wykład # 5 4.01.2006
Mikrotubule kortykalne
§ W komórkach podlegających ukierunkowanemu wzrostowi (w organach osiowych) układ mikrotubul kortykalnych jest wysoce uporządkowany (są równoległe do siebie).
§ W preprofazie cytoszkielet ulega depolimeryzacji; w fazie tej mikrotubule kortykalne ulegają „collapsowi”, tworzy się opaska preprofazowa.
§ W szkielecie kortykalnym interfazowym mikrotubule są oddalone o około 25 nm. Pod wpływem „collapsu” mikrotubule z biegunów „zsypują” się na środek.
§ Opaska preprofazowa (PPB – preprophase band) nie występuje np. w komórkach kambium, mimo że są to komórki z definicji dzielące się (jednak to, że nikt tego nie zobaczył, wcale nie znaczy, że tego nie ma).
§ W komórkach kamforowca układ mikrotubul kortykalnych w interfazie jest helikalny; nie znaleziono opasek preprofazowych w komórkach kamforowca (istnieje hipoteza, że opaska może być tworzona przez pojedyncze mikrotubule, dlatego nie widać jej pod mikroskopem.
§ Położenie opaski wyznacza płaszczyznę podziału i położenie przegrody pierwotnej (jest odzwierciedlaniem polarności komórki).
§ Opaska całkowicie depolimeryzuje z chwilą wejścia komórki w profazę (dzięki temu zwiększa się pula heterodimerów potrzebnych do syntezy wrzeciona).
§ Aparat szparkowy u cebuli powstaje prostopadle do opaski preprofazowej.
§ Położenie opaski preprofazowej jest „zapamiętywane”; nawet po wirowaniu przegroda pierwotna tworzy się w miejscu wyznaczanym wcześniej przez opaskę.
§ Do tworzenia wrzeciona cytokinetycznego używane są heterodimery, które wcześniej tworzyły wrzeciono kariokinetyczne.
Ułożenie cytoszkieletu kortykalnego a mikrofibrylle celulozowe
§ Ułożenie mikrotubul kortykalnych jest związane z ułożeniem mikrofibrylli celulozowych (ściana powtarza układ mikrotubul). Zależność ta zaobserwowana została w dojrzewającym protoksylemie.
§ Na powierzchni błony komórkowej istnieją enzymy (syntazy celulozowe - w postaci 6-promiennych rozet), które syntetyzują łańcuch celulozowy z glukozy dostarczanej przez pęcherzyki AG.
Hipoteza wzrostu mikrofibrylli
Syntazy celulozowe mogą poruszać się pomiędzy dwuwarstwą błony jedynie w miejscach ograniczonych przez białka zakotwiczające mikrotubule kortykalne w błonie (syntazy poruszają się w tej przestrzeni jednokierunkowo).
Hipoteza krystalizacji mikrofibrylli
Obserwacje protoplastów (komórki pozbawione ściany) wykazują, że komórka roślinna potrafi odtworzyć ścianę od zera (w przeciwieństwie do bakterii). Proces tworzenia mikrotubul jest bardzo szybki (pojawiają się nagle i nie widać ich wzrostu).
Syntazy celulozowe są wrażliwe na progowe stężenie glukozy (w wyniku przekroczenia wartości progowej, nagle enzymy zaczynają łączyć reszty glukozy w mikrofibryllę). Łączenie następuje na całej długości mikrofibrylli (w takim układzie jedna mikrofibrylla powstaje przy udziale wielu syntaz).
§ Jeśli prawdziwa jest hipoteza pierwsza, mikrofibrylle powinny być różnowiekowe (tj. im dalej od syntazy, tym mikrofibrylla starsza).
§ Jeśli prawdziwa jest hipoteza druga, mikrofibrylla jest równowiekowa (bo każdy jej fragment powstał w tym samym czasie).
§ Prawdziwość powyższych hipotez można sprawdzić używając silnych zasad. Silne zasady rozpuszczają bowiem młode i nieustabilizowane mikrofibrylle.
§ Według hipotezy pierwszej, po potraktowaniu zasadą mikrotubula powinna ulec skróceniu.
§ Według hipotezy drugiej mikrotubula zniknie (jeśli jest młoda) lub nie zmieni się (jeśli jest dojrzała).
§ Hodowanie protoplastów w obecności strącającej glukozę substancji (np. czerwień kongo, która strąca (ma powinowactwo) glukozę z powierzchni protoplastu i nie pozwala na osiągnięcie wartości progowej aktywującej syntazy. Jest to zatem dowód prawdziwości hipotezy o krystalizacji mikrotubul.
Dygresja o technice mrożeniowej – mrożenie do temperatury ciekłego helu; sublimacja wody; rozłupanie i ostatecznie napylanie metalem.
Układ syntaz celulozowych
§ Syntazy celulozowe nie zawsze tworzą 6-promienną rozetę; czasem występuje linearny system syntaz (np. u krasnorostów); taki układ syntaz daje tasiemkowaty układ mikrofibrylli celulozowych.
§ Na powierzchni komórek niektórych zielenic występują układy heksagonalne zawierające wiele 6-promiennych rozet syntaz celulozowych. Może to sugerować, że kompleks taki syntetyzuje mikrofibrylle w różnych kierunkach (bo poszczególne warstwy ściany są ułożone w różnych kierunkach).
§ U roślin wyższych celuloza powstaje na zewnątrz komórki. U niektórych glonów jednak celuloza powstaje w cysternach AG; tworzone są tam łuseczki celulozowe, które transportowane są na zewnątrz komórki.
Ściana komórkowa
Ø Blaszka środkowa
Ø Ściana pierwotna z pierwotnymi polami jamkowymi.
Ø Ściana wtórna (warstwy S1, S2 i S3) z jamkami prostymi lub lejkowatymi.
Ø Plasmodesmy (są właściwie cytoplazmatycznym połączeniem protoplastów, a więc częścią symplastu).
Ø System połączonych ścian komórkowych nazywamy apoplastem.
Ø Ściana komórkowa jest elastycznym, zmieniającym się składnikiem komórki.
Funkcje ściany komórkowej
§ Utrzymywanie komórki w stanie turgoru (bez ściany komórka by pękła).
§ Określenie właściwości mechanicznych tkanek (często wraz z wakuolą).
§ Regulacja kierunków wzrostu komórki.
§ Zabezpieczenie przed czynnikami środowiska, oraz aktywne zabezpieczenie przed patogenami.
§ Udział w przenoszeniu / odbiorze sygnałów – narzuca drobnocząsteczkowość sygnałów roślinnych; hormony (jak auksyny) wędrują w ścianie jak neurotransmitery pomiędzy neuronami.
§ Kontakt apoplastu z symplastem (komórki transferowe) – tam, gdzie protoplast dotyka ściany.
Sklerenchyma posiada grubą ścianę komórkową, która zapewnia sztywność nawet w warunkach stresu wodnego (np. u kserofitów).
Klasyfikacja składników strukturalnych ściany komórkowej
§ składniki szkieletowe à celuloza
§ macierz ściany à hemicelulozy, pektyny, glikoproteiny
§ substancje inkrustujące à lignina, krzemionka, węglan wapnia, tiaminy, żywice
§ substancje adkrustujące à suberyna, kutyna, sporoplenina, śluzy, gumy, kaloza
Ø Składniki inkrustujące wnikają pomiędzy elementy strukturalne ściany; lignina umożliwia utworzenie tkanki waskularnej.
Ø Substancje adkrustujące tworzą warstwę na powierzchni; sporoplenina nie ulega biodegradacji.
Ø Hemicelulozy przyklejone są do mikrofibrylli celulozowych. Z hemicelulozami związane są neutralne pektyny, a z nimi pektyny kwaśne.
Ø Glikoproteiny to białka elastyczne przeplecione przez mikrofilamenty.
Białka elastyczne występujące w komórkach roślinnych:
§ F-aktyna (mikrofilamenty)
§ neksyna (spina dublety w szkielecie wici)
§ ekstensyny (przepleciona przez mikrofibrylle; pełni funkcję strukturalną; zawiera dużo proliny i hydroksyproliny – jak w kolagenie).
Białka strukturalne ściany
§ Zawartość białek w ścianie komórkowej zależy od stanu dojrzałości komórki, typu ściany, jej stymulacji (zranienia, atak patogenów itp.)
§ Rodzaje białek w ścianie (wartość procentowa określa zawartość procentową cukru w glikoproteinie):
· HRGP (55%; bogate w hydroksyprolinę; występują we floemie, kambium; inaczej nazywane ekstensynami).
· PRP (0-20%; bogate w prolinę; występują w ksylemie, włóknach i korze pierwotnej).
· GRP (0%; bogate w glicynę, występują w ksylemie).
· AGP (90%; bogate w galaktozę i arabinozę; istotne w adhezji i rozpoznawaniu komórek np. prowadzenie łagiewki pyłkowej przez tkanki słupka).
Białka enzymatyczne
§ Udział w budowaniu ściany (ze składników dostarczanych przez komórkę).
§ Ekspansyny (odpowiadają za wzrost powierzchni ściany oraz rozpad ściany w trakcie maceracji i zrzucania organów).
§ Droga transportu ekspansyny jest zawsze drogą najkrótszą; transkrypt wędruje do najbliższego diktiosomu, gdzie dojrzewa. Nie wiadomo skąd komórka wie, że dana droga jest najkrótsza i że daną ścianę należy modyfikować ekspansyną.
§ Ekspansyny pozwalają na rozluźnienie struktury ściany komórkowej (ich działalność przejawia się np. powstawaniem bocznych struktur na powierzchni merystemu.
1
nauka877