Название вакуоли происходит от латинского «vacuus», что значит «пустой». Но не нужно торопиться и относить вакуоли в разряд пустых и ненужных. Это небольшие или крупные полости, которые присутствуют в животных, растительных клетках и многоклеточных организмах.
Что такое вакуоли?
Похожие на мелкие пузырьки или крупные полости, вакуоли образуются на участках эндоплазматической сети и комплекса Гольджи. От цитоплазмы они отделены мембраной, которая сохраняет их внутреннее содержимое: жидкость с растворенными в ней веществами.
Животные клетки содержат небольшие по размеру вакуоли, похожие на маленькие пузырьки. В растительных клетках расположена одна большая, центральная вакуоль, которая занимает значительный объем.
Строение
Вакуоль устроена довольно просто. Ее однослойная мембрана называется тонопластом. Внутри вакуоли находятся растворенные в воде
Тонопласт не изолирует полностью внутреннее содержимое. Он содержит поры, через которые поступает вода и другие вещества. «Плотный пузырек» давит на цитоплазму, придавая клетки тургор, поддерживая ее в упругом состоянии.
На заметку:В молодых клетках содержится несколько небольших вакуолей в виде пузырьков. С возрастом они сливаются, и в клетке остается одна большая вакуоль, которая занимает много места: до 90% от общего объема клетки.
Функции
Вакуоли выполняют разнообразные функции. Это зависит от конкретной клетки, в которой они находятся. Если это одноклеточный организм – роль одна, растительная клетка – роль другая. Если обобщить, то вакуоль выполняет следующие задачи:
На заметку:Вакуоли выводят из клетки токсичные соединения, такие, как тяжелые металлы и гербициды. За счет внутренней, кислой среды эти органоиды расщепляют крупные макромолекулы, которые засоряют цитоплазму.
Основные функции вакуолей представлены в таблице:
Тип вакуоли
Строение, расположение. Функции
Запасающая
В клетках плодов, семян, корневищ многих растений, и некоторых тканей животных, разрастаясь, занимает почти весь объём
Расположена в клетках животных, губок, микроорганизмов. Быстро меняет объём и форму.
В клетках животных и одноклеточных организмов. Отличается формой (у инфузорий — напоминает звёздочку).
Обычна для клеток растений с плавающими на воде листьями, ряски, плавучих микроводорослей наподобие спирулины, некоторых водных животных.
В клетках многих растений, насекомых, рыб (фугу), ядовитых животных. Содержит алкалоиды, полифенолы и прочее (пример: соланин зелёных картофельных клубней).
Вакуоль в животной клетке
Вакуоли – органоиды, типичные для растений и грибов, встречаются они и в животных клетках. Здесь они представлены небольшими пузырьками, «плавающими» в цитоплазме.
В животных клетках вакуоли – это по сути лизосомы, которые содержат ферменты и способны к процессам фагоцитоза и пиноцитоза. Они переваривают питательные частицы и отмершие элементы клетки. Вакуоли запасают вещества, переваривают пищевые частицы и питательные растворы, а также регулируют содержание воды и солей.
Вакуоль в растительной клетке
В клетках растений вакуоль – важный по значению органоид. Она крупных размеров и занимает до80-90% от объема клетки. Растительный органоид:
Клетка нуждается в вакуолиях. Этот органоид важен для пищеварения, водно-солевого обмена, детоксикации (очищения организма от токсинов), роста и развития клеток. Вакуоль – важная составная часть растительной клетки. Важна она и для простейших, грибов, и для многоклеточных организмов. Вакуоль не содержится в вирусах и фагах.
Если перевести с латинского языка название этой органеллы «вакуоль», то это означает «пустой». Но это не совсем так. Назвать вакуоли ненужными, а тем более пустыми будет абсолютно неправильно.
Вакуоли – это действительно полости, которые есть в клетках растений и животных. В зависимости от тканей, местоположения, возраста клетки, вакуоли могут выполнять очень разнообразные функции. Особенно многочисленны функции вакуолей в растительных клетках.
Вакуоли – это органеллы клетки, которые представляют собой полости, заполненные жидкостью (клеточным соком) и отделенные от цитоплазмы клетки одной мембраной.
