Budowa i funkcje ściany komórkowej roślin, Publikacje z Biologia

Pobierz Budowa i funkcje ściany komórkowej roślin i więcej Publikacje w PDF z Biologia tylko na Docsity!

Budowa i funkcje ściany komórkowej roślin

Wprowadzenie Przeczytaj Grafika interaktywna Sprawdź się Dla nauczyciela

Ściana komórkowa jest zewnętrznym elementem otaczającym komórki grzybów, roślin, bakterii i niektórych protistów. Nadaje komórce określony kształt oraz pełni funkcje ochronne (chroniąc ją na przykład przed utratą wody) i wzmacniające. Poza tym stanowi zbiór rożnych związków chemicznych regulujących metabolizm komórkowy. Komórkę pozbawioną ściany komórkowej nazywa się protoplastem.

Twoje cele

Poznasz budowę ściany komórkowej roślin. Wymienisz elementy budowy ściany komórkowej roślin. Wykażesz związek budowy ściany komórkowej roślin z pełnioną funkcją.

Ściana komórkowa znajduje się po zewnętrznej stronie błony komórkowej, a jedną z wielu jej funkcji jest ochrona komórki przed wtargnięciem drobnoustrojów chorobotwórczych. Źródło: Krisan Peters, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 3.0.

Budowa i funkcje ściany komórkowej roślin

Pierwotna i wtórna ściana komórkowa roślin. Źródło: Englishsquare Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ściana komórkowa jest strukturą, która ulega nieustannym zmianom. W jej przebudowie uczestniczą białka modyfikujące polisacharydy (np. pektyny i hemicelulozy). Obecność tych białek ma szczególne znaczenie dla kiełkujących nasion – to od nich zależy, czy proces kiełkowania przebiegnie pomyślnie. Aktywność tych białek warunkuje m.in. elongacje korzenia zarodkowego.

Plazmodesmy

W niektórych miejscach ściany pierwotnej pomiędzy mikrofibrylami przechodzą fragmenty cytoplazmy wyścielone plazmolemmą, czyli tzw. plazmodesmy. Stanowią one szlaki wymiany substancji między sąsiadującymi komórkami.

Budowa plazmodesmy. Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

W przypadku komórek mających ściany wtórne plazmodesmy przenikają przez jamki – niewielkie fragmenty ściany pierwotnej niezajęte przez ścianę wtórną.

Dwa rodzaje jamek: jamka prosta (z lewej) i jamka lejkowata (z prawej). Źródło: Englishsquare Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Modyfikacje struktury wtórnej ściany komórkowej

Wtórna ściana komórkowa roślin może podlegać różnorodnym modyfikacjom polegającym na odkładaniu w niej substancji organicznych lub nieorganicznych.

Wyróżnia się dwa główne sposoby modyfikacji struktury wtórnej ściany komórkowej:

Związki inkrustujące

Do związków inkrustujących należą m.in. lignina, powodująca drewnienie ścian komórkowych (np. komórki drewna, sklerenchymy), oraz krzemionka (np. w skórce skrzypów). Zadaniem substancji inkrustujących jest przede wszystkim mechaniczne wzmocnienie struktury ściany.

Inkrustacja Polega na wprowadzaniu związków chemicznych do wnętrza ściany pomiędzy mikrofibryle. Adkrustacja Polega na odkładaniu związków chemicznych na powierzchni ściany.

Funkcje ściany komórkowej

Komórki roślinne z otaczającymi je ścianami komórkowymi. Preparat przedstawia tkankę asymilacyjną mchu Plagiomnium affine. Źródło: Krisan Peters, wikipedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

