Amiloplasten: Eigenschaften, Funktionen, Struktur

Amyloplasten sind eine Art von Plastiden, die auf die Lagerung von Stärke spezialisiert sind und in hohen Anteilen in nicht-photosynthetischen Reservegeweben, wie dem Endosperm in Samen und Knollen, vorkommen.

Da die vollständige Synthese der Stärke auf die Plastiden beschränkt ist, muss eine physikalische Struktur vorliegen, die als Reservestelle für dieses Polymer dient. Tatsächlich befindet sich die gesamte Stärke, die in Pflanzenzellen enthalten ist, in Organellen, die mit einer Doppelmembran beschichtet sind.

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

Plastiden sind an der Photosynthese beteiligt, an der Synthese von Lipiden und Aminosäuren, fungieren als Lipidreserve, 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

Die Amyloplasten sind Zellorganellen, die in Gemüse vorhanden sind, eine Quelle für Stärkereserven sind und keine Pigmente - wie Chlorophyll - aufweisen, so dass sie farblos sind.

Amyloplasten haben wie andere Plastiden 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 Fähigkeit zur gegenseitigen Umwandlung. Insbesondere können die Amyloplasten in Chloroplasten umgewandelt werden. Wenn die Wurzeln Licht ausgesetzt werden, erhalten sie dank der Synthese von Chlorophyll einen grünlichen Farbton.

Chloroplasten können sich ähnlich verhalten, da sie vorübergehend Stärkekörner speichern. Bei den Amyloplasten ist die Reserve jedoch langfristig.

Seine Struktur ist sehr einfach und besteht aus einer doppelten äußeren Membran, die sie von den übrigen zytoplasmatischen Komponenten trennt. Reife Amyloplasten entwickeln ein inneres Membransystem, in dem Stärke gefunden wird.

Schulung

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

In den frühen Stadien der Endospermentwicklung sind Proplastidien in einem cenozitischen Endosperm vorhanden. Als nächstes beginnen die Zellularisierungsprozesse, bei denen die Proplastidien beginnen, die Stärkekörnchen anzusammeln und Amyloplasten zu bilden.

Aus physiologischer Sicht erfolgt der Prozess der Differenzierung von Proplastiden zu Amyloplasten, wenn das Pflanzenhormon Auxin durch das Cytokinin ersetzt wird, was die Geschwindigkeit der Zellteilung verringert und eine Akkumulation induziert von Stärke.

Funktionen

Stärkelagerung

Stärke ist ein komplexes Polymer mit semikristallinem und unlöslichem Aussehen, das aus der Vereinigung von D-Glucopyranose mittels glycosidischer Bindungen resultiert. Man kann zwei Stärkemoleküle unterscheiden: Amylopektin und Amylose. Das erste ist stark verzweigt, während das zweite linear ist.

Das Polymer wird in Form ovaler Körner in Kugelkristallen abgeschieden und kann je nach Region, in der die Körner abgeschieden werden, als konzentrische oder exzentrische Körner klassifiziert werden.

Stärkekörner können in der Größe variieren, einige nähern sich 45 & mgr; m und andere sind kleiner, ungefähr 10 & mgr; m.

Stärkesynthese

Plastiden sind für die Synthese von zwei Stärketypen verantwortlich: die transiente Stärke, die bei Tageslicht erzeugt und in den Chloroplasten bis in die Nacht zwischengespeichert wird, und die Reservestärke, die in den Amyloplasten synthetisiert und gespeichert wird. von Stielen, Samen, Früchten und anderen Strukturen.

Es gibt Unterschiede zwischen den Stärkekörnern, die in den Amyloplasten vorhanden sind, und den Körnern, die vorübergehend in den Chloroplasten gefunden werden. In letzterem ist der Amylosegehalt geringer und die Stärke ist in plattenartigen Strukturen geordnet.

Wahrnehmung der Schwere

Stärkekörner sind viel dichter als Wasser und diese Eigenschaft hängt mit der Wahrnehmung der Gravitationskraft zusammen. Diese Fähigkeit der Amyloplasten, sich unter dem Einfluss der Schwerkraft zu bewegen, wurde im Laufe der Pflanzenentwicklung zur Wahrnehmung dieser Kraft ausgenutzt.

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

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

In den Zellen der Wurzeln wird das Schwerkraftgefühl von den Columella-Zellen erfasst, die eine spezielle Art von Amyloplasten enthalten, die als Statolithen bezeichnet werden.

Die Statolithen fallen durch die Schwerkraft auf den Boden der Columella-Zellen und initiieren einen Signaltransduktionsweg, auf dem das Wachstumshormon Auxin neu verteilt wird und ein unterschiedliches Wachstum nach unten bewirkt.

Stoffwechselwege

Bisher wurde angenommen, dass die Funktion von Amyloplasten ausschließlich auf die Akkumulation von Stärke beschränkt ist.

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 ausreichend komplex ist, um die für Pflanzen typischen Photosynthesevorgänge durchzuführen.

Die Amyloplasten einiger Spezies (wie zum Beispiel Luzerne) enthalten die für den GS-GOGAT-Zyklus erforderlichen Enzyme, einen Stoffwechselweg, der eng mit der Assimilation von Stickstoff zusammenhängt.

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

Einer 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.