Referaty
Home
Anglictina
Biologie
Chemie
Dejepis-Historie
Diplom-Projekt
Ekonomie
Filozofie
Finance
Fyzika
Informatika
Literatura
Management
Marketing
Medicina
Nemcina
Ostatni
Politika
Pravo
Psychologie
Public-relations
Sociologie
Technologie
Zemepis-Geografie
Zivotopisy




























Téma, Esej na téma, Referátu, Referát, Referaty Semestrální práce:

STAVBA ROSTLINNÉ BUŇKY, FOTOSYNTÉZA

Ostravská univerzita

Pedagogická fakulta

Seminární práce

STAVBA ROSTLINNÉ BUŇKY, FOTOSYNTÉZA

59137exi47jub7p

59137exi47jub7p

59137exi47jub7p

59137exi47jub7p

59137exi47jub7p

STAVBA ROSTLINNÉ BUŇKY



Buněčnou stavbu u rostlin poprvé pozoroval pomocí jednoduchého světelného mikroskopu anglický přírodovědec Robert Hooke v roce 1665 na příčném řezu korkem.Drobné komůrky, které mu připomínaly buňky včelího plástu, pojmenoval latinsky cellulae – buňky; pozorované struktury ve skutečnosti byly pouze buněčné stěny . Buňky mnohobuněčných rostlin se postupně rozlišují ( diferencují ), což je provázeno i změnami jejich látkového složení . Převážná většina rostlinných buněk se liší od buněk živočišných třemi hlavními znaky – přítomností buněčné stěny, vakuol a plastidů .

Obr. :

Buněčná stěna ohraničuje rostlinné buňky , s výjimkou pohlavních buněk (gamet) , které ji nemají . Buněčné stěny dodávají buňkám potřebnou pevnost , do značné míry podmiňují jejich tvar a chrání živý obsah buňky , protoplast .

Základní složkou buněčné stěny rostlin ( i některých hub ) je polysacharid celulóza (nejhojnější přírodní organický polymer) , která v podobě mikrofibril o tloušťce 10 až 25 nm vytváří celulózovou kostru buněčné stěny , doplněnou hlavně hemicelulózami a pektiny . Hemicelulózy představují ve srovnání s celulózou různorodou skupiny polysacharidů s odlišným chemickým složením a kratšími řetězci ; plní často zásobní funkci . Pektiny jsou kyselé polysacharidy , přítomné kromě buněčné stěny i v buněčné šťávě vakuol . Ve větší míře se hromadí v dužnatých plodech (jablka , citrony aj.) . Snadno bobtnají , poutají vodu , a tím v rostlinách ovlivňují hospodaření s vodou .

V závislostech na typu pletiva může být buněčná stěna vyztužena ještě dalšími organickými či anorganickými látkami . Z organických látek to bývá především lignin (dřevovina , z lat.lignum=dřevo) ; jde o složitý , po celulóze v přírodě nejhojnější rostlinný polymer , který provází celulózu a podmiňuje dřevnatění (lignifikaci) buněčné stěny . Zvyšuje její pevnost , a proto je hojně zastoupen ve stěnách rostlinných buněk s mechanickými funkcemi . Kutin , suberin a vosky jsou látky tukovité povahy , obsažené v buněčných stěnách, které jsou součástí vnějších ochranných pletiv rostlin ; zamezují zde hlavně ztrátám vody . Buněčné stěny obsahující suberin (z lat.suber=korek) jsou zkorkovatělé (např.slupka bramborové hlízy).

Buněčná stěna rostlinných buněk může mít až tři vrstvy – střední lamelu , primární stěnu a sekundární stěnu .Střední lamela spojuje stěny dvou sousedních buněk ; vzniká především z pektinových látek , které se při buněčném dělení hromadí v rovníkové poloze dělícího vřeténka . Ke střední lamela přiléhá primární stěna , tvořená hlavně z celulózy , hemicelulóz a pektinových látek . Primární stěna je pružná , snadno roste do plochy vkládáním nových celulózových mikrofibril do již existující sítě . To umožňuje prodlužování buněk při růstu kořene , stonku nebo listů .

