VÄXTFYSIOLOGI

1. VÄXTFYSIOLOGI Fortbildningscentralen hösten 2005 Peter Rönnberg

2. Kurslitteratur • Biology of Plants • Raven PH, Evert RF och Eichhorn SE • WH Freeman 1998/2003 (6e eller 7e upplagan) • Kap. 2-4, 6-7, 29-31

3. Tenttillfällen Tentamensdatum: (v. 43 27.10), v. 45 10.11, v. 47 24.11, (v. 49 8.12) Torsdagar kl. 18.00 - 22

4. Innehåll • Växtcellen • Växtcellens delar, organeller • Cellmembranens byggnad och funktion • Respiration • Fotosyntes • Yttre faktorer och tillväxt • Näringsämnen • Transport av vatten och näringsämnen i växten

5. 1. Växtcellen • Växten är uppbyggd av kemiska beståndsdelar • De viktigaste: kol, C; väte, H; kväve, N; syre, O; fosfor, P; svavel, S • Cellerna uppbyggda av olika kemiska komponenter • Endel små, H2O (molekyler) och K+ (joner), medan andra stora, t.ex. kolhydrater, lipider, proteiner och nukleinsyror

6. 1. Växtcellen forts. Organiska molekyler • Kolhydrater, lipider, proteiner och nukleinsyror Kolhydrater (socker): • monosackarider, disackarider och polysackarider • Dessa har alla olika funktioner

7. 1. Växtcellen forts. • Monosackarider fungerar som byggnadsmaterial och energikälla • Hydrofila => löser sig lätt i vatten • Biologiskt viktiga monosackarider: - glyceraldehyd (C3H6O3) - ribos (C5H10O5) - glukos (C6H12O6)

8. 1. Växtcellen forts. • Olika sockerarter transporteras ofta i växten som disackarider • T.ex. sackaros från fotosyntetiserande celler • När disackarider spjälks upp i monosackarider frigörs energi => hydrolys • Polysackarider består av många monosackarider som är sammankopplade, t.ex. stärkelse och cellulosa

9. 1. Växtcellen forts. • Polysackarider lagras i form av stärkelse i växterna • Stärkelsen bryts ned då mono- eller disackarider behövs för tillväxt och/eller utveckling • Viktigt byggnadsmaterial, växtens cellvägg är i huvudsak uppbyggd av polysackariden cellulosa

10. 1. Växtcellen forts. • Skillnad mellan stärkelse och cellulosa: => alfa-glukos och beta-glukos • Monosackarider: byggstenar och energikällor • Disackarider: sockertransport inom växten • Polysackarider: energilagring och byggnadsmaterial

11. 1. Växtcellen forts. Lipider: • Fetter och oljor, triglycerider • Opolära, hydrofoba => olösliga i vatten • Fungerar som energilagrande molekyler • Mättade och omättade fetter • De flesta växtfetter är omättade

12. 1. Växtcellen forts. • Fosfolipider bygger upp cellmembranen www.whfreeman.com

13. 1. Växtcellen forts. • Vaxbildande lipider: kutin och suberin • Bildar barriärer som förhindrar vattenavdunstning från växten • Kutikulan skyddar de yttersta cellskikten på stammar och blad • Steroider/steroler är lipider som också förekommer i växtceller

14. 1. Växtcellen forts. Proteiner: • I de flesta organismer består torrvikten till 50% av proteiner • Består av aminosyror ordnade i en lineär sekvens • Alla aminosyror består av en aminogrupp (-NH2), en karboxylgrupp (-COOH) och en väteatom bunden till en kolatom

15. 1. Växtcellen forts. • Alla aminosyror har dessutom en R-grupp som bestämmer vilken aminosyra det är fråga om • 20 olika aminosyror ingår i proteiner • Aminosyrorna binds samman med peptidbindningar och bildar en polypeptid www.whfreeman.com

16. 1. Växtcellen forts. • Protein har olika strukturer: • Primärstruktur • Sekundärstruktur (alfa-helix, beta-sheet) • Tertiärstruktur • Kvaternärstruktur Beta-sheet Alfa-helix www.whfreeman.com

17. 1. Växtcellen forts. • Protein kan brytas ned av t.ex. hög temperatur eller förändringar i pH => denaturering • Enzymer är proteiner som fungerar som katalysatorer • Möjliggör snabba reaktioner vid relativt låga temperaturer

