Вакуоль

Вакуоли растений

Вакуоль, строение и функции которой мы сейчас рассматриваем, характеризуется очень крупными размерами. Располагаясь в растительных клетках, она заполняет практически все пространство цитоплазмы, от которой отделена собственной оболочкой — тонопластом. Данный вид вакуоли представляет собой полость, заполненную клеточным соком. Это жидкость, основу которой составляет вода. В ней растворены минералы, полисахариды, мономеры белков, некоторые пигменты. Это своеобразный резервуар, в котором хранятся все необходимые вещества. Они помогают клетки успешно переживать все неблагоприятные периоды. В некоторых вакуолях накапливаются вторичные продукты обмена, например, алкалоиды, танины, млечный сок. Они выполняют не только запасающую, но и защитную функцию, отпугивая многих животных неприятным вяжущим вкусом.

Вакуоль

Начнем раздел с определения. Вакуоль – это органоид (одномембранный). Его можно обнаружить в эукариотических клетках. Сразу введем небольшое пояснение: эукариоты – это клетки, содержащие ядро. Последнее отделено от цитоплазмы двойной мембраной. Значение ядра велико, именно в нем содержатся ДНК молекулы.

Итак, вакуоль – это органоид, способный выполнять множество различных функций (о них мы скажем немного позже). Как же эти органеллы образуются? Они берут начало от провакуолей, а они предстают перед нами в виде мембранных пузырьков.

Важно знать и то, что можно все вакуоли разделить на две группы:

пищеварительные;
пульсирующие.

Иногда пульсирующие вакуоли называют сократительными. Они помогают выводить продукты распада. Какие еще имеет такая вакуоль функции, мы рассмотри немного позже.

В растительных клетках вакуоли занимают больше половины объема, иногда они сливаются в один большой органоид, который сильно превышает размеры обычных.

Все вакуоли ограничены мембраной, ее называют – тонопласт. Внутри мы можем обнаружить клеточный сок. Последний состоит из следующих компонентов:

воды;
моносахаридов;
дисахаридов;
танинов;
углеводов;
нитратов;
фосфатов;
хлоридов;
органических кислот и других веществ.

Растительная клетка

Теперь переходим к более подробному изучению органелл в растительной клетке. Клеточная вакуоль – это основной ее компонент. Давайте перечислим, почему:

вакуоль поглощает воду;
выводит вредные вещества;
в некоторых случаях вакуоли вырабатывают млечный сок;
участвуют в процессе расщепления старых органоидов;
запасают питательные вещества.

Как видите, роль данных органоидов действительно велика. Мы упомянули то, что они способны расщеплять старые органоиды, то есть выполняют функцию лизосом. Значит, вакуоли могут иметь ферменты, необходимые для гидролиза следующих веществ:

белков;
жиров;
углеводов;
нуклеиновых кислот;
фитогормонов;
фитонцидов и так далее.

Также они участвуют в процессе фотосинтеза, что крайне важно не только для растения, но и для других организмов

Функция вакуоли

Вакуоли в клетках растений выполняют ряд важных функций, включая:

Тургорное давление — сила, воздействующая на клеточную стенку, так как содержимое клетки подталкивает плазматическую мембрану к стенке клетки. Вода, заполняющая центральную вакуолью, оказывает давление на клеточную стенку, чтобы помочь растительным структурам оставаться жесткими и прямыми.
Рост — центральные вакуоли помогают в удлинении клеток, поглощая воду и оказывают давление тургора на клеточную стенку. Росту способствует высвобождение определенных белков, которые снижают жесткость клеточной стенки.
Хранение — вакуоли хранят важные минералы, воду, питательные вещества, ионы, отходы, небольшие молекулы, ферменты и растительные пигменты.
Деградация молекул — внутренняя кислая среда вакуолей способствует деградации более крупных молекул, направляемых в вакуоль для разрушения. Тонопласт помогает создать эту кислую среду путем переноса ионов водорода из цитоплазмы в вакуоль. Среда с низким рН активирует ферменты, которые разрушают биологические полимеры.
Детоксикация — вакуоли удаляют потенциально токсичные вещества из цитозоля, такие как избыточные тяжелые металлы и гербициды.
Защита — некоторые вакуоли хранят и выделяют химические вещества, которые являются ядовитыми или неприятными для защиты растений от животных.
Прорастание семян — вакуоли являются источником питательных веществ для семян во время прорастания. Они хранят важные углеводы, белки и жиры, необходимые для роста.

