Vakuoolide, struktuuri, omaduste, funktsioonide ja taimerakkude mõistmine
Mis on Vacuole?
Taimrakkudes leiduvad vakuoolid, spetsiaalsed organellid, taimerakkude ellujäämist mõjutavad suuresti selle raku suurimad organellid. Taimedel on vakuool, mis toimib rõhku moodustava raku turgorina, koht teatud materjalide hoidmiseks, prügikast ja koht teiste organellide lagundamiseks. Loomarakkudel on ka vakuoole, kuid nende suurus on palju väiksem kui taimerakkude vakuolidel.
Vacuole on raku organell, millel on taimerakkudes membraaniga seotud õõnsus, mis sisaldab erinevaid toiduühendeid, ainevahetusjääke, vett ja teisi. Vakuole on 3 tüüpi, nimelt toiduvakuolid, protistides leiduvad kokkutõmbuvad vakuoolid ja taime keskvakuoolid.
Taimerakkudes on eriti küpsetel parenhüüm- ja kollenhüümirakkudel suur keskvakuool (keskvakuool). Seda vakuuli ümbritseb tonoplasti membraan, mis on taimerakkudes tsentoplasma ja tsentoplasma vahel jagunev membraan. Taimede keskmine vakuol moodustub rakuseina kasvu kiiremini kui tsütoplasma kasv. Keskmine vakuol sisaldab vedelikku, mida nimetatakse rakuvedelikuks või rakumahlaks. See mahl on kontsentreeritud lahus, mis sisaldab palju mineraalsooli, suhkruid, hapnikku, orgaanilisi happeid, süsinikdioksiidi, pigmente, ensüüme ja muid ainevahetusjäätmeid.
Vacuole põhifunktsioon
Endoplasmaatiline retikulum on kahekordse membraaniga organell, kuid vakuoolil on ainult üks membraanikiht. See on tingitud hüdrolüütiliste ensüümide aktiivsusest vakuulis, mis seedib vastloodud vakuooli sisemembraani. Selle hüdrolüütilise ensüümi olemasolu tõttu mängib vakuool rolli vanade ja kahjustatud raku organellide lagunemises. Selle funktsioon on peaaegu sarnane loomarakkude lüsosoomide funktsiooniga.
Vakuumis tekkiv veerõhk põhjustab termini turgorrõhk, mis hoiab taimerakud kindlana. Kõrge turgori rõhk põhjustab rakkude pingestumist, madal turgori rõhk aga rakkude lõdvestumist. Madal turgori rõhk põhjustab taimekoe närbumist, nagu taimede puhul, mis ei saa piisavalt vett. Vakuool on koht teatud materjalide, näiteks kaltsiumoksalaadi kristallide ja taimepigmentide hoidmiseks. Kui vaatame spinati lehtede rakke, näeme ladustatud kaltsiumoksalaadi kristallide olemasolu vakuoolis, kuigi mikroskoopilise vaatlusmeetodi abil pole vakuool väga nähtav tavaline.
Taimsed pigmendid, nagu antotsüaniinirühm, lahustuvad vees ja neid hoitakse vakuoolides, see pigment on lehtede ja viljade sinine, punane või lilla. Mõnel taimel on vakuoole, mis sisaldavad happelisi aineid nagu lubi. Selle happe olemasolu põhjustab laimimahla süües haput maitset. Vakuoolid on ka taimerakkude raiskamise koht. Taimede sekundaarse ainevahetuse, näiteks nikotiini ja alkaloidide, tulemused eemaldatakse vakuolis, et mitte muutuda toksiliseks, mis võib rakke ise kahjustada. Mõnel küpsel rakul puuduvad vakuoolid ja muud raku organellid, kuna need toimivad tugi- ja transpordiainetena, näiteks sklerenüümi ja ksüleemkoes.
