Plastidy

Rostliny se od nás živočichů zásadně liší. Obvykle vedou přisedlý způsob života a živí se autotrofně. Nepotřebují organické molekuly, neboť pro stavbu svých těl využívají anorganické látky a sluneční energii. Za tímto účelem mají specifické buněčné organely – plastidy (obr. 1).

Pro vysvětlení rozdílů mezi rostlinami a živočichy musíme jít do dávné geologické minulosti, do časů, kdy vznikaly eukaryotické buňky. Vyvinuly se z menších a jednodušších buněk prokaryotických a mají na rozdíl od nich pravé buněčné jádro. Během jejich vývoje se opakovaně uplatnila vnitrobuněčná symbióza (endosymbióza, Vesmír 91, 103, 2012/2 a 91, 90, 2012/2). Společnou endosymbiotickou organelou eukaryot jsou mitochondrie, které vznikly z eubakterií schopných aerobního dýchání, jež potom umožnilo mohutný rozvoj eukaryotických buněk (Vesmír 95, 354, 2016/6). Podmínkou dýchání byla fotosyntéza produkující kyslík, kterou uměly jiné eubakterie – sinice (cyanobakterie, Vesmír 96, 85, 2017/2). Eukaryotičtí prvoci během další evoluce sinice pohltili a využili je k úspěšnému endosymbiotickému ovládnutí fotosyntézy (obr. 3; [1]). Vznikly plastidy a otevřela se cesta k evoluci rostlin.

Mitochondrie i plastidy jsou geneticky semiautonomní – mají, byť v omezené míře, vlastní DNA a vlastní proteosyntetický aparát. Eukaryotické buňky rostlin mají jádro a složitý systém vnitrobuněčných membrán. Díky mitochondriím umějí dýchat kyslík a díky plastidům využívají sluneční záření jako zdroj energie a oxid uhličitý a další anorganické látky jako stavební kameny svých těl. Plastidy (přehled na obr. 2) jsou organely o rozměrech několika tisícin milimetru (rostlinné buňky měří řádově desetiny milimetru). Jsou většinou dobře viditelné v běžném světelném mikroskopu, jejich vnitřní struktura však byla popsána až pomocí transmisního elektronového mikroskopu.

Endosymbiotický vznik plastidů. Uvnitř buňky sinice a plastidu glaukofyta a ruduchy na schématu je vidět tylakoidní vak, na kterém jsou tmavé světlosběrné komplexy, u zelených řas se místo těchto vnějších komplexů vyvinuly jiné světlosběrné komplexy jako součást fotosystémů tylakoidních membrán. Z této třetí skupiny řas s primárními plastidy, zelených řas, vznikly v evoluci suchozemské rostliny. Sekundární endosymbiotický vznik plastidů je na obrázku jen naznačen.Kresba podle [3], upraveno

Vznik a stavba chloroplastů

Ponechme stranou zajímavou, ale komplikovanou problematiku plastidů v buňkách řas (viz např. Vesmír 93, 542, 2014/10) a věnujme se suchozemským rostlinám. Dlouho se zdálo, že všechny plastidy na Zemi jsou potomky jedné dávné siničné buňky. A to i přes prokázaný vznik sekundárních (případně i terciárních) plastidů u některých řas. Jde o případy, kdy prvok, který primární plastid ztratil, nebo ho neměl, pohltil eukaryotickou řasu obsahující primární (glaukofytní řasy, ruduchy nebo zelené řasy), nebo i sekundární plastid. Nyní se ukazuje, že evoluce plastidů (nebo spíš evoluce fotosyntetizujících eukaryot) byla složitější.