Rostlinná buňka

Rostlinná eukaryotická buňka je tvořena buněčnou stěnou na povrchu a buněčným obsahem - protoplastem. Protoplast je ohraničen jednoduchou cytoplazmatickou biomembránou - plazmalemou a obsahuje cytoplazmu s jádrem a ostatními buněčnými organelami, soustavou membrán, vakuolami, sférozómy a metaplazmatickými součástmi - inkluzemi. Všechny tyto části jsou rozptýleny v základní substanci - cytozolu - cytoplazmy.

K organelám řadíme především jádro, plastidy a mitochondrie, které jsou ohraničeny dvojjednotkovou membránou, zatímco ribozómy, vakuoly, diktyozómy (z nichž se skládá Golgiho aparát), endoplazmatické retikulum a některé další ohraničují jednoduché membrány. Z uvedených struktur buňky lze optickým mikroskopem dobře sledovat buněčnou stěnu, jádro s jadérky, plastidy a vakuoly, případně některé buněčné inkluze jako škrobová zrna, krystaly a olejové krůpěje. Mitochondrie jsou na hranici rozlišitelnosti používaných školních světelných mikroskopů. Soustava membrán zastoupena endoplazmatickým retikulem a Golgiho aparátem (tzv. endomembránový systém) lze pozorovat pouze za pomocí elektronového mikroskopu.

Obrázek: Stavba rostlinné buňky

U živých rostlinných buněk se cytoplazma zpravidla pohybuje a toto proudění označujeme jako cyklóza. Zprostředkuje rychlou výměnu látek uvnitř buňky. Rozlišujeme rotaci cytoplazmy, kdy se obsah buňky pohybuje jedním směrem podél buněčné stěny kolem centrální vakuoly a cirkulaci, kdy cytoplazma proudí různými směry kolem stěn, ale i v praméncích mezi vakuolami. Rotaci cytoplazmy můžeme dobře pozorovat v buňkách z lístku vodního moru kanadského prostřednictvím rotujících chloroplastů.

Obrázek: Typy cyklózy - rotace a cirkulace

Buněčná stěna

Přítomnost buněčné stěny je jednou z charakteristik odlišujících rostlinnou buňku od živočišné. Buněčná stěna omezuje velikost protoplastu a zabraňuje narušení buňky při zvětšování souvisejícím s příjmem vody vakuolou. Je významná při absorpci, transportu a sekreci látek v rostlinách, vnímání signálů v interakci s patogeny a symbionty, má klíčovou úlohu v morfogenezi rostlin.

Buněčná stěna (BS) sestává ze čtyř skupin polymerů: celulózy, pektinu, hemicelulózy a proteinů. Stavbu buněčné stěny rostlinných buněk určuje celulóza. Celulózová kostra BS je prostoupena matrix necelulózních molekul, hemicelulózy a pektinových látek. Důležitou složkou je glykoprotein označovaný jako extenzin, dále se ve stěnách mnoha buněk vyskytuje lignin (sloužící ke zpevnění BS) a tukové látky - kutin, suberin a vosky, zabraňující ztrátám vody z rostlin impregnací BS. Mimo to mohou být BS inkrustovány anorganickými látkami, např. SiO2 nebo CaCO3.

V rostlinných buňkách byly zjištěny dvě vrstvy BS: střední lamela a primární stěna. Střední lamela, složená hlavně z pektinových látek, se nachází mezi primárními stěnami přilehlých buněk. Proces lignifikace BS začíná právě ve střední lamele a pokračuje na primární, případně sekundární stěně. Primární stěna je složena hlavně z celulózy, hemicelulóz, pektinových látek (důležité pro plasticitu BS) a glykoproteinu. Ve stěně buněčné se často vyskytují ztenčeniny, tzv. tečky, nebo dvůrkaté ztenčeniny, tzv. dvojtečky, kterými procházejí cytoplazmatické praménky - plazmodesmy, spojující živé obsahy sousedících buněk.

U některých buněk se v průběhu vývoje vytváří i sekundární BS. K jejímu vytvoření dochází většinou po ukončení růstu buňky, kdy primární stěna není schopna dalšího plošného růstu. Sekundární BS obsahuje hlavně celulózu a lignin, pektinové látky a glykoprotein zde chybějí. Je tudíž neelastická. Proto jsou sekundární stěny důležité u specializovaných buněk sloužících ke zpevňování a k vedení vody. U těchto buněk protoplast po vytvoření sekundární BS odumírá.

Buněčná stěna může růst do tloušťky (apozicí - vrstvením celulózních mikrofibril) nebo do plochy (intususcepcí - vmezeřováním, vkládáním nových mikrofibril do již existující struktury BS).

