Budowa komórki roślinnej

W soku komórkowym znajdują się tzw. substancje garbnikowe, odznaczające się właściwościami przeciwgnilnymi; spotyka się je dość często w korze drzew, np. u dębu, świerka, wierzby. Garbniki mają często budowę glikozydową z domieszką kwasu galusowego, garbnikowego i innych. Przy obumieraniu komórek garbniki ulegają utlenianiu i przechodzą w brunatno zabarwione flobafeny, chroniące ściany komórkowe przed gniciem. Garbniki mają zastosowanie w przemyśle garbarskim. Niektórych garbników używa się także do wyrobu atramentu. W soku komórkowym niektórych roślin, np. tomki wonnej lub nostrzyku spotyka się związek, nadający charakterystyczny zapach suszonemu sianu. Jest to kumaryna pod względem chemicznym podobna do garbników. Drobne ilości kumaryny występujące w paszy pobudzają zwykle apetyt zwierząt, natomiast większe jej ilości są szkodliwe.

W soku komórkowym rozpuszczone są różne kwasy organiczne. Często spotykamy w nim kwas szczawiowy, jabłkowy, cytrynowy, winowy i inne. Ponadto mogą w nim występować sole tych kwasów, jak np. cytryniany, szczawiany itp. W soku rozpuszczone są także w dość znacznej ilości cukry, których zawartość regulowana jest przez enzymy cytoplazmy. Wśród cukrów znajdujemy często glukozę oraz sacharozę, czyli cukier trzcinowy. Dużo cukru trzcinowego zawiera sok komórkowy korzeniu buraka cukrowego i łodyg trzciny cukrowej. W soku komórkowym roślin z rodziny złożonych i niektórych jednoliściennych spotykamy inulinę, która jest węglowodanem zbudowanym głownie z fruktozy. W soku komórkowym mogą również występować tzw. glikozydy, tj. związki glukozy z innymi rodzajami ciał. Do glikozydów należy np. saponina, pojawiająca się w korzeniach niektórych roślin.

W miarę wzrostu komórki wakuole (wodniczki) powiększają się, łączą ze sobą, tak że w końcu zajmują większą część objętości komórki, spychając cytoplazmę i jądru ku jej ścianom. Równocześnie zawartość wakuoli staje się coraz rzadsza, przemieniając się ostatecznie w wodnistą ciecz, czyli sok komórkowy. Wakuola odgraniczona jest od cytoplazmy plazmatyczną błonką – tonoplastem. Sok komórkowy składa się przede wszystkim z dużej ilości wody, w której rozpuszczone są różne związki organiczne i nieorganiczne. Są to jak wiadomo, przede wszystkim produkty powstałe z przemiany materii składników protoplastu. Skład chemiczny soku komórkowego jest bardzo różny i zależy przeważnie od gatunku rośliny. Sok komórkowy ma przeważnie odczyn kwaśny. Odczyn zasadowy wykazują tylko niektóre rośliny, np. dynia, ogórek.

W protoplaście komórki, a więc w cytoplazmie, jądrze, plastydach i innych organellach komórkowych, zachodzi ustawiczna przemiana materii., w wyniku której powstaje komórce wiele związków chemicznych. Część tych związków zostaje zużyta na rozbudowę ciała rośliny i na pokrycie energetycznych potrzeb komórek, pewna zaś ich część zostaje odłożona jako materiał zapasowy. Niektóre produkty przemiany materii, jak np. alkaloidy, glikozydy, sole szczawianu wapnia, mogą się gromadzić w komórce nie podlegając dalszym przemianom. Wiele z tych produktów zostaje nagromadzone w soku komórkowym wakuoli. Wszystkie prawie komórki roślinne zawierają wakuole, czyli wodniczki. W młodych komórkach są one drobne, prawie że niewidoczne pod mikroskopem, a ich zawartość jest bardzo gęsta i odpowiada w przybliżeniu gęstości cytoplazmy.

Oprócz aparatu Golgiego komórki roślin zawierają jeszcze drobniejsze od nich ciałka, wielkości 1/1000 – 5/1000 mm, zwane mitochondriami. Mitochondria występują w cytoplazmie w postaci bezbarwnych ziarenek, pałeczek lub cieniutkich nitek, które mnożą się przez podział. W mikroskopie elektronowym wykazują one skomplikowaną strukturę. Mitochondrium otoczone jest dwiema błonami białkowo-lipidowymi, między którymi znajduje się jednorodna substancja białkowa. Błona wewnętrzna tworzy liczne fałdy i uwypuklenia, sięgające do wnętrza Mitochondrium. Pomiędzy fałdami występują liczne zatoki, zawierające związki białkowo-lipidowe, kwasy rybonukleinowe tj. RNA i DNA oraz wiele enzymów. Mitochondria są ośrodkami procesów oddychania oraz pełnią rolę magazynów energii. Energię wyzwoloną podczas oddychania gromadzą w postaci związków wysokoenergetycznych, jak np. ATP.

