Понимание вакуолей, структуры, характеристик, функций и растительных клеток
Что такое вакуоль?
Вакуоли, особые органеллы, обнаруженные в растительных клетках, на выживание растительных клеток в значительной степени зависят от крупнейших органелл, которые есть в этой клетке. У растений есть вакуоль, которая функционирует как тургор клеток, создающих давление, место для хранения определенных материалов, мусорный бак и место для разложения других органелл. Клетки животных также имеют вакуоли, но гораздо меньшего размера, чем вакуоли растительных клеток.
Вакуоль представляет собой клеточную органеллу, которая имеет мембраносвязанную полость в клетках растений, содержащую различные пищевые соединения, метаболические отходы, воду и другие. Существует 3 типа вакуолей, а именно пищевые вакуоли, сократительные вакуоли, обнаруженные у простейших, и центральные вакуоли растений.
В клетках растений, особенно зрелых клеток паренхимы и колленхимы, имеется большая центральная вакуоль (центральная вакуоль). Эта вакуоль окружена мембраной тонопласта, которая представляет собой разделяющую мембрану между центральной вакуолью и цитоплазмой в растительных клетках. Средняя вакуоль у растений образуется в результате роста клеточной стенки быстрее, чем рост цитоплазмы. Средняя вакуоль содержит жидкость, называемую клеточной жидкостью или клеточным соком. Этот сок представляет собой концентрированный раствор, богатый минеральными солями, сахарами, кислородом, органическими кислотами, углекислым газом, пигментами, ферментами и другими метаболическими отходами.
Основная функция вакуоли
Эндоплазматическая сеть представляет собой органеллу с двойной мембраной, но вакуоль имеет только один мембранный слой. Это связано с активностью гидролитических ферментов в вакуоли, которые переваривают внутреннюю мембрану вновь образованной вакуоли. Из-за присутствия этого гидролитического фермента вакуоли играют роль в деградации «разрушенных» клеточных органелл, которые являются старыми и поврежденными. Его функция почти аналогична лизосомам в клетках животных.
Давление воды в вакуоли дает начало термину «тургорное давление», которое сохраняет клетки растений прочными. Высокое тургорное давление заставляет клетки напрягаться, а низкое тургорное давление заставляет клетки расслабляться. Низкое тургорное давление приводит к увяданию тканей растений, как в случае с растениями, не получающими достаточного количества воды. Вакуоль - это место для хранения определенных материалов, таких как кристаллы оксалата кальция и растительные пигменты. Если мы посмотрим на клетки листьев шпината, мы увидим наличие хранящихся кристаллов оксалата кальция. в вакуоли, даже если вакуоль не очень видна при микроскопическом методе наблюдения обычный.
Растительные пигменты, такие как группа антоцианов, растворимы в воде и хранятся в вакуолях, этот пигмент делает листья и плоды синими, красными или пурпурными. У некоторых растений есть вакуоли, содержащие кислотные вещества, например известь. Присутствие этой кислоты делает сок лайма кислым при употреблении в пищу. Вакуоли также являются местом для отходов растительных клеток. Результаты вторичного метаболизма растений, такие как никотин и алкалоиды, удаляются в вакуоль, чтобы не стать токсичными, которые могут нанести вред самим клеткам. Некоторые зрелые клетки не имеют вакуолей и других клеточных органелл, поскольку они действуют как поддерживающие и транспортирующие вещества, например, в ткани склеренхимы и ксилемы.
Основная функция вакуоли - пропускать воду через тонопласт для построения тургора клеток. Клеточный тургор - это тургорное давление на клетки, а именно давление, которое прижимает клеточную мембрану к клеточной стенке у растений, это давление вызывается: появление осмотического потока воды из части с низкой концентрацией растворенного вещества вне клетки в вакуоль клетки с большей концентрацией растворенного вещества высокая. Растительные клетки полагаются на это давление, чтобы поддерживать свою форму. Другие функции вакуоли:
- Сохранение результатов синтеза в форме гликогена, фенола, крахмала и глюкозы.
