Название вакуоли происходит от латинского «vacuus», что значит «пустой». Но не нужно торопиться и относить вакуоли в разряд пустых и ненужных. Это небольшие или крупные полости, которые присутствуют в животных, растительных клетках и многоклеточных организмах.
Что такое вакуоли?
Похожие на мелкие пузырьки или крупные полости, вакуоли образуются на участках эндоплазматической сети и комплекса Гольджи. От цитоплазмы они отделены мембраной, которая сохраняет их внутреннее содержимое: жидкость с растворенными в ней веществами.
Животные клетки содержат небольшие по размеру вакуоли, похожие на маленькие пузырьки. В растительных клетках расположена одна большая, центральная вакуоль, которая занимает значительный объем.
Строение
Вакуоль устроена довольно просто. Ее однослойная мембрана называется тонопластом. Внутри вакуоли находятся растворенные в воде
Тонопласт не изолирует полностью внутреннее содержимое. Он содержит поры, через которые поступает вода и другие вещества. «Плотный пузырек» давит на цитоплазму, придавая клетки тургор, поддерживая ее в упругом состоянии.
На заметку:В молодых клетках содержится несколько небольших вакуолей в виде пузырьков. С возрастом они сливаются, и в клетке остается одна большая вакуоль, которая занимает много места: до 90% от общего объема клетки.
Функции
Вакуоли выполняют разнообразные функции. Это зависит от конкретной клетки, в которой они находятся. Если это одноклеточный организм – роль одна, растительная клетка – роль другая. Если обобщить, то вакуоль выполняет следующие задачи:
На заметку:Вакуоли выводят из клетки токсичные соединения, такие, как тяжелые металлы и гербициды. За счет внутренней, кислой среды эти органоиды расщепляют крупные макромолекулы, которые засоряют цитоплазму.
Основные функции вакуолей представлены в таблице:
Тип вакуоли
Строение, расположение. Функции
Запасающая
В клетках плодов, семян, корневищ многих растений, и некоторых тканей животных, разрастаясь, занимает почти весь объём
Расположена в клетках животных, губок, микроорганизмов. Быстро меняет объём и форму.
В клетках животных и одноклеточных организмов. Отличается формой (у инфузорий — напоминает звёздочку).
Обычна для клеток растений с плавающими на воде листьями, ряски, плавучих микроводорослей наподобие спирулины, некоторых водных животных.
В клетках многих растений, насекомых, рыб (фугу), ядовитых животных. Содержит алкалоиды, полифенолы и прочее (пример: соланин зелёных картофельных клубней).
Вакуоль в животной клетке
Вакуоли – органоиды, типичные для растений и грибов, встречаются они и в животных клетках. Здесь они представлены небольшими пузырьками, «плавающими» в цитоплазме.
В животных клетках вакуоли – это по сути лизосомы, которые содержат ферменты и способны к процессам фагоцитоза и пиноцитоза. Они переваривают питательные частицы и отмершие элементы клетки. Вакуоли запасают вещества, переваривают пищевые частицы и питательные растворы, а также регулируют содержание воды и солей.
Вакуоль в растительной клетке
В клетках растений вакуоль – важный по значению органоид. Она крупных размеров и занимает до80-90% от объема клетки. Растительный органоид:
Клетка нуждается в вакуолиях. Этот органоид важен для пищеварения, водно-солевого обмена, детоксикации (очищения организма от токсинов), роста и развития клеток. Вакуоль – важная составная часть растительной клетки. Важна она и для простейших, грибов, и для многоклеточных организмов. Вакуоль не содержится в вирусах и фагах.
Вакуоль
Всего получено оценок: 9.
Всего получено оценок: 9.
Вакуоль представляет собой полость, отграниченную от цитоплазмы клетки мембраной. Она заполнена клеточным соком и может выполнять различные функции. Подобные органоиды встречаются в клетках всех живых организмов, за исключением вирусов и фагов. О том, для чего нужна эта органелла, как выглядит, что находится в вакуоли у растений и животных, расскажем в статье.
Строение и функции вакуоли
Главный компонент вакуоли — клеточный сок, заполняющий внутренне пространство органоида. Основной состав содержимого вакуолей схож для клеток различных организмов. Клеточный сок состоит из:
Не во всех вакуолях и не всегда отмечается наличие всех причисленных компонентов, но схожесть состава клеточного сока растений и животных доказана. Однако вакуоли у животных и растений различаются, в первую очередь размерами, и имеют другие особенности в строении и функциях.
Рис. 1. Растительная клетка.
