Vakuolė: ląstelės pūslelės, funkcijos ir reikšmė augalams bei gyvūnams

Sužinokite viską apie vakuolę: struktūrą, funkcijas, vaidmenį augalų ir gyvūnų ląstelėse — vandens kaupimas, turgoras, atliekų šalinimas ir autofagija.

Vakuolė – tai su membrana susieta organelė, dažnai vadinama ląstelės pūslele. Tai uždari maišeliai, kuriuos juosia speciali membrana (tonoplastas), o jų viduje yra ląstelės sultys – tirpalas, kuriame gali būti neorganinių jonų, organinių molekulių, fermentų ir kitų medžiagų. Vakuolės neturi pastovios formos ar dydžio: viena ląstelė gali turėti keletą mažų arba vieną didelę vakuolę, priklausomai nuo ląstelės tipo ir vystymosi stadijos. Jas galima rasti daugumoje eukariotinių ląstelių, o jų reikšmė ir funkcijos skiriasi priklausomai nuo organizmo tipo.

Vakuolės sandara

Vakuolę juosianti membrana vadinama tonoplastu. Ji turi specialius membraninius baltymus ir transporterius, kurie kontroliuoja jonų, vandens ir kitų molekulių pernašą į vakuolę ir iš jos. Vakuolės turinys (ląstelių sultys) gali būti rūgštus ir turėti daug skirtingų medžiagų: druskų, cukrų, aminorūgščių, organinių rūgščių, pigmentų (pvz., antocianinų) ir medžiagų, susijusių su gynyba (alkaloidai, fenoliniai junginiai).

Vakuolės funkcijos

Vakuolės atlieka daugybę svarbių funkcijų, iš kurių dažniausios yra šios:

• Atliekų ir toksinų saugojimas: vakuolės kaupia metabolizmo atliekas ir toksiškas medžiagas, atskirdamos jas nuo likusios ląstelės.
• Vandens saugojimas ir osmoreguliacija: vakuolės kaupia vandenį ir jonus, padėdamos reguliuoti ląstelės tūrį ir hidrostatinį spaudimą.
• Turgoro palaikymas: vakuolė padeda palaikyti turgorą – vidinį hidrostatinį spaudimą, kuris leidžia daugeliui sausumos augalų laikytis vertikaliai ir išlaikyti stiebų bei lapų standumą; čia taip pat svarbus slėgis.
• pH ir jonų homeostazė: vakuolės rūgštinį pH palaiko jonų siurbliai (vakuolinė H+-ATPazė, H+-pyrofosfatazė) ir taip sudaro tinkamą terpę fermentams bei kaupimo procesams.
• Mažų molekulių ir atsarginių medžiagų kaupimas: jos saugo cukrus, organines rūgštis, pigmentus ir kitus metabolitus. Pvz., augalų sėklose baltymai, reikalingi dygimui, yra supakuoti į specialius baltymų kūnelius, tai – vakuolės atmaina.
• Virškinimas ir autofagija: vakuolės dalyvauja autofagijoje, padeda perdirbti ir sunaikinti pažeistus baltymus bei organeles, taip palaikydamos ląstelės vidaus tvarką.
• Gynyba ir cheminė apsauga: vakuolės kaupia antimikrobines medžiagas ir toksinus, kurie gali apsaugoti augalą nuo herbivorų ir mikroorganizmų.
• Spalvos ir kvapo reguliavimas: pigmentai vakuolėse prisideda prie žiedų spalvų (pvz., antocianinai), o aromatinės medžiagos gali kauptis kaip organinės garinės medžiagos.

Skirtumai tarp augalų, gyvūnų ir protistų vakuolių

Augalų ir grybų ląstelėse vakuolės paprastai būna didelės ir svarbios ląstės struktūrai bei metabolizmui; kai kuriose augalų ląstelėse vakuolė užima iki 90 % ląstelės tūrio. Gyvūnų ląstelėse vakuolės paprastai mažesnės ir jų funkcijas dažnai atlieka lizomos arba endosomų sistemos. Kai kurios vakuolės gyvūnų ląstelėse dalyvauja ląstelės transporto procesuose ir perdirbime.

Protistuose yra specialios vakuolių formos: pvz., kai kurie vienaląsčiai turi kontraktilines vakuoles, kurios reguliuoja perteklinį vandenį, apsaugodamos nuo persiurbimo; kiti – virškinimo vakuoles, kurios panašios į lizosomas ir padeda suvirškinti sugertą maistą.

Vakuolės ir imuniniai bei simbiotiniai ryšiai

Vakuolės gali dalyvauti kovojant su bakterijomis arba, priešingai, kai kurios rūšys turi vakuoles, kurios tarnauja kaip simbiotinių bakterijų buveinės. Tai leidžia kai kuriems organizmams palaikyti naudingus mikroorganizmų ryšius arba saugiai naikinti patogenus.

Kaip susidaro vakuolės ir kaip jas tirti

Vakuolės formuojasi iš ląstelės endomembraninės sistemos – endoplazminio tinklo (ER), Goldžio komplekso ir prevakuolinių kompartmentų. Jos dinamiškai keičia dydį ir turinį priklausomai nuo metabolinių poreikių, aplinkos sąlygų (drėgmės, druskingumo) ir vystymosi stadijos. Vakuolių tyrimams naudojami šviesos ir fluorescencinės mikroskopijos metodai, specialūs dažai (pvz., neutral red) bei fluorescenciniai baltymai, žymintys tonoplastą ar vakuolės turinį.

Panaudojimas ir reikšmė žmogui

Supratimas apie vakuolių vaidmenį padeda ūkininkystei (pvz., veisiant augalus atsparius druskingumui, kad jie geriau sequestruotų arba šalin tūksečių metalus), farmacijos pramonei (antracianinų ir kitų junginių gamyba), bei biologinei inžinerijai (naudojant vakuoles baltymų kaupimui sėklose ar modifikuotiems metabolitams kaupti). Vakuolių funkcijų sutrikimai gali lemti augalų senėjimą, jautrumą stresui ar sumažėjusią derlių.

Apibendrinant, vakuolės yra labai universalios ląstelės struktūros, itin svarbios augalų fiziologijai, tačiau reikšmingos ir kituose eukariotiniuose organizmuose. Jos atlieka tiek struktūrines funkcijas (turgoro palaikymas), tiek metabolines (saugojimas, virškinimas, detoksikacija), todėl yra gyvybiškai svarbios elementai ląstelės veiklai.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra vakuolė?

K: Kokios formos ir dydžio yra vakuolės?

K: Kuo svarbios vakuolės skirtingų tipų ląstelėse?

K: Kokius darbus dažniausiai atlieka vakuolės?

K: Kaip protistai naudoja savo vakuolės?

Klausimas: Ar baltyminiai kūneliai panašūs į įprastas vakuoles?

Paieška pagal raidę