Razumevanje vakuol, zgradbe, značilnosti, funkcij in rastlinskih celic
Kaj je Vacuole?
Na vakuole, posebne organele, ki jih najdemo v rastlinskih celicah, na preživetje rastlinskih celic močno vplivajo največje organele, ki jih ima ta celica. Rastline imajo vakuolo, ki deluje kot turgor celice, ki tvori tlak, prostor za shranjevanje določenih materialov, koš za smeti in mesto za razgradnjo drugih organelov. Živalske celice imajo tudi vakuole, vendar z veliko manjšo velikostjo kot vakuole rastlinskih celic.
Vacuole je celični organel, ki ima v rastlinskih celicah z membrano vezano votlino, ki vsebuje različne prehranske spojine, presnovne odpadke, vodo in druge. Obstajajo 3 vrste vakuol, in sicer vakuole s hrano, kontraktilne vakuole, ki jih najdemo v protistih in osrednje rastlinske vakuole.
V rastlinskih celicah imajo zlasti zrele celice parenhima in kolenhima veliko osrednjo vakuolo (centralna vakuola). Ta vakuola je obdana z membrano tonoplasta, ki je ločilna membrana med osrednjo vakuolo in citoplazmo v rastlinskih celicah. Srednja vakuola v rastlinah nastane kot posledica rasti celične stene hitreje kot rast citoplazme. Srednja vakuola vsebuje tekočino, imenovano celična tekočina ali celični sok. Ta sok je koncentrirana raztopina, bogata z mineralnimi solmi, sladkorji, kisikom, organskimi kislinami, ogljikovim dioksidom, pigmenti, encimi in drugimi presnovnimi odpadki.
Glavna funkcija vakuole
Endoplazemski retikulum je organela z dvojno membrano, vendar ima vakuola samo eno membransko plast. To je posledica aktivnosti hidrolitičnih encimov v vakuoli, ki bodo prebavili notranjo membrano novonastale vakuole. Zaradi prisotnosti tega hidrolitičnega encima igra vakuola vlogo pri razgradnji starih in poškodovanih celičnih organelov. Njegova funkcija je skoraj podobna funkciji lizosomov v živalskih celicah.
Tlak vode v vakuoli povzroči izraz turgorni tlak, ki rastlinske celice ohranja čvrsto. Visok turgorni tlak povzroči, da se celice napnejo, medtem ko nizek turgor tlak povzroči sprostitev celic. Nizek turgorski tlak povzroči, da rastlinsko tkivo vene, kot pri rastlinah, ki ne dobijo dovolj vode. V vakuoli je prostor za shranjevanje nekaterih materialov, kot so kristali kalcijevega oksalata in rastlinski pigmenti. Če pogledamo celice listov špinače, bomo videli prisotnost shranjenih kristalov kalcijevega oksalata v vakuoli, čeprav vakuola z mikroskopsko metodo opazovanja ni zelo vidna vsakdanji.
Rastlinski pigmenti, kot je skupina antocianinov, so topni v vodi in se shranjujejo v vakuolah, zaradi česar so listi in plodovi modri, rdeči ali vijolični. Nekatere rastline imajo vakuole, ki vsebujejo kisle snovi, kot je apno. Prisotnost te kisline povzroča, da ima limetin sok kisel okus, ko ga zaužijemo. Vakuole so tudi kraj, kjer rastlinske celice zapravljajo. Rezultati sekundarnega metabolizma rastlin, kot so nikotin in alkaloidi, bodo odstranjeni v vakuoli, da ne bi postali strupeni, ki bi lahko škodovali celicam samim. Nekatere zrele celice nimajo vakuole in drugih celičnih organelov, ker delujejo kot nosilne in transportne snovi, na primer v sklerenhimu in ksilemnem tkivu.