Adkrustracja jest procesem polegającym na odkładaniu się substancji organicznych na powierzchni pierwotnej ściany komórkowej (zarówno od wewnątrz, jak i od zewnątrz). Do związków adkrustujących należą głównie tłuszczowce, takie jak woski (estry wyższych kwasów tłuszczowych monokarboksylowych oraz wyższych alkoholi monowodorotlenowych, pełniące funkcję ochronną przed drobnoustrojami) czy kutyna, która odkładana jest na powierzchni skórki liści i łodyg, tworząc warstwę kutykuli, oraz suberyna – powodująca korkowacenie ściany (np. komórki korka). Suberyna jest nieprzepuszczalna dla powietrza i wody, nadaje sztywność ścianom komórkowym komórek korka i chroni roślinę przed utratą wody i przegrzaniem. Adkrustowane mogą być również substancje zawierające polisacharydy, czyli tzw. śluzy. Ich odkładanie obserwuje się m.in. na powierzchni nasion (rzeżucha), a także podczas zranienia roślin (np. guma arabska u akacji senegalskiej). Związki adkrustujące chronią głównie przed utratą wody oraz zabezpieczają przed wnikaniem drobnoustrojów chorobotwórczych do wnętrza rośliny.

Słownik

blaszka środkowa

cienka warstwa substancji międzykomórkowej, występującej pomiędzy ścianami komórkowymi; składa się głównie z pektyn

celuloza

(łac. cellula – komórka) materiał budulcowy tkanek roślinnych; nierozgałęziony, liniowy biopolimer zbudowany z monomerów D‐glukozy połączonych ze sobą wiązaniami β‐1,4‐glikozydowymi; celuloza jest bezbarwna, bezsmakowa i nierozpuszczalna w wodzie

chityna

długi, nierozgałęziony polimer zbudowany z merów glukozydowych i N‐acetyloglukozoaminowych; tworzy m.in. pancerze skorupiaków i pokrywy skrzydeł chrząszczy

hemiceluloza

niejednorodna grupa polisacharydów występujących w ścianie komórkowej roślin; poszczególne węglowodany połączone są ze sobą wiązaniem β‐glikozydowymi, dzięki któremu tworzą się liczne rozgałęzienia

jądro komórkowe

organella występująca u większości komórek eukariotycznych (z wyjątkiem tych, które utraciły jądro komórkowe np. erytrocyty); zawiera główny zasób informacji genetycznej (ok. 99%), która zakodowana jest w DNA chromatyny (pozostała część informacji jest zawarta w DNA mitochondriów oraz plastydów roślin i fotoautotroficznych protistów)

kutykula

cienka warstwa utworzona z kutyny i wosków; pokrywa ściany komórek epidermy, chroniąc roślinę przed wnikaniem drobnoustrojów i nadmiernym parowaniem wody w powierzchni organów, na których występuje

kutyna

substancja woskowata składająca się z polimerów kwasów tłuszczowych; tworzy na powierzchni niektórych organów rośliny nieprzepuszczalną dla cieczy i gazów warstewkę kutykuli, która chroni roślinę przed nadmierną transpiracją i patogenami

lignina

Grafika interaktywna

Budowa pierwotnej ściany komórkowej rośliny

Struktura ściany komórki roślinnej. Źródło: Wikimedia Commons, domena publiczna.

Polecenie 1

Polecenie 2

Przeanalizuj grafikę interaktywną przedstawiającą budowę pierwotnej ściany komórkowej rośliny i wyjaśnij, dlaczego w młodych, rosnących komórkach mikrofibryle ułożone są w różnych kierunkach.

Wyjaśnij, na czym polegają procesy inkrustacji i adkrustacji, wymień związki biorące w nich udział i określ ich znaczenie biologiczne.

Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia: 輸 醙 難

Ćwiczenie 1

Przyporządkuj poniższe organizmy do substancji występujących w ich ścianach komórkowych.

mureina okrzemki

chityna rośliny

celuloza grzyby

krzemionka bakterie

Ćwiczenie 2

Określ prawidłową rolę garbników jako związków inkrustujących.

Zabezpieczają rany drzewa przed wniknięciem patogenów.

Współtworzą kutykulę.

Pełnią funkcję ochronną przed roślinożercami.

Uczestniczą w korkowaceniu ściany.

Ćwiczenie 5

Wskaż stwierdzenia prawdziwe i fałszywe.

Stwierdzenie Prawda Fałsz Między ścianami wtórnymi graniczących ze sobą komórek znajduje się blaszka środkowa. Na obszarze jamki nie odkłada się ściana wtórna. Ściana pierwotna ulega modyfikacjom w procesie adkrustacji. Podłoże ściany komórkowej tworzą rozgałęzione łańcuchy pektyn i hemiceluloz.