Vakuooli põhiülesanne on raku turgori ehitamiseks vee juhtimine läbi tonoplasti. Raku turgor on turgori rõhk rakkudele, nimelt rõhk, mis surub rakumembraani taimedes rakuseina vastu, selle rõhu põhjustab osmootse veevoolu tekkimine madala soluudi kontsentratsiooniga osast väljaspool rakku raku vakuoli, kus on rohkem soluudi kontsentratsiooni kõrge. Taimerakud toetuvad sellele survele oma kuju säilitamiseks. Muud vakuooli funktsioonid on:
- Sünteesi säilitamise tulemusena saadakse glükogeen, fenool, tärklis ja glükoos
- Soodustab ainete ringlust rakkudes
- Pigmendi ladustamine (lehed, lilled ja puuviljad)
- Eeterlike õlide ladustamine (õliklass, mis annab erilise lõhna nagu eukalüptiõli)
- Rakkude osmootse rõhu reguleerimine
- Sekundaarsete metaboolsete ja metaboolsete jäätmete nagu kummist lateks, alkaloidid, tanniinid ja kaltsiumoksabit kogunemine
- Rakkude kasvu abivahendid (rakud pikenevad, kui nende vakuoolid neelavad vett, võimaldades rakkudel suuremaks muutuda, luues ainult minimaalselt uue tsütoplasma)
- Kaitse
Taime Vacuole struktuur
Vakuoolid on tavaliselt suurte mõõtmetega, et küpsetes taimerakkudes peaaegu täita kogu tsütoplasma sisu. Seda organelli ümbritseb üks membraan, mida nimetatakse tonoplastiks. Tonoplasti sees on vedelik, mida üldiselt tuntakse rakumahlana. See mahl koosneb olenevalt taime tüübist enamasti veest ja muudest lahustunud ainetest. Noortel rakkudel on koos palju väikseid vakuoole Kui rakk areneb, siis vakuoolid ühinevad, moodustades ühe vakuooli mõõtmise suur. Vakuoolid moodustuvad endoplasmaatilisest retikulumist "ER", mis moodustab väikesi kanaleid, mida nimetatakse provakuolideks. Need väikesed kanalid ühinevad üksteisega, moodustades samasugused organellid pall, pärast seda moodustuvad väikesed vakuoolid ühinevad, moodustades suuremad vakuoolid suur.
Vakuoolid on rakke sisaldavad vedelikud. Vakuooli sees on membraan, mida nimetatakse tonoplastiks. Neid organelle leidub paljudes taimerakkudes. Isegi kui see on loomarakkudes, on vakuooli kuju väga väike. Vaata joonist 1. Taimne vakuool sisaldab mineraalsoolade, suhkrute, aminohapete, jääkainete (näiteks tanniinid) ja mõnede pigmentide, näiteks antotsüaniinide, lahust. Igal taimerakul on väga mitmekesine vakuoolikuju. Täiskasvanud taimerakkude vakuoolid on suured, noorte taimerakkude vakuoolid on väikesed. Mida vanem taim, seda suurem on vakuool ja sellest võib saada isegi raku domineeriv osa. Taimerakkudes on vakuoolidel mitmesugused funktsioonid, sealhulgas: toiduvarude ja anorgaaniliste ioonide, nagu suhkur, valk, kaalium ja kloriid, hoidmise kohana; osmoregulaatorina, nimelt raku osmootse väärtuse valvurina; ja mängib rolli rakke kahjustavate metaboolsete jääkainete sekretsiooniprotsessis.
Tolmeldavate putukate ligimeelitamiseks on mõnedes taimerakkude vakuoolides pigmendid. Näiteks punased ja sinised pigmendid lillekroonides. Teiselt poolt, et vältida röövloomade lähenemist, sisaldavad taimerakkude vakuolid toksilisi ühendeid ja ebameeldivat lõhna. Loomarakkudes leidub vakuoole ainult üherakulistel loomadel. Näitena võib tuua algloomad. Vakuooli funktsioon on toidu seedimise vakuool (kokkutõmbumatu vakuool). Lisaks on algloomadel ka pulseerivad vakuoolid (kontraktiilsed vakuoolid), millel on roll tsütoplasma osmootse rõhu reguleerimisel.
Turgori rõhk
Mis on turgori rõhk? Turgidus tähendab mullitamist. Turgori rõhk tekib siis, kui tsütoplasma on vakuoli suhtes hüpertooniline. Seetõttu absorbeerib vakuool vett, suureneb, nii et rõhk suureneb (turgori rõhk). Lisaks sunnib vakuoolivedelik tonoplasti tungima, nii et ka rakusein surutakse kokku. See rakusein piirab tsütoplasma mahtu. Selle tulemusena avaldab rakuväline keskkond tonoplastile survet, et säilitada raku turgus.
