3. Rostlinná buňka 2

Agranální chloroplasty jsou v:

V buňkách pochvy cévního svazku u C4 rostlin. 

U C4 rostlin (např. kukuřice) existuje tzv. dimorfismus chloroplastů. V mezofylu jsou běžné granální chloroplasty (s grany), které provádí světelnou fázi a uvolňují kyslík. V buňkách pochvy cévního svazku jsou chloroplasty agranální (bez gran, mají jen dlouhé stromatální tylakoidy). Tyto chloroplasty neprodukují kyslík (chybí jim PSII), což je klíčové pro efektivní fungování enzymu Rubisco v Calvinově cyklu, který zde probíhá.

Agranální chloroplasty slouží jako bezkyslíková továrna na cukr (Calvinův cyklus), kde enzym Rubisco může pracovat maximálně efektivně.

Jaká barviva se vyskytují v chromoplastech?

Karotenoidy (karoteny a xantofyly). 

Chromoplasty jsou zodpovědné za žluté, oranžové a červené zbarvení květů a plodů. Neobsahují chlorofyly. Barviva jsou uložena v plastoglobulech nebo krystalických strukturách. 

Amyloplasty se nacházejí:

U všech rostlin, kromě kapraďorostů (kde se vyskytují v jiné formě nebo jsou méně typické), a specificky v kořenové čepičce (statolity) a zásobních orgánech. 

Amyloplasty jsou bezbarvé plastidy specializované na syntézu a skladování škrobu. V kořenové čepičce fungují jako statolity (gravipercepce) – těžká zrna, která vlivem gravitace padají na dno buňky a umožňují rostlině vnímat směr "dolů". 

Průběh fotosyntézy

Fotosyntézu si rozdělíme na dvě fáze, které probíhají na různých místech chloroplastu:

A. Primární (světelná) fáze – "Nabíjení baterek"

• Kde: Na membráně tylakoidů. 

• Co se děje:

1. Dopadne světlo (foton) na chlorofyl ve fotosystémech.

2. Energie světla rozštěpí vodu (fotolýza vody). Tím vznikají elektrony (e-), protony (H+) a jako "odpad" kyslík (O2). 

3. Elektrony putují membránou (elektron-transportní řetězec).

4. Nahromaděné protony (H+) uvnitř tylakoidu chtějí ven – projdou přes "turbínu" zvanou ATP-syntáza, čímž vzniká energie ATP. 

5. Na konci řetězce elektrony redukují koenzym na NADPH. 

• Výstup: Energie (ATP) + Redukční činidlo (NADPH) + Kyslík.

B. Sekundární (temnostní) fáze – Calvinův cyklus – "Výroba cukru"

• Kde: Ve stromatu (tekutina uvnitř chloroplastu). 

• Co se děje:

1. Enzym Rubisco vezme CO2 ze vzduchu a naváže ho na organickou látku (fixace). 

2. Za pomoci energie (ATP) a vodíku (NADPH) z první fáze se tento uhlík přemění ("redukuje") na jednoduché cukry (triózy).

3. Z trióz se pak tvoří glukóza a následně škrob (asimilační škrob), který se dočasně ukládá v chloroplastu. 

• Výstup: Cukry (stavební látky a energie pro rostlinu).

Kde je zachycována a transformována světelná energie?

Na membráně tylakoidů v chloroplastech. 

Právě v tylakoidních membránách jsou zabudovány fotosystémy (PSII a PSI) s chlorofyly, které chytají fotony. Zde probíhá světelná fáze fotosyntézy, fotolýza vody a tvorba ATP a NADPH.

Kde dochází ke vložení CO2 (fixaci)?

Ve stromatu chloroplastů. 

Ve stromatu (vnitřní hmotě chloroplastu) se nachází enzym Rubisco a probíhá zde Calvinův cyklus (temnostní fáze), při kterém se CO2 zabudovává do organických látek (cukrů).

