Vacuole - Vacuole
| Buněčná biologie | |
|---|---|
| Diagram zvířecích buněk | |
 Složky typické zvířecí buňky:
|
Vakuola ( / V Æ k JU oʊ l / ) je membrána -bound organela , která je přítomna v rostlině a houbových buněk, a některé prvoka , živočišných a bakteriálních buněk. Vakuoly jsou v podstatě uzavřené oddíly, které jsou naplněny vodou obsahující anorganické a organické molekuly včetně enzymů v roztoku , ačkoli v určitých případech mohou obsahovat pevné látky, které byly pohlceny. Vakuoly vznikají fúzí více membránových váčkůa jsou ve skutečnosti jen jejich většími formami. Organela nemá základní tvar ani velikost; její struktura se mění podle požadavků buňky.
Objev
Kontraktilní vakuoly („hvězdy“) byly poprvé pozorovány Spallanzanim (1776) u prvoků , i když byly zaměněny za dýchací orgány. Dujardin (1841) pojmenoval tyto „hvězdy“ jako vakuoly . V roce 1842 použil Schleiden termín pro rostlinné buňky, aby odlišil strukturu buněčnou mízou od zbytku protoplazmy .
V roce 1885 de Vries pojmenoval vakuovou membránu jako tonoplast.
Funkce
Funkce a význam vakuol se velmi liší podle typu buňky, ve které jsou přítomny, přičemž v buňkách rostlin, hub a určitých prvoků má mnohem větší důležitost než u zvířat a bakterií. Obecně funkce vakuoly zahrnují:
- Izolace materiálů, které by mohly být škodlivé nebo ohrožující buňku
- Obsahující odpadní produkty
- Obsahující vodu v rostlinných buňkách
- Udržování vnitřního hydrostatického tlaku nebo turgoru v buňce
- Udržování kyselého vnitřního pH
- Obsahující malé molekuly
- Export nežádoucích látek z buňky
- Umožňuje rostlinám podporovat struktury, jako jsou listy a květiny, v důsledku tlaku centrální vakuoly
- Zvětšením velikosti umožní klíčící rostlině nebo jejím orgánům (například listům) růst velmi rychle a spotřebovávat většinou jen vodu.
- V semenech jsou uložené bílkoviny potřebné ke klíčení uchovávány v „proteinových tělech“, což jsou upravené vakuoly.
Vakuoly také hrají hlavní roli v autofagii , udržují rovnováhu mezi biogenezí (produkcí) a degradací (nebo obratem) mnoha látek a buněčných struktur v určitých organismech. Pomáhají také při lýze a recyklaci špatně složených proteinů, které se v buňce začaly hromadit. Thomas Boller a další navrhli, aby se vakuola podílela na ničení invazních bakterií a Robert B. Mellor navrhl, že orgánově specifické formy hrají roli v „ustájení“ symbiotických bakterií. U prvoků mají vakuoly další funkci ukládání potravin, které byly absorbovány organismem, a pomáhají při procesu trávení a nakládání s odpady pro buňku.
V živočišných buňkách vakuoly plní většinou podřízené role, pomáhají při větších procesech exocytózy a endocytózy .
Zvířecí vakuoly jsou menší než jejich rostlinné protějšky, ale také obvykle mají větší počet. Existují také živočišné buňky, které nemají žádné vakuoly.
Exocytóza je proces extruze proteinů a lipidů z buňky. Tyto materiály jsou před transportem do buněčné membrány absorbovány do sekrečních granulí v Golgiho aparátu a vylučovány do extracelulárního prostředí. V této kapacitě jsou vakuoly jednoduše skladovací váčky, které umožňují zadržování, transport a likvidaci vybraných proteinů a lipidů do extracelulárního prostředí buňky.
Endocytóza je opakem exocytózy a může se vyskytovat v různých formách. Fagocytóza („pojídání buněk“) je proces, při kterém jsou bakterie, mrtvá tkáň nebo jiné kousky materiálu viditelné pod mikroskopem pohlceny buňkami. Materiál se dostává do kontaktu s buněčnou membránou, která se následně invaginuje. Invaginace jako uzavřený z, takže pohltila materiál v membráně uzavřené vakuoly a buněčnou membránu neporušený. Pinocytóza („pití buněk“) je v podstatě stejný proces, rozdíl je v tom, že požité látky jsou v roztoku a nejsou viditelné pod mikroskopem. Fagocytóza a pinocytóza se provádějí ve spojení s lysozomy, které dokončují rozpad materiálu, který byl pohlcen.
Salmonella je schopna přežít a reprodukovat se ve vakuolách několikadruhů savců poté, co byla pohlcena.
Vakuola se pravděpodobně několikrát vyvinula nezávisle, dokonce i uvnitř Viridiplantae .
Typy vakuolů
Plynové vakuoly
Plynové vezikuly , také známé jako plynové vakuoly, jsou nanokompartmenty, které jsou volně propustné pro plyn a vyskytují se hlavně u sinic, ale nacházejí se také u jiných druhů bakterií a některých archea. Plynové vezikuly umožňují bakteriím kontrolovat jejich vztlak. Vznikají, když malé dvoukónické struktury rostou a tvoří vřetena. Stěny vezikul jsou složeny z hydrofobního plynového vezikulárního proteinu A (GvpA), který tvoří válcovitou dutou, proteinovou strukturu, která se plní plynem. Malé odchylky v sekvenci aminokyselin způsobují změny v morfologii plynového váčku, například GvpC je větší protein.