18. 1. Växtcellen forts. Nukleinsyror: • Består av en fosfatdel, socker och bas • Sockerdelen kan vara ribos eller deoxiribos • Ribonukleinsyra (RNA) och deoxiribonukleinsyra (DNA) • Energin som behövs för de flesta reaktioner i cellen fås från ATP (adenosintriphosphate)

19. 1. Växtcellen forts. • Vid hydrolys av ATP erhålls energi + ADP (adenosin diphosphate) Växtcellens uppbyggnad forts. www.whfreeman.com

20. 1. Växtcellen forts. Sekundära metaboliter: • Alkaloider • Terpenoider • Fenoler • Ex. nikotin, tanniner, gummi, morfin • Många har viktig kommerciell eller medicinsk användning

21. 1. Växtcellen forts. Frågor: • Varför lagras energi i form av stärkelse? • I vilka strukturer förekommer proteiner? • Vad händer när ett protein denatureras? • Vilken fördel är det för växten att lagra energi i form av fetter istället för kolhydrater?

22. 2. Växtcellens delar, organeller • Celler är livsviktiga komponenter • De minsta organismerna består av en cell, de största av flera miljarder • Robert Hooke – cellen, små rum • Cell teorin: • Alla organismer består av celler • Alla kemiska reaktioner sker i cellerna • Celler uppstår från andra celler • Cellerna innehåller arvsanlagen

23. 2. Växtcellens delar, organeller forts. Prokaryota och eukaryota celler • Alla celler har en yttre membran (plasmamembran) och innehåller det genetiska materialet • Prokaryota celler: • Genetiska materialet består av en stor rund molekyl av DNA => kromosom • Saknar egentlig kärna => nukleoid

24. 2. Växtcellens delar, organeller forts. • Eukaryota celler: • DNA lineärt och bundet med speciella proteiner, histoner, formar kromosomer • Finns i kärna med dubbla membraner, nukleus • Övriga komponenter i cellen befinner sig i cytoplasman • Olika delar med olika funktioner

25. 2. Växtcellens delar, organeller forts. • Prokaryota cellers plasmamembran omges av en cellvägg • Eukaryota celler (växter) har cellvägg av cellulosa prokaryot vs. eukaryot www.whfreeman.com

26. 2. Växtcellens delar, organeller forts. • Cell från majsplanta med cellvägg, kärna och tydliga kloroplaster www.whfreeman.com

27. 2. Växtcellens delar, organeller forts. VÄXTCELLEN • Består av cellvägg och protoplast • Protoplasten består av cellens cytoplasma och kärnan (nukleus) • Cytoplasman innehåller cellorganellerna • Cytosol = ”vätskan” mellan organellerna

28. 2. Växtcellens delar, organeller forts. • Växtceller har vätskefyllda blåsor, vakuoler • Vakuolerna stöds av en enkel membran, tonoplast • Cytoplasman är i rörelse, cytoplasmisk strömning (cyclosis), underlättar utbyte av material inom cellen och med omgivningen

29. 2. Växtcellens delar, organeller forts. Växtcellens komponenter Cellväggen mellanlager primär vägg sekundär vägg plasmodesmata Protoplasten Kärnan kärnmembraner nukleoplasma kromatin nukleol

30. 2. Växtcellens delar, organeller forts. Cytoplasman plasmamembran cytosol Organeller med dubbla membraner: plastider mitokondrier Organeller med enkel membran: peroxisomer vakuoler endoplasmiskt nätverk (retikulum) Golgiapparaten blåsor Cytoskelett (mikrotubuli, aktin filament) ribosomer oljedroppar

31. 2. Växtcellens delar, organeller forts. Cellkärnan • Två viktiga uppgifter: • Kontrollerar pågående funktioner i cellen (t.ex. protein som bildas) • För vidare den genetiska informationen vid celldelning • Har dubbel membran med porer för transport mellan kärnan och cytoplasman

32. 2. Växtcellens delar, organeller forts. • Kromatin i kärnan, uppbyggt av DNA och proteiner • Vid celldelning ses kromatinet som enskilda kromosomer • Olika antal kromosomer hos olika organismer, ex. backtrav (Arabidopsis thaliana) 10, vete (Triticum vulgare) 42 • Gameterna (könscellerna) haploida • Somatiska cellerna diploida

33. 2. Växtcellens delar, organeller forts. Plasmamembranen • Består av tre lager • Har många viktiga uppgifter: Ex. möjliggör transport av ämnen in och ut ur cellen, kontrollerar bildningen av cellulosa för cellväggen, för vidare signaler till cellen