- Способствует циркуляции веществ в клетках
- Хранение пигмента (листья, цветы и фрукты)
- Хранение эфирных масел (класс масел, дающих характерный запах эвкалиптового масла)
- Регулирование осмотического давления клеток
- Накопление вторичных метаболических и метаболических отходов, таких как латекс каучука, алкалоиды, дубильные вещества и оксабит кальция
- Средства, способствующие росту клеток (клетки удлиняются по мере того, как их вакуоли поглощают воду, позволяя клеткам становиться больше за счет создания минимальной новой цитоплазмы)
- Защита
Структура растений вакуолей
Вакуоли обычно имеют большие размеры и заполняют почти все содержимое цитоплазмы зрелых растительных клеток. Эта органелла окружена единственной мембраной, называемой тонопластом. Внутри тонопласта находится жидкость, известная как клеточный сок. Этот сок в основном состоит из воды и других растворенных веществ, в зависимости от вида растения. Молодые клетки в целом будут иметь множество мелких вакуолей, а также По мере развития клетки вакуоли объединяются, образуя единую вакуоль размером большой. Вакуоли образуются из эндоплазматического ретикулума «ER», который расширяется, образуя небольшие каналы, называемые провакуолями. Эти маленькие каналы будут сливаться друг с другом, образуя органеллы, имеющие форму шар, после этого образовавшиеся маленькие вакуоли объединятся, образуя более крупные вакуоли большой.
Вакуоли - это органеллы в клетках, содержащие жидкость. Внутри вакуоли находится мембрана, называемая тонопластом. Эти органеллы обнаружены во многих растительных клетках. Даже если она находится в клетках животных, форма вакуоли очень мала. См. Рисунок 1. Вакуоль растений содержит раствор минеральных солей, сахаров, аминокислот, отходов (таких как дубильные вещества) и некоторых пигментов, таких как антоцианы. Каждая клетка растения имеет очень разнообразную форму вакуолей. Вакуоли взрослых растительных клеток большие, а вакуоли молодых растительных клеток маленькие. Чем старше растение, тем больше вакуоль, и она может даже стать доминирующей частью клетки. В клетках растений вакуоли выполняют различные функции, в том числе: как место для хранения пищевых запасов и неорганических ионов, таких как сахар, белок, калий и хлорид; как осморегулятор, а именно страж осмотической ценности клетки; и играет роль в процессе секреции продуктов метаболизма, которые повреждают клетки.
Чтобы привлечь насекомых-опылителей, некоторые вакуоли растительных клеток содержат пигменты. Например, красный и синий пигменты в цветочных кронах. С другой стороны, чтобы предотвратить приближение хищных животных, вакуоли растительных клеток содержат токсичные соединения и неприятный запах. В клетках животных вакуоли встречаются только у одноклеточных животных. Пример - простейшие. Функция вакуоли - вакуоль переваривания пищи (неконтрактильная вакуоль). Кроме того, у простейших также есть пульсирующие вакуоли (сократительные вакуоли), которые играют роль в регулировании осмотического давления цитоплазмы.
Тургор Давление
Что такое тургорное давление? Тургидус означает пузыриться. Тургорное давление возникает, когда цитоплазма гипертоническая по отношению к вакуоли. Следовательно, вакуоль впитывает воду, расширяется, так что давление увеличивается (тургорное давление). Кроме того, жидкость вакуолей подталкивает тонопласт, так что клеточная стенка также сжимается. Эта клеточная стенка ограничивает объем цитоплазмы. В результате окружающая среда за пределами клетки оказывает давление на тонопласт, чтобы поддерживать опухоль клетки.
Вакуоль Содержание
- Сахароза
- Минеральная
- Красный и синий пигмент
- Фруктоза
- Гликозид
- Танины
- Эфирное масло (например, Жасмин на жасмине, Розеин на розах, Зингиберин на имбире)
- Алкалоиды, такие как химические соединения, которые могут быть токсичными и обладают определенными физиологическими свойствами, поэтому их можно использовать в качестве лекарств в фармацевтической области. (например, кофеин в кофейных зернах, кинины в коре хинина, никотин в листьях табака, белок в чайных листьях, теобромин во фруктах или какао-бобах, соланин в клубнях картофеля)
- Органические соединения: углеводы, белки, жиры.