Centrální vakuoly
Většina zralých rostlinných buněk má jednu velkou vakuolu, která obvykle zabírá více než 30% objemu buňky a která může zabírat až 80% objemu pro určité typy buněk a podmínky. Cez vakuolu často protékají prameny cytoplazmy .
Vakuola je obklopena membránou zvanou tonoplast (původ slova: Gk tón (os) + -o-, což znamená „roztahování“, „napětí“, „tón“ + komb. Forma repr. Gk plastós vytvořený, tvarovaný) a vyplněn s mízou buněk . Také nazývaná vakuolární membrána , tonoplast je cytoplazmatická membrána obklopující vakuolu, oddělující vakuolární obsah od cytoplazmy buňky. Jako membrána se podílí hlavně na regulaci pohybů iontů kolem buňky a izolaci materiálů, které by mohly být škodlivé nebo hrozbou pro buňku.
Transport protonů z cytosolu do vakuoly stabilizuje cytoplazmatické pH , zatímco vakuolární vnitřek je kyselejší a vytváří protonovou hybnou sílu, kterou může buňka použít k transportu živin do vakuoly nebo z vakuoly. Nízké pH vakuoly také umožňuje působení degradačních enzymů . Ačkoli jsou nejčastější jednotlivé velké vakuoly, velikost a počet vakuol se může v různých tkáních a fázích vývoje lišit. Například vyvíjející se buňky v meristémech obsahují malé provacuoly a buňky vaskulárního kambia mají mnoho malých vakuol v zimě a jednu velkou v létě.
Kromě skladování je hlavní úlohou centrální vakuoly udržování turgorového tlaku proti buněčné stěně . Proteiny nacházející se v tonoplastu ( aquaporiny ) kontrolují tok vody do vakuoly a ven z vakuoly aktivním transportem a čerpají ionty draslíku (K + ) do vakuolárního vnitřku a ven. V důsledku osmózy bude voda difundovat do vakuoly a vyvíjet tlak na buněčnou stěnu. Pokud ztráta vody vede k významnému poklesu turgor se buňka bude plasmolyze . Turgorový tlak vyvíjený vakuolami je také nezbytný pro prodloužení buněk: protože buněčná stěna je částečně degradována působením expansinů , méně tuhá stěna se rozšiřuje tlakem přicházejícím z vakuoly. Turgorový tlak vyvíjený vakuolou je také nezbytný pro podporu rostlin ve vzpřímené poloze. Další funkcí centrální vakuoly je, že tlačí veškerý obsah cytoplazmy buňky proti buněčné membráně, a tím udržuje chloroplasty blíže světlu. Většina rostlin uchovává ve vakuole chemikálie, které reagují s chemikáliemi v cytosolu. Pokud je buňka rozbitá, například býložravcem , pak tyto dvě chemikálie mohou reagovat za vzniku toxických chemikálií. V česneku se alliin a enzym alliinasa normálně oddělí, ale vytvoří allicin, pokud dojde k rozbití vakuoly. Podobná reakce je zodpovědná za produkci syn-propanethial-S-oxidu při řezání cibule .
Vakuoly v houbových buňkách plní podobné funkce jako v rostlinách a na buňku může být více než jedna vakuola. V kvasinkových buňkách je vakuola dynamická struktura, která může rychle modifikovat její morfologii . Podílejí se na mnoha procesech, včetně homeostázy buněčného pH a koncentrace iontů, osmoregulace , ukládání aminokyselin a polyfosfátů a degradačních procesů. Toxické ionty, jako je stroncium ( Sr2+
), kobalt (II) ( Co2+
) a olovo (II) ( Pb2+
) jsou transportovány do vakuoly, aby byly izolovány od zbytku buňky.
Kontraktilní vakuoly
Contractile Vacuoles je specializovaná osmoregulační organela, která je přítomna v mnoha volně žijících prvcích. Kontraktilní vakuola je součástí komplexu kontraktilní vakuoly, který obsahuje radiální ramena a spongiom. Kontraktilní vakuolový komplex periodicky funguje, aby odstranil přebytečnou vodu a ionty z buňky, aby vyrovnal tok vody do buňky. Když kontraktilní vakuola pomalu nabírá vodu, kontraktilní vakuola se zvětšuje, říká se tomu diastola, a když dosáhne svého prahu, centrální vakuola se pak smršťuje (systola) periodicky, aby uvolnila vodu.
Potravinové vakuoly
Potravinové vakuoly (také nazývané trávicí vakuola ) jsou organely nacházející se u Ciliates a Plasmodium falciparum , prvokového parazita, který způsobuje malárii .
Histopatologie
V histopatologii je vakuolizace tvorba vakuol nebo struktur podobných vakuolám uvnitř nebo v sousedství buněk. Jedná se o nespecifický příznak onemocnění.