Soustava biomembrán

Všechny membrány jednotlivých organel mají jednotný princip molekulární organizace. Nazýváme je biomembránami.

Základní složkou všech biomembrán jsou molekuly lipidů (fosfolipidy a steroly) a bílkovin (globulárné proteiny), v menší míře jsou zastoupeny sacharidy ve formě glykoproteinů nebo glykolipidů. Současná představa o molekulární strukruře biomembrán bývá označována jako model tekuté mozaiky. Nosným kontinuem je zde souvislá dvojitá vrstva molekul lipidů (bimolekulární film), na jejíž povrch jsou připojeny tzv. periferní proteiny, nebo do níž jsou přímo zabudovány tzv. integrální proteiny. Molekuly lipidů i proteinů jsou volně pohyblivé. Tento tekutý (fluidní) charakter biomembrán má zásadní význam pro jejich funkci.

Lipidová dvojvrstva představuje selektivně propustnou bariéru, která udržuje nerovnoměrnou distribuci látek v prostorech na obou stranách membrány.

Obrázek: Struktura bioembrány - model tekuté mozaiky

Biomembrány se podílejí na metabolických přeměnách, transportu molekul, transformaci energie a na informačních procesech v buňce.

Plazmalema

Cytoplazmatická membrána neboli plazmalema je jednotkovou membránou oddělující cytoplazmu od buněčné stěny. Tvoří vysoce selektivní bariéru mezi vnitrobuněčným obsahem a okolním prostředím. Má zásadní význam při přenosu látek do buňky a z buňky do okolního prostředí.

Jádro - nucleus

Jádro je nejdůležitější strukturou uvnitř cytoplazmy eukaryotních buněk. Je ohraničeno dvojitou membránou, tzv. jaderným obalem (karyotékou).V jaderné plazmě se nacházejí tenké praménky a zrnka chromatinu. Chromatin je tvořen DNA spojenou s proteiny. Během buněčného dělení se kondenzací chromatinu vytvářejí chromozomy. V somatických buňkách většiny vyšších rostlin a živočichů je diploidní počet chromozomů - 2n, při tvorbě reprodukčních buněk, spor či gamet je počet chromozomů redukován na polovinu (haploidní počet - n). Dědičná informace je zakódována v DNA.

Optickým mikroskopem můžeme v jádru rozeznat kulovité struktury označované jako jadérka (jadérko - nucleolus). Jsou místy utváření ribozomů, tvořených RNA a proteiny.

Plastidy

Plastidy jsou lipoproteinové organely v rostlinných buňkách obsahující vlastní DNA a ribozomy. Jsou ohraničeny dvojjednotkovou membránou, uvnitř jsou rozděleny na systém membrán a homogenní substanci - stroma.

Plastidy jsou rozlišovány na základě charakteru pigmentů, které obsahují, na:

chloroplasty - jsou zelené barvy, obsahují chlorofyly a karotenoidy,

chromoplasty - jsou barevné (žluté, růžové až oranžové), obsahují karotenoidy,

leukoplasty - jsou bezbarvé, zásobní plastidy, obsahují škrob, bílkoviny nebo tuky.

Chloroplasty jsou centry fotosyntézy. U vyšších rostlin jsou zpravidla diskovitého tvaru. Mají složitou vnitřní strukturu. Stroma je protkáno systémem membrán, vytvářejícím měchýřky tylakoidy. V chloroplastech se dále nacházejí grana - diskovité tylakoidy (připomínají štočky mincí). Tylakoidy gran jsou spojeny s tylakoidy stromatu. Barviva jsou přítomna na vnitřní straně tylakoidních membrán.

Chromoplasty jsou různých tvarů. Mohou se vytvořit z dříve existujících chloroplastů odbouráních chlorofylu a vnitřní membránové struktury a jejich nahrazením karotenidy, nebo se mohou diferencovat z proplastidů při dozrávání plodů.

Leukoplasty neobsahují barviva. Mohou obsahovat škrob - amyloplasty, po úplném vyplnění škrobem je označujeme jako škrobová zrna. V zásobních buňkách jsou škrobová zrna různých tvarů, struktury a velikosti v závislosti na rostlinném druhu. K důkazu škrobu používáme Lugolův roztok, který jej vybarvuje tmavomodře.

Leukoplasty obsahující bílkoviny se označují jako proteinoplasty a leukoplasty s tuky jsou elaioplasty.

Mitochondrie

Mitochondrie jsou organely menší než plastidy, ale obdobně jsou ohraničeny dvojjednotkovou membránou. Vnitřní membrána tvoří rozsáhlé záhyby a ploché vchlípeniny - kristy, nebo válcovité vchlípeniny - tubuly, které jsou obaleny kapalnou matrix. Mitochondrie jsou organelami, v nichž je lokalizován respirační metabolizmus buňky (dýchání).