Glavna naloga vakuole je prehajanje vode skozi tonoplast za izgradnjo celičnega turgorja. Turgor celice je turgorski pritisk na celice, in sicer tlak, ki potiska celično membrano proti celični steni rastlin, ta pritisk povzroča pojav osmotskega toka vode iz dela z nizko koncentracijo topljene snovi zunaj celice v celično vakuolo, ki ima več koncentracije topljene snovi visoko. Rastlinske celice se na ta pritisk zanašajo, da ohranijo obliko. Druge funkcije vakuole so:
- Shranjevanje sinteze ima za posledico obliko glikogena, fenola, škroba in glukoze
- Spodbuja kroženje snovi v celicah
- Shranjevanje pigmentov (listi, cvetovi in sadje)
- Skladiščenje eteričnih olj (razred olj, ki daje značilen vonj kot evkaliptusovo olje)
- Regulacija osmotskega tlaka v celicah
- Kopičenje sekundarnih presnovnih in presnovnih odpadkov, kot so gumijasti lateks, alkaloidi, tanini in kalcijev oksabit
- Pripomočki za rast celic (celice se podaljšajo, ko njihove vakuole absorbirajo vodo, kar omogoča, da celice postanejo večje z ustvarjanjem le minimalne nove citoplazme)
- Zaščita
Struktura rastlinske vakuole
Vakuole so običajno velike, da skoraj zapolnijo celotno vsebino citoplazme v zrelih rastlinskih celicah. Ta organela je zaprta z eno samo membrano, imenovano tonoplast. V tonoplastu je tekočina, ki je splošno znana kot celični sok. Ta sok je večinoma sestavljen iz vode in drugih raztopljenih snovi, odvisno od vrste rastline. Mlade celice bodo na splošno imele veliko majhnih vakuol Ko se celica razvije, se vakuole združijo in tvorijo eno vakuolno merilno enoto velik. Vakuole nastanejo iz endoplazemskega retikuluma "ER", ki se razteza in tvori majhne kanale, imenovane provakuole. Ti majhni kanali se bodo med seboj združili in tvorili organele, ki so v obliki po tem se bodo majhne vakuole združile v večje vakuole velik.
Vakuole so organele v celicah, ki vsebujejo tekočino. V vakuoli je membrana, imenovana tonoplast. Te organele najdemo v številnih rastlinskih celicah. Tudi če je v živalskih celicah, je oblika vakuole zelo majhna. Glej sliko 1. Rastlinska vakuola vsebuje raztopino mineralnih soli, sladkorjev, aminokislin, odpadnih snovi (kot so tanini) in nekaj pigmentov, kot so antocianini. Vsaka rastlinska celica ima zelo raznoliko obliko vakuole. Vakuole odraslih rastlinskih celic so velike, medtem ko so vakuole mladih rastlinskih celic majhne. Starejša kot je rastlina, večja je vakuola in lahko postane celo prevladujoči del celice. V rastlinskih celicah imajo vakuole različne funkcije, med drugim: kot prostor za shranjevanje zalog hrane in anorganskih ionov, kot so sladkor, beljakovine, kalij in klorid; kot osmoregulator, in sicer varuh osmotske vrednosti celic in igra vlogo v procesu izločanja presnovnih odpadkov, ki škodujejo celicam.
Da bi pritegnili žuželke opraševalce, imajo nekatere vakuole rastlinskih celic pigmente. Na primer rdeči in modri pigmenti v cvetnih kronah. Po drugi strani pa vakuole rastlinskih celic, da bi preprečile približevanje plenilskih živali, vsebujejo strupene spojine in neprijeten vonj. V živalskih celicah so vakuole le pri enoceličnih živalih. Primer so praživali. Funkcija vakuole je kot vakuola za prebavo hrane (nekontraktilna vakuola). Poleg tega imajo protozoji tudi pulzirajoče vakuole (kontraktilne vakuole), ki igrajo vlogo pri uravnavanju osmotskega tlaka v citoplazmi.