На вопрос, есть ли в животной клетке вакуоль, ответ утвердительный. Да, такой органоид имеется и выполняет важные функции.
Вакуоли в растительной клетке максимально заполнены клеточным соком, поэтому органелла, как правило, единственная, но большая, ею занята вся центральная часть клетки, она служит резервуаром для запасных веществ. Клетки животных содержат много мелких вакуолей, отвечающих за пищеварение и выделение.
Рис. 2. Животная клетка.
Типы вакуолей
Основные типы вакуолей, встречающихся в клетках живых организмов, строение и выполняемые ими функции представлены в таблице.
В клетках плодов, семян, видоизменённых подземных побегов многих растений, в специализированных тканях животных. Органелла разрастается, заполняя практически весь объём
Запасает воду, питательные вещества, витамины и минералы
Характерна для клеток животных, микроорганизмов, способна быстро менять объем и форму
Переваривание попадающей в её полость органики за счёт содержащихся в клеточном соке ферментов
Характерна для животных клеток, одноклеточных организмов. Легко распознаётся по форме
Сбор и удаление продуктов жизнедеятельности на клеточном уровне, обеспечение нормального тургора (осмотического давления) в клетке
Аэросома (наполненная газом)
Характерна для растений с плавучими органами, некоторых животных, обитающих в воде
Накопление водорода и других газов с целью улучшения плавучести
Характерна для клеток растений и животных, защищающихся с помощью яда и использующих токсины для других целей
Накопление ядов (алкалоидов, полифенолов и пр.) с целью защиты от врагов, а также для «внешнего пищеварения», используемого некоторыми животными
Заметим, что аэросомы и токсические вакуоли можно отнести к запасающим органоидам со специфическим использованием накопленных веществ.
Сократительная (выделительная) вакуоль инфузорий напоминает формой звёздочку. Биология этого органоида походит на почки и мочевой пузырь млекопитающих.
Кратко о том, какие признаки имеют вакуоли, каково их строение и функции, можно рассказать в докладе на уроке биологии в 9 классе.
Что мы узнали?
Вакуоли встречаются в клетках почти всех живых организмов, они выполняют различные функции: запасающую, выделительную, пищеварительную. Вакуоли имеют форму пузырьков различного размера и формы, наполненных клеточным соком. В растительных клетках они обычно более крупные, чем в животных, чаще выполняют запасающую функцию. Вакуоли участвуют в регуляции осмотического давления внутри клеток, обменных процессах.
Вакуоль: значение, функции и типы вакуолей в клетках
Вакуоль — это мембраносвязанная органелла, которая присутствует в клетках растений и грибов, а также в некоторых клетках протистов (эукариотов), животных и бактерий. Вакуоли — это, по существу, закрытые отсеки, которые заполнены водой, содержащей неорганические и органические молекулы, включая ферменты в растворе, хотя в некоторых случаях они могут содержать твердые вещества, которые были поглощены.
Вакуоли образуются в результате слияния нескольких мембранных везикул и фактически являются их более крупными формами. Органелла не имеет основной формы или размера; ее структура изменяется в соответствии с требованиями клетки.
Открытие
Сократительные вакуоли («звезды») были впервые обнаружены Спалланцани (1776) у простейших, хотя и ошибочно приняты за органы дыхания. Дюжарден (1841) назвал эти «звезды» вакуолями. В 1842 году Шлейден применил термин для растительных клеток, чтобы отличить структуру с клеточным соком от остальной протоплазмы.
В 1885 году де Фриз назвал вакуольную мембрану тонопластом.
Функция вакуолей
Функция и значение вакуолей сильно варьируют в зависимости от типа клеток, в которых они присутствуют, занимая гораздо большее место в клетках растений, грибов и некоторых протистов, чем у животных и бактерий. В общем случае функции вакуоли включают в себя:
Вакуоли также играют важную роль в аутофагии, поддерживая баланс между биогенезом (производством) и деградацией (или оборотом) многих веществ и клеточных структур в определенных организмах. Они также помогают в лизисе и утилизации неправильно свернутых белков, которые начали накапливаться в клетке.
Томас Боллер и другие предположили, что вакуоль участвует в разрушении вторгающихся бактерий, а Роберт Б. Меллор предположил, что органоспецифические формы играют роль в «жилье» симбиотических бактерий. У протистов вакуоли выполняют дополнительную функцию хранения пищи, которая была поглощена организмом, и помогают в процессе пищеварения и утилизации отходов для клетки.
В клетках животных вакуоли выполняют в основном подчиненную роль, помогая в более крупных процессах экзоцитоза и эндоцитоза.