- Неорганические соединения: нитраты и фосфаты
- Органические кислоты: винная и лимонная
- Фермент
- Крахмальные зерна
Растительные клетки включены Вакуоль
Вакуоли присутствуют как в клетках растений, так и в клетках животных, но в клетках растений они кажутся крупнее и четче, особенно в старых клетках. Вакуоль в растительных клетках окружена единственной мембраной, называемой тонопластом. Вакуоли растительных клеток обычно содержат: воду, фенолы, антоцианы и белки, гликозиды, органические соли, белки, дубильные вещества (вещества дубильщик), эфирные масла (например, жасмин в жасмине, розеин в розах, зингиберин в имбире), алкалоиды (например, кофеин, хинин, Никотин, ликоперсин и др.), Ферменты, крахмальные зерна У некоторых видов известны сократительные вакуоли и неконтрактильные вакуоли. сократительный. Некоторые специалисты не относят вакуоли к клеточным органеллам. Эти объекты можно увидеть в обычный световой микроскоп. Разделительная мембрана между вакуолью и цитоплазмой называется вакуолью тонопласта.
Центральная вакуоль растительной клетки - это многоцелевой отсек, который может удерживать важные органические соединения, такие как белки, хранящиеся в вакуолях запоминающих клеток в семенах. в настоящее время он также является основным хранилищем неорганических ионов, таких как калий и хлорид, в растительной клетке.
Функции Многие клетки растений используют свои вакуоли в качестве мест удаления побочных продуктов метаболизма, которые могут нанести вред клетке, если они накапливаются в цитозоле. Некоторые вакуоли содержат пигменты, окрашивающие клетки, например красный и синий пигменты лепестков, которые помогают в опылении, привлекая насекомых к цветку. Вакуоли также могут помочь защитить растения от хищников, поскольку содержат токсичные или неприятные для животных соединения. Вакуоль играет важную роль в росте клеток растения, которая увеличивается как вакуоль. они поглощают воду, позволяя клеткам увеличиваться с минимальными затратами на новая цитоплазма. Цитозоль часто занимает лишь тонкий слой между центральной вакуолью и плазматической мембраной, поэтому отношение поверхности плазматической мембраны к цитозольному объему велико даже для крупных растительных клеток.
Пищевая вакуоль
Эта вакуоль предназначена для переваривания пищи и распространения результатов переваривания пищи по всему телу. Организмы, которые питаются путем фагоцитоза, окружают свою добычу частью плазматической мембраны и заглатывают ее. путем слияния окружающей мембраны и перемещения ее, теперь называемой пищевой вакуолью, в цитозоль. В цитоплазме клетки вакуоль сливается с лизосомами для пищеварения. Переваренные питательные вещества транспортируются в цитозоль для использования, а непереваренные материалы превращаются в остаточная вакуоль, которая должна быть удалена из клетки посредством процесса, более или менее противоположного процессу проглатывания прямо сейчас.
Сократительная вакуоль
Большинство наземных организмов подвержены риску обезвоживания, испарения воды в окружающую среду. Напротив, организмы, которые живут в воде, существуют в среде, в которой вода продолжает двигаться в клетки. Некоторые протисты, живущие в воде, имеют сократительную вакуоль, структуру, которая собирает воду и забирает ее в клетку из окружающей среды, и периодически выталкивает собранную воду наружу, сужая вакуоль как пору, отсюда и название вакуоль сократительный. Эта вакуоль выполняет функцию осморегулятора, регулирующего осмотическую ценность клетки.
Центральная заводская вакуоль
Все живые и зрелые клетки растений имеют очень большую заполненную жидкостью мембраносвязанную органеллу, называемую центральной вакуолью растения. Центральная вакуоль занимает более 90-95% объема зрелых клеток. Мембрана вакуоли называется тонопластом. Тонопласты очень непроницаемы для воды и водорастворимых материалов.
Характерные черты Вакуоли растений
- У протистов сократительная вакуоль функционирует как регулятор воды.
- В зрелых растительных клетках вакуоли имеют тенденцию быть более крупными и одиночными, называемыми центральными вакуолями, занимающими около 80% или более клеточного пространства.
- В клетках животных вакуоли, как правило, меньше и используются временно для хранения материалов или для транспортировки материалов.
- Тонопласт - очень важная и неотъемлемая часть сети мембранной системы (эндомембраны).
- Это место для хранения органических соединений, таких как белки, которые накапливаются в клеточных вакуолях семян.
- Это основное хранилище неорганических ионов растительных клеток, таких как калий и хлорид.
- Некоторые вакуоли содержат много пигментов, окрашивающих эти клетки: красные и синие пигменты цветочной короны, которые помогают привлечь к цветку насекомых-опылителей.
- Цветной пигмент настолько сконцентрирован в вакуоли эпидермальных клеток, что маскирует зеленый цвет хлоропласта.
- Помогает защитить растения от хищников, поскольку они содержат соединения, которые являются токсичными или имеют неприятный запах для животных.