Po ukončení růstu mohou některé buňky (hlavně vodivých a mechanických pletiv) směrem dovnitř vytvářet sekundární stěnu , která je ve srovnání s primární stěnou výrazně silnější ; vzniká postupným přikládáním vrstev tvořených plus minus rovnoběžně uspořádanými celulózovými vlákny . Protoplasty buněk po vytvoření sekundární stěny často odumírají .

Tloustnutí buněčné stěny se často omezuje jen na určitá místa ;např.pro cévy , které mají vodivou funkci , je charakteristické kruhovité a šroubovité tloustnutí . Tloušťka buněčné stěny při tom nebývá stejná ; obsahuje ztenčeniny , tzv.tečky. Tečkami procházejí cytoplazmatická vlákna (plazmodezmy) , spojující živé protoplasty sousedních buněk .

Vakuoly představují drobné či větší útvary , ohraničené polopropustnou membránou zvanou tonoplast .V buňkách dělivých pletiv bývá několik drobných vakuol , které s vývojem buněk postupně splývají , takže v dospělých buňkách se zpravidla nachází jen jediná centrální vakuola , zaujímající až 90% objemu buňky . Vakuoly vyplňuje buněčná šťáva , tj.vodný roztok různých organických i anorganických látek . Ze zásobních látek jsou zde obsaženy zejména cukry a bílkoviny , dále mnohé meziprodukty látkové výměny(aminokyseliny,organické kyseliny aj.),z druhotných produktů látkového metabolismu např.alkaloidy , třísloviny , barviva atd.

V některých případech je koncentrace těchto látek ve vakuole dostatečně vysoká a tvoří se krystaly. Například přebytky jedovaté kyseliny šťavelové reagují s ionty vápníku na neškodný šťavelan vápenatý .

Pestrost a krása světa rostlin je do značné míry podmíněna přítomností širokého spektra různých barviv . Lze je rozdělit na barviva rozpustná ve vodě (hydrochromy) a barviva rozpustná v tucích a jejích rozpouštědlech (lipochromy).Hydrochromy se vyskytují v buněčné šťávě vakuol (antokyany) , lipochromy , jsou obsaženy v plastidech (chlorofyly , karoteny , xantofyly ) .

Antokyany mají značné rozšíření v přírodě . Zbarvují např. modře květy pomněnek,červené květy máků či růží , dále jsou obsaženy v mnohých plodech (ptačí zob,černý rybíz aj.),v listech(červené zelí)apod.Podle reakce buněčné šťávy vakuol,tj.její kyselosti či zásaditosti , se mění barva antokyanů;kyselé roztoky antokyanů bývají červené , neutrální fialové a zásadité modré .

Plastidy jsou charakteristické organely eukaryotických rostlinných buněk .Jejich přítomnost podmiňuje autotrofní způsob výživy , jsou místem fotosyntézy . Na povrchu jsou kryty dvojitou membránou . Vznikají dělením již existujících plastidů .

Chloroplasty jsou zelené fotosynteticky aktivní plastidy , vyskytující se v zelených částech rostlin . U vyšších rostlin mívají nejčastěji čočkovitý tvar o šířce 2 až 5 mm . V každé buňce jich bývá obvykle několik desítek . Povrch chloroplastů kryje dvojitá membrána , jejíž vnitřní část vytváří systém plochých váčků , thylakoidů . V nich jsou umístěna fotosyntetická barviva , umožňující zachycení a přeměnu sluneční energie na energii chemických vazeb . Hlavním fotosyntetickým barvivem je chlorofyl , který existuje v několika typech(a,b,c,d).Při stárnutí listů , stonků či plodů ztrácejí chloroplasty vlivem rozkladu chlorofylu zelenou barvu a mění se na chromoplasty . Tento proces je nápadný např.při dozrávání šípků nebo plodů rajčat .