Животные вакуоли меньше, чем их растительные аналоги, но также обычно больше по количеству. Есть также животные клетки, которые не имеют вакуолей.
Экзоцитоз — это процесс экструзии белков и липидов из клетки. Эти вещества всасываются в секреторные гранулы в аппарате Гольджи, прежде чем транспортироваться к клеточной мембране и секретироваться во внеклеточную среду. В этом качестве вакуоли представляют собой просто везикулы — хранилища, которые позволяют удерживать, транспортировать и утилизировать выбранные белки и липиды во внеклеточную среду клетки.
Эндоцитоз является обратной стороной экзоцитоза и может протекать в различных формах. Фагоцитоз («поедание клеток») — это процесс, при котором бактерии, мертвые ткани или другие частицы материала, видимые под микроскопом, поглощаются клетками. Материал вступает в контакт с клеточной мембраной, которая затем инвагинирует.
Инвагинация прекращается, оставляя поглощенный материал в вакуоле, заключенном в мембрану, и клеточную мембрану нетронутой. Пиноцитоз («клеточное питье») — это, по сути, тот же процесс, с той разницей, что проглоченные вещества находятся в растворе и не видны под микроскопом.Фагоцитоз и пиноцитоз осуществляются совместно с лизосомами, которые завершают расщепление поглощенного материала.
Компоненты типичной животной клетки: 1. Ядрышко 2. Ядрo 3. Рибосома (точки в составе 5) 4. Везикула 5. Грубый эндоплазматический ретикулум 6. Аппарат Гольджи (или тело Гольджи) 7. Цитоскелет 8. Гладкий эндоплазматический ретикулум 9. Митохондрия 10. Вакуоль 11. Цитозоль (жидкость, содержащая органеллы; с которой состоит цитоплазма) 12. Лизосома 13. Центросома 14. Клеточная мембрана
Типы вакуолей
Газовые вакуоли
Газовые пузырьки, также известные как газовые вакуоли, представляют собой наночастицы, которые свободно проницаемы для газа и встречаются в основном у цианобактерий, но также встречаются у других видов бактерий и некоторых архей.
Газовые пузырьки позволяют бактериям контролировать свою плавучесть. Они образуются, когда небольшие биконические структуры вырастают, образуя веретена. Стенки пузырьков состоят из гидрофобного газового везикулярного белка А (GvpA), который образует цилиндрическую полую белковую структуру, заполняющуюся газом. Небольшие отклонения в аминокислотной последовательности вызывают изменения в морфологии газового пузырька, например, GvpC — это более крупный белок.
Центральные вакуоли
Большинство зрелых растительных клеток имеют одну большую вакуоль, которая обычно занимает более 30% объема клетки, и которая может занимать до 80% объема для определенных типов клеток и условий.Нити цитоплазмы часто проходят через вакуоль.
Вакуоль окружена мембраной, называемой тонопластом и заполнена клеточным соком. Также называемый вакуолярной мембраной, тонопласт представляет собой цитоплазматическую мембрану, окружающую вакуоль, отделяющую вакуолярное содержимое от цитоплазмы клетки. Как мембрана, она в основном участвует в регулировании движения ионов вокруг клетки и выделении материалов, которые могут быть вредными или представлять угрозу для клетки.
Перенос протонов из цитозоля в вакуоль стабилизирует рН цитоплазмы, делая внутреннюю часть вакуоли более кислой, создавая движущую силу протонов, которую клетка может использовать для транспортировки питательных веществ в вакуоль или из нее. Низкий рН вакуоли также позволяет действовать деградирующим ферментам.
Хотя одиночные большие вакуоли наиболее распространены, размер и количество вакуолей могут варьировать в различных тканях и стадиях развития. Например, развивающиеся клетки в меристемах содержат маленькие провакуолы, а клетки сосудистого камбия имеют много маленьких вакуолей зимой и одну большую летом.
Помимо хранения, основная роль центральной вакуоли заключается в поддержании давления тургора на клеточную стенку. Белки, содержащиеся в тонопласте (аквапорины), управляют потоком воды в вакуоль и из нее посредством активного транспорта, перекачивая ионы калия (К+) внутрь вакуоли и из нее.
Благодаря осмосу вода будет диффундировать в вакуоль, оказывая давление на клеточную стенку. Если потеря воды приводит к значительному снижению тургорного давления, клетка начинает плазмолитизироваться.