- Большие вакуоли растительных клеток развиваются из слияния более мелких вакуолей, взятых из эндоплазматического ретикулума и тел Гольджи.
- Форма и жесткость ткани, состоящей из множества клеток, имеющих только первичную стенку; Это связано с наличием воды и растворенных веществ, выдавливающихся из вакуоли. Давление создается за счет осмоса.
- Есть еще один важный аспект вакуоли, благодаря которому растения выглядят такими, какими мы их видим. Чтобы выжить, растениям необходимо поглощать достаточно воды, минералов, углекислого газа и солнечного света. Каждый из этих факторов, даже солнечный свет, часто бывает недостаточным или очень мало поступает из окружающей среды. Большая площадь поверхности значительно облегчает усвоение растениями этих четырех факторов: ветвящихся корней. проникая в большой объем почвы, листовая поверхность улавливает солнечный свет и поглощает углекислый газ из Атмосфера. То, как организмы получают большую площадь поверхности, начинается с достаточно большого объема, а затем распадаются на тонкие слои, такие как листья, или на длинные узкие структуры, такие как корни или хвоя. У растений достаточно большой объем, потому что их вакуоли заполнены водой в большем количестве, чем у протоплазмы других клеток. Если клетки растений содержат только протоплазму без вакуолей, таких как клетки животных, то клетки растений могут иметь только небольшую часть своей нынешней площади поверхности.
- Для животных очень важно иметь компактный объем с ограниченной поверхностью и плотной протоплазмой, чтобы генерировать энергию и уменьшать перемещение влаги.
- Функция вакуолей растений: поддерживать тургор и поддерживать большой объем - статическая функция.
- Концентрация растворенного вещества в вакуоли почти равна концентрации соли в морской воде и цитозоле (обычно 0,4-0,6 М).
- Материал, растворенный в вакуоли:
-разная соль
-мелкие органические молекулы (сахара и аминокислоты)
-некоторый белок
-другие молекулы. - Вакуоли растений содержат вещества, которые могут отравить цитоплазму, например вторичные метаболиты (например, алкалоиды и различные соединения с сахаромолекулярными соединениями).
- Вакуоли иногда также содержат кристаллы; Кристаллы оксалата кальция обычны у некоторых видов.
Некоторые продукты жизнедеятельности клеток и лишние минералы в растении задерживаются в вакуоли из-за условий. изменение при входе в новую среду в вакуоли, которая, по крайней мере, часто более кислая, чем цитозоль. - Ферменты в вакуоли переваривают широкий спектр материалов, которые всасываются в вакуоль, включая переваривание цитоплазмы, когда клетка умирает и тонопласт разрывается. Это может произойти, когда протопласт древесных клеток разрушается и умирает. В этом случае вакуоль действует как лизосома, которая представляет собой обычную клеточную органеллу, обнаруженную в клетках животных, некоторых грибах и простейших. Лизосомы содержат пищеварительные (гидролитические) ферменты, которые расщепляют абсорбированный материал, или эти ферменты переваривают протоплазму после гибели клетки и повреждают лизосомальную мембрану.
- Только около 10% клеточных ферментов, расщепляющих белок, содержится в высших растениях, а 90% - в клетках дрожжей. Этот фермент находится в вакуоли.
- Вакуоли играют важную роль в гомеостазе, а именно в поддержании постоянного цитозольного pH. Избыточные ионы водорода в цитозоле будут закачиваться в вакуоль.
- Яркий тому пример - резкий кислый вкус апельсинов из-за высокой концентрации лимонной кислоты в вакуоли. Такие вакуоли имеют pH до 3,0, тогда как pH окружающего цитозоля составляет от 7,0 до 7,5 (почти нейтральный).
- Другие органические кислоты относятся к вакуолям суккулентных растений CAM (растения с кислотным метаболизмом Crassulaceae), которые производят кислоту ночью и перерабатывают ее в процессе фотосинтеза в течение дня.
- Большинство вакуолей слабокислые (pH = 5-6). Экспериментально доказано, что при резком изменении pH вокруг растительной клетки изменение наблюдается в pH вакуоли, в то время как pH цитозоля остается постоянным.
- Фосфат и нитрат являются примерами основных ионов, хранящихся в вакуолях. Если уровни фосфата и нитрата в цитозоле падают слишком низко, эти два иона покидают вакуоль и попадают в цитозоль. То же самое и с сахарами, аминокислотами и многими другими запасами.