Vacuole Sisukord
- Sahharoos
- Mineraal
- Punane ja sinine pigment
- Fruktoos
- Glükosiid
- Tanniinid
- Eeterlik õli (nt Jasmine jasmiinil, Roseine roosidel, Zingiberiin ingveril)
- Alkaloidid, näiteks keemilised ühendid, mis võivad olla mürgised ja millel on teatud füsioloogilised omadused, nii et neid saab ravimitena kasutada farmaatsias. (nt kofeiin kohviubades, kiniinid kiniinikoores, nikotiin tubakalehtedes, valk teelehtedes, teobromiin puuviljades või kakaoubades, solaniin kartulimugulates)
- Orgaanilised ühendid: süsivesikud, valgud, rasvad
- Anorgaanilised ühendid: nitraat ja fosfaat
- Orgaanilised happed: viinhape ja sidrun
- Ensüüm
- Tärklisterad
Taimerakud sisse Vacuole
Vakuoole esineb nii taime- kui ka loomarakkudes, kuid taimerakkudes tunduvad need suuremad ja selgemad, eriti vanades rakkudes. Taimerakkudes olevat vakuooli ümbritseb üks membraan, mida nimetatakse tonoplastiks. Taimerakkude vakuolid sisaldavad tavaliselt: vett, fenoole, antotsüaniine ja valke, glükosiide, orgaanilisi sooli, valke, tanniine (ained parkija), eeterlikud õlid (nt jasmiin jasmiinis, roosiin roosides, zingiberiin ingveris), alkaloidid (nt kofeiin, kiniin, Nikotiin, lükopersiin jt), ensüümid, tärkliseterad. Mõnel liigil on tuntud kokkutõmbuvad vakuoolid ja kokkutõmbuv. Mõned eksperdid ei sisalda vakuoole raku organellidena. Neid objekte saab näha tavalise valgusmikroskoobiga. Vakuooli ja tsütoplasma vahelist jagamismembraani nimetatakse Tonoplasti vakuooliks.
Taimeraku tsentraalne vakuool on mitmeotstarbeline kamber, mis võib säilitada olulisi orgaanilisi ühendeid, näiteks valke, mis on ladustatud raku vakuoolides seemnetes. see on nüüd ka taimeraku peamine anorgaaniliste ioonide, nagu kaalium ja kloriid, hoidla.
Funktsioonid Paljud taimerakud kasutavad oma vakuoole metaboolsete kõrvalproduktide kõrvaldamiskohtadena, mis tsütosooli kogunemisel rakku kahjustaksid. Mõned vakuoolid sisaldavad rakke värvivaid pigmente, näiteks kroonlehtede punased ja sinised pigmendid, mis aitavad tolmlemisel putukaid lillele meelitada. Vakuoolid võivad aidata taimi kaitsta ka kiskjate eest, sisaldades loomadele toksilisi või ebameeldivaid ühendeid. Taimrakkude kasvul on vakuoolil suur roll, mis vakuoolina suureneb nad imavad vett, võimaldades rakkudel suuremaks saada minimaalsete investeeringutega uus tsütoplasma. Tsütosool hõivab tsentraalse vakuooli ja plasmamembraani vahel sageli ainult õhukese kihi, seega on plasmamembraani pinna ja tsütosoolse mahu suhe isegi suurte taimerakkude puhul suur.
Toit Vacuole
See vakuole toimib toidu seedimiseks ja toidu seedimise tulemuste levitamiseks kogu kehas. Organismid, kes söövad fagotsütoosi teel, ümbritsevad saaki oma plasmamembraani osaga ja neelavad selle alla sulatades seda ümbritseva membraani ja viies selle, mida praegu nimetatakse toiduvakuooliks, tsütosool. Raku tsütoplasmas sulandub vakuool seedimiseks lüsosoomidega. Seeditud toitained transporditakse kasutamiseks tsütosooli ja seedimata materjalid moodustuvad jääkvakuool eemaldatakse rakust protsessiga, mis on enam-vähem vastupidine allaneelamisprotsessile just praegu.
