Plastidy

Plastidy sú membránové organely vyskytujúce sa výlučne v rastlinných bunkách a bunkách rias. V prokaryotických organizmoch (napríklad u baktérií a siníc) sa skutočné plastidy nenachádzajú, ich funkciu nahrádzajú len voľné tylakoidy a vezikuly v cytoplazme.

Vnútro plastidov vypĺňa základná bielkovinová hmota nazývaná stróma (matrix). Plastidy sa dokážu vplyvom vnútorných a vonkajších podmienok navzájom transformovať (napríklad z bezfarebných plastidov pri osvetlení vznikajú zelené chloroplasty).

Podľa prítomnosti pigmentov ich delíme na dve hlavné skupiny:

• leukoplasty – sú bezfarebné plastidy
• chromoplasty – obsahujú pigmenty

Leukoplasty link

Sú to bezfarebné plastidy, ktoré neobsahujú asimilačné farbivá. Ich hlavnou úlohou je syntéza a ukladanie zásobných látok. Nachádzajú sa prevažne v pokožkových a embryonálnych bunkách, alebo v orgánoch nevystavených svetlu (korene, hľuzy, semená, či vnútorný stržeň stonky). Podľa povahy ukladaných látok ich rozdeľujeme na tri typy:

• amyloplasty – najčastejší typ, ukladajúci zásobný škrob (vo forme škrobových zŕn). V bunkách koreňovej čiapočky obsahujú takzvaný statolitový škrob, ktorý je nevyhnutný pre orientáciu koreňa v smere gravitácie.
• elaioplasty – ukladajú tuky (lipidy)
• proteinoplasty – ukladajú bielkovinové inklúzie vo forme kryštálikov alebo jemných fibríl

Chromoplasty link

Chromoplasty sú v širšom zmysle slova všetky plastidy obsahujúce farebné pigmenty. Podľa ich schopnosti fotosyntetizovať ich delíme na dve podskupiny:

• vlastné chromoplasty – obsahujú fotosynteticky neaktívne pigmenty
• chloroplasty – obsahujú fotosynteticky aktívne pigmenty

Vlastné chromoplasty link

Sú fotosynteticky neaktívne plastidy (chýba im zelený chlorofyl). Ich charakteristickou črtou je vysoký obsah žltých, oranžových až červených farbív zo skupiny karotenoidov (karotény ako napr. β-karotén, lykopén, žltý xantofyl).

Ich prvoradou úlohou je vizuálna signalizácia – dodávajú nápadné sfarbenie kvetom (napr. korunným lupienkom) a zrelým plodom (napr. paprika, šípky), čím lákajú opeľovače alebo živočíchy roznášajúcich semená. Špecificky sa môžu nachádzať aj v podzemných orgánoch (napr. oranžový koreň mrkvy). Často sa objavujú aj v listoch na jeseň ako produkty degradácie chloroplastov.

Chloroplasty link

Sú typicky šošovkovité plastidy zelenej farby. Ako jediné sú fotosynteticky aktívne a dokážu transformovať slnečnú energiu do energie chemických väzieb. Najčastejšie sa vyskytujú v zelených nadzemných častiach rastlín (najmä v mezofyle listov) a v bunkách rias. V cytoplazme sa dokážu aktívne pohybovať za svetlom.

Štruktúra chloroplastu link

Povrch bežného chloroplastu tvoria dve polopriepustné membrány (u niektorých rias po sekundárnej endosymbióze dokonca tri až štyri membrány). Vnútro vypĺňa stróma so zložitým systémom sploštených membránových vačkov – tylakoidov. Na určitých miestach sú tylakoidy poukladané na seba do stĺpcovitých útvarov zvaných graná, ktoré sú navzájom pospájané lamelami (tylakoidmi strómy).

Súčasťou chloroplastov môžu byť aj ďalšie štruktúry:

• plastoglobuly – globulárne tukové útvary v stróme, ktorých počet sa zvyšuje pri starnutí bunky
• pyrenoid – bielkovinové teliesko (kryštalizovaný enzým rubisco) vyskytujúce sa u mnohých rias
• stigma – svetlocitlivá škvrna pri chloroplaste pohyblivých rias

Fotosyntetické pigmenty link

Asimilačné farbivá sú pevne viazané priamo na membránach tylakoidov. Sú rozpustné v tukoch (majú lipofilný charakter). Základným pigmentom je chlorofyl, ktorého chemickým jadrom je porfyrín s centrálnym atómom horčíka (Mg²⁺). Poznáme niekoľko typov chlorofylov:

• chlorofyl a – modrozelený pigment nevyhnutný pre všetky fotosyntetizujúce rastliny, sinice a riasy
• chlorofyl b – žltozelený pigment (vyššie rastliny a zelená vývojová vetva rias)
• chlorofyl c – charakteristický pre hnedú vývojovú vetvu rias
• chlorofyl d – pigment vyskytujúci sa u niektorých siníc
• bakteriochlorofyl a bakterioviridín – špecifické pigmenty purpurových a zelených baktérií

Chloroplastový genóm a dedičnosť link

Chloroplasty sú semiautonómne organely. Dokážu sa v bunke množiť nezávisle (najčastejšie priečnym delením) a nesú vlastnú genetickú informáciu – chloroplastovú DNA (ctDNA). Je to kruhová (cirkulárna) molekula voľne uložená v stróme. Vďaka prítomnosti vlastných ribozómov prokaryotického typu (70S) v nich prebieha aj nezávislá syntéza časti bielkovín (proteosyntéza).

Genetika plastidov má z hľadiska biológie dve obrovské špecifiká:

• odchýlky v genetickom kóde – existujú malé výnimky z inak univerzálneho genetického kódu (niektoré triplety ctDNA sa prekladajú do iných aminokyselín ako v jadre).
• maternálna dedičnosť – gény v ctDNA podliehajú mimojadrovej dedičnosti. Zygota získava plastidy takmer výlučne z cytoplazmy materského vajíčka. Prípadné poškodenie chloroplastovej DNA materskej rastliny tak bezpodmienečne zdedia všetci potomkovia (bez ohľadu na zdravý peľ otca).

Endosymbiotický pôvod link

Rovnako ako mitochondrie, aj plastidy majú endosymbiotický pôvod. Počet ich obalových membrán je priamym dôkazom tohto zložitého evolučného procesu:

• dve membrány – primárne chloroplasty (napríklad u zelených rastlín a červených rias). Vznikli primárnou endosymbiózou, kedy bunka pohltila voľnú fotosyntetizujúcu sinicu. Vnútorná membrána je bakteriálna a vonkajšia pochádza z hostiteľskej vakuoly.
• tri a štyri membrány – vznikli sekundárnou endosymbiózou, pri ktorej hostiteľská bunka pohltila už hotovú eukaryotickú riasu s chloroplastom. Tretia a štvrtá membrána tak pochádzajú z hostiteľskej vakuoly, respektíve zo zachovanej plazmatickej membrány pohltenej riasy (vyskytujú sa napríklad u červenoočiek, hnedých rias a rozsievok).