Co jsou plastoglobuly a kde se nacházejí?

Jsou to lipoproteinová tělíska (kapénky) uvnitř chloroplastů (a jiných plastidů). 

Slouží jako rezervoár lipidů, vitamínu E a K, a při stárnutí (vzniku chromoplastů či gerontoplastů) se v nich hromadí karotenoidy. Jsou volně v matrix nebo připojeny k membráně tylakoidů.

Kdy dochází k replikaci mimojaderné DNA (semiautonomních organel)?

Kdykoliv během celého cyklu buňky. 

Plastidy a mitochondrie mají vlastní DNA a dělí se nezávisle na dělení jádra. Nečekají na S-fázi buněčného cyklu jako jaderná DNA.

Která organela má větší genom?

Mitochondrie (u rostlin!), ale chloroplast má více kopií genomu.

Rostlinný mitochondriální genom je obrovský a variabilní (mnohem větší než u živočichů i než u plastidů). Nicméně plastidů je v buňce hodně a každý má mnoho kopií své DNA, takže celkové množství DNA (hmotnostně) může být v plastidech značné. 

1. Velikost jednoho genomu (molekuly DNA):

• Rostlinná mitochondrie má obrovský genom (mnohem větší než lidská). Může mít 200–2000 kbp (kilobází). Je to paradoxně největší organelový genom. 

• Chloroplast má genom menší, obvykle 120–217 kbp. 

• Takže: Jedna molekula DNA mitochondrie je větší než jedna molekula DNA chloroplastu.

2. Celkové množství DNA v buňce:

• V jedné buňce (např. listu) je ale mnohem více chloroplastů (až 100) než mitochondrií, a co víc – každý chloroplast obsahuje mnoho kopií své DNA (v nukleoidech). 

• Takže: Když se sečte veškerá DNA v buňce, chloroplastová DNA hmotnostně převažuje nad mitochondriální (tvoří až 15 % celkové DNA buňky).

Složení buněčné stěny:

Celulóza, hemicelulózy, pektiny, (plus strukturální proteiny, např. extenziny). 

Celulóza tvoří pevnou kostru (mikrofibrily), hemicelulózy je propojují a pektiny tvoří výplňovou matrix (gel). U sekundární stěny přistupuje lignin (jako beton se vylije mezi vlákna celulózy a ztvrdne - dřevnatění)

Které struktury jsou významné při vzniku buněčné stěny?

Golgiho aparát (a plazmatická membrána pro celulózu). 

Golgiho aparát syntetizuje a ve váčcích transportuje pektiny a hemicelulózy do vznikající stěny (střední lamely a primární stěny). Celulóza se syntetizuje přímo na membráně (celulozo–syntázový komplex rozeta, směr určují mikrotubuly).

Jak se nazývají enzymy destruující buněčnou stěnu?

Hydrolázy – celulázy, pektinázy. 

Tyto enzymy se aktivují například při růstu buňky (aby stěna povolila a natáhla se), při opadu listů (rozpuštění střední lamely v odlučovací vrstvě) nebo při zrání plodů (měknutí).

U kterého rostlinného pletiva vzniká sekundární BS?

Sklerenchym (a také buňky xylému – tracheidy, tracheje). 

Sekundární stěna se tvoří u buněk, které potřebují být pevné a už nerostou. Typicky sklerenchymatická vlákna a vodivé elementy dřeva. Často je lignifikovaná.

Co řídí pohyb rozet na plazmalemě?

Mikrotubuly (kortikální mikrotubuly). 

Rozety (celulózo-syntázové komplexy) "jedou" v plazmatické membráně a chrlí ven celulózu. Jejich dráha je určena mikrotubuly, které jsou připojeny z vnitřní strany membrány. Jak jsou uspořádány mikrotubuly, tak se uloží celulóza. 

Kde se nachází tečky (zmenšeniny) BS?