Давление тургора, оказываемое вакуолями, также необходимо для клеточного удлинения: поскольку клеточная стенка частично разрушается под действием экспансинов, менее жесткая стенка расширяется под давлением, идущим изнутри вакуоли. Давление тургора, оказываемое вакуолем, также необходимо для поддержания растений в вертикальном положении.
Другая функция центральной вакуоли заключается в том, что она толкает все содержимое цитоплазмы клетки к клеточной мембране и таким образом удерживает хлоропласты ближе к свету. Большинство растений хранят химические вещества в вакуоли, которые вступают в реакцию с химическими веществами в цитозоле. Если клетка разрушена, например, травоядным, то эти два химических вещества могут вступать в реакцию, образуя токсичные химические вещества. В чесноке аллиин и фермент аллииназа обычно разделяются, но образуют аллицин, если вакуоль нарушена. Аналогичная реакция отвечает за образование syn-propanethial-S-оксида при резке лука.
Вакуоли в клетках грибов выполняют те же функции, что и в растениях, и на каждую клетку может приходиться более одной вакуоли. В дрожжевых клетках вакуоль представляет собой динамическую структуру, способную быстро изменять свою морфологию. Они участвуют во многих процессах, включая гомеостаз клеточного рН и концентрацию ионов, осморегуляцию, накопление аминокислот и полифосфатов и деградационные процессы. Токсичные ионы, такие как стронций, кобальт и свинец транспортируются в вакуоль, чтобы изолировать их от остальной части клетки.
Сократительные вакуоли
Сократительные вакуоли — это специализированная осморегуляторная органелла, которая присутствует у многих свободноживущих эукариотов. Сократительная вакуоль является частью комплекса сократительной вакуоли, который включает в себя радиальные плечи и губку.
Сократительный вакуольный комплекс работает периодически, чтобы удалить избыток воды и ионов из клетки, чтобы сбалансировать поток воды в клетку. Когда сократительная вакуоль медленно поглощает воду, сократительная вакуоль увеличивается, это называется диастолой, и когда она достигает своего порога, центральная вакуоль сокращается, а затем периодически сокращается (систола), чтобы высвободить воду.]
Пищевые вакуоли
Пищевые вакуоли (также называемые пищеварительными вакуолями — это органеллы, обнаруженные в инфузориях, и Plasmodium falciparum, простейший паразит, вызывающий малярию.
Вакуоли
Содержание:
Определение и роль
Вакуоли представляют собой одномембранные клеточные органоиды, то есть другими словами являются одним из важных компонентов клетки, причем не любой клетки, а только клетки эукариотической, то есть такой, у которой в наличии ядро и мембрана (внешняя оболочка). Впрочем, не все эукариотические клетки имеют вакуоли среди своих органоидов, в основном они встречаются в клетках растений и грибов. О том, какое строение вакуоли, и какую роль она осуществляет для нормальной работы клетки наша статья.
Образование и строение
Все вакуоли образуются от провакуолей, которые в свою очередь появляются при рождении клетки в виде мембранных пузырьков.
Так выглядят вакуоли в растительной и животной клетке. Внешне она представляет собой большой пузырек, который в зрелой клетке может занимать более половины всего объема (особенно в растительной клетке).
По краям вакуоль подобно клетке окружена защитной оболочкой – мембраной, называемой тонопластом. Внутри же вакуоли находится клеточный сок, представляющий собой концентрированный раствор из воды, минеральных солей, сахаров, органических кислот, кислорода, диоксида углерода, продуктов клеточного метаболизма и так далее.
Мембрана-тонопласт вакуоли местами проницаема, в частности через нее в вакуоль поступает вода, благодаря этому вакуоль начинает осуществлять давление на окружающую цитоплазму (это давление называют тургорным), как следствие цитоплазма прижимается к стенкам клетки. Такое давление, вызванное вакуолей, помогает клеткам растений оставаться жесткими и прямыми и в целом способствуют их росту.
Функции в клетке
Вакуоли обеспечивают нормальную работу клетки и осуществляют целый ряд полезных функций:
Роль в растительной клетке
Дополнительно в клетках растений вакуоли осуществляют такие функции как:
Видео
И в завершение образовательное видео по теме нашей статьи.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.
Эта статья доступна на английском языке – Vacuole.
Особенности строения и функции вакуоли, значение клеточного сока
Особенности строения и функции вакуоли
Строение вакуоли
Вакуоли — это большие пузырьки в цитоплазме клетки или полости, которые имеют ограничение в виде мембраны (тонопласта) и в большинстве случаев заполнены водным содержимым.