Особенности строение вакуолей растительной клетки
Строение вакуоли очень простое. Это «пузырек», окруженные однослойной мембраной. Эта мембрана называется тонопласт. Мембрана вакуоли не изолирует ее от внутреннего содержимого клетки полностью. Тонопласт содержит поры. Через них внутрь вакуоли могут проникать вода и другие вещества. Кроме этого, тонопласт помогает создавать кислую среду внутри содержимого вакуоли. Происходит это путем переноса из цитоплазмы в вакуоль ионов водорода.
Вакуоли образуются из слившихся вместе везикул. Их образуют эндоплазматический ретикулум и комплекс Гольджи. В молодой растительной клетки вакуоли небольших размеров и обычно их несколько штук. Клетка растет и созревает, и мелкие вакуоли сливаются. Они образуют одну большую, так называемую, центральную вакуоль. Эта крупная вакуоль может занимать до 90% объема растительной клетки.
Функции вакуоли растительной клетки
Поскольку основное местонахождение вакуолей это растительные клетки, то и главная роль этого органоида именно в растительных клетках. Какие же функции выполняют вакуоли?
Еще одна интересная функция вакуолей, сходна с функций лизосом. Вакуоли участвуют в гибели и расщеплении клеток. В растительных клетках гибель их происходит посредством процесса автолиза. Автолиз растений – это процесс разрушения растительной клетки с помощью своих же ферментов. Тонопласт разрывается и содержимое вакуолей попадает в цитоплазму клетки. Ферменты вакуолей разрушают, можно сказать «переваривают» всю клетку.
Типы вакуолей растительной клетки
Тип вакуолей определяется их основной функцией.
Химический состав вакуоли растительной клетки
Что же составляет химический состав вакуолей? Клеточный сок – это результат жизнедеятельности протопласта клетки. Клеточный сок – это водный раствор, обычно слабо концентрированный. В его состав входят как различные органические вещества, так и минеральные. Эти смеси образуют истинные или коллоидные растворы. При обезвоживании вакуолей эти вещества превращаются в форму кристаллов или кристаллоидов.
Клеточный сок имеет кислую среду. Состав химических веществ в клеточном соке во многом зависит от вида и состояния самого растения и его возраста.
Неорганические вещества клеточного сока:
Органические вещества более разнообразны:
Примером красного цвета антоцианов могут быть расцветки в цветках пионов, гераней, маков, роз. Синий цвет — это антоцианы клеток цветков дельфиниума, васильков; малиново-лиловый — сливы, винограда, даже корнеплод свеклы.
Ярко-красный цвет осенних листьев – это тоже заслуга антоцианов. По мере разрушения хлорофилла, антоцианов становится все больше, особенно в холодную и солнечную погоду. Обратите внимание, что самые яркие листья во время холодной, но ясной осени.
Эти вещества, соединяясь с белками дают нерастворимое соединение. Богаты этими веществами кора дуба (до 20%), листья чая (15-20%). При дублении кожи, получается очень прочное и красивое изделие. Кроме дубления кожи, дубильные вещества используются как лекарства. Например, при лечении расстройств желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), ожогов и кожных заболеваний. Они обладают еще вяжущим и противовоспалительным свойствами.
Обычно они накапливаются в вакуолях клетки, но при обезвоживании могут выпасть из коллоидного раствора, образуя кристаллоиды. Кристаллоид, заключенный в тонопласт высохшей вакуоли, называется алейроновым зерном.
Алколоиды обычно обладают жгучим вкусом и ядовиты. Они имеют выраженную физиологическую активность. И хотя для растений они полезны лишь косвенно, то на организмы животных и человека могут оказывать достаточно сильное влияние. И это влияние может быть как положительным, так и отрицательным, а иногда и губительным.
Размер вакуоли в растительной клетке
Поскольку вакуоли располагаются внутри клеток, то их размеры сопоставимы с размерами клеток. Например, большинство клеток растений имеет размер 15-60 мкм (бывают экземпляры как 10, так и 100 мкм). Клетки животные меньше по размеру.