Turgorjev tlak
Kakšen je turgorov tlak? Turgidus pomeni brbotati. Turgorjev tlak se pojavi, ko je citoplazma hipertonična za vakuolo. Zato vakuola absorbira vodo, se poveča, tako da se tlak poveča (turgorjev tlak). Poleg tega vakuolska tekočina spodbuja tonoplast, tako da je stisnjena tudi celična stena. Ta celična stena omejuje prostornino citoplazme. Posledično okolje zunaj celice pritiska na tonoplast, da ohrani celovitost.
Vsebina vakuole
- Saharoza
- Mineralna
- Rdeči in modri pigment
- Fruktoza
- Glikozid
- Tanini
- Eterično olje (npr Jasmin na jasminu, Roseine na vrtnicah, Zingiberin na ingver)
- Alkaloidi, kot so kemične spojine, ki so lahko strupene in imajo določene fiziološke lastnosti, tako da se lahko uporabljajo kot zdravila na farmacevtskem področju. (npr. kofein v kavnih zrnih, kinini v kininem lubju, nikotin v listih tobaka, beljakovine v čajnih listih, teobromin v sadju ali kakavovih zrnih, solanin v gomoljih krompirja)
- Organske spojine: ogljikovi hidrati, beljakovine, maščobe
- Anorganske spojine: nitrat in fosfat
- Organske kisline: vinska in citronska
- Encim
- Škrobna zrna
Posadite celice Vacuole
Vakuole so prisotne tako v rastlinskih kot v živalskih celicah, v rastlinskih celicah pa so videti večje in jasnejše, zlasti v starih celicah. Vakuola v rastlinskih celicah je obdana z eno samo membrano, imenovano tonoplast. Vakuole rastlinskih celic običajno vsebujejo: vodo, fenole, antocianine in beljakovine, glikozide, organske soli, beljakovine, tanine (snovi usnjar), eterična olja (npr. jasmin v jasminu, rosein v vrtnicah, zingiberin v ingverju), alkaloidi (npr. kofein, kinin, Nikotin, likopersin in drugi), encimi, škrobna zrna V nekaterih vrstah so znane kontraktilne vakuole in nekontraktilne vakuole kontraktilna. Nekateri strokovnjaki vakuole ne vključujejo kot celične organele. Te predmete lahko vidimo z običajnim svetlobnim mikroskopom. Ločilna membrana med vakuolo in citoplazmo se imenuje vakuola Tonoplast.
Osrednja vakuola rastlinske celice je večnamenski predel, ki lahko zadrži pomembne organske spojine, na primer beljakovine, shranjene v vakuolah celic za shranjevanje v semenih. zdaj je tudi glavno odlagališče anorganskih ionov rastlinskih celic, kot sta kalij in klorid.
Funkcije Številne rastlinske celice uporabljajo svoje vakuole kot odlagališča stranskih produktov presnove, ki bi celici škodovali, če bi se kopičile v citozolu. Nekatere vakuole vsebujejo pigmente, ki obarvajo celice, na primer rdeče in modre pigmente cvetnih listov, ki pomagajo pri opraševanju in privabljajo žuželke na cvet. Vakuole lahko pomagajo zaščititi rastline tudi pred plenilci, saj vsebujejo spojine, ki so strupene ali neprijetne za živali. Vakuola ima pomembno vlogo pri rasti celic rastlin, ki se povečajo kot vakuola absorbirajo vodo, kar omogoča celicam, da z večjimi vlaganji postanejo večje nova citoplazma. Citosol pogosto zavzame le tanko plast med osrednjo vakuolo in plazemsko membrano, zato je razmerje med površino plazemske membrane in prostornino citozola veliko tudi za velike rastlinske celice.
Vakuola za hrano
Ta vakuola deluje tako, da prebavlja hrano in kroži rezultate prebave hrane po telesu. Organizmi, ki se prehranjujejo s fagocitozo, plen obkrožijo z delom svoje plazemske membrane in ga pogoltnejo z zlitjem membrane, ki jo obdaja, in premikanjem, ki se zdaj imenuje vakuola hrane, v citosol. V citoplazmi celice se vakuola zlije z lizosomi za prebavo. Prebavljena hranila se prevažajo v citosol za uporabo, neprebavljeni materiali pa v preostalo vakuolo, ki jo je treba odstraniti iz celice s postopkom, ki je bolj ali manj v nasprotju s postopkom zaužitja pravkar.