34. 2. Växtcellens delar, organeller forts. Kloroplaster, plastider • Karakteristiska för växtcellen • Består av ett system av inre membraner, thylakoider • Olika typer av plastider: kloroplaster, kromoplaster, leukoplaster • Plastiderna är indelade enligt vilka pigment de innehåller

35. 2. Växtcellens delar, organeller forts. • Kloroplaster innehåller klorofyll och karotenoid pigment • Finns inbäddade i thylakoidmembranerna och absorberar ljus som driver fotosyntesen • Kloroplasterna kan ”flytta” på sig i cellen beroende på ljuset • Kromoplaster: pigmenterade plastider av olika storlek

36. 2. Växtcellens delar, organeller forts. • Saknar klorofyll • Syntetiserar karotenoider som ger gul, orange eller röd färg åt många blommor, löv, vissa frukter och rötter (t.ex. morot) • Leucoplaster: saknar pigment och inre membraner • Kan bilda stärkelse och andra substanser

37. 2. Växtcellens delar, organeller forts. • Plastider innehåller eget DNA och ribosomer www.whfreeman.com

38. 2. Växtcellens delar, organeller forts. Mitokondrier • Har dubbla yttre membraner och en veckad inre membran, cristae • Mindre än plastider • Cellandningen sker i mitokondrierna • 100-1000-tals mitokondrier/växtcell, beroende på behovet av energi (ATP)

39. 2. Växtcellens delar, organeller forts. • Semiautonoma på samma sätt som plastiderna • Teorier om att mitokondrier och kloroplaster uppstått från bakterier www.whfreeman.com

40. 2. Växtcellens delar, organeller forts. Peroxisomer, vakuoler, oljedroppar • Peroxisomer: sfäriska organeller med enkel membran • Förekommer nära mitokondrier och kloroplaster, viktiga i samband med fotorespirationen • Typ av peroxisomer, glyoxysomer, innehåller viktiga enzymer

41. 2. Växtcellens delar, organeller forts. • Vakuoler: membranomgivna regioner i cellen som är fyllda med cellsaft • Cellsaften består främst av vatten och andra ämnen beroende på växten • Små vakuoler kan gå samman och bilda en stor • 90 % av cellens volym kan upptas av vakuolen

42. 2. Växtcellens delar, organeller forts. • Ger stadga åt cellen och är viktiga förvaringsplatser • Lagrar olika pigment, antocyaniner, ger färg åt t.ex. olika grönsaker • Avlägsnar skadliga ämnen, bryter ned och återvinner

43. 2. Växtcellens delar, organeller forts. • Oljedroppar: fettdroppar i cellen • Förekommer i alla växtceller, speciellt i olika frukter och sädesslag • Kan utgöra upp till 45 % av cellvikten hos t.ex. jordnötter och solrosor

44. 2. Växtcellens delar, organeller forts. Ribosomer, endoplasmatiskt nätverk, Golgikomplexet • Ribosomer: små partiklar med stora mängder proteiner och RNA • Består av en liten och en stor subenhet • Proteinsyntesen sker i ribosomerna => aminosyror kopplas samman och bildar protein

45. 2. Växtcellens delar, organeller forts. • Flera ribosomer som deltar i proteinsyntesen kallas polysom • Endoplasmatiskt retikulum (nätverk), ER, är ett tredimensionellt membransystem • Två typer: strävt (rough) ER (rER) slätt (smooth) ER (sER)

46. 2. Växtcellens delar, organeller forts. • Båda typerna förekommer inom samma cell och är sammankopplade • Fungerar som ett kommunikationssystem i cellen => förmedlar proteiner och lipider till olika delar av cellen

47. 2. Växtcellens delar, organeller forts. • Golgi-komplexet (apparaten): alla Golgi- kroppar i cellen • Membransystem med ”bildande” del, cis-Golgi och ”avgivande” del, trans-Golgi • Vesikler (blåsor) med olika ämnen sorteras, får en kod och skickas vidare • Ämnen utsöndras ur cellen via blåsor, exocytos

48. 2. Växtcellens delar, organeller forts. • Endomembrana systemet utgörs av ER och Golgi-komplexet www.whfreeman.com

49. 2. Växtcellens delar, organeller forts. Cytoskelettet • Nätverk av proteinfilament hos eukaryota celler • Medverkar vid många viktiga processer i cellen • Hos växtceller två huvudtyper: • Mikrotubuli • Aktinfilament

50. 2. Växtcellens delar, organeller forts. • Mikrotubuli: långa, tunna, cylinderformade • Uppbyggt av proteinet tubulin • Polär struktur med plus och minus ända • Många funktioner: stödjer tillväxt viktiga i flageller