Обычно объем вакуоли в клетки составляет более 30% от объема клетки. Но это не постоянная величина. В зависимости от типа клетки вакуоли могут составить от 5 до 90% объема клетки.
Количество и размер вакуолей также зависит и от возраста клеток. В молодых клетках – вакуоли небольшие и их несколько. С возрастом клетки, вакуоли сливаются в одну крупную.
Чем отличается вакуоль растительной клетки от животной
Вакуоли характерны в основном для клеток растений и грибов. Но некоторые животные клетки также могут содержать вакуоли.
В животных клетках вакуоли по своей сути выполняют функцию лизосом. Они содержат ферменты. С помощью процессов фагоцитоза и пиноцитоза вакуоли переваривают питательные частицы, отмершие части и элементы клеток.
Как и вакуоли растительных клеток, они накапливают и запасают питательные вещества и регулируют содержание солей и воды в клетках.
Какое значение для растительной клетки имеет вакуоль
Значение вакуолей важно для любой клетки, но особенно для растительной. Можно сказать, что клетки нуждаются в вакуолях. Единственные организмы, клетки которых не содержат вакуолей – это вирусы и бактериофаги (разновидность вирусов, «живущих» внутри бактерий).
Значение вакуолей растительных и животных клеток связано с их основными функциями.
По мере потребления питательных веществ, клетка восполняет необходимость в них из вакуолей. Конечно, образовавшиеся в процессе жизни клетки «отходы» тоже нужно как-то утилизировать. И здесь основную помощь оказывают вакуоли.
В составе сока, находящегося внутри вакуолей, есть ферменты. Именно они разрушают все образовавшиеся вредные соединения. Очень важно значение вакуолей при гибели клетки. Вакуоли отмерших клеток лопаются, и ферменты разрушают уже не только продукты жизнедеятельности клетки, но и саму клетку. Это явление автолиза.
Ни одна растительная клетка не сможет существовать без внутреннего давления или тургора. Некоторые клетки умеют увеличиваться в размерах, и расти за счет этого растяжения. Вакуоли поддерживают упругость клеток.
Водный баланс важен для любого организма, в том числе и для клеток. Удерживать концентрацию внутриклеточной жидкости на постоянном уровне и регулировать водный баланс помогают вакуоли.
Даже внешняя красота листьев, цветов и плодов связана с вакуолями растительных клеток. В них содержаться красящие вещества, которые придают тканям определенный окрас. Вместе с хромопластами, сочетание цветов получается многообразным.
А вспомните, какое разнообразие вкусов дарят нам растения, благодаря клеточному соку. Сладкая малина, кислая смородина, кисло-сладкая облепиха. А лимон? Достаточно сказать название и мгновенно вспоминается яркий кислый вкус. Количество запасенного сока тоже впечатляет. Персики и вишня, арбузы и дыни. Даже высушенный сок вкусен – курага и изюм.
вакуоли являются многофункциональными органеллами, обнаруженными в клетках всех растений и грибов, а также в некоторых клетках протистов, животных и бактерий.
Термин «вакуоль» происходит от латинского «vacuus», что означает «пустой», так как они выглядят как пустой карман при просмотре под микроскопом.
Действительно, вакуоли представляют собой небольшие компартменты в цитоплазме клетки, однако, в отличие от того, что наблюдается человеческим глазом, они не пусты, но содержат химические вещества и ферменты, которые позволяют разлагать вещества (такие как пищевые и токсичные соединения). ).
Характеристика вакуолей
1- Вакуоли состоят в основном из воды и аминокислот. Кроме того, жидкости в вакуолях включают ферменты, сахара, минеральные соли (калий, натрий), кислород, углекислый газ и некоторые пигменты, отвечающие за окраску листьев растений и цветов..
2. Вакуоли окружены слоем липидов, что позволяет не допускать попадания соленой воды в цитоплазму. Этот слой называется «тонопласт».
3. Вакуоли образуются, когда везикулы, выделяемые эндоплазматическим ретикулумом, и пузырьки, выделяемые аппаратом Гольджи, сливаются в одной органелле..
