CYTOSOL (cytoplazma podstawowa) – część protoplastu pozbawiona organelli. Jest miejscem, gdzie zachodzi wiele procesów metabolicznych, np. glikoliza, biosynteza i proteoliza białek, synteza nukleotydów. Jest to płynny koloid mający zdolność płynnego przekształacania się ze stanu zolu w żel. Cytosol składa się z: - fazy wodnej: woda, drobnocząsteczkowe metabolity (aminokwasy, monosacharydy, lipidy, jony K, Na, Ca, Mg i H) i białka rozpuszczalne, - fazy białkowej (matriks cytoplazmatyczna): sieć włókien białkowych o dynamicznej, niejednorodnej i zmieniającej się strukturze złożonej z cytoszkieletu i mikrotrabekul. W fazie tej jest kilka tysięcy rodzajów białek pełniacych różne funkcje, np. kataliza enzymatyczna, transport i wymiana jonów i metabolitów, ruch wewnątkomórkowy; - mikrotrabekule: pasemka białkowe łączące w całość struktury cytoszkieletu i organelle, - cytoszkielet: trójwymiarowa sieć włókien białkowych przebiegających w cytosolu, na którą składają się: mikrotubule i mikrofilamenty aktynowe. Funkcje: bierze udział we wzroście i różnicowaniu się komórek, przemieszczaniu się organelli, ruchu cytoplazmy, podziałach komórkowych (buduje fragmoplast i wrzeciono kariokinetyczne) oraz w syntezie ściany komórkowej. SYSTEM BŁON WEWNĘTRZNYCH – sktruktury błonowe włączone w różne szlaki transportu pęcherzykowego. Głównymi składnikami tego systemu w komórce roślinnej są: - retikulum endoplazmatyczne, - aparat Golgiego, - pęcherzyki transportujące: pochodne wyżej wymienionych organelli, - wakuole, otoczka jądrowa, błona komórkowa. Funkcje: biogeneza organelli i gromadzenie różnych substancji, biosynteza białek, lipidów i polisacharydów oraz ich transport pomiędzy organellami i do ściany komórkowej. RETICULUM ENDOPLAZMATYCZNE (ER) lub siateczka wewnątrzplazmatyczna – labilny system w postaci sieci utworzonej z wzajemnie powiązanych tubul – retikulum gładkie, cystern – retikulum ziarniste („szorstkie”) i pęcherzyków. Funkcje: - biosynteza i transport białek (ER ziarniste) oraz biosynteza lipidów zapasowych i wchodzących w skład błon (ER gładkie), - tworzenie i transport fragmentów błon, - gromadzenie białek zapasowych, - biogeneza ciał olejowych i magazynowanie lipidów, - kompartamentacja komórki. APARAT GOLGIEGO – u roślin wyższych dynamiczny komplet 4-8 stosów Golgiego (diktiosomów) utworzonych z dyskowatych cystern, związanych z nimi sieci trans aparatu Golgiego oraz matriks Golgiego. Cysterny stosu Golgiego cechują się wyraźną polarnoscią: cysterny cis (strona tworząca) i cysterny trans (strona dojrzewająca). Funkcje: - biosynteza polisacharydów wchodzących w skład podłoża ściany komórkowej, - synteza i dojrzewanie oligosacharydów ściany komórkowej, - dojrzewanie glikoprotein ściany komórkowej, - biosynteza prekursorów celulozy ściany komórkowej i syntazy celulozowej - biosynteza glikolipidów błony komórkowej, - sortowanie i opakowywanie produktów aparatu Golgiego, - bezpośredni udział w cytokinezie, - transport błon: transport glikoprotein, polisacharydów, białek za pomocą pęcherzyków WAKUOLA – region komórki ograniczony pojedynczą błoną komórkową zwaną tonoplastem. W komórkach roślinnych wyróżnia się dwa rodzaje wakuol: - wakuole lityczne - wakuole gromadzące białka zapasowe Wakuole de novo powstają z sieci trans diktiosomu lub bezpośrednio z ER oraz przez podział istniejących. Funkcje: - wakuole jako lizosomy: zawierają liczne enzymy hydrolityczne i utleniające