Kokkutõmbuv Vacuole
Enamik maapealseid organisme on dehüdratsiooni ohus, aurustades vett ümbritsevasse keskkonda. Seevastu vees elavad organismid eksisteerivad keskkonnas, kus vett hoitakse rakkudesse liikudes. Mõnel vees elaval protistil on kokkutõmbuv vakuol, struktuur, mis kogub vett ja viib selle keskkonnast rakku ja väljutab kogutud vett perioodiliselt vakuooli kokku tõmbudes pooridena, sellest ka nimi vacuole kokkutõmbuv. Sellel vakuoolil on osmoregulaatori funktsioon, mis reguleerib raku osmootset väärtust.
Kesktehas Vacuole
Kõigil elavatel ja küpsetel taimerakkudel on väga suur vedelikuga täidetud membraaniga seotud organell, mida nimetatakse taime keskseks vakuoliks. Keskne vakuool hõivab rohkem kui 90-95% mahust ja küpsetest rakkudest. Vakuooli membraani nimetatakse tonoplastiks. Tonoplastid on vett ja vees lahustuvaid materjale väga mitteläbilaskvad.
Iseloomulikud tunnused Taimede Vacuoles
- Protistides toimib kontraktiilne vakuool veeregulaatorina.
- Küpsetes taimerakkudes kipuvad vakuolid olema suuremad ja üksikud, mida nimetatakse tsentraalseteks vakuolideks, hõivates umbes 80% või rohkem rakuruumist.
- Loomarakkudes kipuvad vakuoolid olema väiksemad ja neid kasutatakse ajutiselt materjalide ladustamiseks või materjalide transportimiseks.
- Tonoplast on väga oluline ja integreeritud osa membraanisüsteemi võrgustikust (endomembraan).
- On koht orgaaniliste ühendite, näiteks valkude ladustamiseks, mis on virnastatud raku vakuolidesse seemnetes.
- See on taimerakkude anorgaaniliste ioonide, näiteks kaaliumi ja kloriidi, peamine hoiukoht.
- Mõned vakuoolid sisaldavad paljusid neid rakke värvivaid pigmente: lillekroonist pärit punaseid ja siniseid pigmente, mis aitavad lille meelitada tolmeldavaid putukaid.
- Värvipigment on epidermise rakkude vakuolis nii kontsentreerunud, et see varjab kloroplasti rohelist värvi.
- Aitab kaitsta taimi kiskjate eest, kuna need sisaldavad mürgiseid või loomadele ebameeldiva lõhnaga ühendeid.
- Taimerakkude suured vakuoolid arenevad väiksemate vakuoolide sulandumisel, mis on võetud endoplasmaatilisest retikulumist ja Golgi kehadest.
- Koe kuju ja jäikus, mis koosneb paljudest rakkudest, millel on ainult esmane sein; Selle põhjuseks on vee ja lahustunud materjalide olemasolu, mis vaakumi sees suruvad. Rõhu tekitab osmoos.
- Vacuolul on veel üks oluline aspekt, mis paneb taimi nägema sellisena, nagu meie neid näeme. Ellujäämiseks peavad taimed omastama piisavalt vett, mineraale, süsinikdioksiidi ja päikesevalgust. Kõiki neid tegureid, isegi päikesevalgust, on sageli vähe või neid saadakse keskkonnast väga vähe. Suur pind hõlbustab oluliselt nende nelja teguri imendumist taimedel: hargnevad juured läbistades suurtes kogustes pinnast, haarab lehe pind päikesevalgust ja neelab sellest süsinikdioksiidi atmosfääri. See, kuidas organismid saavad suure pinna, algab piisavalt suure ruumalaga ja seejärel lagunevad õhukesteks kihtideks nagu lehed või pikkadeks kitsasteks struktuurideks nagu juured või okaspuunõelad. Taimede maht on üsna suur, kuna nende vakuoole täidetakse veega suuremas koguses kui teiste rakkude protoplasmas. Kui taimerakud sisaldavad ainult vakuoolideta protoplasmat nagu loomarakud, siis võib taimerakkudel olla ainult väike osa nende praegusest pinnast.
- Loomade jaoks on energia genereerimiseks ja niiskuse vähendamiseks liikumiseks väga oluline kompaktne ruumala, millel on piiratud pind ja tihe protoplasma.