Krčljiva vakuola
Pri večini kopenskih organizmov obstaja nevarnost dehidracije, ki vodo izhlapi v okoliško okolje. Nasprotno pa organizmi, ki živijo v vodi, obstajajo v okolju, kjer se voda vzdržuje, ko se giblje v celice. Nekateri protisti, ki živijo v vodi, imajo kontraktilno vakuolo, strukturo, ki zbira vodo in jo odnaša v celico iz okolja, in občasno izloča zbrano vodo navzven tako, da vakuolo krči kot pore, od tod tudi ime vakuola kontraktilna. Ta vakuola ima funkcijo osmoregulatorja, ki uravnava osmotsko vrednost v celici.
Centralna rastlinska vakuola
Vse žive in zrele rastlinske celice imajo zelo veliko, s tekočino napolnjeno, z membrano vezano organelo, imenovano osrednja rastlinska vakuola. Osrednja vakuola zavzema več kot 90-95% prostornine in zrelih celic. Membrana vakuole se imenuje tonoplast. Tonoplasti so zelo neprepustni za vodo in vodotopne materiale.
Značilne lastnosti Rastlinske vakuole
- V protistih kontraktilna vakuola deluje kot regulator vode.
- V zrelih rastlinskih celicah so vakuole ponavadi večje in enojne, imenovane centralne vakuole, ki zasedajo približno 80% ali več celičnega prostora.
- V živalskih celicah so vakuole ponavadi manjše in se začasno uporabljajo za shranjevanje materialov ali prevoz materialov.
- Tonoplast je zelo pomemben in integriran del mreže membranskih sistemov (endomembrana).
- Je prostor za shranjevanje organskih spojin, kot so beljakovine, ki so zložene v celične vakuole v semenih.
- Je glavno mesto za shranjevanje anorganskih ionov rastlinskih celic, kot sta kalij in klorid.
- Nekatere vakuole vsebujejo veliko pigmentov, ki obarvajo te celice: rdeče in modre pigmente iz cvetne krone, ki pomagajo privabiti žuželke opraševalce na cvet.
- Barvni pigment je tako koncentriran v vakuoli epidermalnih celic, da prikrije zeleno barvo kloroplasta.
- Pomaga zaščititi rastline pred plenilci, ker vsebujejo spojine, ki so strupene ali imajo neprijeten vonj za živali.
- Velike vakuole rastlinskih celic se razvijejo iz fuzije manjših vakuolov, vzetih iz endoplazemskega retikuluma in Golgijevega aparata.
- Oblika in togost tkiva, sestavljenega iz številnih celic, ki imajo samo primarno steno; To je posledica prisotnosti vode in raztopljenih materialov, ki pritiskajo znotraj vakuole. Tlak ustvarja osmoza.
- Obstaja še en pomemben vidik vakuole, zaradi katerega rastline izgledajo takšne, kot jih vidimo. Za preživetje morajo rastline absorbirati dovolj vode, mineralov, ogljikovega dioksida in sončne svetlobe. Vsakega od teh dejavnikov, tudi sončne svetlobe je pogosto malo ali je iz okolja zelo malo. Velika površina močno olajša absorpcijo teh štirih dejavnikov v rastlinah: razvejane korenine prežema veliko količino zemlje, listna površina zajema sončno svetlobo in absorbira ogljikov dioksid iz vzdušje. Način, kako organizmi dobijo veliko površino, se začne z dovolj veliko prostornino in nato razpadajo na tanke plasti kot listi ali na dolge ozke strukture, kot so korenine oz iglice iglavcev. Rastline imajo dovolj velik volumen, ker so njihove vakuole napolnjene z vodo v večji količini kot v protoplazmi drugih celic. Če rastlinske celice vsebujejo samo protoplazmo brez vakuol, kot so živalske celice, imajo lahko rastlinske celice le majhen del sedanje površine.
