Do nitra rostlinné buňky
Většinu lidí fascinují pohledy do kosmických dálav, kde probíhají procesy a děje, o jejichž podstatě víme jen málo – nebo také nic. Málokdo z nadšených pozorovatelů vesmíru však tuší, že podobná tajemství jsou skryta i v mikrokosmu rostlinné buňky. Mezi těmi, kteří tajemství buněk zkoumají, a jsou přitom docela úspěšní, najdete i naše badatele. Vydejme se za nimi.
Čtveřice rostlinných biologů, se kterými jsme se k povídání sešli, je doma na Katedře experimentální biologie rostlin Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy v Praze a zároveň v pražském Ústavu experimentální botaniky Akademie věd České republiky.
Na to, jak vypadá rostlinná buňka uvnitř, jsme se pro začátek ptali Viktora Žárského:
„Máme-li popsat rostlinnou buňku zevnitř, tak musíme velice zjednodušovat, protože buňka je ve skutečnosti velice složitý systém. Na povrchu má buněčnou stěnu a tím se velmi silně odlišuje od buněk živočišných; ta buněčná stěna si při všech možných změnách objemu buňky zachovává zhruba svůj tvar. Buněčná stěna je hlavním stavebním nástrojem rostlinného těla – ve spolupráci s vodou, obsaženou v buňce; důležitou organelou, nástrojem, který v buňce funguje, je vakuola, která je právě naplněná vodnými roztoky. Kromě toho máme uvnitř buňky jádro. Živé buňky obecně rozlišujeme na buňky bez jádra, třeba bakterie nebo sinice, a buňky s jádrem. Rostliny patří k těm jaderným buňkám. Kromě jádra je tam velice důležitý systém jakýchsi kanálků a továrniček, které vyrábějí takzvané membrány. Tyto membrány, vznikající v buňce, se postupně transportují směrem k povrchu, protože buňka těchto membrán a hlavně nákladů, které jsou jako v balíku v té membráně zabalené, používá ke své vlastní výstavbě a k růstu. A tím se dostáváme k tématu, kterým se zabýváme v našich laboratořích a to je tvarování buňky. Kromě tohoto systému membrán potřebujeme v buňce také buněčné lešení, kterému se odborně říká cytoskelet – a to bude pravděpodobně docela podstatným obsahem toho, o čem budeme dál mluvit. To buněčné lešení jednak přispívá k tvarování buňky tím, že je těsně pod membránovým povrchem, a jednak slouží těm membránám, které stavějí povrch buňky, jako jakési kolejničky a lešení, po kterých se dopravuje stavební materiál buňky na povrch.“
Zůstaňme ještě chvíli u vody...
Jak jsme slyšeli, vodný roztok v membránové komůrce, které biologové říkají vakuola, je jedním z hlavních stavebních prvků rostlinné buňky a tedy i celého rostlinného těla. Zprostředkovaně to asi ví každý, kdo nějaké rostliny pěstuje. Rostlina bez vody usychá a svěšuje listy, pokud ji zalijeme, znovu se napřímí. Jak tento proces vypadá na buněčné úrovni vysvětluje Matyáš Fendrych:
„Buňka je v podstatě naplněná vodou a ta voda sídlí hlavně ve vakuole, což je vlastně jakýsi míč, který je natlakován vodou. Když je té vody méně, tak klesne tlak na buněčnou stěnu, pletiva povolí a to právě vidíme jako zvadnutí listů. A když se ta buňka znovu začíná nasycovat vodou, tak tu vodu přesouvá do vakuoly, která začne tlakově působit na okolí a na tu stěnu; jako byste nafoukli míč. Kytka se opět narovná. Nesmí ale dojít k přílišnému vyschnutí té buňky, protože pak už to buňka neustojí, umře a už se nenarovná. Mohlo by to vypadat, že rostlina v podstatě jen pasivně vnímá obsah vody ve svém okolí, ale tak to není, protože rostlina s tou vodou umí pracovat. Například když hrozí, že bude vody nedostatek, tak aktivně uzavírá průduchy na listech tím, že z nich vyčerpá vodu.“
A může dojít k opačné situaci? Může být někdy té vody v rostlinné buňce tolik, že vnitřní tlak nevydrží a praskne?
Určitě ano, řekl nám k tomu třetí z rostlinných biologů, Ivan Kulich:
„Hlavně se to stává v situacích, kdy v buňce máme například vysoké množství sacharidů, které posouvají rovnováhu tak, aby se voda transportovala směrem do buněk. Vidíme to například na jaře, když dozrávají třešně, a velmi prší, tak ty třešně praskají, protože buňky nasávají extrémní množství vody a ten tlak, který vzniká v buňkách, ty buňky neustojí a praskají.“
Viktor Žárský: „Neviditelné praskání nastává i teď, když všechno kvete, je po dešti a všude je spousta pylových zrníček. Pylová zrna do sebe při dešti také nasávají nadbytek vody, praskají a uvolňují svůj vnitřní obsah. Spousta těch alergenů, které vyvolávají alergické reakce, se nenachází na povrchu těch pylových zrn, ale uprostřed; po dešti, když ta pylová zrníčka popraskají, tak se spousta těch alergenů dostává ven. Po dešti je útok na alergické osoby daleko silnější než před deštěm.“
K útoku alergenů samozřejmě nedochází hned, sotva spadnou poslední dešťové kapky. Nejdřív musí pyly trochu vyschnout...
