PLASTOS: EIGENSCHAFTEN, STRUKTUR UND TYPEN - BIOLOGIE - 2025

Die halbautonome Zelle der Plastiden- oder Plastidiosson-Gruppe orgánulas mit verschiedenen Funktionen. Sie kommen in Zellen von Algen, Moosen, Farnen, Gymnospermen und Angiospermen vor. Das bemerkenswerteste Plastid ist der Chloroplast, der für die Photosynthese in Pflanzenzellen verantwortlich ist.

Entsprechend ihrer Morphologie und Funktion gibt es eine Vielzahl von Plastiden: Chromoplasten, Leukoplasten, Amyloplasten, Ätioplasten, Oleoplasten unter anderem. Chromoplasten sind auf die Speicherung von Carotinoidpigmenten spezialisiert, Amyloplasten speichern Stärke und Plastiden, die im Dunkeln wachsen, werden als Ätioplasten bezeichnet.

Überraschenderweise wurden Plastiden bei einigen parasitären Würmern und bei bestimmten Meeresmollusken berichtet.

Allgemeine Charakteristiken

Plastiden sind Organellen, die in Pflanzenzellen vorhanden sind, die von einer doppelten Lipidmembran bedeckt sind. Sie haben ihr eigenes Genom, eine Folge ihrer endosymbiotischen Herkunft.

Es wird vermutet, dass vor etwa 1,5 Milliarden Jahren eine protoeukaryotische Zelle ein photosynthetisches Bakterium verschlang, wodurch die eukaryotische Linie entstand.

Evolutionär können drei Linien von Plastiden unterschieden werden: die Glaukophyten, die Linie der Rotalgen (Rhodoplasten) und die Linie der Grünalgen (Chloroplasten). Die grüne Linie führte zu Plastiden sowohl von Algen als auch von Pflanzen.

Das genetische Material hat 120 bis 160 kb - in höheren Pflanzen - und ist in einem geschlossenen und zirkulären Molekül Doppelband-DNA organisiert.

Eine der auffälligsten Eigenschaften dieser Organellen ist ihre Fähigkeit zur gegenseitigen Umwandlung. Diese Änderung erfolgt dank des Vorhandenseins molekularer und umweltbedingter Reize. Wenn beispielsweise ein Ethioplast Sonnenlicht empfängt, synthetisiert er Chlorophyll und wird zu einem Chloroplasten.

Neben der Photosynthese erfüllen Plastiden verschiedene Funktionen: Synthese von Lipiden und Aminosäuren, Speicherung von Lipiden und Stärke, Funktion von Stomata, Färbung von Pflanzenstrukturen wie Blumen und Früchten und Wahrnehmung der Schwerkraft.

Struktur

Alle Plastiden sind von einer doppelten Lipidmembran umgeben und haben im Inneren kleine Membranstrukturen, sogenannte Thylakoide, die sich bei bestimmten Arten von Plastiden erheblich erstrecken können.

Die Struktur hängt von der Art der Plastide ab, und jede Variante wird im nächsten Abschnitt ausführlich beschrieben.

Typen

Es gibt eine Reihe von Plastiden, die in Pflanzenzellen unterschiedliche Funktionen erfüllen. Die Grenze zwischen den einzelnen Plastidentypen ist jedoch nicht sehr klar, da eine signifikante Wechselwirkung zwischen den Strukturen besteht und die Möglichkeit einer gegenseitigen Umwandlung besteht.

In ähnlicher Weise wird beim Vergleich verschiedener Zelltypen festgestellt, dass die Plastidenpopulation nicht homogen ist. Zu den Grundtypen von Plastiden, die in höheren Pflanzen vorkommen, gehören:

Proplastiden

Es handelt sich um noch nicht differenzierte Plastiden, die für die Entstehung aller Arten von Plastiden verantwortlich sind. Sie kommen in den Meristemen von Pflanzen sowohl in den Wurzeln als auch in den Stielen vor. Sie sind auch in Embryonen und anderen jungen Geweben.

Sie sind kleine Strukturen, ein oder zwei Mikrometer lang und enthalten kein Pigment. Sie haben die Thylakoidmembran und ihre eigenen Ribosomen. In den Samen enthalten Proplastidien Stärkekörner, die eine wichtige Reservequelle für den Embryo darstellen.

Die Anzahl der Proplastidien pro Zelle ist variabel und zwischen 10 und 20 dieser Strukturen können gefunden werden.