- Taimse vakuoli funktsioon: turgu säilitamine ja suure mahu säilitamine on staatiline funktsioon.
- Lahustunud aine kontsentratsioon vakuoolis on peaaegu sama kõrge kui soola kontsentratsioon merevees ja tsütosoolis (tavaliselt 0,4-0,6 M).
- Vakuoolis lahustunud materjal:
- mitmesugust soola
- väikesed orgaanilised molekulid (suhkrud ja aminohapped)
-miski valk
-muud molekulid. - Taimsed vakuoolid sisaldavad aineid, mis võivad tsütoplasmat mürgitada, näiteks sekundaarsed metaboliidid (nt alkaloidid ja mitmesugused suhkrumolekulaarsed ühendid).
- Vakuoolid sisaldavad mõnikord ka kristalle; Mõnel liigil on kaltsiumoksalaadi kristallid tavalised.
Osa taime rakujääkidest ja mineraalainetest jääb tingimuste tõttu vakuooli kinni muutus, sisenedes vakuooli uude keskkonda, mis on vähemalt sageli happelisem kui tsütosool. - Vakuoolis olevad ensüümid seedivad mitmesuguseid materjale, mis imenduvad vakuooli, sealhulgas seedivad tsütoplasmat, kui rakk sureb ja tonoplast rebeneb. See võib juhtuda siis, kui puiduraku protoplast laguneb ja sureb. Sellisel juhul toimib vakuolool lüsosoomina, mis on tavaline rakuorganell, mida leidub loomarakkudes, mõnedes seentes ja protistides. Lüsosoomid sisaldavad seedetrakti (hüdrolüütilisi) ensüüme, mis lagundavad imendunud materjali, või need ensüümid seedivad protoplasmi pärast raku surma ja kahjustavad lüsosomaalset membraani.
- Ainult umbes 10% rakulisi valke lagundavatest ensüümidest leidub kõrgemates taimedes ja 90% pärmirakkudes. See ensüüm asub vakuulis.
- Vakuoolidel on homöostaasis oluline roll, nimelt püsi tsütosoolse pH säilitamine. Tsütosoolis olevad liigsed vesinikioonid pumbatakse vakuooli.
- Apelsinide terav hapukas maitse sidrunhappe suure kontsentratsiooni tõttu vakuulis on ilmekas näide. Selliste vakuoolide pH on kuni 3,0, samas kui ümbritseva tsütosooli pH on vahemikus 7,0 kuni 7,5 (peaaegu neutraalne).
- Muud orgaanilised happed kuuluvad CAM sukulentsete taimede (Crassulaceae happelise ainevahetusega taimed) vakuolidesse, mis toodavad öösel hapet ja töötlevad seda päeval fotosünteesis.
- Enamik vakuoole on kergelt happelised (pH = 5-6). Eksperimentaalselt on tõestatud, et kui taimeraku ümbritsev pH muutub drastiliselt, on muutus näha vakuooli pH-s, samal ajal kui tsütosooli pH jääb konstantseks.
- Fosfaat ja nitraat on näited olulistes ioonides, mida hoitakse vakuoolides. Kui tsütosooli fosfaatide ja nitraatide tase langeb liiga madalale, lahkuvad need kaks iooni vakuoolist ja sisenevad tsütosooli. Sama lugu on suhkrute, aminohapete ja paljude teiste varudega.
- Vakuoolis sisalduvad lahustunud ained määravad selle osmootsed omadused ja määravad seetõttu ka kaasuva tsütosooli osmootsed omadused (tsütosool ja vakuool on alati tasakaalus).
- Vakuolide rollis homöostaasis on mõned erandid. Teatud ühendeid, nagu proliin (aminohape), esineb kudedes, mis on veekindlates või soolalähedastes tingimustes, kuid tsütosoolis esinevad need suured kontsentratsioonid. Need ühendid toimivad, et kaitsta tsütosoolseid ensüüme vee- ja soolakeskkonna eest.
- Vakuolides esineb mitmeid keemilisi reaktsioone elusrakkudes. Näiteks etüleeni (gaasilise kasvu regulaatori) sünteesi viimane etapp toimub enamasti vakuooli tonoplastis ja seal toimuvad ka mitmesugused suhkrute muundumised.