4- Они находятся в основном в клетках растений и грибов. Тем не менее, некоторые животные, бактериальные и протистические клетки имеют вакуоли.
5- Вакуоли не имеют определенного размера или формы. Эти две характеристики будут зависеть от индивидуальных потребностей клетки.
6- Новые клетки содержат серию небольших вакуолей; однако, когда клетка созревает, эти маленькие органеллы сливаются в единую центральную вакуоль.
7- Центральная вакуоль занимает 90% объема ячейки и может занимать 95%, когда она расширяется за счет поглощения воды.
8- Вакуоли в растениях выполняют функции, подобные лизосомам в клетках животных, поскольку оба являются мешочками, которые содержат пищеварительные ферменты.
Функции вакуолей
Вакуоли выполняют широкий спектр функций внутри клетки. Среди основных функций следующие:
1- регулировать осмотические свойства клетки
Следует отметить, что вакуоли регулируют прохождение этих веществ, сохраняя те, которые они считают вредными, и метаболизируя другие вещества..
2- Хранить вещества
Вакуоли позволяют хранить различные вещества, необходимые для клеток, такие как пища, вода, ионы, минералы, питательные вещества, ферменты, растительные пигменты и полезные бактерии для клетки..
Таким же образом, вакуоли позволяют хранить отработанные ячейки, а также изолировать материалы, которые могут быть вредными..
3- Помогите сохранить давление внутри клетки (тургор)
Это явление создает избыточное давление на клеточную стенку. Вакуоли сбрасывают часть этого давления, используя воду (гидростатическое давление), которая помогает поддерживать жесткость ячейки и растения.
4- Поддерживать баланс рН внутри клетки
Вакуоль поглощает кислотность цитоплазмы клетки.
5- Экспорт продуктов из клетки
В отличие от животных, растения не имеют самой системы выведения, поэтому она зависит от других методов удаления отходов и токсичных веществ..
Клетка использует вакуоль, чтобы избавиться от молекул, которые ей не нужны. Для достижения этого вакуоль поглощает нежелательный элемент и, следовательно, движется к клеточной стенке.
Оказавшись в клеточной стенке, вакуоль сливается с ней, «мусор» открывается и удаляется. Затем эта органелла закрывается и отделяется от клеточной стенки,
6- Разложение молекул
Кислая среда внутри вакуолей, а также ферменты, присутствующие в этой органелле, помогают разрушать большие молекулы, которые отправляются в вакуоли..
Тонопласт вмешивается в перенос ионов водорода из цитоплазмы в вакуоль, что повышает кислотность окружающей среды. В этом смысле вакуоли напоминают лизосомы в клетках животных.
7- Детоксикация
Вакуоли защищают цитозоль от токсичных веществ, таких как тяжелые металлы и гербициды.
8- Защита
Некоторые вакуоли хранят и выделяют химические соединения, которые являются ядовитыми или имеют плохой вкус. Эти химические вещества удерживают хищников от тела.
9- Прорастание семян
Вакуоли являются источником питательных веществ, которые требуются семенам для прорастания, так как эти органеллы хранят углеводы, белки и липиды, необходимые для роста..
10- Автолиз
Тонопласт, который окружает вакуоль, разрушается, высвобождая вещества, которые он хранит; Позже пищеварительные ферменты вакуоли разлагают клетки.
Вакуоли также вмешиваются в другие клеточные действия, такие как:
Вакуоль: значение, функции и типы вакуолей в клетках
Вакуоль — это мембраносвязанная органелла, которая присутствует в клетках растений и грибов, а также в некоторых клетках протистов (эукариотов), животных и бактерий. Вакуоли — это, по существу, закрытые отсеки, которые заполнены водой, содержащей неорганические и органические молекулы, включая ферменты в растворе, хотя в некоторых случаях они могут содержать твердые вещества, которые были поглощены.
Вакуоли образуются в результате слияния нескольких мембранных везикул и фактически являются их более крупными формами. Органелла не имеет основной формы или размера; ее структура изменяется в соответствии с требованиями клетки.