umożliwiające przeprowadzanie procesów degradacyjnych, - gromadzą różne substancje: barwniki kwiatowe (antocyjany, flawonoidy), czerwone betalainy korzenia buraka, jony nieorganiczne, cukry, kwasy organiczne (często w tak dużych stężeniach, że tworzą kryształy), aminokwasy oraz ciała białkowe (w nasionach) - utrzymują odpowiednią wartość turgoru: ciśnienie hydrostatyczne warunkujące mechaniczną sztywność i określony kształt komórek, - funkcje obronne: synteza substancji zniechęcających do zjadania (np. nadających gorzki smak nasionom) lub toksycznych dla grzybów, bakterii, wirusów, np. białka obronne, inhibitory lub enzymy, które mogą degradować ścianę komórkową mikroorganizmów lub inaktywować ich fitotoksyny; - detoksykacja komórki: gromadzenie metabolitów wtórnych toksycznych dla cytoplazmy, np. nikotyna, kodeina, dopamina, morfina, papaweryna; niektóre metabolity wtórne, zwane atraktantami, mogą zwiększać atrakcyjność roślin dla zwierząt zapylających kwiaty lub rozsiewających nasina (np. terpeny, żywice), inne chronią przed UV (flawonoidy lub kumaryny) a jeszcze inne mają charakter insektycydów lub antybiotyków, np. niektóre antocyjany, - wzrost objętościowy komórki: powiększanie się komórek jest kluczowym procesem prowadzącym do wzrostu całej rośliny, np. wydłużanie się komórek zachodzi bez konieczności wzrostu liczby organelli czy zawartości białek cytoplazmatycznych Dowody potwierdzające teorię endosymbioz (SET) 1. Nowe mitochondria i chloroplasty powstają przez podział organelli już istniejących w komórce, a nie są budowane de novo. 2. Mitochondria i chloroplasty zawierają własny DNA, który potrafią samodzielnie replikować. 3. Ich genomem są niewielkie, koliste cząsteczki DNA, nie oddzielone błoną od reszty organellum (nie ma jądra). 4. Budowa genów organellowych jest bardzo podobna do prokariotycznych. 6. Rybosomy mitochondriów i chloroplastów mają budowę niemal identyczną z prokariotycznymi. 7. Rybosomalny RNA oraz białka mitochondriów i chloroplastów są bardzo podobne do analogicznych cząsteczek bakteryjnych. 8. Mitochondria i chloroplasty przeprowadzają własną biosyntezę białka i przebiega ona podobnie jak u prokariota. 9. Istnieją dane potwierdzające możliwość przemieszczania się DNA z organelli do jądra. Na przykład pewne geny u jednych organizmów obecne są w genomie organellowym, a innych w jądrowym. Przeprowadzono także eksperymenty, podczas których obserwowano przechodzenie genów z organelli do jądra. Podział roślin na podstawie budowy i trwałości pędów Rośliny drzewiaste Drzewa: rośliny długowieczne. Główna łodyga nazywa się pniem, na pewnej wysokości rozgałęzia się on na grube konary i cieńsze gałęzie, tworzące koronę drzewa. Kwitną i owocują wielokrotnie, czyli są polikarpiczne. Krzewy: żyją krócej niż drzewa, mają mniejsze rozmiary i nie wykształcają pnia głównego. Rozgałęziają się u dołu i wytwarzają wiele łodyg, często zagęszczonych przez odrosty korzeniowe. Krzewinki: niskie rośliny wieloletnie o zdrewniałych łodygach, tworzące gęste zarośla. Rośliny zielne Rośliny jednoroczne: cykl rozwojowy od wykiełkowania z nasienia do wydania własnych nasion przechodzą w ciągu jednego okresu wegetacyjnego. Okres zimy przebywają w postaci nasion; są monokarpiczne. Większość roślin uprawnych należy do jednorocznych. Rośliny dwuletnie: do odbycia pełnego cyklu rozwojowego potrzebują dwóch sezonów wegetacyjnych. W pierwszym roku wytwarzają przyziemną rozetę liści asymilacyjnych i organy spichrzowe, zaś w drugim wydają pędy kwiatonośne i nasiona, po czym zamierają; są monokarpiczne; np. kapusta, burak, marchew, rzodkiewka. Rośliny wieloletnie (byliny): są najczęściej polikarpiczne. Ich pędy nadziemne corocznie obumierają a na wiosnę rozwijają się nowe. Zimują w postaci kłączy, bulw, cebul lub korzeni spichrzowych. Należą tu wieloletnie trawy, rośliny motylkowate, rośliny cebulowe, ziemniak, mniszek, ostrożeń i wiele chwastów. Poziomy organizacji morfologicznej w świecie roślin 1. Formy jednokomórkowe (pełzak, wiciowiec, forma kokoidalna); wiele bakterii, Jednokomórkowce sinic i glonów; 2. Formy kolonijne - cenobia: sinice z rodzaju Gleocapsa - skupienia komórek: wiele bakterii, zielenice z rodaju Pediastrum - kolonie właściwe: zielenice z rodzaju Volvox 3. Formy plechowe - plechy komórczakowe: plazmodia śluzowców, strzępki niższych grzybów właściwych, np. sprzężniaków, cenocyty wielu zielenic, np. woszerii Plechowce - plechy nitkowate: wiele bakterii, sinic i glonów - plechy plektenchymatyczne ( wiele krasnorostów i brunatnic) i pseudoparenchymatyczne (owocniki i skleroty grzybów wyższych) - plechy tkankowe: brunatnice, np. listownica i morszczyn Organowce 4. Poziom organizacji morfologicznej mszaków 5. Kormus: ciało zbudowane z organów (łodygi, liści i korzeni) i wielu tkanek Kolonia – wielokomórkowa forma organizmu, w której pojedyncze komórki zachowują mniejszą lub większą niezależność Plecha – wielokomórkowe lub przynajmniej wielojądrowe ciało glonów, grzybów, sinic i bakterii nie zróżnicowane na organy i zbudowane z jednego rodzaju tkanki. Różnice strukturalne pomiędzy komórkami prokariotycznymi i eukariotycznymi Jądro komórkowe Chromatyna Chromosomy Podział jądra Mitochondria Chloroplasty Procaryota Eucaryota typu roślinnego brak, występuje nukleoid występuje: otoczka jądrowa, jąderko, RNA, chromatyna DNA w komplesie z histonami występują, kilka lub wiele mitoza (kariokineza) pozbawiony otoczki jądrowej brak brak, występuje genofor nie występuje brak, występują mezosomy brak, występują chromatofory i tylakoidy brak brak 70S występują występują brak brak występuje występuje 80S (w mitochondriach i chloroplastach rybosomy 70S) występują występuje rzadko, jedynie gazowe występują często Cytoszkielet DNA pozajądrowy brak plazmidy występuje kolisty DNA w mitochondriach i chloroplastach Błony biologiczne niezdolne do endocytozy i egzocytozy złożony polimer: peptydoglikan (mureina, mukopeptyd) obecny w ścianie wielu gatunków 1-10 µm zdolone do endocytozy i egzocytozy celulozowa, substancje pektynowe i hemicelulozy nie występuje 35-150 µm Retikulum endoplazmatyczne Aparat Golgiego Rybosomy Lizosomy/Sferosomy Kompartmentacja Wakuole Ściana komórkowa Kwas pimelinowy Wielkość komórki Podział organizmów żywych na domeny i królestwa Domena ARCHAEA - archebakterie - metanogenne: Methanospirillum, Methanobacterium, Methanococcus - termoacidofilne: Sulfolobus, Thermococcus - eksremalnie halofilne: Halobacterium, Halococcus Domena Bacteria – eubakterie Gromada Cyanobacteria – sinice Gromada Prochlorophyta – prochlorofity Gromada Bacteria – bakterie Domena Eukarya Królestwo Fungi – grzyby Gromada Chytridiomycota – skoczkowe Gromada Zygomycota – sprzężniowe Gromada Ascomycota – workowce Gromada Basidiomycota – podstawczaki Gromada Lichenes - porosty Królestwo Protista Królestwo Animalia – zwierzęta Królestwo Plantae – rośliny Królestwo Plantae – rośliny Rośliny pozbawione tkanek przewodzących z dominacją gametofitu Gromada Hepaticophyta – wątrobowce Gromada Anthocerotophyta – glewiki Gromada Bryophyta – mchy Rośliny naczyniowe z dominacją sporofitu Rośliny zarodnikowe Gromada Psilotophyta - psylotowe Gromada Lycophyta – widłakowe Gromada Sphenophyta – skrzypowe Gromada Pterophyta – paprociowe Rośliny nasienne - o nasionach nieosłoniętych Gromada Cycadophyta – nagozalążkowe wielkolistne Gromada Conipherophyta – nagozalążkowe drobnolistne Gromada Ginkgophyta – miłorzębowe Gromada Coniferophyta – szpilkowe Gromada Gnetophyta – gniotowe - o nasionach zawartych w owocach Gromada Anthophyta (Angiospermae) – rośliny kwiatowe (okrytozalążkowe) Klasa Monocotyledones (Liliopsida) – jednoliścienne Klasa Eudicotyledones (Dicotyledones) – dwuliścienne Główne składniki ścian komórkowych roślin Związki fenolowe Polisacharydy Faza mikrofibrylarna Białka Celuloza Faza amorficznej matriks Hemicelulozy ksyloglukan ksylany glukomannany kaloza Pektyny homogalakturonan ramnogalakturonan Ligniny Kwasy fenolowe, głównie kwas ferulowy, Inne związki fenolowe, np. flawonoidy SŁADNIKI KOMÓRKI ROŚLINNEJ Ściana komórkowa Blaszka środkowa Pierwotna ściana komórkowa Wtórna ściana komórkowa Protoplast Jądro Otoczka jądrowa Nukleoplazma Matriks jądrowa Chromatyna (Chromosomy) Jąderko Białka strukturalne Białka enzymatyczne, np. peroksydazy, oksydazy pektynazy, hydrolazy Białka obronne Białka strukturalne Cytoplazma Błona komórkowa (plazmolema) Cytozol Organelle otoczone dwiema błonami Plastydy Mitochondria Organelle otoczone jedną błoną Peroksysomy Wakuole System błon wewnętrznych* Retikulim endoplazmatyczne Aparat Golgiego Pęcherzyki transportujące Plazmodesmy Cytoszkielet Mikrotubule Mikrofilamenty aktynowe Rybosomy Ciała olejowe (sferosomy) w skład tego sytemu wchodzą też wakuole, błona komórkowa oraz otoczka jądrowa * Biochemiczne i strukturalne cechy wspólne roślin osiowych i zielenic 1. barwiki fotosyntetyczne – chlorofil a i b oraz dodatkowe barwniki, takie jak -karoten i ksantofil luteina, 2. skrobia jest powszechnym materiałem zapasowym, przy czym magazynowana jest ona na terenie chloroplastów, 3. otoczka chloroplastów składa się z dwóch błon, 4. ściana komórkowa zbudowana głównie z celulozy, 5. mechanizm cytokinezy: trwałe wrzeciono kariokinetyczne, które przekształca się później we fragmoplast, gdzie tworzy się nowa ściana komórkowa. Porównanie niektórych właściwości chloroplastów i mitochondriów z komórkami prokariotycznymi bakterii i z komórką eukariotyczną Chloroplasty Mitochondria - Bakterie - Komórka eukariotyczna + Rybosomy wrażliwe na terecyklinę + + - Obecność kardiolipiny (fosfolipid) w błonie + + - Białka histonowe w kompleksie z DNA - - + Koliste cząsteczki DNA + + - Obecność 5.8S rRNA w rybosomach - - + N-formylometionina jako „start” w translacji + + - Rybosomy 70 S + + - Rybosomy 80 S - - + Rybosomy wrażliwe na cykloheksamid Rozmnażanie się roślin - proces wytwarzania nowych osobników roślinnych służący do zachowania i rozprzestrzeniania gatunku. Rozmnażanie roślin polega na podzieleniu się całego organizmu na części lub też na oddzieleniu przez roślinę rodzicielską specjalnych fragmentów w postaci pojedynczych komórek, grup komórek lub organów, które mogą dać początek nowym osobnikom. 1. Rozmnażani bezpłciowe - odbywa się za pomocą jedno- lub wielokomórkowych utworów zdolnych do regeneracji i rozwoju w nowego osobnika przez podział - u organizmów jednokomórkowych wegetatywnie - u organizmów wielokomórkowych rozpad kolonii na pojedyncze komórki, z których każda odtwarza nową – u wielu kolonijnych glonów i sinic, wielokrotne podziały komórek w obrębie kolonii – kolonijne glony, np. z rodzaju Volvox fragmentacja plechy – wielokomórkowe sinice, glony i grzyby oraz porosty, mszaki i rośliny wyższe, rozmnóżki – mszaki i rośliny naczyniowe (cebulkowate rozmnóżki pąkowe – bulwki, pąki zimujące – turiony, rozmnóżki pąkowe u form żyworodnych), przekształcone pędy: rozłogi, kłącza, bulwy, cebule – rośliny wyższe, sadzonki, odkłady, szczepienie – rośliny wyższe, przez zarodniki (mitospory) - u wielokomórkowych sinic, glonów i grzybów: endospory i egzospory: zarodniki (akinety, oidia, konidia), zarodniki przetrwalnikowe (chlamydospory); zoospory (pływki) przez mejospory przez apomiksję 2. Rozmnażanie płciowe - odbywa się za pomocą specjalnych komórek rozrodczych, zwanych gametami. Widliczka – nawiązanie do roślin nasiennych 1. różnozarodnikowość 2. zmniejszenie liczby megaspor w megasporangium 3. redukcja gametofitów i ich częściowy rozwój w zarodnikach 4. rozwój zarodka sporofitu częściowo w megasporze 5. przypadki dojrzewania przedrośli żeńskich i zapłodnienia komórki jajowej wewnątrz megasporangiów znajdujących się na sporoficie. Tendencje rozwojowe stanowiące początek przystosowania się gametofitu do życia na sporoficie. Ewolucja przemiany pokoleń roślin telonomych 1. specjalizacja i silny rozwój sporofitu, który staje się pokoleniem dominującym: z prostego jednotelomowego utworu stał się organizmem o skomplikowanej budwie i wielu różnych organach. 2. silna redukcja gametofitu: przestał on być niezależną rośliną i całe jego życie przebiega w otoczeniu tkanek sporofitowych - gametofit stał się częścią sporofitu. 3. ewolucja mejospor: początkowo tworzą się one w dużych ilościach i są izosporami; w dalszym etapie ewolucji następuje ich zróżnicowanie na mikrospory i makrospory, z redukcją liczby tych ostatnich do 4 u paprotników różnozarodnikowych i 1 u roślin nasiennych. Jednocześnie nastąpiło utrwalenie się płci zarodników. 4. uzniezależnienie się aktu zapłodnienia od obecności wody: poczatkowo ruchome plemniki przepływają aktywnie w środowisku wodnym do rodni; u roślin nasiennych nastąpiła redukcja plemników do pozbawionych możliwości czynnego ruchu komórek plemnikowych, biernie przenoszonych do komórki jajowej za pomocą łagiewki pyłkowej Rozmnażanie wegetatywne roślin nasiennych Rozmnażanie wegetatywne polega na regeneracji, czyli odtworzeniu całego organizmu z jego części.Ten sposób rozmnażania występuje u roślin wieloletnich, np. u traw, roślin motylkowatych, ziemniaków, truskawek, drzew i krzewów owocowych, wielu roślin ozdobnych oraz licznych chwastów. Nowe osobniki rozwijają się z pąków normalnych lub przybyszowych rośliny macierzystej. Potomstwo powstałe wegetatywnie z jednego osobnika nazywa się klonem i jest genetycznie jednolite. I. Rozmnażanie z pędów i korzeni - podziemne kłącza i rozłogi: podbiał, perz, rabarbar, szparagi, kosaciec, konwalia, - bulwy pędowe: ziemniaki, - cebule: czosnek, tulipan - rozłogi nadziemne i wici: jaskier rozłogowy, truskawki - rozmnóżki (małe cebulki w kątach liści): ziarnopłon, w kwiatostanach czosnku - odrosty korzeniowe: róża, jeżyna, tarnina, bez lilak, śliwa, jarzębina, świerk, szczaw, II. Sadzonki i odkłady – rozmnażanie przez fragmentację, czyli oddzielenie się zwykłego kawałka rośliny, zdolnego do dalszego samodzielnego życia - sadzonki pędowe: odcięta część rośliny zdolna do ukorzenienia się i rozwinięcia pędu; odznaczają się biegunowością: porzeczki, winorośl, wierzba, topola, świerk, moczarka kanadyjska - sadzonki liściowe, np. u begonii, - sadzonki korzeniowe: wypuszczają pędy z pąków przybyszowych: wiśnia, śliwa, leszczyna, maliny, chrzan, - odkłady: przygięte boczne gałęzie do ziemi, gdzie się zakorzeniają; odkłady odcina się i przesadza: agrest, orzech włoski, morwa, winorośl III. Szczepienie: transplantacja odciętego pąka, tzw. oczka, albo odcinka młodego pędu z kilkoma pąkami, tzw. zraza, na odpowiednio przycięty pęd innej zakorzenionej rośliny, czyli podkładkę. Rodzaje komórek i ich funkcje w drewnie i w łyku Główna funkcja Rodzaj komórki Ksylem Przewodzenie wody i związków mineralnych Elementy trachealne Cewki (tracheidy) Człony naczyń Wzmacnianie Włókna Gromadzenie materiałów zapasowych Parenchyma Floem Długodystansowy transport produktów asymilacji Elementy sitowe Komórki sitowe Człony rurek sitowych Sklerenchyma Włókna Wzmacnianie Gromadzenie materiałów zapasowych Parenchyma Klasyfikacja tkanek TYP UKŁAD Tkanki twórcze Tkanki stałe RODZAJ ODMIANA / TYP KOMÓREK Marystemy: - wierzchołkowe - podwierzchołkowe - boczne - interkalarne Dermalny Epiderma Peryderma → Martwica korkowa Podstawowy Miękisz (parenchyma) - zasadniczy - zieleniowy (chlorenchyma) - spichrzowy ( w tym miękisz w - powietrzny (aerenchyma) Kolenchyma - kątowa - płatowa - lukowa - włóknista Sklerenchyma - włókna - sklereidy Drewno (ksylem) - cewki (tracheidy) - człony naczyń Łyko (floem) komórki sitowe Waskularny komórki Strasburgera (k. album człony rurek sitowych komórki towarzyszące Merystemy pierwotne Protoderma Tkanki pierwotne Epiderma (układ dermalny) Protomerystem Pramiękisz Tkanki podstawowe (parenchyma, kolenchyma, sklerenchyma) (układ podstawowy) Prokambium Ksylem pierwotny, floem pierwotny (układ waskularny) POWSTANIE MIKROGAMETOFITU (MĘSKIEGO) = MIKROSPOROGENEZA + MIKROGAMETOGENEZA k. parietalne (ścienne) → ściana woreczka pyłkowego MIKROSPOROGENEZA = k. subepidermalne pierwotne k. sporogenne → k. macierzyste mikrospor (mikrosporocyty) → (M!) MIKROSPORY MIKROGAMETOGENEZA = podział mitotyczny mikrospory na k. wegetatywną i k. generatywną oraz rozwój sporodermy (celulozowa intyna i egzyna zbudowana ze sporopoleniny) =(gametofit męski) POWSTANIE MEGA(MAKRO-)GAMETOFITU (ŻEŃSKIEGO) = MEGA(MAKRO-)SPOROGENEZA + MEGA (MAKRO-)GAMETOGENEZA MEGASPOROGENEZA = k. archesporialna → pierwotna k. sporogenna → k. macierzysta megaspor (megasporocyt) → (M!) 4 megaspory → 1 MEGASPORA FUNKCJONALNA MEGAGAMETOGENEZA = proces rozwoju megaspory funkcjonalnej poprzez podziały mitotyczne w woreczek zalążkowy =(gametofit żeński) RODZAJE ZAPYLENIA 1. Autogamia, samopylność 2. Geitonogamia, zapylenie sąsiedzkie 3. Ksenogamia, zapylenie krzyżowe Autogamia może zachodzić w: - kwiatach klejstogamicznych (zamkniętych) - kwiatach chasmogamicznych (otwartych) Mechanizmy zapobiegające atogamii: - samopłonność (samoniezgodność) - heterostylia (różnosłupkowatość) - dwupienność gatunków - dichogamia, rozdzielenie płci w czasie - protoandria (przedprątność) - protogynia (przedsłupność) SPOSOBY ZAPYLENIA 1. hydrogamia (wodopylność) 2. anemogamia (wiatropylność) 3. zoidiogamia (zwierzęcopylność)