Chromoplasty představují fotosynteticky neaktivní plastidy žluté , oranžové či červené barvy , což je podmíněno přítomností specifických barviv – červených až žlutých karotenů a žlutých xantofylů . Chromoplasty se vyskytují ve zralých plodech , květech ,barevně se uplatňují v podzimním listí , někdy jsou obsaženy i v kořenech(např. u mrkve).Chromoplasty v řadě případů , díky nápadnému zbarvení rostlinných částí , napomáhají při opylování květů či rozšiřování plodů prostřednictvím živočichů .

Leukoplasty neobsahují žádná barviva;jsou schopny syntetizovat a hromadit rozmanité látky , zejména škrob , oleje a bílkoviny . Nejhojnějším typem jsou leukoplasty hromadící škrob - amyloplasty .V chloroplastech rostlin vzniká tzv.asimilační škrob , který se ve formě jednoduchých cukrů převádí do amyloplastů , kde se ukládá jako zásobní škrob . Škrob je nejrozšířenější zásobní látkou zelených rostlin.

Buňku ve smyslu teorie systémů lze chápat jako složitý, heterogenní, dynamický a otevřený systém tvořený buněčnými strukturami (organelami). Systém buňky je vlastně množinou prvků systému s určitými vlastnostmi, vzájemnými vztahy a vztahy k prostředí. Buňka představuje složitou, prostorově rozčleněnou základní stavební a funkční jednotku těla rostliny. U jednobuněčných (bakterie, sinice, řasy) existuje samostatně a vykonává všechny životní funkce.

Dělení buněk

Buňky vznikají nejčastěji dělením buněčným čili cytokinezí. Dělení buněk zpravidla předchází dělení jádra již existujícího (karyokineze). Někdy dochází k rozdělení jádra a nikoli k dělení buňky a tak vznikají vícejaderné buňky anebo po splynutí jader buňky polyploidní. V  podstatě rozlišujeme dva způsoby dělení jádra buněčného a to dělení přímé (amitózu) a nepřímé (mitózu). Podle způsobu oddělování dceřiných buněk rozlišujeme: zaškrcování, pučení, přehrádečné dělení, volné novotvoření.

Základní děje probíhající při dělení buňky :replikuje se DNA , dceřiné molekuly DNA se od sebe prostorově oddělí a rozdělí se i buňka . Vzhledem k složitosti stavby chromozómů , k jejich počtu a k organizaci buněčného jádra je dělení eukaryotní buňky poměrně složité .

Replikace DNA je nenápadný děj , který proběhne v buňce dříve , než jsou na jádře patrny jakékoli přípravy k dělení . Obsah DNA v jádře se přitom zdvojnásobí . Vlastní dělení jádra nezačíná obvykle hned po replikaci , zpravidla následuje ještě klidové období .



I.FáZE

Nastává karyokineze – dělení jádra . Je to tzv.mitóza , a je provázena změnami struktury jádra , které jsou dobře znatelné i v optickém mikroskopu . Zaručuje , že každý z nově vzniklé dvojice chromozómů se dostane do jedné z nově vznikajících buněk . Počet i složení chromozómů v dceřiných buňkách jsou pak zcela stejné jako v původní mateřské buňce .

Mitóza má několik po sobě následujících fází:

PROFáZE

Nejdříve se v jádře začnou objevovat mikroskopicky zjistitelné chromozómy jako barvitelné pentlicovité útvary různé délky a tvaru . Počet i tvar chromozómů je dán pro každý druh organismů ; mluvíme o charakteristické sadě chromozómů . Stávají se viditelné proto , že se oproti původní délce v klidovém jádře zkrátí a tím se zvětší jejich tloušťka – spiralizace . Již na počátku těchto změn se rozpadá jadérko . Jak se chromozómy postupně zkracují , je stále zřetelnější , že jsou dvojité. Dvojice leží těsně vedle sebe a jsou navzájem spojeny v místě , kde se budou upínat mikrotubuly dělícího vřeténka . Toto místo , centroméra , má na každém chromozómů charakteristickou pozici . Současně s těmito změnami v jádře nastávají i změny v buněčném cytoskeletu . Většina mikrotubulů původní buňky se rozpadne a místo nich začnou vznikat v blízkosti jádra kolem dvou center dvě soustavy hvězdicovitě uspořádaných mikrotubulů . Tyto dva útvary se od sebe oddalují a směřují ke konečnému postavení na dvou protilehlých pólech jádra .  