Wszystkie rodzaje plastydów, a więc leukoplasty, chloroplasty i chromoplasty, mogą pod wpływem warunków ulegać przeobrażeniom i przechodzić jedne w drugie. Na przykład leukoplasty znajdujące się w komórkach młodego pędu ziemniaka, wyhodowanego w ciemności, zmieniają się w chloroplasty po przeniesieniu rośliny na światło. Chloroplasty natomiast w zielonych niedojrzałych owocach w miarę ich dojrzewania ulegają przemianie na barwne chromoplasty, jak np. w owocach pomidora. Górne części korzeni marchwi, wystawione przez dłuższy czas na działanie światła, zaczynają zieleń wskutek przeobrażenia się części chromoplastów w chloroplasty. Zwiększenie ilości plastydów w komórce odbywa się przez ich podział. Powstałe z podziału plastydy mają zdolność wzrostu, który się dokonuje kosztem cytoplazmy. Do organizmów potomnych plastydy przechodzą za pośrednictwem komórek rozrodczych, w których występują w postaci bardzo drobnych proplastydów.

Chromoplasty są plastydami zawierającymi substancje barwnikowe tzw. karotenoidy. Najczęściej występuje w nich pomarańczowo-czerwona karotyna i żółty ksantofil. Chromoplasty mają zwykle kształt okrągły, lecz często wskutek wykrystalizowania zawartych w nich barwników przybierają postać nieregularnych płytek lub igieł. W chromoplastach niektórych roślin stwierdzono występowanie ziarenek skrobi lub kropel tłuszczu. Chromoplasty przez swoją obecność powodują pomarańczowo-czerwone lub żółte zabarwienie różnych części roślin. Występują one licznie, np. w komórkach płatków jaskrów, nasturcji, w owocach jarzębiny, różny, w korzeniu marchwi lub owocach pomidorów. Niektóre substancje barwnikowe zawarte w chromoplastach, np. karotyna, wchodzą w skład budowy witaminy A. Stwierdzono, ze substancje barwnikowe mają ponadto wpływ na przebieg procesów rozrodczych roślin.

Oprócz glukozy w procesie fotosyntezy powstają i inne asymilaty, jak np. wielocukier – skrobia. Tworzy się ona w stromie chloroplastów w postaci drobniutkich bezbarwnych ziarenek,. Występuje tutaj tylko przejściowo, gdyż podczas przerw w fotosyntezie skrobia zmieniana jest za pomocą enzymów na cukier i zostaje odprowadzona do spichrzowych komórek rośliny. W występujących tutaj leukoplastach cukier ulga przemianie z powrotem na skrobię, stanowiącą materiał zapasowy rośliny. Dla przebiegu fotosyntezy potrzebna jest energia, której dostarczają promienie świetlne. Najbardziej czynne w fotosyntezie są promienie czerwone i niebieskofioletowe, które najwięcej pochłaniane są przez chlorofil. Natomiast promienie zielone, słabo pochłaniane, wykazują małą aktywność fotosyntetyczną. Na wydajność fotosyntezy duży wpływ wywierają takie czynniki, jak stężenie CO2 w powietrzu, intensywność światła, temperatura, woda i sole mineralne.

Druga faza fotosyntezy nazywa się ciemieniową i odbywa się w stromie chloroplastów bez udziału światła. Zachodzi w niej chwilowe przyłączenie dwutlenku węgla, który przeniknął z zewnątrz, do cukru pięciowęglowego zwanego rybulozą, co prowadzi do powstania nietrwałego sześciowęglowego związku. Podczas dalszych przemian tego z3wiązku następuje jego rozpad na związki trój węglowe, podlegające redukcji za pomocą wodoru pochodzącego z rozszczepienia ody. Zredukowane związki trój węglowe ulegają z kolei przekształceniom na związki sześciowęglowe, np. glukozę i inne węglowodany. Produkty te noszą nazwę asymilatów. Podczas tworzenia się produktów fotosyntezy odbywa się również odtwarzanie, czyli regeneracja rybulozy. Wszystkie przedstawione reakcje biochemiczne kierowane są przez odpowiednie enzymy.

Chloroplasty występujące w komórkach roślin, jeśli otrzymują dostateczną ilość dwutlenku węgla, wodę i zapewni się im dostęp energii świetlnej, produkują sześciowęglowy cukier zwany glukozą i wydzielają jednocześnie do atmosfery tlen. W rzeczywistości fotosynteza ma przebieg bardziej skomplikowany. Można w niej wyróżnić dwie zasadnicze fazy tj. fazę świetlną i fazę ciemniową. W fazie świetlnej zachodzi pochłanianie energii świetlnej przez chlorofil znajdujący się w granach chloroplastów i przetwarzanie jej w energię chemiczną, która kumulowana jest w związkach wysokoenergetycznych, np. w ATP. Przy użyciu tej energii następuje rozszczepienie cząsteczek wody na wodór i tlen, co nosi nazwę fotolizy. Tlen wydalany jest na zewnątrz, a wodór zostaje przejściowo związany z odpowiednim związkiem organicznym, który pełni rolę jego nośnika.