Vakuoly

Vakuoly jsou organely rostlinné buňky ohraničené jednotkovou membránou - tonoplastem a vyplněné vodním roztokem - buněčnou šťávou. Základní složkou vakuolárního obsahu je voda, v ní jsou pak obsaženy soli, cukry, rozpustné proteiny, metabolity a ve vodě rozpustná barviva. Mladé vyvíjející se buňky mají obvykle více menších vakuol, které se s pokračujícím vývojem zvětšují a fúzují v jednu velkou vakuolu, zabírající až 90% objemu buňky (protoplazma pak tvoří jen periferní vrstvu pod plazmalemou).

Obrázek: Schéma vývoje vakuol v mladých a starších buňkách

Hydrofilní barviva jsou nerozpustná v tucích. Nacházejí se rozpuštěna ve šťávě buněčné vakuol a jsou glykosidické povahy. Dělíme je na:

antokyany - jsou nejčastější, zbarvují četné květy, plody a listy červenolistých odrůd zelenin a květin. Jejich aktuální barva je závislá na hodnotě pH roztoku:: při kyselé reakci (pH < 7) jsou červené
při neutrální reakci (pH = 7) jsou fialové
při slabě zásadité reakci (pH > 7) jsou modré,

flavony (antochlory) - jsou žluté barvy a vyskytují se zřídka v některých květech a plodech (květy divizny, prvosenky, plod citroníku),
antofein - vzácné hnědé barvivo např. v tmavých skvrnách na křídlech koruny bobu.

Endoplazmatické retikulum (ER)

Jedná se o složitý trojrozměrný membránový systém, který slouží jako komunikační sysytém uvnitř buňky. Transportuje různé materiály do různých částí buněk. Jsou-li k ER připojeny ribozomy, je označováno jako drsné ER a účastní se tvorby proteinů v buňkách, ER bez obsahu ribozomů pak označujeme jako hladké ER.

Golgiho aparát (GA)

GA je soustava diktyozomů (plochých diskovitých měchýřků nebo cisterniček), které se podílejí na sekrečních procesech v rostlinné buňce.

Ribozomy

Ribozomy jsou submikroskopické struktury vznikající v jadérku. Odtud přecházejí do cytoplazmy, kde se pak váží na membrány (např. ER) nebo jsou volné (např. v buněčném jádře, chloroplastech, mitochondriích...). Jejich základní funkcí je syntéza proteinů. Jsou tvořeny ribozomální RNA a proteiny. Každý ribozom je složen ze dvou oddělitelných podjednotek. Skupiny ribozomů tvoří polyzomy.

Cytoskelet

Prostor mezi plazmalemou a jádrem buňky není vyplněn pouze cytoplazmou a organelami v ní rozptýlenými, ale obsahuje také vláknité a trubicovité útvary, tvořící síťovitou strukturu, označovanou jako cytoskelet. Polymerizací molekul proteinů (např. tubulinu a aktinu) vznikají vlákna - mikrotubuly (tvořené tubulinem) a mikrofilamenta (tvořena aktinem). Mikrotubuly se podílejí na růstu buněčných stěn určením směru celulózních mikrofibrilů, orientují i ostatní cytoplazmatické komponenty, jsou důležitými složkami flagel a cilií. Mikrofilamenta se spojují ve svazky, probíhají pod plazmalemou a spojují protilehlá místa cytoplazmy. Základní funkcí cytoskeletu je transformace chemické energie v energii mechanickou (kinetickou).

Buněčné inkluze

V živých buňkách vznikají během jejího vývoje jako produkty metabolismu i rozmanité neživé elementy. Zůstávají-li v buňce, nazýváme je uzavřeniny - inkluze. Mezi kapalné inkluze patří buněčná šťáva vakuol, mezi pevné inkluze můžeme zařadit aleuronová zrna, proteinová tělíska, krystaly šťavelanu vápenatého a jiných solí (ve formě písku, styloidů, rafidů nebo drůz - viz. obrázek), tuky a oleje v elaioplastech a sférozómech, škrobová zrna v amyloplastech a chloroplastech.

Obrázek: Typy krystalů šťavelanu vápenatého

Praktická část:

Mikroskopické preparáty pro pozorování rostlinných buněk a jejich součástí byly připravovány z dostupného materiálu - suknic cibule, hlíz bramboru či obilek ovsa, listů rostlin, plodů apod. V některých případech byla pro zvýraznění struktur použita barviva. Postup přípravy a barvení je popsán u každého preparátu.

Buňky ze suknic cibule kuchyňské příprava preparátu