METAFáZE

V další fázi se rozpadne jaderný obal na ploché váčky , které se vzdálí od původního místa a vypadají zcela jako cisterny endoplazmatického retikula . Obě mikrotubulární centra se postaví proti sobě na obě strany shluků chromozómů , který je v místě původního jádra . Mikrotubuly mezi oběma centry vytvoří tzv.dělící vřeténko . Uprostřed vřeténka , v jeho ekvatoriální (rovníkové) rovině , se uspořádají chromozómy do plochy , připoutané svými centomérami na mikrotubuly dělícího vřeténka . Každý ze dvou nově vzniklých sesterských chromozómů je mikrotubuly dělícího vřeténka připojen k opačnému centriolu (cytoskelet ) .

ANAFáZE

Nejrychlejší fáze z celé mitózy – anafáze . Chromozómy jednotlivých dvojic od sebe v místě centromér oddělí a začnou putovat k oběma pólům dělícího vřeténka . To je právě ten děj , při kterém se nově vzniklé chromozómy rovnoměrně rozdělí na dvě chromatidy do dvou nových jader .

TELOFáZE

V závěrečné fázi se chromozómy shluknou na obou pólech dělícího vřeténka a vytvoří se normální jádro . Obnoví se jaderný obal i jadérko,chromozómy se natahují – despiralizují . Ještě než zanikne dělící vřeténko , začne se dělit buňka . Dělící vřeténko nakonec zanikne a obnoví se původní soustava mikrotubulů

II.FáZE

Cytokineze –dělení celé buňky . Dělí se růstem buněčné přepážky od středu k obvodu . Uprostřed dělícího vřeténka se začne vytvářet tenká destička , která narůstá směrem k povrchu buňky . Materiálem pro tuto přepážku jsou sloučeniny cukrů(pektiny) , které jsou dodány z Golgiho komplexu buňky .Jejich přesun v buňce je zřejmě usměrňován mikrotubuly dělícího vřeténka .

 

FOTOSYNTÉZA

Zelené rostliny využívají slunečního (elektromagnetického) záření k vazbě CO2 a k jeho další redukci, při čemž vznikají sacharidy, tzn. Že nezastupitelně využívají sluneční energie a dovedou nejvýhodněji řešit problém uskladnění absorbované energie v chemických vazbách. Celý proces se nazývá fotosyntetická asimilace CO2, zkráceně fotosyntéza.

6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

Oxid uhličitý a voda jsou zdrojem hmoty pro vznik asimilátů, slunce zdrojem energie a chloroplast místem fotosyntézy. Fotosyntézu lze pak chápat jako fotokatalytickou přeměnu CO2 a H2O na složité molekuly vysoce energetických látek, které vytvářejí biomasu Země a produkují O2, udržující její kyslíkovou atmosféru. Fotosyntéza tak představuje základní látkový a energetický metabolismus rostlin a zdroj energie i organických látek pro všechny organismy. Představuje po koloběhu vody druhý nejdůležitější proces na Zemi

Při fotosyntéze(z řec.phos,photós=světlo) se využívá energie slunečního záření k syntéze energeticky bohatých organických sloučenin(cukrů) z jednoduchých anorganických látek – oxidu uhličitého a vody . Uvedený proces , probíhající v chloroplastech za účasti fotosyntetických barviv(hlavně chlorofylu) , lze velmi zjednodušeně popsat výše uvedenou rovnicí , při které musí působit světlo a chlorofyl jako katalyzátory . Složitý soubor reakcí , k nimž dochází v rámci fotosyntézy , lze rozdělit na děje primární (přeměna energií ) a sekundární (přeměna látek ) . Primární děje jsou bezprostředně závislé na světle (odtud dřívější název světelná fáze ) a probíhají v thylakoidních membránách chloroplastů ; zahrnují pohlcení světla fotosyntetickými barvivy , redukci koenzymu a syntézu ATP . Sekundární děje nejsou na světle bezprostředně závislé ,tj.mohou probíhat na světle i ve tmě (dříve označovány jako temnostní fáze ) ; jejich podstatou jsou procesy spojené s fixací CO a vznikem šestiuhlíkatého cukru (glukózy) . Sekundární děje probíhají mimo thylakoidy , ve stromatu chloroplastů .

Ze slunečního záření využívají rostliny při fotosyntéze jen energii vlnových délek zhruba mezi 400 až 750 nm (tzv.fotosynteticky účinné záření ) . Toto viditelné světlo je výběrově zachycováno fotosyntetickými barvivy . Jde o sloučeniny , které díky uspořádání svých molekul (zejména počtu a rozmístění dvojných vazeb ) jsou „naladěny“ jen na pohlcení záření v určitém rozsahu vlnových délek . V důsledku toho jsou tato barviva zbarvena doplňkovou barvou k barvě pohlcené (absorbované) . Např.chlorofyly mají maximální absorpci v modrofialové a červené části spektra , zbývající vlnové délky ve střední části viditelného spektra se odrážejí jako charakteristické , lidským okem vnímané zelené zbarvení .

Nejdůležitějším barvivem schopným využít zachycenou energii slunečního záření na energii chemické vazby je chlorofyl a . Všechna ostatní barviva , hlavně chlorofyly b , c a karotenoidy , předávají zachycenou energii molekule chlorofylu a . Pohlcená světelná energie se využije na rozklad molekul vody za uvolnění elektronů i protonů (tzv.fotolýza vody).

Elektrony přijímá molekula chlorofylu a , která je dále předává redoxním systémům a nakonec jsou použity spolu s vodíkem , uvolněným z vody , na redukci koenzymu . Výsledkem primárních procesů fotosyntézy je vazba energie světla do ATP a redukované formy koenzymu (koenzym – H2 );významným průvodním jevem je uvolnění molekulárního kyslíku z vody . Sekundární děje využívají takto vázané energie na redukci CO2 při syntéze cukrů . Oxid uhličitý při tom nejprve reaguje s pětiuhlíkatou organickou sloučeninou (akceptorem) , a tím vstupuje do tzv.Calvinova cyklu(podle objevitele , amerického chemika M.Clavina , nositele Nobelovy ceny za výklad fotosyntézy).Energii potřebnou pro vazbu (fixaci) CO2 na akceptor a jeho další přeměny v Calvinově cyklu dodávají ATP a redukovaný koenzym , vytvořené v předchozí fázi fotosyntézy , tj.primárními procesy . Proces fotosyntézy je však mnohem složitější , některé otázky nejsou ani dnes dostatečně objasněny . Fotosyntéza bývá právem považována za nejvýznamnější proces probíhající na Zemi , který výrazně ovlivňuje život všech živých organismů v rámci celé biosféry . Každoročně se vlivem fotosyntetické asimilace CO2 tvoří v globálním měřítku kolem 150 mld tun organických látek a do atmosféry se při tom uvolňuje přibližně 200 mld tun kyslíku . Fotosyntéza se současně výrazně podílela na vytvoření , stejně jako na udržování dnešního složení atmosféry . Důležitá je nejen produkce O2 , ale též působení fotosyntézy proti nadměrnému zvyšování koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře , což by mohlo vést k přehřívání Země (vlivem tzv.skleníkového efektu ). Z celkového množství dopadajícího slunečního záření dovedou rostliny zpravidla využít při fotosyntéze maximálně 1-2%a