§ 13. Одномембранные органоиды
Вакуоли представляют собой наполненные жидкостью и окруженные мембраной полости. Эти органоиды характерны для клеток растений, грибов и многих протистов. *В клетках животных могут содержаться только мелкие вакуоли, например пищеварительные.*
Вакуоли растительных клеток образуются из небольших мембранных пузырьков, которые являются производными ЭПС или комплекса Гольджи. По мере роста клетки вакуоли увеличиваются и обычно сливаются в одну крупную центральную вакуоль. *Она оттесняет цитоплазму и ядро к периферии и может занимать до 90 % объема клетки.*
*Мембрана, отделяющая содержимое вакуоли от гиалоплазмы, называется тонопластом.* Содержимое вакуоли — клеточный сок — представляет собой водный раствор различных веществ. Так, в состав клеточного сока могут входить запасные вещества, например углеводы, карбоновые кислоты, аминокислоты. При необходимости они выводятся из вакуоли в гиалоплазму и используются клеткой.
Клеточный сок также может содержать пигменты, *например антоцианы, имеющие красный, синий и фиолетовый цвет. Внутри вакуоли поддерживается более низкое значение pH, чем в гиалоплазме. Кислая среда необходима для работы ферментов, входящих в состав клеточного сока. Они обеспечивают переваривание дефектных клеточных компонентов и погибших клеток — автофагию и автолиз. При этом вакуоли растительных клеток действуют подобно лизосомам.*
*В клеточном соке таких растений, как лук и чеснок, содержится фермент аллииназа. При механическом повреждении вакуолей (например, при нарезке лука и чеснока или вследствие пережевывания) этот фермент поступает в гиалоплазму. Там аллииназа катализирует образование летучих химических соединений, которые имеют характерный резкий вкус и запах, могут вызывать резь в глазах и слезотечение. Такой биохимический механизм направлен на защиту растений от поедания.*
В вакуолях также могут накапливаться конечные продукты клеточного метаболизма *и токсичные вещества, которые необходимо изолировать от остального содержимого клетки. Это, например, кристаллы оксалата кальция, алкалоиды, дубильные вещества — танины. Так же как и алкалоиды, танины имеют неприятный вкус и выполняют защитную функцию.*
Таким образом, вакуоли обеспечивают накопление, хранение и изоляцию различных веществ. За счет пигментов, содержащихся в клеточном соке, они способны придавать окраску разным частям растений, например плодам вишни и лепесткам василька. Клеточный сок является более концентрированным *(гипертоническим)* раствором, чем гиалоплазма, поэтому в вакуоль путем осмоса поступает вода. За счет этого вакуоль оказывает давление на гиалоплазму и тем самым на клеточную стенку. Так в клетке поддерживается тургорное давление, которое обусловливает сохранение ее формы. Поглощение воды вакуолями играет важную роль в растяжении молодых клеток при их росте и в регуляции водного режима растения.
Сократительные (пульсирующие) вакуоли характерны, главным образом, для одноклеточных пресноводных протистов. Эти органоиды служат для выведения из клетки избытка воды. Содержание растворенных веществ, *а значит, и осмотическое давление,* внутри клетки выше, чем в окружающей ее водной среде. Поэтому за счет осмоса в клетку постоянно проникают молекулы воды. Из гиалоплазмы они перемещаются в сократительную вакуоль, и ее объем увеличивается. Далее, благодаря взаимодействию элементов цитоскелета, вакуоль сокращается, и наполняющая ее жидкость выталкивается в окружающую среду. Работа сократительных вакуолей способствует поддержанию определенного объема клетки, что препятствует ее разрыву. Кроме того, вместе с водой из клетки выводятся растворенные в ней продукты обмена веществ. *Таким образом, сократительные вакуоли обеспечивают осморегуляцию — поддержание постоянного осмотического давления в клетках.*
Функции
Вакуоль выполняет несколько важных функций в клетке.
| Функция | Описание |
|---|---|
| Хранение | Вакуоль служит для хранения воды, минеральных солей, сахаров, органических кислот, пигментов и других веществ в клетке. |
| Поддержание тургора | Заполненная водой вакуоль создает тургорное давление, поддерживающее упругость клетки и обеспечивающее рост растений. |
| Регуляция осмотического давления | Вакуоль регулирует осмотическое давление в клетке путем управления обменом воды и растворенных веществ. |
| Деградация и переработка веществ | Вакуоль участвует в разложении органических отходов и поврежденных органелл клетки, а также в переработке молекул. |
| Поддержание формы клетки | Заполненная вакуоль помогает поддерживать форму и размер клетки, реагируя на давление и изменения окружающей среды. |
Эти функции делают вакуоль одним из ключевых органелл в клетке, обеспечивая поддержание её жизнедеятельности и адаптацию к переменным условиям среды.
