Rostlinná buňka II Plant Anatomy Souhrn z minulého týdne •požadavky na ukončení kurzu •základní skupiny vyšších rostlin •rodozměna, gametofytní (1n) a sporofytní (2n) generace –mechorostů –kapraďorostů –nahosemenných •pohlaví u rostlin • •základní charakteristika rostlinné buňky •rozdíly mezi rostlinnou a živočišnou buňkou •buněčné membránové struktury –složení vlastnosti membrán, model fluidní mozaiky –cytoplazmatická membrána –endoplazmatické retikulum • Osnova dnešní přednášky •vlastnosti membrán, model fluidní mozaiky •cytoplazmatická membrána •endoplazmatické retikulum •Golgiho aparát •exocytóza a endocytóza •vakuola •jádro •peroxizómy, glyoxyzómy •plastidy •mitochondrie •cytoskelet •buněčná stěna Golgiho aparát (GA) •GA = Golgiho cisterny (diktyozómy) a TGN (trans Golgi network); v buňce v počtu cca 35 až > 10 000 •diktyozóm: membránová struktura zahrnutá za zpracování a exportu materiálu z buňky (cisterny), vykazují polaritu v rámci GA (cis - prekurzory; trans - produkty do veziklů) •centrální pozice v sekreční cestě; + post-translační modifikace proteinů •živočišná b.: zejména sekrece glykosylovaných proteinů •rostliny: zejména “necelulózní” polysacharidy pro tvorbu buněčné stěny a slizy produkované kořenovou čepičkou + glykolipidy pro cytoplazmatickou membránu a tonoplast •výjimečně sekrece proteinů: pasti masožravých rostlin - proteolytické enzymy •pohyb podél aktinových vláken, myosin jako „motor protein“ Each Golgi stack-TGN unit consists of a set of five to eight flattened Golgi cisternae that exhibit a distinct morphological polarity and possess fenestrated and bulbous margins, and a Golgi-associated TGN cisterna on the trans-side of the stack. Three types of Golgi cisternae, cis, medial, and trans, can be distinguished based on their position in a stack, their staining properties, the types of vesicles that bud from their rims, and their biosynthetic functions. The Golgi apparatus occupies a central position in the secretory pathway, receiving newly synthesized proteins and lipids from the ER and directing them to either the cell surface or vacuoles. Rozdíly mezi GA v rostlinných a živočišných buňkách: 1)termín diktyozóm 2)počet a subcelulární pozice (živ. b.: cca 10 GA v blízkosti jádra, rost.b.: 25 až stovky GA, roztroušené po celé cytoplazmě) 3)Náklad (cargo): rostl. b.: necelulózní polysarcharidy pro BS) 4)GA rostlinných buněk se při mitóze nerozpadá (u živočicšné b. na vezikulární tělíska); navíc se GA v rostlinné b. v metafázi až anafázi zmnožují 5)cytoskeletální asociace: rostlinné GA se asociují a pohybují podél aktinových vláken, živočišné podél mikrotubulů GA – součást endomembránového systému, centrální pozice v sekreční cestě Biochem Mol Biol Plants COP II - is a coatomer, a type of vesicle coat protein that transports proteins from the rough endoplasmic reticulum to the Golgi apparatus. This process is termed anterograde transport, in contrast to the retrograde transport associated with the COPI protein. The name "COPII" refers to the specific coat protein complex that initiates the budding process. Biochem Mol Biol Plants 5 typů ER/Golgi/TGN-asociovaných veziklů: 1.COPII 2.COPIa 3.COPIb 4.sekreční vezikly (→plazmalema) 5.klathrinem obalené vezikly (CCV) (→multivesicular body = endozóm; →vakuola) COPII (COP II, z angl. coat protein) je proteinový komplex, který umožňuje pučení váčků z endoplazmatického retikula, aby mohly být následně směrovány do Golgiho aparátu. Svou funkcí se tedy řadí po bok klathrinových a COPI komplexů. The ratio of secretory to clathrin-coated vesicles budding from free TGN cisternae is highly variable, but typically secretory vesicles are more numerous. Even in a single root apical meristem cell, the ratio can vary from 5:1 to 1:3 on free TGN cisternae derived from adjacent Golgi stacks. This variability most likely reflects the composition of mRNAs (coding for secretory versus vacuolar proteins) that were translated by ER-bound polysomes close to a given ER export site. The Golgi matrix is a fine, filamentous, cage-like structure that completely surrounds all Golgi and TGN cisternae and is comprised of long coiled-coil scaffolding proteins, hence the more recent name Golgi scaffold. This scaffold/matrix excludes ribosomes from the immediate vicinity of Golgi and TGN cisternae. It also appears to prevent COPI-type intercisternal recycling vesicles from escaping from the immediate surroundings of the Golgi stack and helps maintain structural integrity of Golgi stacks and associated TGN cisternae as they move along actin filaments through the cytoplasm. Biochem Mol Biol Plants Plant Anatomy Bojínek luční, Poaceae. Intercisternal elements are another type of trans-Golgi cisterna–associated structure. These parallel protein fibers lie sandwiched between cisternae and may serve as anchors for the glycosyltransferases involved in synthesis of large polysaccharide slime molecules, such as those secreted by the outermost cells of root caps. Exocytóza •proces, při němž sekreční vezikly odvozené z volného TGN fúzují s plazmalemou •uvolnění obsahu váčku (proteiny, lipidy, polysacharidy, glykoproteiny a proteoglykany) do mezibuněčného periplazmatického prostoru •splynutí membrány veziklu s plazmalemou •nadbytek materiálu v plazmalemě – recyklační cesta Biochem Mol Biol Plants Endocytóza Biochem Mol Biol Plants In animal cells, endocytosis plays a major role in the uptake of nutrient molecules, but little evidence suggests such a role in plants. It can serve to remove activated receptors from the cell surface. Biochem Mol Biol Plants attachement domains: vzdálenost cca 10 nm Endocytická cesta – multivezikulární tělíska Biochem Mol Biol Plants interní vs. retrográdní vezikly In plants, the early endosomes correspond to free TGN cisternae, and the late endosomes to multivesicular bodies (MVBs). MVBs are spherical membrane compartments that contain distinct internal vesicles. Two types of vesicles bud from the boundary membrane of MVBs. Those that bud towards the cytoplasm and recycle membrane proteins back to the TGN are known as retromer vesicles. In contrast, budding of the boundary membrane into the MVB lumen gives rise to the internal vesicles. This latter process is employed to sequester membrane proteins—most notably activated, internalized plasma membrane receptors—into the interior of MVBs so that they can be functionally silenced and subsequently degraded by lytic vacuolar enzymes. Delivery of the vesicular contents of MVBs to storage or lytic vacuoles occurs by fusion of the MVBs with the vacuolar membranes. Biochem Mol Biol Plants Vakuola •multifunkční kompartment •ve formě provakuol v meristematických buňkách •přechodné zmenšení objemu během rané telofáze •plně diferencované buňky bývají silně vakuolizované (~30 %, až 90 % objemu buňky – dominantní organela) •ohraničeny jednoduchou membránou tonoplastem –akvaporiny (TIPs), protonové pumpy (V-typ H+-ATPázy, H+ pyrofosfatáza) •obsahují vodný roztok – ionty, pigmenty (antokyany), AK, proteiny, organické kyseliny, depozice odpadních produktů z katabolických reakcí, místo detoxifikace •plní homeostatickou roli, generují turgor, zásobárna vody •„levná“ cesta k buňkám velkého rozměru –turgor: nezbytný předpoklad expanze buněk An electrochemical potential gradient across the tonoplast membrane provides the driving force for uptake of solutes. The gradient, in turn, is produced and maintained by two electrogenic proton pumps: V-type H+-ATPase and vacuolar H+-pyrophosphatase (H+-PPase). The principal solutes in vacuoles include the ions K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Cl-, SO4 2-, PO4 3-, and NO3-, and primary metabolites such as amino acids, organic acids, and sugars. Movement of water across the tonoplast membrane is mediated by aquaporin channels. The protein storage vacuole marker protein α-TIP, an aquaporin-type protein, is replaced by the lytic vacuole aquaporin homolog, γ-TIP. Vacuolar-type ATPase (V-ATPase) is a highly conserved evolutionarily ancient enzyme with remarkably diverse functions in eukaryotic organisms.V-ATPases acidify a wide array of intracellular organelles and pumps protons across the plasma membranes of numerous cell types. V-ATPases couple the energy of ATP hydrolysis to proton transport across intracellular and plasma membranes of eukaryotic cells. It is generally seen as the polar opposite of ATP synthase because ATP synthase is a proton channel that uses the energy from a proton gradient to produce ATP. V-ATPase however, is a proton pump that uses the energy from ATP hydrolysis to produce a proton gradient. Plant Anatomy Funkce vakuol 1.Generování turgoru •voda + osmoticky aktivní látky 2.Skladování látek •proteiny (v semenech), vonné substance (ovoce, zelenina) •voda!!! 3.Digesce •kyselé hydrolázy (proteázy, nukleázy, glykosidázy, lipázy) – recyklace prakticky všech buněčných komponent 4.pH a iontová homeostáze •protony, K+, Ca2+; pH 5 až 5,5, ale i ~2,5 (endokarp citrónu) vs. >7 (neaktivované proteiny skladující vakuoly) 5.Obrana proti mikrobiálním patogenům a herbivorům •× herbivorům: fenolické sloučeniny, alkaloidy, kyaonogenní glukosidy, inhibitory proteáz •× patogenním mikroorganismům: chitinázy, glukanázy; saponiny •× poranění: latexy 6.Sekvestrace toxických látek •těžké kovy, metabolity (např. oxalát); ABC-transportéry pro xenobiotika 7.Pigmentace •antokyany 8. digesce – recyklace zejména u apoptózy; např. cévní články Jádro •místo depozice >>genetické informace •chromozómy •obaleny dvoujednotkovou jadernou membránou (vnější a vnitřní + perinukleární prostor) s jadernými póry •oddělení genetického materiálu od enzymatického aparátu v cytoplazmě •regulace výměny látek mezi jádrem a cytoplazmou –fyzické napojení na ER –při mitóze i meióze se „rozpadá“ •rozpad jaderných pórů v profázi •rozpad membrány v prometafázi, začlenění fragmentů do ER (cisterny, do obou dceřiných buněk) •regulace tohoto „rozpadu: specifické cyklin-dependentní kinázy •jadérko: místo syntézy cytoplazmatických ribozómů • • plastidy: 100 genů mt: 40 genů A.thaliana jádro: 26 tis genů včlenění jaderné membrány do systému ER v průběhu mitozy i meiozy Plant Anatomy Plant Anatomy Plant Anatomy Póry v jaderných obalech •8 až 20 % plochy •6 až 25·µm-2 •komplex jaderného póru –identická struktura v rostlin i živočichů –četné kopie cca 30 proteinů – nukleoporinů •regulují provoz mezi jádrem a cytoplazmou –molekulární síto –aktivní transport • • Biochem Mol Biol Plants Biochem Mol Biol Plants • Jadérko •organela která není oddělena membránou •variabilní velikost dle počtu produkovaných ribozómů •místo syntézy cytoplazmatických ribozómů –rRNA geny, prekurzorová a zralá rRNA, RNA modifikující enzymy, snoRPNs (small nucleolar ribonuclear proteins), ribozomální proteiny a částečně zkompletované ribozómy –zkompletované ribozomální podjednotky jsou transportovány do cytoplazmy •tři oblasti: 1) jedno nebo více fibrilárních center (ribozomální transkripce); 2) okolo něho husté fibrilární komponenty (zpracování rRNA transkriptů); 3) granulární komponenty (preribozomální částice a ribozomální podjednotky) na periferii •zaniká na začátku profáze, rekonstrukce během telofáze • • Biochem Mol Biol Plants Ribozómy •proteosyntéza •složeny z rRNA a proteinů •velká a malá ribozomální podjednotka •v jedné buňce až tisíce ribozómů •syntéza v jadérku •umístění v buňce: drsné ER, volně v cytoplazmě (řetězení ribozómů na mRNA – polyzómy), stroma chloroplastů, matrix mitochondrií – • • • • • • • • • • Plant Anatomy Plant Anatomy Mikrotělíska – peroxizómy (vč. glyoxyzómů) •specifické metabolické funkce •pouze jednoduchá membrána = není vnitřní složitý membránový systém •vysoce variabilní počet i složení –přes 300 proteinů kódovaných jadernou DNA (oxidace mastných kyselin, metabolimus ROS, fotorespirace, metabolismus triglyceridů) –kataláza – marker peroxizómů •nemají vlastní DNA jako plastidy či mitochondrie •stejně jako plastidy či mt – dělení pučením (zaškrcováním) •rychlý pohyb pomocí podél aktinových vláken (až 10 µm/s) • • • • • • • • • Biochem Mol Biol Plants Mikrotělíska - peroxizómy •metabolicky a prostorově typicky těsně spjaty s chloroplasty a mitochondriemi •Fotorespirace (C3 rostliny) –spotřeba O2, produkce CO2, pouze na světle –oxygenázová aktivita RUBISCO – C2 glykolát –peroxizóm: oxidace glykolátu na glyoxylát – vznik H2O2 (kataláza); syntéza Gly, transport do mt –mt: serin – zpět do peroxizómu –peroxizóm: hydroxypyruvát – glycerát –chloroplast: fosforylace na 3-fosfoglycerát • Plant Anatomy Mikrotělíska – glyoxyzómy •katabolismus buněk se zásobními lipidy, tj. triglyceridy v lipidických tělíscích (semena olejnatých rostlin, pylová zrna) •glyoxylátový cyklus •rozklad a recyklace membrán při senescenci •štěpení dlouhých řetězců na kratší C sloučeniny pro využití v respiraci, popř. k růstu (glukoneogeneze) – • • • • • • • • • • Triglycerides contain more energy than starch, but they are not transportable in the plant vascular system; plants lack the circulating lipoproteins found in animals. Thus, plants convert stored triglycerides to sugars for export. Thus, glyoxysomes (as all peroxisomes) contain enzymes that initiate the breakdown of fatty acids and additionally possess the enzymes to produce intermediate products for the synthesis of sugars by gluconeogenesis. The seedling uses these sugars synthesized from fats until it is mature enough to produce them by photosynthesis. Plastidy •semiautonomní organely (eukaryontních) rostlinných buněk •endosymbiotický původ – sinice –před 1,5 mld let; oxygenní fotosyntéza –ca 90 % genetické informace se postupně přesunulo do jádra –„protochloroplast“ se vyvinul ve velké množství plastidů •pDNA; cirkulární forma dvoušroubovice; 120 až 217 kbp –většina genetické info v evoluci do jádra, proteosyntéza v cytoplazmě – transport proteinů do plastidu •vnější a vnitřní membrána, vnitřní „prokaryontní“ („bakteriální“); mezimembránový prostor –vnější a vnitřní membrána nikdy nesplývají •stroma (Rubisco, „prokaryontní“ ribozómy…) •složitý vnitřní membránový systém (PLB, thylakoidní membrána) –membrány plastidů (všechny!): menší obsah fosfolipidů a vyšší galaktolipidů než u ostatních membrán rostlinné buňky •proplastidy + sedm hlavních typů plastidů u vyšších rostlin •dělení zaškrcováním (G2 (post-syntetická) fáze buněčného cyklu; zejména proplastidy, etioplasty a mladé chloroplasty, ale i zralé plastidy) •vyšší rostliny: primární plastidy •krytosemenné r. : plastidy z samičí gamety •nahosemenné r.: plastidy z samčí gamety Extranuclear genomes are present in mitochondria, chloroplasts, kinetoplasts, and centrioles. pDNA (plastidová DNA) – „double-stranded, circular chromosomes“ Most plants inherit the plastids from only one parent. In general, angiosperms inherit plastids from the female gamete, whereas many gymnosperms inherit plastids from the male pollen. Algae also inherit plastids from only one parent. The plastid DNA of the other parent is, thus, completely lost. Chloroplasts (and plastids generally) have a certain degree of genetic independence, since they possess their own set of double-stranded DNA which is replicated, transcribed, and translated by chloroplast-specific enzyme systems. The ribosomes occurring within the chloroplasts (hereafter referred to as chloroplast ribosomes) play an important role in chloroplast genome expression. Počet chloroplastových/cytosolových ribozómů je ½. Sedimentační rychlost 30S (large subunit)+50S = 70S https://cs.wikipedia.org/wiki/Plastid primární plastidy Rhizaria - rozmanitá skupina, zahrnující zástupce bývalých, polyfyletických kmenů bičíkovců i kořenonožců. Třída Chlorarachniophyta - plastid pohlcením zelené řasy, ohraničen čtyřmi mebránami, + nukleomorf – redukované jádro původní řasy Excavata – krásnoočko (Euglena) Glaukofyty: malá skupina (ca 13 druhů) sladkovodních mikroskopických řas, řazená do vývojové větve rostlin (případně Archaeplastida), nikoliv však do zelených rostlin (Viridiplantae); jejich plastidy se uznačují jako muroplasty či cyanelly – na povrchu peptidoglykanová vrstva – relikt endosymbiotické události; Ruduchy: rhodoplast; thylakoidní membrána netvoří grana, ve vodě rozpustné pigmenty fykobiliny tvoří fykobilizómy – světlosběrné antény PSII Phycobilisomes are light harvesting antennae of photosystem II in cyanobacteria, red algae and glaucophytes. It was lost in the plastids of green algae / plants (chloroplasts). Chromalveolata je v současnosti již překonaný taxon eukaryotických organismů, který byl zaveden jako spojení bývalé skupiny Chromista (v užším slova smyslu) a skupiny Alveolata. Mnozí zástupci jsou jednobuněční (obrněnky, skrytěnky), u jiných se vyvinula i mnohobuněčnost (hnědé řasy, v podstatě i oomycety). Dlouho existovaly pochybnosti, zda jsou Chromalveolata monofyletická a představují tak přirozenou větev fylogenetického stromu eukaryot. Ukázalo se totiž, že Rhizaria, další ze šesti hlavních větví eukaryot, fylogeneticky nejsou sesterskou skupinou chromalveolát, ale odvětvují se uvnitř nich. Plant Anatomy až 20 druhů plastidů, většina rostliny, u živočišných buněk zřídka Biochem Mol Biol Plants Term leucoplast has been used in three different ways, as a generic term for some/all types of nonpigmented plastids, as a name for a postulated precursor type of plastid that gives rise to certain types of non-pigmented plastids, and as a name for non-pigmented plastids that produce essential oils. Dělení plastidů •začíná zaškrcením v centru plastidu – úzká šíje – 2 dceřinné plastidy •systém dvou kontraktilních prstenců –vnější: na cytosolické straně vnější membrány ohraničující plastid, polysacharidový prstenec z polyglukanových řetězců a dynaminu (srov. pučení clathrinem obalených veziklů) –vnitřní: na stromatální straně vnitřní membrány ohraničující plastid, homolog FtsZ proteinu (reguluje buněčné dělení sinic) – • • Biochem Mol Biol Plants dynamin (srov. pučení clathrinem obalených veziklů) Proplastid •prekurzor všech ostatních plastidů •další (sporofytní) generaci semenných rostlin předávány buď maternálně (většina krytosemenných), biparentálně (Pelargonium, Plumbago, Oenothera) nebo paternálně (nahosemenné rostliny) •malé (0,2 až 1,0 μm), relativně nediferencované (málo rozvinutý vnitřní membránový systém), bez specifické metabolické funkce, nacházející se u mladých nediferencovaných buněk •ve vaječné buňce zralého zárodečného vaku krytosemenných rostlin cca 50 až 100 proplastidů •u dospělých rostlin zůstávají zachovány v meristematických buňkách (10 až 20 proplastidů v jedné buňce) •jemně granulované stroma s málo ribozómy, jedním až několika nukleoidy, malými škrobovými zrny, někdy obsahuje fytoferitin •vnitřní membránový systém není příliš vyvinut • • • • • In chemically fixed cells one or more nucleoids are sometimes identifiable in the stroma as electron-lucent regions containing fine (3 nm diameter) DNA fibrils. Phytoferritin, a storage form of iron similar to the ferritin of animal cells. Plant Anatomy Etioplast •vyvíjejí se z proplastidu ve tmě, neobsahují chlorofyly, ale velké množství bezbarvého prekurzoru chlorofylu protochlorofylidu •na světle pak se mění v chloroplasty •možný i opačný proces – umístění zelené rostliny do tmy •tvoří se však pouze u orgánů, u kterých dochází k zezelenání •PLB – prolamellar bodies – semikrystalinní membránová struktura –vysoký obsah lipidů –přeměna na thylakoidní membránu na světle •syntéza kyseliny giberelové • • • • • • • Plant Anatomy Plant Anatomy Biochem Mol Biol Plants Chloroplast •hemisférické až čočkovité plastidy u cévnatých rostlin (5–8 μm dlouhé a 3–4 μm široké) •u mechorostů a řas velmi variabilní tvar •světlosběrné pigmenty (lipidy) chlorofyly –zdroj elektronů pro světelnou fázi fotosyntézy •celá fotosyntéza (redukovaný C – Glc, transitorní škrob; NADPH a ATP) –světelná a na světle nezávislá fáze fotosyntézy •na povrchu dvojitá membrána •uvnitř thylakoidní membránový systém, lokálně se skládající v grana; vnitřní prostor thylakoidů: lumen –granální a intergranální (stromatální) thylakoidy •stroma: bohatá na proteiny – Rubisco; + pDNA, ribozómy •plastoglobuly •škrobová zrna •granální a agranální chloroplasty (C3 vs. C4) •syntéza AK (např. 9 pro člověka esenciálních), proteinů, asimilace NO3- a S • • • • • • • • • • Within the plant cell, chloroplast DNA represents a significant portion (15%) of the DNA. This is a result of the large number of chloroplasts per cell (50) and the large number of chloroplast DNA molecules per chloroplast (150). Chloroplast DNA is 150 kb in size and a circular molecule. In photosynthetic eukaryotes, nitrate assimilation is performed by two transport and two reduction steps: First, nitrate is transported into the cell, then a cytosolic Nitrate Reductase (NR) catalyzes nitrate reduction to nitrite, which subsequently is transported into the chloroplast, where the enzyme Nitrite Reductase (NiR) catalyzes its reduction to ammonium (Guerrero et al., 1981; Fernandez and Galvan, 2007, 2008) Plant Anatomy Biochem Mol Biol Plants Biochem Mol Biol Plants Plant Anatomy Pozor – zaměněny granální a agranální chloroplasty!!! Granální jsou v listovém mezofylu, agranální v pochvě cévních svazků. Agranální chloroplasty: nevyvíjejí 02 Fyloid měříku příbuzného (Plagiomnium affine). intenzivně osluněná část zastíněná část Plant Anatomy Příčný řez stonkem pelionie (Pellionia sp.). Velká škrobová zrna v chloroplastech. Plastoglobuly •lipoproteinová tělíska ohraničená jednou vrstvou galaktosylglyceridů odvozené ze stromatické strany thylakoidní membrány •lipidické jádro obsahuje prenylchinony (tokoferol – vit. E, fylochinon – vit. K1, plastochinon), triglyceridy, karotenoidy, rozkladné produkty chlorofylu, strukturní proteiny plastoglobuliny a enzymy zahrnuté v metabolismu lipidů •četnější v důsledku environmentálního stresu (vysoká ozářenost, sucho, salinita, ozón) a během senescence orgánu • Biochem Mol Biol Plants Chromoplast •četné plastoglobuly: obsahují karotenoidy (karoteny a xanthofyly) –prekurzory vitaminu A •červené, oranžové a žluté zbarvení plodů •stroma: enzymy katalyzující syntézu karotenoidů •vyvíjejí se degradací chloroplastů nebo z proplastidů •redukovaná thylakoidní membrána: krystaly lykopenu •možná i rediferenciace v chloroplasty •zbarvení plodů (rajče, pomeranč), květů (Ranunculus, Tagetes) nebo i kořenů (Daucus carota, Ipomoea batatas) – • • • • • • • • • Biochem Mol Biol Plants Plant Anatomy chromoplast vs. gerontoplast Gerontoplast •vyvíjí se degradací chloroplastů při senescenci daného orgánu •degradovaná thylakoidní membrána •četné velké plastoglobuly •řízený proces, recyklace proteinů, zejména Rubisco!!! •chlorofyl i další lipidy se nerecyklují • • • • • • • • • Plant Anatomy Elaioplast •syntéza lipidů v rostlinných buňkách •(srov. živočišná b.: výhradně hladné ER) •např. vrstva tapeta - buněk v prašnících kolem vyvíjejících se mikrospor (→ pylových zrn) •před uvolněním pylových zrn – degradace tapeta, uvolnění elaioplastů, začlenění uvolněných lipidů do exiny – vnější, vodoodpudivé vrstvy pylového zrna • • • • • • • • Plant Anatomy Amyloplast •plastid specializovaný na skladování velkého množství permanentního škobu •amylóza, amylopektin •kromě amyloplastů se škrob nachází též v proplastidech a chloroplastech (transitorní škrob) •škrobová zrna •zásobní fce •gravipercepce (škrobová pochva ve stoních, sloupek v kořenové čepičce) –kontakt s drsným ER, zvýšená IAA • • • • • • • • Plant Anatomy Leukoplast •sensu bezbarvý plastid syntetizující monoterpeny, poř. jiné volatilní sloučeniny obsažené v esenciálních olejích –např. mentol • žlaznaté trichomy (listy máty), sekreční dutiny (plody citrusů) •hustá stroma, málo membrán a ribozómů, četné plastoglobuly s esenciálními oleji •často v blízkosti SER (syntéza lipidů) • • • • • • • • Biochem Mol Biol Plants Plant Anatomy Mitochondrie •dvě ze tří fází respirace –glykolýza (v cytoplazmě) –cyklus kys. citrónové (Krebsův) a oxidativní fosforylace (v mitochondriích) •mt elektron-transportní řetězec – chemiosmotická syntéza ATP –export 2-5 uhlíkatých sloučenin do cytoplazmy •dvě membrány; vnitřní tvoří kristy (syntéza ATP); stroma: Krebsův cyklus •až tisíce mt v jedné buňce •endosymbiotický původ (G- bakterie); mtDNA, ribozómy – semiautonomní organela • • • • • • • • • In very active cells such as phloem companion cells, secretory cells, and transfer cells, up to 20% of the volume of the cytoplasm may be occupied by mitochondria. Biochem Mol Biol Plants Plant Anatomy Cytoskelet •proteinový rámec ve všech eukaryontních buňkách •není u nich membránový systém •2 fce: strukturní a pohybová •2 typy vláken: mikrotubuly a mikrofilamenta •u rostlin nejsou intermediální filamenta •plus „motor proteins“ - kinesiny •MT: dělící vřeténko + cytokineze (mitóza a meióza), v interfázi ovlivňuje lokalizaci stavby buněčné stěny • strukturní funkce: „trámy a střešní latě“ či „lešení“ čistě strukturní fce: intermediální filamenta – pouze u živočichů; analogická vlákna se nacházejí uvnitř jader rostlinných buněk Plant Anatomy MT: cca 25 nm diameter, 13 subunits per coil Plant Anatomy Plant Anatomy Plant Anatomy Centriola •https://en.wikipedia.org/wiki/Centriole Nevyskytuje se u rostlin! Buněčná stěna •vysoký turgor (tlak) v buňkách – nezbytný pro růst a transportní procesy •nutnost “exoskeletu” – BS •primární (vč. střední lamely) a sekundární BS •komunikace buněk: plasmodezmata a perforace a ztenčeniny BS • • Biochem Mol Biol Plants Primární buněčná stěna •nepigmentovaná, hydratovaná, flexibilní •celulóza, amorfní polysacharidy (glykany = hemicelulóza; pektiny), strukturní proteiny a enzymy modifikující strukturu a pevnost PBS (extenziny), voda •celulóza: –mikrofibrily: para-krystalická celulóza, několik nm v průměru, 24+12 řetězců –celulózo-syntázový komplex (“rozeta”) v cytoplazmatické membráně –orientace mikrofibril podle orientace MT –depolymerizace a repolymerizace MT •syntéza dalších komponent BS: diktyozómy GA, účast ER –též polymerické lipidy: vosky, kutin, suberin • • • celulóza: polymer beta-Glc ((1→4)-β-D-glucan); 15-30% DW primární BS, více u sek. BS hemicelulóza flexibilně spojuje mikrofibrily There are three major classes of structural proteins named for their respectively enriched amino acid: hydroxyproline- rich glycoproteins (HRGPs, eg. extensins), proline-rich proteins (PRPs), and glycine-rich proteins (GRPs). hemicelulóza – polymer, Glc, arabinóza, galaktóza, rhamnóza, manóza, xylóza… lipidické látyk: epidermis, endodermis či exodermis, korkové buňky Plant Anatomy Plant Anatomy Plant Anatomy Figure 4.5 Golgi-mediated vesicular trafficking. Diagram of Golgi-mediated vesicular trafficking in the plant cell including bidirectionally trafficking between Golgi and ER with COP-coated vesicles, trafficking to the vacuole, recycling of membrane and proteins from the plasma membrane, and secretion of structural cell wall polysaccharides. CESA complexes embedded in the plasma membrane synthesizing cellulose are shown. CCV, clathrin-coated vesicle; CESA, cellulose synthases; PM, plasma membrane; RE, recycling endosome; SV, secretory vesicle; TGN/EE, trans-Golgi network/early endosome. Střední lamela •pektinová buněčná deska v telofázi •složená střední lamela: SL+PBS dvou sousedních sklerifikovaných buněk •pektiny: převaha polymerů kys. galakturonové (některé karboxylové skupiny esterifikovány metanolem) + další polysacharidy •“lepidlo” držící pohromadě sousední buňky v pletivu •snadno hydrolyzovatelná – macerace pletiva •přirozený rozpad střední lamely: abscise listů, schizogenní interceluláry • • • • • • Plant Anatomy Sekundární buněčná stěna •silná, >> lignifikovaná, pevná •snižuje se objem protoplastu •lignifikace: ztráta elasticity BS, zvyšuje se pevnost, pokles permability pro vodné roztoky •tracheidy, cévní články, skl vlákna a sklereidy, korkové buňky… •vyústí ve odumření buněk – mrtvá pletiva •dřevo, papírenství, textilní vlákna… • • • • • • • • • • • Plant Anatomy Stavba typická u konifer Plant Anatomy Plant Anatomy Plant Anatomy Plant Anatomy Plant Anatomy