Mechanické vlastnosti rostlinné buňky jsou dány souhrnem vnějších tlaků, které působí na její povrch a vnitřního tlaku v buňce, jehož původcem je vakuola naplněná vodou. Každá jednotlivá rostlinná buňka se tedy skutečně dá do jisté míry přirovnat k nahuštěné mičudě, jak už bylo řečeno. Ale úplně tak jednoduché to není, podotýká opět rostlinný biolog Viktor Žárský:
„V tom všem, aby to bylo živé, hrají velmi podstatnou roli i všechny další složky buňky, včetně membránového systému, který je tak důležitým zdrojem stavebního materiálu a včetně cytoskeletu. Nás zajímá, jakým způsobem se rostlinná buňka tvaruje. Když se má rostlinná buňka tvarovat, základní věcí je, že to nemůže být koule, která má všude stejné vlastnosti, ale musí mít nějaký ‚severní a jižní pól‘ – různé konce. A my se právě snažíme odhalit, které procesy přispívají k tomu naznačení různých typů konců téže buňky, aby třeba na jednom konci buňka nerostla a na druhém rostla. A já jsem rád, že tady mám své tři mladé spolupracovníky, kteří povědí o tom, jak je cytoskelet a membránový povrch buňky důležitý pro tvarování buňky, pro její dynamiku a polaritu a na závěr i to, jak to všechno hraje důležitou roli ve stavbě povrchu buněčné stěny.“
Trojice mladých rostlinných biologů z týmu Viktora Žárského nedávno publikovala tři významné objevy na stránkách zahraničních odborných časopisů. Čeho se týkaly?
Už jsme slyšeli, že rostlinná buňka drží svůj tvar díky buněčné stěně na povrchu, pod kterou se nachází membrána, k níž je připojen cytoskelet – jakési buněčné lešení. I cytoskelet hraje významnou roli při tvarování rostlinné buňky. Drží ji pohromadě a ještě slouží k dopravě stavebního materiálu zvnitřku k povrchu buňky. Cytoskelet si prý ale nesmíme představovat jako nějakou stabilní „kostru“. Jak říká Matyáš Fendrych, buněčné lešení sestává ze dvou typů stavebních prvků:
Cytoskelet, buněčné lešení, musí být samozřejmě v buňce nějak zakotven a musí spolupracovat s jejím povrchem. Rostlinný biolog Roman Pleskot studoval právě vzájemné působení a vazby jemného aktinového lešení s buněčnou membránou. Zjednodušeně řečeno, lešení u domu musí být nejen dobře smontované, ale aby se nezhroutilo, musí být také připevněno k samotnému domu.
Jak fungují tyto vazby mezi lešením cytoskeletu a zdí domu, tedy membránou rostlinné buňky? O tom právě hovoří Roman Pleskot a po něm opět i Viktor Žárský:
Tady bychom měli připojit pár vysvětlivek.
Fytopatogeny jsou původci nemocí rostlin; organismy, které způsobují onemocnění svého hostitele. A lipidy, o kterých tu také byla řeč, jsou – obecně řečeno – tuky. Ty v organismu slouží jako zdroj a zásobárna energie, jsou ale také jeho důležitými stavebními složkami, chrání ho a nebo izolují... Systém vytváření buněčné polarity, o kterém se tu mluvilo, přispívá třeba k tomu, že na povrchu semene se hromadí ochranné látky, polysacharidy, které jsou velmi důležité pro přežití a správné vyklíčení semene. Polysacharidy – to jsou v podstatě cukry... A nám teď jde hlavně o pektin, který se podílí na stavbě některých typů rostlinné tkáně. O třetím a posledním výzkumu našich rostlinných biologů hovoří Ivan Kulich:
Tým rostlinných biologů z Katedry experimentální biologie rostlin Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy a z Ústavu experimentální botaniky Akademie věd České republiky v Praze, pod vedením Viktora Žárského, na svých objevech nepracoval sám. Podíleli se na nich také odborníci z jiných institucí. Ať už jde o Vysokou školu chemicko-technologickou v Praze, univerzitu v anglickém Durhamu nebo Oregonskou státní univerzitu v Corvallisu. Jak taková spolupráce na dálku probíhá si v Planetáriu řekneme někdy jindy. Naše návštěva mikrokosmu rostlinné buňky je protentokrát u konce.
Vysíláno v Planetáriu č. 27/2010, 3. - 9. července.
Přepis: NEWTON Media, a.s., redakčně upraveno.
Kompletní rozhovor si poslechněte ZDE (17:16).