- Za živali je zelo pomembno, da imajo kompaktno prostornino z omejeno površino in gosto protoplazmo, da ustvarjajo energijo in zmanjšajo vlago za premikanje.
- Funkcija rastlinske vakuole: vzdrževanje turgorja in vzdrževanje velike količine je statična funkcija.
- Koncentracija raztopljene snovi v vakuoli je skoraj tako visoka kot koncentracija soli v morski vodi in v citozolu (običajno 0,4-0,6 M).
- Material, raztopljen v vakuoli:
-razna sol
- majhne organske molekule (sladkorji in aminokisline)
-nekaj beljakovin
-druge molekule. - Rastlinske vakuole vsebujejo snovi, ki lahko zastrupijo citoplazmo, na primer sekundarne presnovke (npr. Alkaloide in različne molekularne spojine sladkorja).
- Vakuole včasih vsebujejo tudi kristale; Kristali kalcijevega oksalata so pogosti pri nekaterih vrstah.
Nekateri celični odpadki in odvečni minerali v rastlini se zaradi pogojev ujamejo v vakuolo spremembe ob vstopu v novo okolje v vakuoli, ki je vsaj pogosto bolj kislo kot citosol. - Encimi v vakuoli prebavijo najrazličnejše materiale, ki se absorbirajo v vakuolo, vključno s prebavo citoplazme, ko celica odmre in tonoplast poči. To se lahko zgodi, ko se protoplast lesenih celic razgradi in umre. V tem primeru vakuola deluje kot lizosom, ki je običajna celična organela, ki jo najdemo v živalskih celicah, nekaterih glivah in protistih. Lizozomi vsebujejo prebavne (hidrolitične) encime, ki razgradijo absorbirano snov ali pa ti encimi prebavijo protoplazmo, potem ko celica umre in poškoduje lizosomsko membrano.
- Le približno 10% celičnih encimov, ki razgrajujejo beljakovine, najdemo v višjih rastlinah, 90% pa v celicah kvasovk. Ta encim se nahaja v vakuoli.
- Vakuole imajo pomembno vlogo pri homeostazi, in sicer vzdrževanje stalnega citosolnega pH. Presežek vodikovih ionov v citosolu se prečrpa v vakuolo.
- Jasen primer je oster kisel okus pomaranč zaradi visoke koncentracije citronske kisline v vakuoli. Takšne vakuole imajo pH do 3,0, medtem ko je pH okoliškega citosola med 7,0 in 7,5 (skoraj nevtralen).
- Druge organske kisline spadajo v vakuole sočnih rastlin CAM (rastline s kislim metabolizmom Crassulaceae), ki ponoči proizvajajo kislino, podnevi pa jo predelujejo v fotosintezi.
- Večina vakuolov je rahlo kislih (pH = 5-6). Eksperimentalno je bilo dokazano, da kadar se pH okoli rastlinske celice drastično spremeni, je sprememba vidna v pH vakuole, medtem ko pH citosola ostane stalen.
- Fosfat in nitrat sta primera esencialnih ionov, shranjenih v vakuolah. Če raven fosfata in nitrata v citosolu pade prenizko, ta dva iona zapustita vakuolo in vstopite v citosol. Enako velja za sladkorje, aminokisline in številne druge rezerve.
- Raztopljene snovi v vakuoli določajo njene osmotske lastnosti in zato določajo tudi osmotske lastnosti spremljajočega citosola (citosol in vakuola sta vedno v ravnovesju).
- Pri vlogi vakuol v homeostazi je nekaj izjem. Nekatere spojine, kot je prolin (aminokislina), se pojavijo v tkivih, ki so podvržena vodi ali soli, vendar se visoke koncentracije pojavijo v citozolu. Te spojine ščitijo citosolne encime iz okolja, ki je nagnjeno k vodi in soli.
- V vakuolah poteka več kemijskih reakcij v živih celicah. Na primer, zadnja stopnja sinteze etilena (plinasti regulator rasti) poteka večinoma v tonoplastu vakuole in tam se pojavljajo tudi različne transformacije sladkorjev.
