlinné buňky v cytoplazmě ještě jednu nebo více vakuol, vyplněných kapalinou a ohraničených jednotkovou membránou zvanou tonoplast.
Soustava buněčných membrán
Stavba biomembrán – model podle Davsona a Danielliho
Stavba biomembrán – model tekuté mozaiky podle Singera a Nicolsona
Stavba biomembrán
Model molekulární struktury biomembrány (model tekuté mozaiky dle Singera a Nicolsona 1972, upraveno).
Soustava buněčných membrán
Funkce biomembrán Cytoplazmatická membrána – plazmalema Endomembránový systém Vnitřní membrány semiautonomních organel Kompartmentace rostlinné buňky
Funkce biomembrán
specifická translokace molekul membránou; konverze energie při fotosyntéze a oxidačních fosforylacích; vnímání (recepce) hormonálních a dalších signálů z okolí, které regulují chování buňky.
Kompartmentace rostlinné buňky
odděluje od sebe různé metabolické cesty a různé metabolity; umožňuje, aby v buňce mohly probíhat různé reakce, které vyžadují konkrétní, často velmi odlišné podmínky; dovoluje uskladňování různých látek v buňce odděleně od enzymů, které by je mohly rozkládat; dovoluje rostlinám zbavovat se i nevhodných zplodin metabolizmu - běžně se ukládají do vakuoly nebo do buněčné stěny, kde mohou být uloženy i v množstvích, která by pro cytoplazmu byla smrtelně jedovatá.
Kompartmentace = členění rostlinné buňky biologickými membránami na různé reakční prostory. Pool = suma molekul jednoho typu, které se nacházejí v jednom kopmartmentu.
Buněčná stěna
Funkce buněčných stěn
zajišťují mechanickou stabilitu buněk, pletiv a orgánů a zabraňují prasknutí protoplastů v důsledku zvětšování turgorového tlaku, který souvisí s příjmem vody vakuolou; vytvářejí strukturu vodivých pletiv sloužících k dálkovému transportu vody a v ní rozpuštěných látek v rostlině; na povrchu stonkových orgánů jsou pokryty kutikulou a vytvářejí bariéru pro únik vody z rostliny; účastní se procesů morfogeneze, včetně regulace a realizace buněčného dělení, polarity růstu aj.; jsou prostorem, do kterého buňka vylučuje přebytečné minerální sole a některé odpadní metabolity; mohou sloužit i jako zásobárna polysacharidů; chrání buňku před napadením houbovými a bakteriálními patogeny; jsou zásobárnou apoplastického Ca.
Vakuoly
Vakuola v meristematické a dospělé buňce (dle Beneše 1994).
Jádro a jeho funkce
řídí činnost buňky tím, že určuje, které molekuly proteinů mají být buňkou produkovány a kdy mají být produkovány; uchovává genetickou informaci a přenáší ji na dceřinné buňky v průběhu buněčného dělení; v procesu transkripce syntetizuje mRNA, která je pak v cytoplazmě translatována; slouží jako skladovací a signální kompartment umožňující regulované uvolňování nízkomolekulárních i vysokomolekulárních regulačních faktorů do cytoplazmy, nebo naopak jejich přesun z cytoplazmy do jádra.
Ribozomy a proteosyntéza
Vznikají v jadérku a z něho přecházejí do cytoplazmy. Jsou vázané na membrány (ER, lyzozomy, buněčné membrány aj.) nebo jsou volné (v buněčném jádře, v chloroplastech, v mitochondriích, v peroxizomech aj.).
Jejich základní funkcí je syntéza proteinů.
Jak jsou tyto proteiny přesně a efektivně navigovány z místa syntézy v základní cytoplazmě na místo určení, je v současné době aktuální otázkou buněčné biologie.
Mitochondrie
Stavba mitochondrie (dle Taize a Zeigera 1991, upraveno).
Plastidy
Struktura chloroplastu: prostorová představa z boku odříznutého chloroplastu (dle Hesse 1983, upraveno).
Plastidy Proplastidy Chloroplasty
Chromoplasty
(světelné záření)
(dozrávání plodů)
Chromoplasty
Leukoplasty (neobsahují pigmenty)
Chloroplasty (intenzivní světelné záření)
(odbourání chlorofylů a jejich nahrazení karotenoidy)
Etioplasty (tma)
Plastidy
Plazmodezmy
Struktura plazmodezmy a její vztah k dalším buněčným strukturám (dle Albrechtové 1994, upraveno).
