Вакуоль растительной клетки

Что такое вакуоль растительной клетки

 

Если перевести с латинского языка название этой органеллы «вакуоль», то это означает «пустой». Но это не совсем так. Назвать вакуоли ненужными, а тем более пустыми будет абсолютно неправильно.

 

Вакуоли – это действительно полости, которые есть в клетках растений и животных. В зависимости от тканей, местоположения, возраста клетки, вакуоли могут выполнять очень разнообразные функции. Особенно многочисленны функции вакуолей в растительных клетках.

 

Вакуоли – это органеллы клетки, которые представляют собой полости, заполненные жидкостью (клеточным соком) и отделенные от цитоплазмы клетки одной мембраной.

 

 

Особенности строение вакуолей растительной клетки

 

 

Строение вакуоли очень простое. Это «пузырек», окруженные однослойной мембраной. Эта мембрана называется тонопласт. Мембрана вакуоли не изолирует ее от внутреннего содержимого клетки полностью. Тонопласт содержит поры.  Через них внутрь вакуоли могут проникать вода и другие вещества. Кроме этого, тонопласт помогает создавать кислую среду внутри содержимого вакуоли. Происходит это путем переноса из цитоплазмы в вакуоль ионов водорода.

 

 

Вакуоли образуются из слившихся вместе везикул. Их образуют эндоплазматический ретикулум и комплекс Гольджи. В молодой растительной клетки вакуоли небольших размеров и обычно их несколько штук. Клетка растет и созревает, и мелкие вакуоли сливаются. Они образуют одну большую, так называемую, центральную вакуоль. Эта крупная вакуоль может занимать до 90% объема растительной клетки.

 

 

Функции вакуоли растительной клетки

 

 

Поскольку основное местонахождение вакуолей это растительные клетки, то и главная роль этого органоида именно в растительных клетках. Какие же функции выполняют вакуоли?

 

 

1. Одно из основных свойств – поддержание тургорного давления. Жидкость, которая заполняет центральную вакуоль, давит на клеточную стенку. Благодаря этому, растительные структуры остаются жесткими и выпрямленными. (Вспомните, что происходит с листьями растений, если забыть их полить несколько дней.)
2. Основное место хранении различных веществ. Это, в первую очередь, вода. Кроме нее: минералы, все питательные вещества, ионы, небольшие молекулы и отходы. Также растительные пигменты и ферменты.
3. Участвуют в росте клетки. Центральные вакуоли, оказывая давление тургора на клеточную стенку, помогают в удлинении клетки. Кроме того, из вакуолей выделяются особые белки, которые уменьшают жесткость клеточной стенки и делают ее более эластичной и способной к растягиванию.
4. Являются местом деградации молекул. Кислая среда внутреннего содержимого вакуолей, созданная тонопластом, активизирует ферменты. Более крупные молекулы (биологические полимеры) направляются в вакуоль и там разрушаются под их воздействием.
5. Сходная функция – детоксикация. С помощью вакуолей из цитозоля (жидкая составляющая цитоплазмы, окружающая органеллы клетки) удаляются потенциально опасные токсичные вещества. Это могут быть тяжелые металлы или гербициды.
6. Защита. Интересно, что вакуоли растительных клеток могут содержать и выделять химические вещества, которые неприятны или даже ядовиты для животных. Поэтому некоторые растения животные не только не едят, а стараются обходить их стороной.
7. Вакуоли обеспечивают прорастающие семена питательными веществами. Все необходимые для роста углеводы, белки и липиды, хранятся в вакуолях.

 

 

Еще одна интересная функция вакуолей, сходна с функций лизосом. Вакуоли участвуют в гибели и расщеплении клеток. В растительных клетках гибель их происходит посредством процесса автолиза. Автолиз растений – это процесс разрушения растительной клетки с помощью своих же ферментов. Тонопласт разрывается и содержимое вакуолей попадает в цитоплазму клетки. Ферменты вакуолей разрушают, можно сказать «переваривают» всю клетку.

 

 

Типы вакуолей растительной клетки

 

 

Тип вакуолей определяется их основной функцией.