- Če celica umre, tonoplast izgubi selektivno prepustno naravo, tako da hidrolitični encimi uidejo in povzročijo samouničenje celice.
- Nekatere rastline, ki proizvajajo sok iz lateksa, alkaloide, tanine in terpentinsko olje, ga shranjujejo v vakuolah. V rastlinah gume in drugih rastlinah, ki proizvajajo lateks, imajo poseben rezervoar za shranjevanje lateksa v organelah, imenovanih Lasifers.
- Vakuole so prisotne tudi v praživalih. Protozojske vakuole so krčljive vakuole in nekontraktilne vakuole.
- Mehanizem preživetja rastlin je odvisen od sposobnosti vakuole, da vzdržuje koncentracijo topljenih snovi v njej.
- Proces venenja se na primer zgodi, ker vakuola izgubi turgorski pritisk na celično steno. - V vakuoli je bila zbrana tudi večina snovi, škodljivih za presnovne procese v celicah, ker rastline nimajo učinkovitega izločevalnega sistema kot pri živalih. Brez vakuole se bodo življenjski procesi v celici ustavili zaradi kaosa biokemičnih reakcij
- Vakuole najdemo v vseh rastlinskih celicah, ne pa tudi v živalskih in bakterijskih celicah, razen pri spodnjih enoceličnih živalih.
- Vakuole živalskih celic: veliko z razmeroma majhno velikostjo
- Vakuole rastlinskih celic: malo, a velike
- Vakuola je z membrano vezana organela, ki vsebuje vakuolno tekočino.
- Vakuole v rastlinskih celicah imajo izrazitejšo obliko in delovanje kot vakuole v živalskih sklopih.
- Mlade rastline imajo celice z majhnimi vakuolami, vendar v rastočih rastlinah velika in zrela, se zdi, da je vakuola povečana in celo prevladuje nad citoplazmo ter potisne citoplazmo do roba stene celica.
- Vakuole s hrano so organizmi, ki se prehranjujejo s fagocitozo in plen obkrožajo z delom njihove plazemske membrane, in ga zajesti tako, da membrano, ki jo obdaja, zlije in jo prenese (zdaj imenovano vakuola za hrano) v citosol. V citoplazmi celice se vakuola zlije z lizosomi za prebavo. Prebavljena hranila se prevažajo v citosol za uporabo, neprebavljeni materiali pa v preostalo vakuolo, ki jo je treba odstraniti iz celice s postopkom, ki je bolj ali manj v nasprotju s postopkom zaužitja pravkar.
- Krčljive vakuole so v lasti nekaterih protistov, ki živijo v vodi. Kontraktilna vakuola je struktura, ki zbira vodo in jo odvaja v celico iz okolja in občasno izžene zbrano vodo navzven, tako da vakuolo stisne kot a pore,
- Centralna rastlinska vakuola je zelo velika z membrano vezana organela, ki je napolnjena s tekočino. Osrednja rastlinska vakuola je v lasti vseh živih in zrelih rastlinskih celic. Te vakuole zasedajo več kot 90-95% prostornine in zrelih celic.
- Tonoplasti so zelo neprepustni za vodo in vodotopne materiale.
- Funkcije centralne vakuole v rastlinah:
- Shranjuje presnovne izdelke, vključno z različnimi ioni in hranili, kot so glukoza, aminokisline, kalij in klorid.
- rastlinski pigmenti, topni v vodi (antocianini, vključno s pigmenti pese, betacianini) - - strupene spojine
- Sekundarni presnovki
- Obramba rastlin pred neželenimi plenilci - Turgorjev tlak je pomemben za povečanje velikosti in površine rastlinskih celic med rastjo celic. Ta pritisk deluje tudi na silo citoplazme proti plazemski membrani in celični steni, kar pomaga celici ostati togo.
- Ko rastline izgubijo turgor, venejo, kar je biološko znano kot plazmoliza.