Die Verteilung der Proplastidien im Prozess der Zellteilung ist für das korrekte Funktionieren der Meristeme oder eines bestimmten Organs wesentlich. Wenn eine ungleichmäßige Entmischung auftritt und eine Zelle die Plastiden nicht erhält, ist sie für einen schnellen Tod bestimmt.

Daher besteht die Strategie zur Gewährleistung einer gerechten Verteilung der Plastiden auf die Tochterzellen darin, homogen im Zellzytoplasma verteilt zu sein.

Ebenso müssen Proplastidien von den Nachkommen vererbt werden und sind bei der Bildung von Gameten vorhanden.

Chloroplasten

Chloroplasten sind die bekanntesten und auffälligsten Plastiden von Pflanzenzellen. Seine Form ist oval oder kugelförmig und die Anzahl variiert normalerweise zwischen 10 und 100 Chloroplasten pro Zelle, obwohl sie 200 erreichen kann.

Sie sind 5 bis 10 um lang und 2 bis 5 um breit. Sie befinden sich hauptsächlich in den Blättern von Pflanzen, obwohl sie unter anderem in Stielen, Blattstielen und unreifen Blütenblättern vorhanden sein können.

Chloroplasten entwickeln sich in nicht unterirdischen Pflanzenstrukturen aus Proplastidien. Die auffälligste Veränderung ist die Herstellung von Pigmenten, um die charakteristische grüne Farbe dieser Organelle anzunehmen.

Wie die anderen Plastiden sind sie von einer Doppelmembran umgeben und haben im Inneren ein drittes Membransystem, die Thylakoide, die in das Stroma eingebettet sind.

Thylakoide sind scheibenförmige Strukturen, die zu Körnern gestapelt sind. Auf diese Weise kann der Chloroplast strukturell in drei Kompartimente unterteilt werden: den Raum zwischen den Membranen, dem Stroma und dem Lumen des Thylakoids.

Wie in den Mitochondrien erfolgt die Vererbung von Chloroplasten von Eltern zu Kindern durch einen der Elternteile (uniparental) und sie haben ihr eigenes genetisches Material.

Eigenschaften

In Chloroplasten findet der Photosynthesevorgang statt, bei dem Pflanzen das Sonnenlicht einfangen und in organische Moleküle umwandeln können. Tatsächlich sind Chloroplasten die einzigen Plastiden mit Photosynthesefähigkeit.

Dieser Prozess beginnt in den Thylakoidmembranen mit der Lichtphase, in der die Enzymkomplexe und die für den Prozess notwendigen Proteine ​​verankert sind. Das letzte Stadium der Photosynthese oder Dunkelphase findet im Stroma statt.

Amyloplasten

Amyloplasten sind auf die Lagerung von Stärkekörnern spezialisiert. Sie kommen hauptsächlich in den Reservegeweben von Pflanzen vor, wie dem Endosperm in Samen und Knollen.

Die meisten Amyloplasten werden während der Entwicklung des Organismus direkt aus einem Protoplasten gebildet. Experimentell wurde die Bildung von Amyloplasten erreicht, indem das Phytohormon-Auxin durch Cytokinine ersetzt wurde, wodurch die Zellteilung verringert und die Anreicherung von Stärke induziert wurde.

Diese Plastiden sind Reservoire für eine Vielzahl von Enzymen, ähnlich wie Chloroplasten, obwohl ihnen Chlorophyll und Photosynthesemaschinen fehlen.

Wahrnehmung der Schwerkraft

Amyloplasten hängen mit der Reaktion auf das Gefühl der Schwerkraft zusammen. In den Wurzeln wird das Gefühl der Schwerkraft von den Zellen der Columella wahrgenommen.

In dieser Struktur befinden sich die Statolithen, die spezialisierte Amyloplasten sind. Diese Organellen befinden sich am Boden der Zellen der Columella, was auf den Schwerkraftsinn hinweist.

Die Position der Statolithen löst eine Reihe von Signalen aus, die zur Umverteilung des Hormons Auxin führen und das Wachstum der Struktur zugunsten der Schwerkraft bewirken.

Stärkekörner

Stärke ist ein unlösliches teilkristallines Polymer, das aus sich wiederholenden Glucoseeinheiten besteht und zwei Arten von Molekülen produziert, Amylopeptin und Amylose.

Amylopeptin hat eine verzweigte Struktur, während Amylose ein lineares Polymer ist und sich in den meisten Fällen in einem Anteil von 70% Amylopeptin und 30% Amylose anreichert.

Stärkekörnchen haben eine ziemlich organisierte Struktur, die mit Amylopeptinketten verwandt ist.