V místech, kde chybí sekundární buněčná stěna (ale primární tam je!), takže na primární BS.

Tečky umožňují komunikaci. U parenchymu jsou to jednoduché tečky, u vodivých elementů (tracheid) jsou to dvůrkaté tečky s torusem. 

Co prochází přes ztenčeniny (plazmodezmata)?

Cytoplazma a desmotubulus (což je modifikované hladké ER). 

Plazmodezmy nejsou jen díry, jsou to složité kanálky vystlané plazmatickou membránou, středem prochází trubička ER (desmotubulus), která propojuje ER sousedních buněk. 

Dělící vřeténko – z jaké části cytoskeletu se tvoří?

Z mikrotubulů (tubulinu). 

Mikrotubuly tvoří vlákna vřeténka, která tahají chromozomy k pólům. Rostliny nemají centrioly, vřeténko se organizuje z povrchu jádra nebo plazmy (MTOC). 

Co je to PLB a v jakém typu plastidu ho najdeme?

Prolamelární tělísko (Prolamellar Body). Je to semikrystalická mřížka membránových tubulů, která se nachází v etioplastech (rostliny ve tmě). Obsahuje prekurzory lipidů a protochlorofylid. Na světle se rozpadá na tylakoidy, tvoří chlorofyl, vznikají chloroplasty.

Etioplasty syntetizují kyselinu giberelovou, která způsobuje vytažení rostliny za světlem.

Co jsou stromuly a jakou mají funkci?V

Jsou to tenké trubičkovité výběžky plastidů naplněné stromatem. Zvětšují povrch plastidu pro výměnu látek s cytoplazmou a umožňují kontakt mezi plastidy navzájem nebo s jinými organelami (jádro, ER). Pozor: Plastidy přes ně nesplývají (nefúzují)! 

Jaký je rozdíl mezi dělením plastidu a dělením buňky?

Plastidy se dělí zaškrcením pomocí prstence (PD ring), podobně jako bakterie. Tento prstenec má dvě části: vnitřní (bakteriální protein FtsZ) a vnější (eukaryotní dynamin). Dělení plastidů může probíhat nezávisle na dělení jádra (polyploidie plastidů).

Vysvětlete pojem "gerontoplast" a co se v něm děje s Rubiscem

Gerontoplast je stárnoucí chloroplast (např. v podzimním listí). Dochází v něm k řízené degradaci fotosyntetického aparátu. Klíčové je, že proteiny (hlavně Rubisco, který obsahuje hodně dusíku) jsou rozloženy a dusík je "recyklován" – odeslán do trvalých pletiv rostliny (kmen, kořeny) na uskladnění. Lipidy se nerecyklují.

Jaký je rozdíl v orientaci mikrotubulů v buňce, která roste do délky, vs. buňce, která roste do šířky?

Mikrotubuly (a podle nich ukládaná celulóza) jsou orientovány kolmo na směr růstu.

• Pokud chce buňka růst do délky (nahoru), mikrotubuly a celulóza budou jako obruče na sudu (příčně). To zabrání rozšiřování do boku a nutí buňku růst jen do výšky.

• Pokud jsou vlákna uspořádána náhodně, buňka roste všemi směry (izodiametricky).

Rostliny nemají lysozomy. Co plní jejich funkci?

Lytická vakuola. Obsahuje hydrolytické enzymy (proteázy, lipázy...) a kyselé prostředí, které rozkládá nepotřebné látky. 

Jaký je rozdíl mezi primární a sekundární endosymbiózou u vzniku plastidů?

Primární: Eukaryot pohltil sinici (prokaryota). Vznikly plastidy se 2 membránami (ruduchy, zelené řasy, rostliny).

• Sekundární: Eukaryot pohltil jiného eukaryota, který už plastid měl (např. červenou řasu). Vznikly plastidy se 3 nebo 4 membránami (hnědé řasy, rozsivky, krásnoočka).