Строение
Строение вакуоли включает в себя несколько основных компонентов:
- Мембрана (тонопласт). Вакуоль окружена мембраной, известной как тонопласт. Это однослойная мембрана, которая разделяет содержимое вакуоли от остальной части клетки.
- Вакуольный сок. Внутри вакуоли находится вакуольный сок, который состоит из воды и различных растворенных веществ. Эти вещества включают минеральные соли, сахара, органические кислоты и другие молекулы.
- Пигменты и другие включения. Вакуоли растительных клеток могут содержать пигменты, такие как антоцианы, которые придают растениям цвет. Кроме того, в вакуолях могут находиться другие включения, такие как кристаллы, липидные капли и запасы питательных веществ.
- «Плотный пузырёк» (центральная вакуоль). У растений часто имеется центральная вакуоль, известная как «плотный пузырёк». Это большая вакуоль, которая занимает большую часть объема клетки и помогает поддерживать тургор клетки.
- Тонопластные поры. Мембрана вакуоли содержит поры, которые позволяют регулировать поток веществ между вакуолью и окружающей цитоплазмой.
- Другие компоненты. В вакуолях также могут присутствовать ферменты, белки и другие молекулы, которые выполняют различные функции, такие как хранение, разложение и транспорт веществ.
Вакуоль в растительной клетке
В растительных клетках вакуоль играет ключевую роль и имеет несколько важных функций:
- Вакуоль заполнена водой и растворенными в ней минеральными солями, сахарами, органическими кислотами и другими питательными веществами. Она служит как резервуар для хранения воды и питательных веществ, обеспечивая клетке доступ к ним во время необходимости.
- Заполненная водой вакуоль создает тургорное давление, которое поддерживает упругость клеточной стенки и форму клетки. Тургорное давление также помогает растению поддерживать жизнеспособность и стабильность в условиях окружающей среды.
- Вакуоль может использоваться для временного хранения токсичных веществ и метаболических отходов, а также для их последующего разложения и утилизации. Это помогает растению поддерживать внутреннюю чистоту и обеспечивает защиту от вредных веществ.
- Вакуоль может играть роль в росте и развитии растения, позволяя клетке увеличивать свой объем и поддерживать необходимые биохимические процессы. Она также может участвовать в распределении питательных веществ и гормонов в клетке.
Таким образом, вакуоль является важным органеллом в растительной клетке, обеспечивая ей жизненно важные функции, связанные с хранением, поддержанием тургора и ростом.
Вакуоль в животной клетке
В животных клетках вакуоль отсутствует. Вместо этого, у животных клеток есть другие органеллы, такие как лизосомы и внутриклеточные вакуоли, которые выполняют функции разложения отходов, хранения веществ и регуляции внутриклеточного давления. Лизосомы являются пузырьками, содержащими ферменты для разложения молекул, а внутриклеточные вакуоли могут служить для хранения веществ, таких как жиры и гликоген. Таким образом, хотя животные клетки не имеют вакуоли, у них есть другие органеллы, которые выполняют аналогичные функции.
В заключении следует подчеркнуть важность вакуоли как ключевого органелла в растительных клетках. Она обладает уникальными особенностями, такими как большой размер и специфическое строение, которые позволяют ей выполнять разнообразные функции
Вакуоль служит резервуаром для хранения воды, питательных веществ и различных молекул, а также поддерживает тургорное давление, обеспечивая упругость и форму клетки. Благодаря своим функциям, вакуоль играет ключевую роль в жизнедеятельности растений, обеспечивая им жизненно важные процессы, такие как рост, развитие и выживаемость в переменных условиях окружающей среды. Таким образом, изучение строения и функций вакуоли не только помогает понять биологические процессы в растительных клетках, но и имеет широкое прикладное значение в сельском хозяйстве, биотехнологии и медицине.