Открытие
Сократительные вакуоли («звезды») были впервые обнаружены Спалланцани (1776) у простейших, хотя и ошибочно приняты за органы дыхания. Дюжарден (1841) назвал эти «звезды» вакуолями. В 1842 году Шлейден применил термин для растительных клеток, чтобы отличить структуру с клеточным соком от остальной протоплазмы.
В 1885 году де Фриз назвал вакуольную мембрану тонопластом.
Функция вакуолей
Функция и значение вакуолей сильно варьируют в зависимости от типа клеток, в которых они присутствуют, занимая гораздо большее место в клетках растений, грибов и некоторых протистов, чем у животных и бактерий. В общем случае функции вакуоли включают в себя:
Вакуоли также играют важную роль в аутофагии, поддерживая баланс между биогенезом (производством) и деградацией (или оборотом) многих веществ и клеточных структур в определенных организмах. Они также помогают в лизисе и утилизации неправильно свернутых белков, которые начали накапливаться в клетке.
Томас Боллер и другие предположили, что вакуоль участвует в разрушении вторгающихся бактерий, а Роберт Б. Меллор предположил, что органоспецифические формы играют роль в «жилье» симбиотических бактерий. У протистов вакуоли выполняют дополнительную функцию хранения пищи, которая была поглощена организмом, и помогают в процессе пищеварения и утилизации отходов для клетки.
В клетках животных вакуоли выполняют в основном подчиненную роль, помогая в более крупных процессах экзоцитоза и эндоцитоза.
Животные вакуоли меньше, чем их растительные аналоги, но также обычно больше по количеству. Есть также животные клетки, которые не имеют вакуолей.
Экзоцитоз — это процесс экструзии белков и липидов из клетки. Эти вещества всасываются в секреторные гранулы в аппарате Гольджи, прежде чем транспортироваться к клеточной мембране и секретироваться во внеклеточную среду. В этом качестве вакуоли представляют собой просто везикулы — хранилища, которые позволяют удерживать, транспортировать и утилизировать выбранные белки и липиды во внеклеточную среду клетки.
Эндоцитоз является обратной стороной экзоцитоза и может протекать в различных формах. Фагоцитоз («поедание клеток») — это процесс, при котором бактерии, мертвые ткани или другие частицы материала, видимые под микроскопом, поглощаются клетками. Материал вступает в контакт с клеточной мембраной, которая затем инвагинирует.
Инвагинация прекращается, оставляя поглощенный материал в вакуоле, заключенном в мембрану, и клеточную мембрану нетронутой. Пиноцитоз («клеточное питье») — это, по сути, тот же процесс, с той разницей, что проглоченные вещества находятся в растворе и не видны под микроскопом.Фагоцитоз и пиноцитоз осуществляются совместно с лизосомами, которые завершают расщепление поглощенного материала.
Компоненты типичной животной клетки: 1. Ядрышко 2. Ядрo 3. Рибосома (точки в составе 5) 4. Везикула 5. Грубый эндоплазматический ретикулум 6. Аппарат Гольджи (или тело Гольджи) 7. Цитоскелет 8. Гладкий эндоплазматический ретикулум 9. Митохондрия 10. Вакуоль 11. Цитозоль (жидкость, содержащая органеллы; с которой состоит цитоплазма) 12. Лизосома 13. Центросома 14. Клеточная мембрана
Типы вакуолей
Газовые вакуоли
Газовые пузырьки, также известные как газовые вакуоли, представляют собой наночастицы, которые свободно проницаемы для газа и встречаются в основном у цианобактерий, но также встречаются у других видов бактерий и некоторых архей.
Газовые пузырьки позволяют бактериям контролировать свою плавучесть. Они образуются, когда небольшие биконические структуры вырастают, образуя веретена. Стенки пузырьков состоят из гидрофобного газового везикулярного белка А (GvpA), который образует цилиндрическую полую белковую структуру, заполняющуюся газом. Небольшие отклонения в аминокислотной последовательности вызывают изменения в морфологии газового пузырька, например, GvpC — это более крупный белок.