Ćwiczenie 6

Wyjaśnij, w jaki sposób zdolność syntezy i odkładania ligniny przyczyniła się do sukcesu ewolucyjnego roślin naczyniowych.

Ćwiczenie 7

Celulazy to grupa enzymów zdolnych do rozłożenia wiązań β-1,4-glikozydowych w procesie hydrolizy. W wyniku tej reakcji w pierwszej kolejności powstaje celobioza, a później glukoza. Enzymy trawienne człowieka potrafią rozcinać wiązanie α-1,4-glikozydowe, ale nie mają funkcji rozcinania wiązań β-1,4-glikozydowych.

Wyjaśnij, dlaczego organizm ludzki nie potrafi strawić błonnika.

Ćwiczenie 8

„Związek między roślinnymi ścianami komórkowymi a rozwojem naszej cywilizacji jest bardzo stary. Przez dziesiątki, może nawet setki tysięcy lat ludzie, używając drewna do budowy domów czy na opał i bawełnianych lub lnianych włókien do produkcji odzieży, wykorzystywali (nawet nie wiedząc o tym) właśnie ściany komórkowe (…). Składniki ścian komórkowych mogą mieć prawdopodobnie także znaczenie farmakologiczne, ponieważ w niektórych przypadkach stwierdzono, że pektyny, arabinogalaktany i białka arabinogalaktanowe są zdolne do aktywacji niektórych typów komórek układu odpornościowego (…). Wysoki poziom (1,3)(1,4)-β-D- glukanów i arabinoksylanów w pożywieniu jest szkodliwy dla zwierząt, zwłaszcza świń i drobiu. Polisacharydy te rozpuszczają się w wodzie, zwiększając lepkość treści jelitowej, spowalniają działanie enzymów trawiennych i zmniejszają wchłanianie strawionych substancji, powodując ogromne straty w produkcji mięsa. Dlatego uzyskanie odmian zbóż o niskiej zawartości takich polisacharydów lub o mniejszej „strawialności” ściany zdecydowanie poprawiłoby jakość i efektywność hodowli (…). Z tych samych powodów, dla których należało obniżyć ich zawartość w paszy dla zwierząt, są bardzo wskazanym składnikiem diety dla chorych na cukrzycę typu 2.”

D. Solecka, Ściana komórki roślinnej – struktura z przyszłością, „Kosmos”, t. 64, nr 3, 2015, s. 415–429.

Wyjaśnij, dlaczego wysoka zawartość glukanów i arabinoksylanów jest wskazana w diecie u chorych na cukrzycę typu 2.

praca indywidualna; praca w parach; praca w grupach; praca całego zespołu klasowego.

Środki dydaktyczne:

komputery z głośnikami, słuchawkami i dostępem do internetu; zasoby multimedialne zawarte w e‐materiale; tablica interaktywna/tablica, pisak/kreda; arkusze papieru A2, flamastry.

Przed lekcją:

1. Przygotowanie do zajęć. Nauczyciel loguje się na platformie i udostępnia uczniom e‐materiał „Budowa i funkcje ściany komórkowej roślin”. Prosi uczestników zajęć o zapoznanie się z tekstem w sekcji „Przeczytaj”, tak aby podczas lekcji mogli w niej aktywnie uczestniczyć i rozwiązywać zadania.

Przebieg lekcji

Faza wstępna:

1. Nauczyciel prosi wskazaną (lub wybraną) osobę o odczytanie tematu lekcji wyświetlonego na tablicy interaktywnej lub za pomocą rzutnika.
2. Raport z przygotowań. Nauczyciel za pomocą dostępnego w panelu użytkownika raportu sprawdza przygotowanie uczniów do lekcji, m.in. kto zapoznał się z udostępnionym e‐materiałem. Nauczyciel poleca uczniom przygotować w parach pytania z nim związane. Czego uczniowie chcą się dowiedzieć? Co ich interesuje w związku z tematem lekcji?