In den Amyloplasten, die aus dem Endosperm von Getreide untersucht wurden, variieren die Körnchen im Durchmesser von 1 bis 100 um, und es ist möglich, zwischen großen und kleinen Körnchen zu unterscheiden, die im Allgemeinen in verschiedenen Amyloplasten synthetisiert werden.

Chromoplasten

Chromoplasten sind sehr heterogene Plastiden, die unterschiedliche Pigmente in Blüten, Früchten und anderen pigmentierten Strukturen speichern. Es gibt auch bestimmte Vakuolen in Zellen, die Pigmente speichern können.

Bei Angiospermen ist ein Mechanismus erforderlich, um die für die Bestäubung verantwortlichen Tiere anzuziehen. Aus diesem Grund begünstigt die natürliche Selektion die Anreicherung heller und attraktiver Pigmente in einigen Pflanzenstrukturen.

Chromoplasten entwickeln sich im Allgemeinen aus Chloroplasten während des Fruchtreifungsprozesses, bei dem grüne Früchte im Laufe der Zeit eine charakteristische Farbe annehmen. Zum Beispiel sind unreife Tomaten grün und wenn sie reif sind, sind sie hellrot.

Die Hauptpigmente, die sich in Chromoplasten ansammeln, sind Carotinoide, die variabel sind und unterschiedliche Farben aufweisen können. Carotine sind orange, Lycopin ist rot und Zeaxanthin und Violaxanthin sind gelb.

Die endgültige Färbung der Strukturen wird durch die Kombinationen der Pigmente definiert.

Oleoplasten

Plastiden können auch Moleküle mit Lipid- oder Proteincharakter speichern. Oleoplasten können Lipide in speziellen Körpern speichern, die als Plastoglobuli bezeichnet werden.

Die Blütenantennen werden gefunden und ihr Inhalt wird an der Wand des Pollenkorns freigesetzt. Sie sind auch bei bestimmten Kakteenarten sehr häufig.

Darüber hinaus haben Oleoplasten verschiedene Proteine ​​wie Fibrillin und Enzyme, die mit dem Metabolismus von Isoprenoiden zusammenhängen.

Leukoplasten

Leukoplasten sind Pigmente ohne Pigmente. Nach dieser Definition könnten Amyloplasten, Oleoplasten und Proteinoplasten als Varianten von Leukoplasten klassifiziert werden.

Leukoplasten kommen in den meisten Pflanzengeweben vor. Sie haben keine auffällige Thylakoidmembran und wenige Plasmakügelchen.

Sie haben Stoffwechselfunktionen in den Wurzeln, wo sie erhebliche Mengen an Stärke ansammeln.

Gerontoplasten

Wenn die Pflanze altert, kommt es zu einer Umwandlung von Chloroplasten in Gerontoplasten. Während des Seneszenzprozesses reißt die Thylakoidmembran, Plasmakügelchen sammeln sich an und Chlorophyll zerfällt.

Äthioplasten

Wenn Pflanzen bei schlechten Lichtverhältnissen wachsen, entwickeln sich die Chloroplasten nicht richtig und das gebildete Plastid wird als Ethioplast bezeichnet.

Äthioplasten enthalten Stärkekörner und besitzen nicht die stark entwickelte Thylakoidmembran wie bei reifen Chloroplasten. Wenn sich die Bedingungen ändern und genügend Licht vorhanden ist, können sich Ätioplasten zu Chloroplasten entwickeln.

Verweise

1. Biswal, UC & Raval, MK (2003). Chloroplasten-Biogenese: vom Proplastid zum Gerontoplasten. Springer Science & Business Media.
2. Cooper, GM (2000). Die Zelle: Ein molekularer Ansatz. 2. Auflage. Sunderland (MA): Sinauer Associates. Chloroplasten und andere Plastiden. Verfügbar unter: ncbi.nlm.nih.gov
3. Gould, SB, Waller, RF & McFadden, GI (2008). Plastidenentwicklung. Jahresrückblick Pflanzenbiologie, 59, 491–517.
4. Lopez - Juez, E. & Pyke, KA (2004). Entfesselte Plastiden: ihre Entwicklung und ihre Integration in die Pflanzenentwicklung. International Journal of Developmental Biology, 49 (5–6), 557–577.
5. Pyke, K. (2009). Plastidenbiologie. Cambridge University Press.
6. Pyke, K. (2010). Plastid Division. AoB Plants, plq016.
7. Wise, RR (2007). Die Vielfalt der Form und Funktion der Plastiden. In Struktur und Funktion von Plastiden (S. 3–26). Springer, Dordrecht.