Центральные вакуоли
Большинство зрелых растительных клеток имеют одну большую вакуоль, которая обычно занимает более 30% объема клетки, и которая может занимать до 80% объема для определенных типов клеток и условий.Нити цитоплазмы часто проходят через вакуоль.
Вакуоль окружена мембраной, называемой тонопластом и заполнена клеточным соком. Также называемый вакуолярной мембраной, тонопласт представляет собой цитоплазматическую мембрану, окружающую вакуоль, отделяющую вакуолярное содержимое от цитоплазмы клетки. Как мембрана, она в основном участвует в регулировании движения ионов вокруг клетки и выделении материалов, которые могут быть вредными или представлять угрозу для клетки.
Перенос протонов из цитозоля в вакуоль стабилизирует рН цитоплазмы, делая внутреннюю часть вакуоли более кислой, создавая движущую силу протонов, которую клетка может использовать для транспортировки питательных веществ в вакуоль или из нее. Низкий рН вакуоли также позволяет действовать деградирующим ферментам.
Хотя одиночные большие вакуоли наиболее распространены, размер и количество вакуолей могут варьировать в различных тканях и стадиях развития. Например, развивающиеся клетки в меристемах содержат маленькие провакуолы, а клетки сосудистого камбия имеют много маленьких вакуолей зимой и одну большую летом.
Помимо хранения, основная роль центральной вакуоли заключается в поддержании давления тургора на клеточную стенку. Белки, содержащиеся в тонопласте (аквапорины), управляют потоком воды в вакуоль и из нее посредством активного транспорта, перекачивая ионы калия (К+) внутрь вакуоли и из нее.
Благодаря осмосу вода будет диффундировать в вакуоль, оказывая давление на клеточную стенку. Если потеря воды приводит к значительному снижению тургорного давления, клетка начинает плазмолитизироваться.
Давление тургора, оказываемое вакуолями, также необходимо для клеточного удлинения: поскольку клеточная стенка частично разрушается под действием экспансинов, менее жесткая стенка расширяется под давлением, идущим изнутри вакуоли. Давление тургора, оказываемое вакуолем, также необходимо для поддержания растений в вертикальном положении.
Другая функция центральной вакуоли заключается в том, что она толкает все содержимое цитоплазмы клетки к клеточной мембране и таким образом удерживает хлоропласты ближе к свету. Большинство растений хранят химические вещества в вакуоли, которые вступают в реакцию с химическими веществами в цитозоле. Если клетка разрушена, например, травоядным, то эти два химических вещества могут вступать в реакцию, образуя токсичные химические вещества. В чесноке аллиин и фермент аллииназа обычно разделяются, но образуют аллицин, если вакуоль нарушена. Аналогичная реакция отвечает за образование syn-propanethial-S-оксида при резке лука.
Вакуоли в клетках грибов выполняют те же функции, что и в растениях, и на каждую клетку может приходиться более одной вакуоли. В дрожжевых клетках вакуоль представляет собой динамическую структуру, способную быстро изменять свою морфологию. Они участвуют во многих процессах, включая гомеостаз клеточного рН и концентрацию ионов, осморегуляцию, накопление аминокислот и полифосфатов и деградационные процессы. Токсичные ионы, такие как стронций, кобальт и свинец транспортируются в вакуоль, чтобы изолировать их от остальной части клетки.
Сократительные вакуоли
Сократительные вакуоли — это специализированная осморегуляторная органелла, которая присутствует у многих свободноживущих эукариотов. Сократительная вакуоль является частью комплекса сократительной вакуоли, который включает в себя радиальные плечи и губку.
Сократительный вакуольный комплекс работает периодически, чтобы удалить избыток воды и ионов из клетки, чтобы сбалансировать поток воды в клетку. Когда сократительная вакуоль медленно поглощает воду, сократительная вакуоль увеличивается, это называется диастолой, и когда она достигает своего порога, центральная вакуоль сокращается, а затем периодически сокращается (систола), чтобы высвободить воду.]
Пищевые вакуоли
Пищевые вакуоли (также называемые пищеварительными вакуолями — это органеллы, обнаруженные в инфузориях, и Plasmodium falciparum, простейший паразит, вызывающий малярию.
Компоненты типичной животной клетки: