Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с пузырьком (биология и химия) .
Клеточная биология
Клетка животного
Animal Cell.svg
Структура растительной клетки
Строение клетки животных

Вакуоли ( / v æ к Ju oʊ л / ) представляют собой мембрану -связанных органеллы , который присутствует в растении и грибковые клетки и некоторых протиста , животном [1] и бактериальные клетки. [2] Вакуоли - это по существу замкнутые отсеки, заполненные водой, содержащей неорганические и органические молекулы, включая ферменты в растворе., хотя в некоторых случаях они могут содержать захваченные твердые частицы. Вакуоли образуются путем слияния множества мембранных везикул и фактически представляют собой их более крупные формы. [3] Органелла не имеет основной формы или размера; его структура меняется в зависимости от требований клетки.

Открытие

Сократительные вакуоли («звезды») впервые были обнаружены Спалланцани (1776 г.) у простейших , хотя их ошибочно приняли 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 . [4] [5] [6] [7]

В 1885 году де Фрис назвал вакуумную мембрану тонопластом. [8]

Функция

Функция и значение вакуолей сильно различаются в зависимости от типа клеток, в которых они присутствуют, и имеют гораздо большее значение в клетках растений, грибов и некоторых простейших, чем клетки животных и бактерий. В общем, к функциям вакуоли относятся:

  • Изоляция материалов, которые могут быть вредными или представлять угрозу для клетки
  • Содержит отходы
  • Содержит воду в клетках растений
  • Поддержание внутреннего гидростатического давления или тургора внутри клетки
  • Поддержание кислого внутреннего pH
  • Содержит небольшие молекулы
  • Экспорт нежелательных веществ из клетки
  • Позволяет растениям поддерживать структуры, такие как листья и цветы, за счет давления центральной вакуоли
  • Увеличивая размер, позволяет прорастающим растениям или его органам (например, листьям) расти очень быстро и расходовать в основном только воду. [9]
  • В семенах хранящиеся белки, необходимые для прорастания, хранятся в «белковых телах», которые представляют собой модифицированные вакуоли. [10]

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 способствуют лизису и переработке неправильно свернутых белков, которые начали накапливаться в клетке. Томас Боллер [11] и другие предположили, что вакуоль участвует в уничтожении вторгающихся бактерий, а Роберт Б. Меллор предположил, что органоспецифические формы играют роль в «жилье» симбиотических бактерий. У протистов [12]вакуоли имеют дополнительную функцию хранения пищи, которая была поглощена организмом, и помогают клетке в процессе пищеварения и утилизации отходов. [13]

В клетках животных вакуоли выполняют в основном второстепенные роли, помогая в более крупных процессах экзоцитоза и эндоцитоза .

Вакуоли животных меньше, чем их аналоги у растений, но обычно их больше. [14] Есть также животные клетки, в которых нет вакуолей. [15]

Экзоцитоз - это процесс вытеснения белков и липидов из клетки. Эти материалы абсорбируются секреторными гранулами в аппарате Гольджи перед транспортировкой к клеточной мембране и секретируются во внеклеточную среду. В этом качестве вакуоли представляют собой просто везикулы хранения, которые позволяют удерживать, транспортировать и удалять выбранные белки и липиды во внеклеточную среду клетки.

Эндоцитоз - это противоположность экзоцитозу, и он может проявляться в различных формах. Фагоцитоз («поедание клеток») - это процесс, при котором бактерии, мертвая ткань или другие частицы материала, видимые под микроскопом, поглощаются клетками. Материал контактирует с клеточной мембраной, которая затем инвагинирует. Инвагинации являются отсекаются, оставляя поглотивший материал в мембранном корпусе вакуоли и клеточную мембрану неповрежденным. Пиноцитоз («питье клеток») - это, по сути, тот же процесс, с той лишь разницей, что поглощенные вещества находятся в растворе и не видны под микроскопом. [16] И фагоцитоз, и пиноцитоз осуществляются в сочетании с лизосомами.которые завершают распад материала, который был поглощен. [17]

После поглощения сальмонелла способна выживать и размножаться в вакуолях несколькихвидов млекопитающих . [18]

Вакуоль, вероятно, развивалась несколько раз независимо, даже внутри Viridiplantae . [14]

Типы вакуолей

Газовые вакуоли

Газовые везикулы , также известные как газовые вакуоли, представляют собой нанокомплекты, которые свободно проницаемы для газа [19] и встречаются в основном у цианобактерий, но также встречаются у других видов бактерий и некоторых архей. [20] Газовые пузырьки позволяют бактериям контролировать свою плавучесть. Они образуются, когда небольшие биконические структуры разрастаются в веретено. Стенки везикул состоят из гидрофобного белка газовых везикул А (GvpA), который формирует цилиндрическую полую белковую структуру, заполняющуюся газом. [20] [21] Небольшие вариации в аминокислотной последовательности вызывают изменения в морфологии газового пузырька, например, GvpC - более крупный белок. [22]

Центральные вакуоли

Антоцианов -storing вакуоли Rhoeo spathacea , в традесканции , в клетках , которые plasmolyzed

Большинство зрелых растительных клеток имеют одну большую вакуоль, которая обычно занимает более 30% объема клетки и может занимать до 80% объема для определенных типов клеток и условий. [23] Нити цитоплазмы часто проходят через вакуоль.

Вакуоль окружена мембраной, называемой тонопластом (происхождение слова: Gk tón (os) + -o-, что означает «растяжение», «напряжение», «тон» + гребешок. Form repr. Gk plastós сформировано, отформовано) и заполнено с клеточным соком . Тонопласт , также называемый вакуолярной мембраной , представляет собой цитоплазматическую мембрану, окружающую вакуоль, отделяющую содержимое вакуоля от цитоплазмы клетки. Как мембрана, она в основном участвует в регулировании движения ионов вокруг клетки и изоляции материалов, которые могут быть вредными или представлять угрозу для клетки. [24]

Транспорт протонов из цитозоля в вакуоль стабилизирует рН цитоплазмы , делая внутреннюю часть вакуоля более кислой, создавая движущую силу протонов, которую клетка может использовать для транспортировки питательных веществ в вакуоль или из нее. Низкий уровень pH вакуоли также позволяет действовать разрушающим ферментам . Хотя чаще всего встречаются одиночные большие вакуоли, размер и количество вакуолей могут различаться в разных тканях и на разных стадиях развития. Например, развивающиеся клетки меристем содержат маленькие провакуоли, а клетки сосудистого камбия имеют много маленьких вакуолей зимой и одну большую летом.

Помимо хранения, основная роль центральной вакуоли заключается в поддержании тургорного давления на клеточную стенку . Белки, содержащиеся в тонопласте ( аквапорины ), контролируют поток воды в вакуоль и из нее посредством активного транспорта , нагнетая ионы калия (K + ) внутрь и из вакуоля. Из-за осмоса вода будет диффундировать в вакуоль, оказывая давление на клеточную стенку. Если потеря воды приводит к существенному снижению тургора давления, то ячейка будет плазмолиз. Тургорное давление, оказываемое вакуолями, также необходимо для удлинения клеток: поскольку клеточная стенка частично разрушается под действием экспансинов , менее жесткая стенка расширяется за счет давления, исходящего изнутри вакуоли. Тургорное давление, оказываемое вакуолью, также важно для поддержания растений в вертикальном положении. Другая функция центральной вакуоли заключается в том, что она прижимает все содержимое цитоплазмы клетки к клеточной мембране и, таким образом, удерживает хлоропласты ближе к свету. [25] Большинство растений хранят химические вещества в вакуоли, которые вступают в реакцию с химическими веществами в цитозоле. Если клетка сломана, например, травоядным животным , два химических вещества могут вступить в реакцию с образованием токсичных химических веществ. В чесноке, аллиинеи фермент аллииназа обычно разделяются, но образуют аллицин, если вакуоль нарушена. Подобная реакция отвечает за производство син-пропантиаль-S-оксида при резке лука . [ необходима цитата ]

Вакуоли в клетках грибов выполняют те же функции, что и в растениях, и на клетку может быть более одной вакуоли. В дрожжевых клетках вакуоль представляет собой динамическую структуру, которая может быстро изменять свою морфологию . Они участвуют во многих процессах, включая гомеостаз клеточного pH и концентрации ионов, осморегуляцию , хранение аминокислот и полифосфатов и процессы разложения. Токсичные ионы, такие как стронций ( Sr2+
), кобальт (II) ( Co2+
) и свинец (II) ( Pb2+
) транспортируются в вакуоль, чтобы изолировать их от остальной части клетки. [26]

Сократительные вакуоли

Сократительные вакуоли - это специализированная осморегуляторная органелла, которая присутствует у многих свободноживущих протистов. [27] Сократительная вакуоль является частью комплекса сократительной вакуоли, который включает радиальные рукава и спонгиом. Комплекс сократительной вакуоли периодически сокращается, чтобы удалить лишнюю воду и ионы из клетки, чтобы сбалансировать поток воды в клетку. [28] Когда сократительная вакуоль медленно впитывает воду, сократительная вакуоль увеличивается, это называется диастолой, и когда она достигает своего порога, центральная вакуоль сжимается, а затем периодически сжимается (систола), чтобы выпустить воду. [29]

Пищевые вакуоли

Пищевые вакуоли - это органеллы, обнаруженные у инфузорий и Plasmodium falciparum , простейшего паразита, вызывающего малярию .

Гистопатология

В гистопатологии , вакуолизация является образованием вакуолей или вакуоли-подобных структурам, в пределах или вблизи клетки. Это неспецифический признак заболевания.

Рекомендации

  1. ^ Venes D (2001). Циклопедический медицинский словарь Табера (Двадцатое изд.). Филадельфия: FA Davis Company. п. 2287. ISBN 0-9762548-3-2.
  2. Перейти ↑ Schulz-Vogt HN (2006). «Вакуоли». Включения у прокариот . Монографии по микробиологии. 1 . С. 295–298. DOI : 10.1007 / 3-540-33774-1_10 . ISBN 978-3-540-26205-3.
  3. ^ Брукер RJ, Widmaier EP, Graham LE, Stiling PD (2007). Биология (Первое изд.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. С.  79 . ISBN 978-0-07-326807-1.
  4. ^ Спалланцани L (1776). "Наблюдения и опыт в отношении животных". L 'École Polytechnique . Париж: 1920 г.
  5. ↑ Dujardin F (1841). "Натуральная история зоофитов: Infusoires". Librairie Encyclopédique de Roret . Париж.
  6. ^ Шлейден MJ (1842). "Grundzüge der wissenschaftlichen Botanik". Лейпциг: В. Энгельманн. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  7. ^ Уэйн R (2009). Биология клетки растений: от астрономии к зоологии . Амстердам: Elsevier / Academic Press. п. 101. ISBN 9780080921273.
  8. ^ де Фрис H (1885). "Plasmolytische Studien über die Wand der Vakuolen". Jahrb. Wiss. Бот . 16 : 465–598.
  9. ^ Окубо-Kurihara и Е, Т Сано, Higaki Т, Kutsuna Н, Hasezawa S (январь 2009 г.). «Ускорение регенерации вакуолей и роста клеток за счет сверхэкспрессии аквапорина NtTIP1; 1 в клетках табака BY-2» . Физиология растений и клеток . 50 (1): 151–60. DOI : 10.1093 / PCP / pcn181 . PMID 19042915 . 
  10. ^ Matile Р (1993). «Глава 18: Вакуоли, открытие лизосомального происхождения». Открытия в биологии растений . 1 . World Scientific Publishing Co Pte Ltd.
  11. ^ Томас Boller архивации 2013-12-06 в Wayback Machine . Plantbiology.unibas.ch. Проверено 2 сентября 2011.
  12. ^ Например, пищевая вакуоль у Plasmodium .
  13. ^ Jezbera J, K Horňák, Simek K (май 2005). «Выбор пищи бактериоядными простейшими: выводы из анализа содержания пищевых вакуолей с помощью флуоресцентной гибридизации in situ» . FEMS Microbiology Ecology . 52 (3): 351–63. DOI : 10.1016 / j.femsec.2004.12.001 . PMID 16329920 . 
  14. ^ а б Беккер Б. (2007). Функция и эволюция вакуолярного компартмента у зеленых водорослей и наземных растений (Viridiplantae) . Международный обзор цитологии. 264 . С.  1–24 . DOI : 10.1016 / S0074-7696 (07) 64001-7 . ISBN 9780123742636. PMID  17964920 .
  15. ^ Растительные клетки против животных клеток. Архивировано 1 февраля 2019 г. в Wayback Machine . Biology-Online.org
  16. ^ Уильям Ф. Ганонг, доктор медицины (2003). Обзор медицинской физиологии (21-е изд.).
  17. ^ Reggiori F (2006). «Происхождение мембраны для аутофагии». Текущие темы биологии развития Том 74 . Актуальные темы биологии развития. 74 . С. 1–30. DOI : 10.1016 / S0070-2153 (06) 74001-7 . ISBN 9780121531744. PMC  7112310 . PMID  16860663 .
  18. ^ Knodler Л.А., Стил-Мортимер O (сентябрь 2003). «Завладение: биогенез вакуоли, содержащей сальмонеллы» . Трафик . 4 (9): 587–99. DOI : 10.1034 / j.1600-0854.2003.00118.x . PMID 12911813 . S2CID 25646573 .  
  19. ^ Уолсби AE (1969). "Проницаемость сине-зеленых водорослей газ-вакуоль мембран для газа". Труды Лондонского королевского общества. Серия B, Биологические науки . 173 (1031): 235–255. Bibcode : 1969RSPSB.173..235W . DOI : 10,1098 / rspb.1969.0049 . ISSN 0080-4649 . JSTOR 75817 . OCLC 479422015 . S2CID 95321956 .    
  20. ^ а б Pfeifer, Felicitas (2012). «Распространение, образование и регуляция газовых пузырьков» . Обзоры природы микробиологии . 10 (10): 705–15. DOI : 10.1038 / nrmicro2834 . PMID 22941504 . S2CID 9926129 . Дата обращения 5 ноября 2020 .  
  21. ^ Гехлер, Торстен; Пфайфер, Фелиситас (2009). «Анаэробиоз подавляет образование газовых пузырьков у галофильных архей» . Молекулярная микробиология . 71 (1): 132–45. DOI : 10.1111 / j.1365-2958.2008.06517.x . PMID 19007418 . Дата обращения 5 ноября 2020 . 
  22. ^ Пфайфер, Фелиситас; Борода, Стивен Дж; Хейс, Пол К.; Уолсби, Энтони Э (2002). «Последовательность основного белка газовых везикул, GvpA, влияет на ширину и прочность газовых везикул галобактерий» . Письма о микробиологии FEMS . 213 (2): 149–157. DOI : 10.1111 / j.1574-6968.2002.tb11299.x . PMID 12167531 . Дата обращения 5 ноября 2020 . 
  23. ↑ Альбертс Б., Джонсон Б., Льюис А., Рафф Дж., Робертс К., Уолтер П. (2008). Молекулярная биология клетки (Пятое изд.). Нью-Йорк: Наука Гарланд. п. 781 . ISBN 978-0-8153-4111-6.
  24. ↑ Li WY, Wong FL, Tsai SN, Phang TH, Shao G, Lam HM (июнь 2006 г.). «Расположенные в тонопласте GmCLC1 и GmNHX1 из сои повышают толерантность к NaCl в трансгенных ярко-желтых (BY) -2 клетках» . Растения, клетки и окружающая среда . 29 (6): 1122–37. DOI : 10.1111 / j.1365-3040.2005.01487.x . PMID 17080938 . 
  25. ^ Taiz L, Zeiger E (2002). Физиология растений (3-е изд.). Синауэр. С. 13–14. ISBN 0-87893-856-7.
  26. ^ Клионский DJ, Herman PK, Emr SD (сентябрь 1990). «Грибковая вакуоль: состав, функции и биогенез» . Микробиологические обзоры . 54 (3): 266–92. DOI : 10.1128 / MMBR.54.3.266-292.1990 . PMC 372777 . PMID 2215422 .  
  27. ^ Эссид, Мириам; Гопалдасс, Навин; Ёсида, Кунито; Меррифилд, Кристиан; Солдати, Тьерри (апрель 2012 г.). Бреннвальд, Патрик (ред.). «Rab8a регулирует опосредованное экзоцистами бессонницу сократительной вакуоли Dictyostelium» . Молекулярная биология клетки . 23 (7): 1267–1282. DOI : 10.1091 / mbc.e11-06-0576 . ISSN 1059-1524 . PMC 3315810 . PMID 22323285 .   
  28. ^ Платтнер, Гельмут (2015-04-03). «Комплекс сократительной вакуоли протистов - новые сигналы к функции и биогенезу» . Критические обзоры в микробиологии . 41 (2): 218–227. DOI : 10.3109 / 1040841X.2013.821650 . ISSN 1040-841X . PMID 23919298 . S2CID 11384111 .   
  29. ^ Папас, Джордж Д .; Брандт, Филип В. (1958). «Тонкая структура сократительной вакуоли в амебе» . Журнал биофизической и биохимической цитологии . 4 (4): 485–488. DOI : 10,1083 / jcb.4.4.485 . ISSN 0095-9901 . JSTOR 1603216 . PMC 2224495 . PMID 13563556 .    

внешняя ссылка