- Растворенные вещества в вакуоли определяют ее осмотические свойства и, следовательно, также определяют осмотические свойства сопутствующего цитозоля (цитозоль и вакуоль всегда находятся в равновесии).
- В роли вакуолей в гомеостазе есть некоторые исключения. Некоторые соединения, такие как пролин (аминокислота), присутствуют в тканях, которые находятся в условиях, подверженных воздействию воды или соли, но их высокие концентрации возникают в цитозоле. Эти соединения защищают цитозольные ферменты от водной и соленой среды.
- Некоторые химические реакции в живых клетках происходят в вакуолях. Например, заключительная стадия синтеза этилена (газового регулятора роста) происходит в основном в тонопласте вакуоли, там же происходят различные превращения сахаров.
- Если клетка умирает, тонопласт теряет свою избирательно проницаемость, так что гидролитические ферменты ускользают и приводят к самоуничтожению клетки.
- Некоторые растения, производящие латексный сок, алкалоиды, дубильные вещества, скипидарное масло, хранят его в вакуолях. На заводах по производству каучука и других заводах, производящих латекс, есть специальный резервуар для хранения латекса в органеллах, называемых лазиферами.
- Вакуоли также присутствуют у простейших. Вакуоли простейших представляют собой сократительные вакуоли и неконтрактильные вакуоли.
- Механизм выживания растений зависит от способности вакуоли поддерживать в ней концентрацию растворенных веществ.
- Например, процесс увядания происходит из-за того, что вакуоль теряет тургорное давление на клеточную стенку. - В вакуоли также собрана большая часть материалов, вредных для метаболических процессов в клетках, поскольку растения не имеют эффективной выделительной системы, как у животных. Без вакуоли жизненные процессы в клетке остановятся из-за хаоса биохимических реакций.
- Вакуоли обнаруживаются во всех клетках растений, но не в клетках животных и бактерий, за исключением низших одноклеточных животных.
- Вакуоли животных клеток: многие имеют относительно небольшой размер
- Вакуоли растительных клеток: немного, но большие по размеру
- Вакуоль - это мембраносвязанная органелла, содержащая жидкость вакуолей.
- Вакуоли в клетках растений имеют более выраженную форму и функцию, чем вакуоли в наборах животных.
- Молодые растения имеют клетки с небольшими вакуолями, но у растущих растений большая и зрелая, вакуоль кажется увеличенной и даже доминирует над цитоплазмой и подталкивает цитоплазму к краю стенки клетка.
- Пищевые вакуоли - это организмы, которые питаются путем фагоцитоза, окружая свою добычу частью ее плазматической мембраны, и поглотить его, сплавляя окружающую его мембрану и транспортируя ее (теперь называемую пищевой вакуолью) в цитозоль. В цитоплазме клетки вакуоль сливается с лизосомами для пищеварения. Переваренные питательные вещества транспортируются в цитозоль для использования, а непереваренные материалы превращаются в остаточная вакуоль, которая должна быть удалена из клетки посредством процесса, более или менее противоположного процессу проглатывания прямо сейчас.
- Сократительные вакуоли принадлежат некоторым протистам, живущим в воде. Сократительная вакуоль - это структура, которая собирает воду и забирает ее в клетку из окружающей среды, и периодически выталкивает собранную воду наружу, сжимая вакуоль как поры
- Центральная растительная вакуоль - это очень большая мембраносвязанная органелла, заполненная жидкостью. Центральная вакуоль растения принадлежит всем живым и зрелым клеткам растения. Эти вакуоли занимают более 90-95% объема зрелых клеток.
- Тонопласты очень непроницаемы для воды и водорастворимых материалов.
- Функции центральной вакуоли у растений:
- Хранит продукты обмена веществ, включая различные ионы и питательные вещества, такие как глюкоза, аминокислоты, калий и хлорид.
- Водорастворимые пигменты растений (антоцианы, в том числе свекольные пигменты, бетацианы) - Токсичные соединения
- Вторичные метаболиты
- Защита растений от нежелательных хищников - Тургорное давление играет важную роль в увеличении размера и площади поверхности растительных клеток во время роста клеток. Это давление также оказывает давление цитоплазмы на плазматическую мембрану и клеточную стенку, что помогает сохранять клетку жесткой.
- Когда растения теряют тургор, они увядают - состояние, биологически известное как плазмолиз.