PLASTOS: VLASTNOSTI, STRUKTURA A TYPY - BIOLOGIE - 2025

Tyto plastid nebo plastidiosson skupina orgánulas semiautonomous buněk s různou funkcí. Nacházejí se v buňkách řas, mechů, kapradin, gymnospermů a angiospermů. Nejvýznamnějším plastidem je chloroplast, který je zodpovědný za fotosyntézu v rostlinných buňkách.

Podle jejich morfologie a funkce existuje celá řada plastidů: chromoplasty, leukoplasty, amyloplasty, etioplasty, oleoplasty. Chromoplasty se specializují na skladování karotenoidních pigmentů, amyloplasty ukládají škrob a plastidy, které rostou ve tmě, se nazývají etioplasty.

Překvapivě byly hlášeny plastidy u některých parazitických červů a u některých mořských měkkýšů.

Obecné vlastnosti

Plastidy jsou organely přítomné v rostlinných buňkách pokrytých dvojitou lipidovou membránou. Mají svůj vlastní genom, důsledek jejich endosymbiotického původu.

Předpokládá se, že asi před 1,5 miliardou let protoeukaryotická buňka pohltila fotosyntetickou bakterii, což vedlo k vzniku eukaryotické linie.

Evolučně lze rozeznat tři řady plastidů: glaukofyty, linii červených řas (rodoplasty) a linii zelených řas (chloroplasty). Zelená linie dala vznik plastidům z řas i rostlin.

Genetický materiál má ve vyšších rostlinách 120 až 160 kb a je organizován v uzavřené a kruhové molekule dvojpásmové DNA.

Jednou z nejvýraznějších charakteristik těchto organel je jejich schopnost vzájemného převodu. K této změně dochází díky přítomnosti molekulárních a environmentálních podnětů. Například, když ethioplast přijme sluneční světlo, syntetizuje chlorofyl a stává se chloroplastem.

Plastidy plní kromě fotosyntézy různé funkce: syntéza lipidů a aminokyselin, skladování lipidů a škrobu, fungování stomat, barvení rostlinných struktur, jako jsou květiny a ovoce, a vnímání gravitace.

Struktura

Všechny plastidy jsou obklopeny dvojitou lipidovou membránou a uvnitř mají malé membránové struktury zvané thylakoidy, které se mohou u určitých typů plastidů značně rozšířit.

Struktura závisí na typu plastidu a každá varianta bude podrobně popsána v následující části.

Typy

Existuje řada plastidů, které plní různé funkce v rostlinných buňkách. Hranice mezi jednotlivými typy plastidů však není příliš jasná, protože mezi strukturami existuje významná interakce a existuje možnost vzájemné přeměny.

Podobně se při srovnání různých typů buněk zjistí, že plastidová populace není homogenní. Mezi základní typy plastidů vyskytujících se ve vyšších rostlinách patří:

Proplastidy

Jsou to plastidy, které dosud nebyly diferencovány a jsou zodpovědné za vznik všech typů plastidů. Nacházejí se v meristémech rostlin, a to jak v kořenech, tak ve stoncích. Jsou také v embryích a dalších mladých tkáních.

Jsou to malé struktury, jeden nebo dva mikrometry dlouhé a neobsahují žádný pigment. Mají tylakoidní membránu a vlastní ribozomy. V semenech proplastidie obsahují zrna škrobu, což je důležitý rezervní zdroj pro embryo.

Počet proplastidií na buňku je proměnný a lze nalézt mezi 10 a 20 těchto struktur.

Distribuce proplastidií v procesu buněčného dělení je nezbytná pro správné fungování meristémů nebo specifického orgánu. Když dojde k nerovnoměrné segregaci a buňka neobdrží plastidy, je určena k rychlé smrti.

Proto strategie zajišťující spravedlivé rozdělení plastidů na dceřiné buňky musí být homogenně distribuována v buněčné cytoplazmě.

Podobně proplastidie musí být zděděny potomky a jsou přítomny ve formování gamet.

Chloroplasty

Chloroplasty jsou nejvýznamnějšími a nápadnými plastidy rostlinných buněk. Jeho tvar je oválný nebo sféroidní a počet normálně kolísá mezi 10 a 100 chloroplasty na buňku, i když může dosáhnout 200.

Jsou dlouhé 5 až 10 um a šířky 2 až 5 um. Nacházejí se hlavně v listech rostlin, ačkoli se mohou vyskytovat mimo jiné v stoncích, řapíkech, nezralých okvětních lístcích.

Chloroplasty se vyvíjejí v rostlinných strukturách, které nejsou pod zemí, z proplastidií. Nejviditelnější změnou je výroba pigmentů, které přebírají charakteristickou zelenou barvu této organely.

Stejně jako ostatní plastidy jsou obklopeny dvojitou membránou a uvnitř mají třetí membránový systém, tylakoidy, zabudovaný do stroma.

Thylakoidy jsou diskovité struktury, které jsou naskládány do zrn. Tímto způsobem lze chloroplast strukturálně rozdělit do tří kompartmentů: prostor mezi membránami, stromou a lumen thylakoidu.

Stejně jako v mitochondriích dochází k dědičnosti chloroplastů od rodičů k dětem jedním z rodičů (bezdětný) a mají svůj vlastní genetický materiál.

Funkce

V chloroplastech dochází k fotosyntetickému procesu, který rostlinám umožňuje zachytit světlo ze slunce a přeměnit je na organické molekuly. Ve skutečnosti jsou chloroplasty jediné plastidy s fotosyntetickými schopnostmi.