- Kui rakk sureb, kaotab tonoplast oma selektiivselt läbilaskva olemuse, nii et hüdrolüütilised ensüümid pääsevad ja põhjustavad raku enesehävitamist.
- Teatud taimed, mis toodavad lateksimahla, alkaloide, tanniine, tärpentiniõli, hoiavad seda vakuoolides. Kummitaimedes ja teistes lateksit tootvates taimedes on lateksi säilitamiseks organellides spetsiaalne reservuaar nimega Lasifers.
- Vacuoles leidub ka algloomades. Algloomade vakuoolid on kokkutõmbuvad vakuoolid ja kokkutõmbumatud vakuolid.
- Taimede ellujäämismehhanism sõltub vakuooli võimest säilitada selles lahustunud ainete kontsentratsioon.
- Närbumisprotsess toimub näiteks seetõttu, et vakuool kaotab rakuseinale turgoorrõhu. - Vakuumis koguti ka suurem osa raku metaboolsetele protsessidele kahjulikest materjalidest, kuna taimedel puudub efektiivne väljutussüsteem nagu loomadel. Ilma vakuoolita peatuvad rakus olevad eluprotsessid biokeemiliste reaktsioonide kaose tõttu
- Vakuoole leidub kõigis taimerakkudes, kuid mitte looma- ja bakterirakkudes, välja arvatud madalamate üherakulistel loomadel.
- Loomarakkude vakuolid: paljud suhteliselt väikese suurusega
- Taimerakkude vakuolid: vähe, kuid suured
- Vakuool on membraaniga seotud organell, mis sisaldab vakuoolivedelikku.
- Taimerakkude vakuoolidel on vorm ja funktsioon rohkem väljendunud kui loomakomplektide vakuoolidel.
- Noortel taimedel on rakud väikeste vakuoolidega, kuid kasvavatel taimedel suur ja küps, näib vakuool laienenud ja domineerib isegi tsütoplasmas ning surub tsütoplasma seina äärele kamber.
- Toiduvakuoolid on organismid, kes söövad fagotsütoosi abil, mis ümbritseb saaki koos plasmamembraani osaga, ja neelata see ümbritseva membraani sulandamise ja selle (praegu toiduvakuooliks nimetatud) ühendamise kaudu tsütosool. Raku tsütoplasmas sulandub vakuool seedimiseks lüsosoomidega. Seeditud toitained transporditakse kasutamiseks tsütosooli ja seedimata materjalid moodustuvad jääkvakuool eemaldatakse rakust protsessiga, mis on enam-vähem vastupidine allaneelamisprotsessile just praegu.
- Kokkutõmbuvad vakuoolid kuuluvad mõnele vees elavale protistile. Kokkutõmbuv vakuol on struktuur, mis kogub vett ja viib selle keskkonnast rakku ja ajab kogutud vett perioodiliselt väljapoole, tõmmates vakuooli kokku nagu a poorid,
- Kesktaime vakuool on väga suur membraaniga seotud organell, mis on täidetud vedelikuga. Keskne taimevakuool kuulub kõigile elusatele ja küpsetele taimerakkudele. Need vakuoolid hõivavad rohkem kui 90-95% mahust ja küpsed rakud.
- Tonoplastid on vett ja vees lahustuvaid materjale väga mitteläbilaskvad.
- Taimede keskvakuooli funktsioonid:
- hoiab ainevahetusprodukte, sealhulgas mitmesuguseid ioone ja toitaineid, nagu glükoos, aminohapped, kaalium ja kloriid.
- vees lahustuvad taimepigmendid (antotsüaniinid, sh peedipigmentid, beetatsüaniinid) - - mürgised ühendid
- sekundaarsed metaboliidid
- Taimekaitse soovimatute kiskjate vastu - Turgori rõhk on oluline taimerakkude suuruse ja pinna suurendamisel rakkude kasvu ajal. See rõhk avaldab ka tsütoplasma jõudu plasmamembraani ja rakuseina vastu, mis aitab rakku jäigana hoida.
- Kui taimed kaotavad turgori, siis nad närbuvad - see seisund on bioloogiliselt tuntud kui plasmolüüs.