AMYLOPLASTEN: EIGENSCHAFTEN, FUNKTIONEN, STRUKTUR - BIOLOGIE - 2025

Die Amyloplasten sind eine Art spezialisierter Speicher für Plastidenstärke und kommen in hohen Anteilen in nicht-photosynthetischen Speichergeweben wie Endosperm in Samen und Knollen vor.

Da die vollständige Stärkesynthese auf Plastiden beschränkt ist, muss eine physikalische Struktur vorhanden sein, die als Reservestelle für dieses Polymer dient. Tatsächlich befindet sich die gesamte in Pflanzenzellen enthaltene Stärke in Organellen, die von einer Doppelmembran bedeckt sind.

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Im Allgemeinen sind Plastiden halbautonome Organellen, die in verschiedenen Organismen vorkommen, von Pflanzen und Algen über Meeresmollusken bis hin zu einigen parasitären Protisten.

Plastiden sind an der Photosynthese beteiligt, an der Synthese von Lipiden und Aminosäuren, sie fungieren als Lipidreservestelle, sie sind für die Färbung von Früchten und Blumen verantwortlich und hängen mit der Wahrnehmung der Umwelt zusammen.

Ebenso sind Amyloplasten an der Wahrnehmung der Schwerkraft beteiligt und speichern Schlüsselenzyme einiger Stoffwechselwege.

Eigenschaften und Struktur

Amyloplasten sind zelluläre Orgenelas, die in Pflanzen vorhanden sind. Sie sind eine Reservequelle für Stärke und enthalten keine Pigmente wie Chlorophyll. Sie sind daher farblos.

Wie andere Plastiden haben Amyloplasten ein eigenes Genom, das für einige Proteine ​​in ihrer Struktur kodiert. Dieses Merkmal spiegelt seinen endosymbiotischen Ursprung wider.

Eine der herausragendsten Eigenschaften von Plastiden ist ihre Umwandlungskapazität. Insbesondere können Amyloplasten zu Chloroplasten werden. Wenn die Wurzeln Licht ausgesetzt werden, erhalten sie dank der Synthese von Chlorophyll einen grünlichen Farbton.

Chloroplasten können sich ähnlich verhalten und Stärkekörner vorübergehend speichern. Bei Amyloplasten ist die Reserve jedoch langfristig.

Ihre Struktur ist sehr einfach, sie bestehen aus einer doppelten Außenmembran, die sie vom Rest der zytoplasmatischen Komponenten trennt. Reife Amyloplasten entwickeln ein inneres Membransystem, in dem Stärke gefunden wird.

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Ausbildung

Die meisten Amyloplasten werden direkt aus den Protoplastiden gebildet, wenn sich Reservegewebe entwickeln und durch binäre Spaltung teilen.

In den frühen Stadien der Endospermentwicklung sind Proplastidien in einem coenocytischen Endosperm vorhanden. Dann beginnen die Zellularisierungsprozesse, bei denen die Proplastidien beginnen, das Stärkekörnchen anzusammeln und so die Amyloplasten zu bilden.

Aus physiologischer Sicht tritt der Prozess der Differenzierung von Proplastidien unter Bildung von Amyloplasten auf, wenn das Pflanzenhormon Auxin durch Cytokinin ersetzt wird, was die Geschwindigkeit verringert, mit der die Zellteilung stattfindet, wodurch eine Akkumulation induziert wird von Stärke.

Eigenschaften

Stärkelagerung

Stärke ist ein komplexes Polymer mit einem teilkristallinen und unlöslichen Aussehen, ein Produkt der Vereinigung von D-Glucopyranose mittels glucosidischer Bindungen. Es können zwei Stärkemoleküle unterschieden werden: Amylopektin und Amylose. Der erste ist stark verzweigt, während der zweite linear ist.

Das Polymer wird in Form von ovalen Körnern in Sphärokristallen abgeschieden und kann je nach Region, in der die Körner abgeschieden werden, in konzentrische oder exzentrische Körner eingeteilt werden.

Stärkekörnchen können unterschiedlich groß sein, einige nähern sich 45 um, andere sind kleiner, etwa 10 um.

Stärkesynthese

Plastiden sind für die Synthese von zwei Stärketypen verantwortlich: Transient, das bei Tageslicht produziert und bis in die Nacht vorübergehend in Chloroplasten gelagert wird, und Reservestärke, die synthetisiert und in Amyloplasten gelagert wird. von Stielen, Samen, Früchten und anderen Strukturen.

Es gibt Unterschiede zwischen den in Amyloplasten vorhandenen Stärkekörnern in Bezug auf die Körner, die vorübergehend in Chloroplasten gefunden werden. In letzterem ist der Amylosegehalt geringer und die Stärke ist in plattenartigen Strukturen angeordnet.

Wahrnehmung der Schwerkraft

Stärkekörner sind viel dichter als Wasser und diese Eigenschaft hängt mit der Wahrnehmung der Gravitationskraft zusammen. Im Verlauf der Pflanzenentwicklung wurde diese Fähigkeit von Amyloplasten, sich unter dem Einfluss der Schwerkraft zu bewegen, für die Wahrnehmung dieser Kraft ausgenutzt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Amyloplasten auf die Stimulation der Schwerkraft durch Sedimentationsprozesse in der Richtung reagieren, in der diese Kraft nach unten wirkt. Wenn Plastiden mit dem pflanzlichen Zytoskelett in Kontakt kommen, sendet es eine Reihe von Signalen aus, damit das Wachstum in die richtige Richtung erfolgt.

Neben dem Zytoskelett gibt es in Zellen andere Strukturen wie Vakuolen, das endoplasmatische Retikulum und die Plasmamembran, die an der Aufnahme sedimentierender Amyloplasten beteiligt sind.

In Wurzelzellen wird das Gefühl der Schwerkraft von Columella-Zellen erfasst, die eine spezielle Art von Amyloplasten enthalten, die als Statolithen bezeichnet werden.

Die Statolithen fallen unter der Schwerkraft auf den Boden der Columella-Zellen und initiieren einen Signaltransduktionsweg, in dem sich das Wachstumshormon Auxin neu verteilt und ein unterschiedliches Wachstum nach unten verursacht.

Stoffwechselwege

Bisher wurde angenommen, dass die Funktion von Amyloplasten ausschließlich auf die Anreicherung von Stärke beschränkt war.

Jüngste Analysen des Proteins und der biochemischen Zusammensetzung des Inneren dieser Organelle haben jedoch eine molekulare Maschinerie ergeben, die der des Chloroplasten sehr ähnlich ist und komplex genug ist, um die typischen Photosyntheseprozesse von Pflanzen durchzuführen.

Die Amyloplasten einiger Arten (wie zum Beispiel Luzerne) enthalten die Enzyme, die für das Auftreten des GS-GOGAT-Zyklus erforderlich sind, ein Stoffwechselweg, der eng mit der Assimilation von Stickstoff zusammenhängt.

Der Name des Zyklus stammt von den Initialen der daran beteiligten Enzyme Glutaminsynthetase (GS) und Glutamatsynthase (GOGAT). Es beinhaltet die Bildung von Glutamin aus Ammonium und Glutamat und die Synthese von Glutamin und Ketoglutarat aus zwei Glutamatmolekülen.

Eines wird in das Ammonium eingebaut und das verbleibende Molekül wird zum Xylem gebracht, um von den Zellen verwendet zu werden. Zusätzlich haben Chloroplasten und Amyloplasten die Fähigkeit, Substrate für den glykolytischen Weg bereitzustellen.

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