Tento proces začíná v tylakoidních membránách světelnou fází, ve které jsou ukotveny enzymové komplexy a proteiny nezbytné pro tento proces. Poslední strom fotosyntézy neboli temné fáze se vyskytuje ve stromě.

Amyloplasty

Amyloplasty se specializují na skladování škrobových zrn. Nacházejí se většinou v rezervních tkáních rostlin, jako je endosperm v semenech a hlízách.

Většina amyloplastů se vytváří přímo z protoplastů během vývoje organismu. Experimentálně byla tvorba amyloplastů dosažena nahrazením fytohormonového auxinu cytokininy, což způsobilo snížení buněčného dělení a indukci akumulace škrobu.

Tyto plastidy jsou rezervoárem pro širokou škálu enzymů, podobných chloroplastům, ačkoli jim chybí chlorofyl a fotosyntetický aparát.

Vnímání gravitace

Amyloplasty souvisí s reakcí na pocit gravitace. V kořenech je pocit gravitace vnímán buňkami columella.

V této struktuře jsou statolity, které jsou specializovanými amyloplasty. Tyto organely jsou umístěny ve spodní části buněk columella, což ukazuje na gravitaci.

Pozice statolitů spouští řadu signálů, které vedou k redistribuci hormonového auxinu, což způsobuje růst struktury ve prospěch gravitace.

Škrobové granule

Škrob je nerozpustný semikrystalický polymer tvořený opakujícími se glukózovými jednotkami, produkující dva typy molekul, amylopeptin a amylózu.

Amylopeptin má rozvětvenou strukturu, zatímco amylóza je lineární polymer a hromadí se ve většině případů v podílu 70% amylopeptinu a 30% amylózy.

Granule škrobu mají dosti organizovanou strukturu související s amylopeptinovými řetězci.

U amyloplastů studovaných z endospermu obilovin se průměr granulí liší od 1 do 100 um a je možné rozlišovat mezi velkými a malými granulemi, které se obvykle syntetizují v různých amyloplastech.

Chromoplasty

Chromoplasty jsou vysoce heterogenní plastidy, které ukládají různé pigmenty do květin, ovoce a dalších pigmentovaných struktur. V buňkách jsou také určité vakuoly, které mohou ukládat pigmenty.

V angiospermech je nutné mít nějaký mechanismus k přilákání zvířat odpovědných za opylení; z tohoto důvodu přírodní výběr podporuje hromadění jasných a atraktivních pigmentů v některých rostlinných strukturách.

Chromoplasty se obecně vyvíjejí z chloroplastů během procesu zrání ovoce, kde zelené ovoce v průběhu času nabývá charakteristické barvy. Například nezralá rajčata jsou zelená a když jsou zralá, jsou jasně červená.

Hlavními pigmenty, které se hromadí v chromoplastech, jsou karotenoidy, které jsou variabilní a mohou vykazovat různé barvy. Karoteny jsou oranžové, lykopen je červený a zeaxanthin a violaxanthin jsou žluté.

Konečné zbarvení struktur je definováno kombinací uvedených pigmentů.

Oleoplasty

Plastidy jsou také schopné ukládat molekuly lipidové nebo proteinové povahy. Oleoplasty jsou schopny ukládat lipidy ve speciálních tělech zvaných plastoglobuly.

Jsou nalezeny květinové antény a jejich obsah je uvolňován na stěně pylového zrna. Oni jsou také velmi běžní u některých druhů kaktusů.

Kromě toho mají oleoplasty různé proteiny, jako je fibrillin a enzymy související s metabolismem isoprenoidů.

Leukoplasty

Leukoplasty jsou plastidy bez pigmentů. Podle této definice lze amyloplasty, oleoplasty a proteinoplasty klasifikovat jako varianty leukoplastů.

Leukoplasty se vyskytují ve většině rostlinných tkání. Nemají nápadnou thylakoidní membránu a mají málo plazmatických globulí.

Mají metabolické funkce v kořenech, kde akumulují značné množství škrobu.

Gerontoplasty

Když rostlina stárne, dochází k přeměně chloroplastů na gerontoplasty. Během procesu stárnutí se praskají tylakoidní membrány, hromadí se plazmatické kuličky a rozpadá se chlorofyl.

Ethioplasty

Když rostliny rostou za zhoršených světelných podmínek, chloroplasty se nevyvíjejí správně a vytvořený plastid se nazývá ethioplast.

Ethioplasty obsahují škrobová zrna a nemají extenzivně rozvinutou thylakoidovou membránu jako ve zralých chloroplastech. Pokud se změní podmínky a je dostatek světla, mohou se etioplasty vyvinout v chloroplasty.

Reference

1. Biswal, UC a Raval, MK (2003). Biogeneze chloroplastů: od proplastidu k gerontoplastu. Springer Science & Business Media.
2. Cooper, GM (2000). Buňka: molekulární přístup. 2. vydání. Sunderland (MA): Sinauer Associates. Chloroplasty a jiné plasty. K dispozici na adrese: ncbi.nlm.nih.gov
3. Gould, SB, Waller, RF a McFadden, GI (2008). Plastid evoluce. Roční přehled rostlinné biologie, 59, 491–517.
4. Lopez - Juez, E., & Pyke, KA (2004). Uvolněné plastidy: jejich vývoj a jejich integrace do vývoje rostlin. International Journal of Developmental Biology, 49 (5–6), 557–577.
5. Pyke, K. (2009). Plastid biologie. Cambridge University Press.
6. Pyke, K. (2010). Plastid divize. AoB Plants, plq016.
7. Wise, RR (2007). Rozmanitost formy a funkce plastidu. In Struktura a funkce plastidů (str. 3–26). Springer, Dordrecht.