Вакуоли клеток растений функционируют аналогично лизосомам в клетках животных. Лизосомы являются мембранными мешочками ферментов, которые переваривают клеточные макромолекулы. Вакуоли и лизосомы также участвуют в запрограммированной гибели клеток, которая в растениях происходит посредством процесса, называемого автолизом. Автолиз растений — это естественный процесс, при котором растительная клетка разрушается своими ферментами. В упорядоченной серии событий вакуумирующий тонопласт разрывается, высвобождая свое содержимого в цитоплазму клетки. Пищеварительные ферменты из вакуоли затем разрушают всю клетку.

Вакуоли

Вакуоли — это одномембранные органоиды эукариотических клеток. При этом их содержат не все клетки эукариот. Функции вакуолей разнообразны. В основном сводятся к секреции, хранение запасных веществ, аутофагия, автолиз, поддержанию тургорного давления. Формируются путем слияния провакуолей, которые образуют ЭПС и комплекс Гольджи.

В животных клетках имеются небольшие вакуоли: фазоцитозные, пищеварительные и др. Сократительные вакуоли регулируют осмотическое давление, вывод продуктов распада. В растительных клетках обычно имеется одна большая центральная вакуоль.

Центральная вакуоль

Центральная вакуоль занимает более половины объема зрелых клеток, особенно в паренхиме и колленхиме. Основные функции – запас воды, накопление ионов, поддержание тургора.

Мембрана вакуоли называется тонопластом, а внутреннее содержимое — клеточным соком. Он представляет собой концентрированный раствор. Состав клеточного сока: вода, минеральные соли, сахара, танины, органические кислоты, кислород, диоксид углерода, пигменты антоцианы, продукты клеточного метаболизма и др.

Тонопласт избирательно проницаем. Через него в вакуоль поступает вода. Возникает тургорное давление, и цитоплазма прижимается к клеточной стенке. За счет такого осмотического поглощения воды клетка растягивается во время роста.

Ряд содержащихся в клеточном соке антоцианов придают разноцветную окраску цветкам и плодам. Так вакуоль выполняет функцию привлечения насекомых-опылителей и животных-распространителей плодов и семян. Совместно с каратиноидами антоцианы придают окраску осенней листве, когда разрушается хлорофилл.

Центральная вакуоль может содержать гидролитические ферменты, что позволяет ей выполнять функцию лизосом. После гибели клетки ферменты попадают в цитоплазму, и происходит автолиз.

В вакуолях накапливаются такие отходы жизнедеятельности как кристаллы оксалата кальция. Среди вторичных продуктов метаболизма — алкалоиды, которые предположительно выполняют защитную функцию наряду с танинами, препятствуя поеданию животными.

У некоторых растений в клеточном соке накапливается млечный сок, представляющий собой беловатую эмульсию. У ряда растений есть клетки, которые его экскретируют.

В центральных вакуолях также запасаются питательные вещества (сахароза, инулин), которые используются при необходимости, как и содержащиеся здесь минеральные соли.

Пищеварительные вакуоли

Пищеварительные вакуоли расщепляют сложные вещества до простых, которые способны усваивать организмы. Эти структуры являются непостоянными образованиями. Они возникают в той части цитоплазмы, где находятся частицы пищи. Это могут быть как твердые частицы, так и жидкости. Вокруг них образуется одномембранный пузырек, содержащий гидролитические ферменты. В зависимости от характера содержимого среда в нем изменяется от кислотной до щелочной. Эти биологически активные вещества ускоряют химические реакции, но не входят в состав ее продуктов. Далее через стенку вакуоли пища поступает в цитоплазму и усваивается организмом. Ее непереваренные остатки выделяются через оболочку клеток или специализированные образования.

Итак, в нашей статье мы рассмотрели, что такое вакуоли, познакомились с их разнообразием. В зависимости от особенностей строения они способны запасать вещества, расщеплять их или выводить из клетки и ее структур.

Вакуоль — Особенности строения и функции вакуоля

Вакуоль — это центральный компонент, входящий в живую клетку и выполняющий некоторые жизненно необходимые функции. Ее строение отличается от других структур клетки, внутри вакуоли имеется свободное пространство и ее мембрана имеет проницаемую структуру.

Внутри вакуоль заполнена определенным водным раствором (так называемый клеточный сок), содержащий необходимые питательные вещества или продукты жизнедеятельности, такие как пигменты, которые окрашивают в разные цвета ягоды, цветы и другие органы растений, минеральные соли, различные сахара или отходы жизнедеятельности.

Разновидности

Данные органоиды относятся к одномембранным структурам клеток. Некоторые структуры постоянны, а другие появляются для каких-либо функций. Возникают они в следствие распространения пузырьков аппарата Гольджи и эндоплазматической сети.

Существует три вида органелл:

пищеварительные — это непостоянные компоненты, возникающие тогда, когда одноклеточные животные (или те организмы которые питаются с помощью фагоцитоза или пиноцитоза) захватывают пищу. Они заглатывают, переваривают пищу и усваивают питательные вещества. Этот органоид можно сравнить с желудком человека, он точно также переваривает захваченные микробы или водоросли;
сократительные представляет собой сеть каналов и выполняет функцию поглощения необходимой жидкости и выведения ненужной воды. Некоторые ученые предполагают, что эта органелла участвует в дыхании;
в клетке растений — это небольшие одномембранные структуры, заполненные клеточным соком. В молодых растительных клетках их может быть более трех штук. Основная роль вакуоли в растительной клетки — это запас питательных веществ и выведение ненужных и вредных компонентов наружу.

Смотря, на строение и устройство они могут запасать питательные вещества, растворять их или удалять из клетки.

Основные функции

Функции вакуоли разнообразны:

В некоторых растительных органоидах откладываются остатки жизнедеятельности, после из них образуются вещества, которые способны выделять фермент. Вот эти вещества отпугивают животных, которые питаются травой (они имеют горький или вяжущий привкус). Ярким примером служит растение одуванчик или молочай, если мы оторвем листик, то увидим белое молочко — это и есть содержимое вакуолей.
С помощью полупроницательной мембраны она может поглощать в себя воду, в результате этого повышается внутреннее давление в клетке

Это очень важно во время роста и для водного баланса растения.
В некоторых вакуолях находятся пигменты, которые собственно и окрашивают цветы, плоды и листья в разноцветные цвета. Яркая расцветка для цветов очень важна, так как насекомые в первую очередь опыляют яркие и большие цветы.
В растениях эти компоненты участвуют в аутолизе — это значит, что клетки занимаются самоперевариванием.
Некоторые из этих компонентов выполняют функцию определенных резервуаров, которые запасают необходимые питательные вещества

Такие, как сахароза, различные белки, органические кислоты, минеральные соли и многие другие вещества.

Итак, мы выяснили, что основные функции — это хранение необходимых питательных веществ, секреция, аутолиз и выделение. Они находятся не только в растительных, но и в животных клетках. Различают постоянные и непостоянные вакуоли.

Функції вакуолі в клітині

Вакуолі забезпечують нормальну роботу клітини і здійснюють цілий ряд корисних функцій:

Саме завдяки вакуолі здійснюється зростання клітини, вони сприяють її подовженню за рахунок особливого тургорного тиску на стінки клітини. Як ми писали вище, тургорний тиск вакуолі на клітинну стінку відбувається внаслідок заповнення вакуолі водою.
Вакуолі зберігають важливі мінерали, поживні речовини, воду, необхідні клітині ферменти та рослинні пігменти.
Вакуолі видаляють з клітини потенційно токсичні речовини, такі як важкі метали та гербіциди. Також внутрішнє кисле середовище вакуолі здійснює розщеплення великих молекул, які заважають нормальній роботі клітин.

Состав вакуоли

Часто основной состав органоида — это раствор необходимых веществ, то есть клеточный сок.

Несмотря на различия животных и растительных организмов, их клеточный сок представлен схожими веществами.

Вода (например, в клетках кактуса).
Минеральные соли: хлориды, нитраты, фосфаты (полифосфаты у фотосинтезирующих бактерий), нитраты.
Углеводы: моносахариды, дисахариды, крахмал (в клетках клубней картофеля), гликоген (у животных).
Жиры (например, белый жир подкожной жировой клетчатки у человека), поли-β-оксимасляная кислота (у некоторых бактерий).
Красители: меланин (в коже человека), танин и антоцианы (у растений).
Заживляющие вещества, заделывающие рану в случае повреждения (например, латекс в клеточной паренхиме коры гевеи).
Газы, накапливаемые для повышения плавучести и полезного использования. У эвглены зелёной, биология которой двойственна (животное в темноте и растение на свету), накапливается и расходуется переменно углекислый газ или кислород.

Вакуоли в клетке растений

В молодых растительных клетках эти структуры могут занимать практически все внутреннее содержимое. И это легко объяснить. Ведь растущему организму нужно много резервных веществ для развития. Что такое вакуоли растительных клеток? Это крупные одномембранные резервуары с клеточным соком. Последний представляет собой воду с растворенными углеводами и остатками неорганичских веществ. В состав клеточного сока также входят разнообразные продукты обмена. Это могут быть алкалоиды, танины. Здесь также находятся пигменты, которые придают цвет различным частям растений. Таким образом, вакуоль в растительной клетке играет роль своеобразной «кладовой».

Функции

Органоид занимает от 0,05 до 0,9 клеточного пространства. Это обусловлено значением и расположением вакуоли в составе определенного организма.

Оптимальным вариантом для изучения вакуоли, ее строения и функций является таблица.

Название функции	Функциональное значение
Давление тургорного типа	Создает силу воздействия на клеточную стенку. Позволяет структурам растительного характера сохранять жесткость
Развитие и рост	Обеспечивает клеточное удлинение. Достигается за счет поглощения воды и создания тургорного давления на клеточную стенку. Усиливается высвобождением белков, необходимых для снижения степени жесткости стенки.
Накопление	Способствует хранению воды, минералов, питательных веществ, ферментов, ионов, молекул и пигментов.
Молекулярная деградация	Достигается за счет кислой среды внутри органеллы. Способствует деградации и разрушению крупных молекул; разрушительный процесс активируется ферментами посредством влияния среды с низким pH.
Детоксикация	Гарантирует выведение токсичных веществ (гербицидов и тяжелых металлов) из области цитозоля.
Защита	Обеспечивает первоначальное хранение и последующее выделение химических веществ, несущих потенциальный вред для организма.
Транспорт	Создается накопление и транспортировка ионов.
Водно-солевой обмен	Обеспечивает формирование внутренней водной среды.

Данная таблица наглядно и кратко представляет информацию о функциях вакуоли.

Особенности и функции вакуоли в растительных клетках

Вакуоль — это клеточная органелла, встречающаяся в ряде различных типов клеток. Она представляют собой заполненные жидкостью закрытые структуры, отделенную от цитоплазмы одной мембраной.

Вакуоли встречаются в основном в растительных клетках и грибах. Однако некоторые протисты, клетки животных и бактерии также содержат эти органеллы. Вакуоль отвечают за широкий спектр важных функций в клетке, включая хранение питательных веществ, детоксикацию и экспорт отходов.

Вакуоль в клетках растений

Вакуоль в растительной клетке окружена одной мембраной, называемой тонопластом. Она образуется, когда везикулы, высвобождаемые эндоплазматическим ретикулумом и комплексом Гольджи, сливаются вместе.

Недавно развившиеся растительные клетки обычно содержат несколько небольших вакуолей. По мере созревания клетки крупная центральная вакуоль образуется из слияния меньших вакуолей. Центральная вакуоль может занимать до 90% объема клетки.

Функция вакуоли

Вакуоли в клетках растений выполняют ряд важных функций, включая:

Тургорное давление — сила, воздействующая на клеточную стенку, так как содержимое клетки подталкивает плазматическую мембрану к стенке клетки. Вода, заполняющая центральную вакуолью, оказывает давление на клеточную стенку, чтобы помочь растительным структурам оставаться жесткими и прямыми.
Рост — центральные вакуоли помогают в удлинении клеток, поглощая воду и оказывают давление тургора на клеточную стенку. Росту способствует высвобождение определенных белков, которые снижают жесткость клеточной стенки.
Хранение — вакуоли хранят важные минералы, воду, питательные вещества, ионы, отходы, небольшие молекулы, ферменты и растительные пигменты.
Деградация молекул — внутренняя кислая среда вакуолей способствует деградации более крупных молекул, направляемых в вакуоль для разрушения. Тонопласт помогает создать эту кислую среду путем переноса ионов водорода из цитоплазмы в вакуоль. Среда с низким рН активирует ферменты, которые разрушают биологические полимеры.
Детоксикация — вакуоли удаляют потенциально токсичные вещества из цитозоля, такие как избыточные тяжелые металлы и гербициды.
Защита — некоторые вакуоли хранят и выделяют химические вещества, которые являются ядовитыми или неприятными для защиты растений от животных.
Прорастание семян — вакуоли являются источником питательных веществ для семян во время прорастания. Они хранят важные углеводы, белки и жиры, необходимые для роста.

Вакуоли и лизосомы также участвуют в запрограммированной гибели клеток, которая в растениях происходит посредством процесса, называемого автолизом. Автолиз растений — это естественный процесс, при котором растительная клетка разрушается своими ферментами.

В упорядоченной серии событий вакуумирующий тонопласт разрывается, высвобождая свое содержимого в цитоплазму клетки. Пищеварительные ферменты из вакуоли затем разрушают всю клетку.

Суть понятия

Изучение, что такое вакуоль, следует начать с понятия эукариотов — это одна из разновидностей клеток, в которых присутствует ядро, отделенное от цитоплазмы двойной перегородкой — мембраной или тонопластом.

В клетке присутствует емкость, которая относится к категории органоидов (или органелл) и необходима живому организму для конкретных нужд. По внешнему виду органелла напоминает мешочек. В целом считается закрытой структурой. Вакуоль отделяется от прочих клеточных составляющих одной мембраной.

Вакуоль

Что такое вакуоль, каково ее происхождение. Органелла образуется из провакуолей — это такие новообразования в виде тонопластовых пузырьков. Категория провакуолей относится к комплексу Гольджи и эндоплазматическому ретикулуму. Их слияние обуславливает появление органелл.

Перечислим основные характеристики вакуолей:

органелла растительной клетки превалирует в количественном выражении над органоидом животной клетки;
для животной органеллы присущ временный характер существования, для растительной клетки – постоянный;
в составе растений присутствует единственная органелла с крупным размером и значительными запасами;
животная клетка характеризуется множеством мелких органоидов для выполнения пищеварительной и выделительной функций.

Вакуоль растительной и животной клетки

Существует разделение вакуолей на следующие категории:

Пищеварительная вакуоль: встречается у губок, простейших и животных, представлена в виде мембранных пузырьков в составе клеточной цитоплазмы; Образуется как результат заглатывания капелек жидкости (или пиноцитоза), оформленных клеток или частиц (или фагоцитоза). Отмечается моментальным изменением формы и объема. Получила свое название за счет процесса пищеварения в ее составе. Пищеварительный процесс внутри органоида по отношению к пищевым частицам именуется циклозом, в ходе которого в состав органеллы попадают ферменты, отвечающие за процесс переваривания. В итоге происходит изменение среды с кислой на щелочную. Остатки, не прошедшие этап переваривания, выводятся через порошицу.
Пульсирующая: встречается под названием сократительной или выделительной, присутствует в составе одноклеточных организмов и животных клеток, имеет форму звезды, способствует аккумулированию и выводу результатов распада, отвечает за поддержание стабильного уровня осмотического давления, необходима для регуляции осмотического давления.
Запасающая: присутствует в семенах, плодах, растительных корневищах, животных тканях, для нее характерно разрастание с поглощением клеточного пространства, гарантирует водный запас, накопление витаминов, минералов и питательных веществ.
Газовая: встречается в клетках ряски, спирулины (плавучих микроводорослях), водных животных, способствует водородному и иному газовому обогащению, повышает степень плавучести / непотопляемости организма.
Токсическая: отмечается в клеточной структуре рыб, насекомых, растений, ядовитых животных, включает в состав полифенолы, алкалоиды, способствует аккумуляции ядов, которые применяются растениями для защиты от насекомых и животных.

Строение и функции

Утворення та будова вакуолі

Всі вакуолі утворюються від провакуолей, які в свою чергу з’являються при народженні клітини у вигляді мембранних бульбашок.

Так виглядають вакуолі в рослинній і тваринній клітині. Зовні вона являє собою велику бульбашку, яка в зрілій клітині може займати більше половини всього обсягу (особливо в рослинній клітині).

По краях вакуоль подібно клітині оточена захисною оболонкою – мембраною, званою тонопластом. Всередині ж вакуолі знаходиться клітинний сік, який представляє собою концентрований розчин з води, мінеральних солей, цукрів, органічних кислот, кисню, діоксиду вуглецю, продуктів клітинного метаболізму, тощо.

Мембрана-тонопласт вакуолі місцями проникна, зокрема через неї у вакуоль надходить вода, завдяки цьому вакуоль починає здійснювати тиск на навколишню цитоплазму (цей тиск називають тургорним), як наслідок цитоплазма притискається до стінок клітини. Такий тиск, викликаний вакуолею, допомагає клітинам рослин залишатися жорсткими та прямими і в цілому сприяє їх зростанню.

Вакуоль амеби.

Симбиоз двух организмов

Симбиоз одного живого существа с другими организмами

Например, многие крупные бактерии, актинии, грибы, морские слизни практикуют пищеварительный захват микроводорослей. При этом переваривание водорослей может притормозиться со вступлением организма в симбиотическую связь с ними.

Устойчивый симбиоз гриба с водорослями внутри его органоидов привёл к появлению лишайников. Эвглена зелёная, как принято считать, имеет в качестве хлоропластов хламидомонад, эволюционировавших внутри её организма. Плавучий папоротник азолла образует заполненные слизью полости, и когда в них попадает сине-зелёная водоросль анабена (Anabaena azollae), полость закрывается, образуя вакуоль для проживания в ней этой водоросли.