Faza realizacyjna:

1. Grupy ekspertów. Nauczyciel dzieli klasę na cztery grupy. Zespoły na podstawie informacji zawartych w e‐materiale opracowują w formie notatki następujące zagadnienia:
   • grupa I i II – skład i budowa ściany komórkowej roślin;
   • grupa III i IV – funkcje ściany komórkowej roślin. Grupy wybierają po dwóch ekspertów, którzy najlepiej opanowali wiedzę nt. przypisanych zagadnień. Następnie eksperci zamieniają się grupami: I z III, a II z IV. Zadaniem ekspertów jest przekazanie zdobytych informacji. Czas na wykonanie zadania nie powinien przekroczyć 10 min. Po upływie wyznaczonego czasu eksperci wracają do swoich grup. Nauczyciel rozdaje grupom arkusze papieru A1 oraz flamastry. Omawia zasady tworzenia mapy myśli: uczniowie mają w graficzny sposób uporządkować oraz zapisać

informacje dotyczące budowy i funkcji ściany komórkowej roślin. Nauczyciel kontroluje pracę grup, w razie potrzeby wyjaśnia wątpliwości. Po upływie wyznaczonego czasu chętne osoby prezentują mapy myśli wykonane przez swoją grupę.

2. Praca z multimedium („Grafika interaktywna”). Nauczyciel czyta polecenie nr 2 („Wyjaśnij, na czym polegają procesy inkrustacji i adkrustacji oraz wymień związki biorące w nich udział”) i prosi uczniów, aby w parach wykonali zadanie w oparciu o wskazówki zawarte w e‐materiale.
3. Praca całego zespołu klasowego. Nauczyciel rysuje na tablicy tabelę i wypisuje w niej cztery nagłówki: „Substancje organiczne”, „Substancje nieorganiczne”, „Budowa”, „Funkcja”, a następnie prosi uczniów o wskazanie różnic pomiędzy substancjami organicznymi i nieorganicznymi. Uczniowie wymieniają i odpowiednio grupują związki chemiczne występujące w ścianie komórkowej. W kolumnie „Budowa” wskazują cechy budowy związków chemicznych, a w wierszu „Funkcja” zapisują, rolę jaką odgrywają te związki w ścianie komórkowej.
4. Utrwalenie wiedzy i umiejętności. Uczniowie tworzą niewielkie, 3- lub 4‐osobowe zespoły i wykonują ćwiczenie nr 6 (w którym należy wyjaśnić, w jaki sposób zdolność syntezy i odkładania ligniny przyczyniła się do sukcesu ewolucyjnego roślin naczyniowych) z sekcji „Sprawdź się”. Następnie wskazany zespół prezentuje przygotowane odpowiedzi. Klasa ocenia ich poprawność. Nauczyciel wyjaśnia ewentualne wątpliwości.
5. Następne ćwiczenie – nr 8 (dotyczące wpływu wysokiej zawartości glukanów i arabinoksylanów w diecie u chorych na cukrzycę typu 2), wyświetlone przez nauczyciela na tablicy, uczniowie wykonują, pracując w parach. Podczas wspólnych dyskusji rozwiązują zadanie, następnie łączą się z inną parą i kontynuują swoją dyskusję, uzasadniając swój wybór.

Faza podsumowująca:

1. W ramach podsumowania nauczyciel prosi chętnych uczniów, by scharakteryzowali związek budowy ściany komórkowej z pełnioną przez nią funkcją.
2. Nauczyciel prosi uczniów, aby w grupach skonstruowali tabelę prezentującą cechy ścian komórkowych pierwotnej i wtórnej. Grupy prezentują wykonane przez siebie tabele.
3. Zalogowany na platformie nauczyciel wyświetla na tablicy temat lekcji i cele zawarte w sekcji „Wprowadzenie”. W tym kontekście podsumowuje omówione zagadnienia.

Praca domowa:

1. Wykonaj ćwiczenia 1, 2, 3 i 5 z sekcji „Sprawdź się”.

Materiały pomocnicze:

Neil A. Campbell i in., „Biologia Campbella”, tłum. K. Stobrawa i in., Rebis, Poznań 2019.