1. Запасающие вакуоли. Они содержатся в основном в растительных клетках и могут занимать практически весь объем клетки. Но могут встречаться и в некоторых тканях животных. Но названию понятно, что именно эти вакуоли являются складом для воды, питательных веществ, а также минералов, ферментов и витаминов.
2. Пищеварительные вакуоли. С помощью своих ферментов они переваривают органические вещества. Эти вакуоли располагаются в клетках животных и одноклеточных организмов.
3. Сократительная (пульсирующая, выделительная). Все отходы жизнедеятельности клетки накапливаются и потом удаляются с помощью вакуолей. Содержание различных веществ поддерживает необходимый уровень осмотического давления клетки.
4. Газовая (аэросома). Вакуоль накапливает газы (чаще водород) для обеспечения плавучести растения и некоторых водных животных.
5. Токсическая. Этот вид вакуолей содержится в клетках многих растений, насекомых, ядовитых рыб и животных. В таких вакуолях содержатся различные алкалоиды, полифенолы и другие вещества. Накопления ядов в вакуолях защищает растения от поедания животными. У животных часто эти токсины используются для процесса «внешнего пищеварения».

 

 

Химический состав вакуоли растительной клетки

 

Что же составляет химический состав вакуолей? Клеточный сок – это результат жизнедеятельности протопласта клетки. Клеточный сок – это водный раствор, обычно слабо концентрированный. В его состав входят как различные органические вещества, так и минеральные. Эти смеси образуют истинные или коллоидные растворы. При обезвоживании вакуолей эти вещества превращаются в форму кристаллов или кристаллоидов.

 

Клеточный сок имеет кислую среду. Состав химических веществ в клеточном соке во многом зависит от вида и состояния самого растения и его возраста.

 

Неорганические вещества клеточного сока:

• фосфаты;
• нитраты;
• хлориды;
• сульфаты,
• карбонаты: кальция, калия, натрия;
• йод,
• бром.

 

Органические вещества более разнообразны:

1. Безазотистые вещества:

• углеводы:
  • моносахариды (глюкоза, фруктоза),
  • дисахариды (сахароза),
  • полисахариды (инулин),
  • пектины;
• гликозиды:
  • амигдалин и синиргин (горький вкус),
  • кумарин (резкий запах),
  • сапонин, дигитоксин (ядовиты в больших дозах),
• флавоноиды:
  • флавоны — это пигменты желтого цвета,
  • антоцианы – пигменты, цвет окраски которых зависит от Ph среды клеточного сока. (В нейтральной среде – антоцианы лиловатой окраски, в щелочной — синие, в кислой — красные).

 

Примером красного цвета антоцианов могут быть расцветки в цветках пионов, гераней, маков, роз. Синий цвет — это антоцианы клеток цветков дельфиниума, васильков; малиново-лиловый — сливы, винограда, даже корнеплод свеклы.

 

 

Ярко-красный цвет осенних листьев – это тоже заслуга антоцианов. По мере разрушения хлорофилла, антоцианов становится все больше, особенно в холодную и солнечную погоду. Обратите внимание, что самые яркие листья во время холодной, но ясной осени.

• дубильные вещества:
  • танины;
  • катехины.

 

 

Эти вещества, соединяясь с белками дают нерастворимое соединение. Богаты этими веществами кора дуба (до 20%), листья чая (15-20%). При дублении кожи, получается очень прочное и красивое изделие. Кроме дубления кожи, дубильные вещества используются как лекарства. Например, при лечении расстройств желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), ожогов и кожных заболеваний. Они обладают еще вяжущим и противовоспалительным свойствами.

• Органические кислоты: щавелевая кислота; яблочная, лимонная, винная, янтарная, бензойная, салициловая.
• Соли органических кислот: щавелевокислый кальций (оксалат кальция), щавелевокислый магний, щавелевокислый натрий, виннокаменный кальций.

2. Азотосодержащие:

• Белки – белковые кристаллоиды и глобоиды;

 

 

Обычно они накапливаются в вакуолях клетки, но при обезвоживании могут выпасть из коллоидного раствора, образуя кристаллоиды. Кристаллоид, заключенный в тонопласт высохшей вакуоли, называется алейроновым зерном.

• Аминокислоты: лейцин, аспарагин и тирозин;
• Алкалоиды.

 

 

Алколоиды обычно обладают жгучим вкусом и ядовиты. Они имеют выраженную физиологическую активность. И хотя для растений они полезны лишь косвенно, то на организмы животных и человека могут оказывать достаточно сильное влияние. И это влияние может быть как положительным, так и отрицательным, а иногда и губительным.

 

 

Алколоиды чаще всего используют в качестве лекарственных препаратов: наркотики, транквилизаторы, обезболивающие. Например: хинин, атропин, кофеин, эфедрин, стрихнин, морфин и другие. Никотин и анабазин используют как инсектицидные средства (против насекомых).

• Гликоалкалоиды: соланин и чаконин.

 

 

Размер вакуоли в растительной клетке

 

 

Поскольку вакуоли располагаются внутри клеток, то их размеры сопоставимы с размерами клеток. Например, большинство клеток растений имеет размер 15-60 мкм (бывают экземпляры как 10, так и 100 мкм). Клетки животные меньше по размеру.

 

 

Обычно объем вакуоли в клетки составляет более 30% от объема клетки. Но это не постоянная величина. В зависимости от типа клетки вакуоли могут составить от 5 до 90% объема клетки.

 

 

Количество и размер вакуолей также зависит и от возраста клеток. В молодых клетках – вакуоли небольшие и их несколько. С возрастом клетки, вакуоли сливаются в одну крупную.

 

 

Чем отличается вакуоль растительной клетки от животной

 

 

Вакуоли характерны в основном для клеток растений и грибов. Но некоторые животные клетки также могут содержать вакуоли.

 

 

В животных клетках вакуоли по своей сути выполняют функцию лизосом. Они содержат ферменты. С помощью процессов фагоцитоза и пиноцитоза вакуоли переваривают питательные частицы, отмершие части и элементы клеток.

 

 

Как и вакуоли растительных клеток, они накапливают и запасают питательные вещества и регулируют содержание солей и воды в клетках.

 

 

Какое значение для растительной клетки имеет вакуоль

 

 

Значение вакуолей важно для любой клетки, но особенно для растительной. Можно сказать, что клетки нуждаются в вакуолях. Единственные организмы, клетки которых не содержат вакуолей – это вирусы и бактериофаги (разновидность вирусов, «живущих» внутри бактерий).

 

 

Значение вакуолей растительных и животных клеток связано с их основными функциями.

 

 

По мере потребления питательных веществ, клетка восполняет необходимость в них из вакуолей. Конечно, образовавшиеся в процессе жизни клетки «отходы» тоже нужно как-то утилизировать. И здесь основную помощь оказывают вакуоли.

 

 

В составе сока, находящегося внутри вакуолей, есть ферменты. Именно они разрушают все образовавшиеся вредные соединения. Очень важно значение вакуолей при гибели клетки. Вакуоли отмерших клеток лопаются, и ферменты разрушают уже не только продукты жизнедеятельности клетки, но и саму клетку. Это явление автолиза.

 

 

Ни одна растительная клетка не сможет существовать без внутреннего давления или тургора. Некоторые клетки умеют увеличиваться в размерах, и расти за счет этого растяжения. Вакуоли поддерживают упругость клеток.

 

 

Водный баланс важен для любого организма, в том числе и для клеток. Удерживать концентрацию внутриклеточной жидкости на постоянном уровне и регулировать водный баланс помогают вакуоли.

 

 

Даже внешняя красота листьев, цветов и плодов связана с вакуолями растительных клеток. В них содержаться красящие вещества, которые придают тканям определенный окрас. Вместе с хромопластами, сочетание цветов получается многообразным.

 

 

А вспомните, какое разнообразие вкусов дарят нам растения, благодаря клеточному соку. Сладкая малина, кислая смородина, кисло-сладкая облепиха. А лимон? Достаточно сказать название и мгновенно вспоминается яркий кислый вкус. Количество запасенного сока тоже впечатляет. Персики и вишня, арбузы и дыни. Даже высушенный сок вкусен – курага и изюм.

Вакуоли полезны не только для растений!