Говоря о строении вакуоли нужно сразу отметить, что пузыреобразные расширения эндоплазматической сети и везикулы комплекса Гольджи — то, из чего образуются вакуоли. Они есть во всех растительных и грибных клетках, в клетках многих протистов.
Множество небольших вакуоль образуются в клетках меристемы растений из пузыреобразных расширений эндоплазматической сети. Постепенно они увеличиваются в размерах и объединяются. Так образуется одна центральная вакуоль, которая занимает большую часть внутреннего содержимого клетки — а это от 70 до 90%. Вакуоль в животной клетке мельче.
Центральная вакуоль может быть пронизана тяжами цитоплазмы.
Мембрана или тонопласт — это то, что окружает вакуоль: она имеет толщину, как у мембраны эндоплазматической сети (4-6 нм). В отличие от нее, плазмалемма более толстая и плотная, отличается меньшей проницаемостью.
Клеточный сок
Клеточный сок — то, что заполняет вакуоль.
Он представляет собой водный раствор органических и неорганических веществ. Почти все они являются продуктами метаболизма протопласта: они могут образовываться и распадаться на протяжении жизни клетки.
Клеточный сок имеет концентрацию и химический состав, которые постоянно меняются. Они зависят от вида растения, органа, ткани и состояния, в котором находится клетка.
В клеточном соке в растворенном виде присутствуют:
Все это — промежуточные продукты метаболизма, которые временно выводятся из обмена и изолируются при помощи тонопласта. То есть, это запасные вещества клеток.
Запасные вещества могут повторно использоваться в метаболизме. Помимо них в клеточном соке содержатся фенолы, танины или дубильные вещества, алкалоиды, антоцианы — они выведены из процесса обмена и, как следствие, изолированы от цитоплазмы.
Очень часто в клеточном соке можно обнаружить танины.
Еще танины можно найти в оболочках и цитоплазме клеток незрелых плодов, в оболочках семян, листьев, древесины и коры.
Если рассматривать строение и функции вакуолей некоторых растений, то можно обнаружить в них алкалоиды. К примеру, в:
Танины, токсические полифенолы и алкалоиды содержатся в растениях с определенной целью — выполнять защитную функцию. Они отпугивают травоядных животных и предотвращают, тем самым, поедание растений.
Строение и функции вакуолей предполагают скапливание отходов, которые являются конечными продуктами жизнедеятельности клетки.
Так в вакуолях клеток скапливается щавелевокислый кальций — он имеет вид кристаллов различной формы.
Многие растения содержат в своем клеточном соке пигменты. Самые распространенные пигменты — антоцианы. Благодаря им растение приобретает красную, пурпурную, синюю и фиолетовую окраски.
Если растение имеет желтый или кремовый цвет сока, это значит, что в нем содержатся близкие к антоцианам флавоны и флавонолы. Все эти пигменты отвечают за окраску лепестков (у роз, георгин, примул, фиалок и др), плодов, почек, листьев и иногда корнеплодов (у свеклы).
Кислотность среды влияет на цвет антоцианов:
Кроме того, наблюдаются и переходящие оттенки.
Реакция клеточного сока склонна к частым изменениям — от кислой до слабокислой, а иногда и слабощелочной. Именно это является причиной соответствующих изменений цвета пигментов.
Во время цветения цветы некоторых растений, к примеру, медуницы, меняют окраску от розовой до синей.
Также клеточный сок отдельных растений может содержать фитогормоны или регуляторы роста. Это физиологически активные вещества, ферменты и фитонциды.
После гибели клетки тонопласт и прочие мембраны утрачивают свою выборочную проницаемость. В результате ферменты, высвобождаясь из вакуоль, становятся причиной автолиза клетки.
Огромное значение вакуолей заключается в том, что они выполняют проводящую роль в поглощении воды клетками растений.
Вода поступает в вакуоль через тонопласт при помощи осмоса. В вакуоли клеточный сок является более концентрированным, чем цитоплазма, поэтому здесь вода давит на цитоплазму и, соответственно, клеточную оболочку.
В результате в клетке образуется тургорное давление, обеспечивается относительная жесткость растительных клеток. За счет этого давления клетки растягиваются в процессе роста.
Строение и функции вакуоли не всегда бывают стандартными. Вместо одной центральной вакуоли может быть несколько — это встречается в клетках запасающих тканей растений. В этих вакуолях скапливаются запасные питательные вещества:
Как видим, вакуоль — это важная составляющая клеточной цитоплазмы.
Рис. 1. Растительная клетка.
Рис. 2. Животная клетка.
Компоненты типичной животной клетки:
