VACUOLES: STRUKTUR, FUNGSI DAN JENISNYA - BIOLOGI - 2026

The vacuoles adalah organel intrasel dipisahkan daripada persekitaran cytosolic oleh membran. Mereka terdapat dalam pelbagai jenis sel, baik prokariotik dan eukariotik, serta organisma uniselular dan multiselular.

Istilah "vakuola" diciptakan oleh ahli biologi Perancis Félix Dujardin pada tahun 1841, untuk merujuk kepada ruang "kosong" intraselular yang dia amati di dalam protozoa. Walau bagaimanapun, vakuola sangat penting dalam tanaman dan di dalam makhluk hidup inilah yang telah dikaji secara terperinci.

Di sel-sel di mana mereka dijumpai, vakuola melakukan banyak fungsi yang berbeza. Sebagai contoh, organel ini sangat serba boleh dan fungsinya sering bergantung pada jenis sel, jenis tisu atau organ yang menjadi miliknya, dan tahap kehidupan organisma.

Oleh itu, vakuola dapat memberikan fungsi dalam penyimpanan bahan-bahan bertenaga (makanan) atau ion dan zat terlarut lain, dalam penghapusan bahan buangan, dalam internalisasi gas untuk pengapungan, dalam penyimpanan cecair, dalam pemeliharaan pH, antara lain.

Dalam ragi, misalnya, vakuola berperilaku seperti rakan lisosom dalam sel haiwan, kerana ia penuh dengan enzim hidrolitik dan proteolitik yang membantu mereka memecah pelbagai jenis molekul di dalamnya.

Mereka biasanya organel sfera yang ukurannya berbeza dengan spesies dan jenis sel. Membrannya, yang dikenal dalam tumbuhan sebagai tonoplas, mempunyai pelbagai jenis protein yang berkaitan, banyak di antaranya berkaitan dengan pengangkutan ke dan dari bahagian dalam vakuola.

Struktur

Skema sel tumbuhan yang menunjukkan vakuola dan membrannya, tonoplas (Sumber: Mariana Ruiz melalui Wikimedia Commons)

Vakuola terdapat dalam pelbagai jenis organisma seperti semua tanaman tanah, alga, dan kebanyakan kulat. Mereka juga telah dijumpai di banyak protozoa, dan "organel" serupa telah dijelaskan dalam beberapa spesies bakteria.

Strukturnya, seperti yang diharapkan, bergantung terutamanya pada fungsinya, terutama jika kita memikirkan protein membran integral yang memungkinkan masuknya zat yang berbeza ke dalam atau keluar dari vakuola.

Walaupun begitu, kita dapat menggeneralisasikan struktur vakuola sebagai organel sitosolik sfera yang terdiri daripada membran dan ruang dalaman (lumen).

Membran vakuolar

Ciri yang paling luar biasa dari pelbagai jenis vakuola bergantung pada membran vakuola. Pada tumbuhan, struktur ini dikenal sebagai tonoplas dan tidak hanya bertindak sebagai penghubung atau pemisahan antara komponen sitosolik dan luminal vakuola, tetapi, seperti membran plasma, ia adalah membran dengan kebolehtelapan selektif.

Dalam vakuola yang berbeza, membran vakuolar dilintasi oleh protein membran integral yang berbeza yang mempunyai fungsi dalam mengepam proton, dalam pengangkutan protein, dalam pengangkutan larutan dan dalam pembentukan saluran.

Oleh itu, baik dalam membran vakuola yang terdapat pada tumbuhan dan protozoa, ragi dan kulat, kehadiran protein dapat digambarkan sebagai:

- Pam Proton atau H + -ATPasas

- Proton pirofosfatase atau pam H + -PPasas

- Antiporter Proton (Na + / K +; Na + / H +; Ca + 2 / H +)

- Pengangkut keluarga ABC (pengangkut kaset yang mengikat ATP)

- Pengangkut pelbagai ubat dan toksin

- Pengangkut logam berat

- Pengangkut gula vakuolar

- Pembawa air

Lumen Vacuolar

Bahagian dalam vakuola, juga dikenali sebagai vakuula lumen, adalah medium yang umumnya cair, sering kaya dengan pelbagai jenis ion (bermuatan positif dan negatif).

Kerana kehadiran pam proton yang hampir umum dalam membran vakuolar, lumen organel ini biasanya merupakan ruang asid (di mana terdapat sejumlah besar ion hidrogen).

Biogenesis vakuola

Banyak bukti eksperimen menunjukkan bahawa vakuola sel eukariotik berasal dari laluan biosintetik dalaman dan endositosis. Protein yang dimasukkan ke dalam membran vakuolar, misalnya, berasal dari jalur sekresi awal, yang berlaku di petak yang sesuai dengan retikulum endoplasma dan kompleks Golgi.

Di samping itu, semasa proses pembentukan vakuola, kejadian endositosis bahan berlaku dari membran plasma, kejadian autofagus dan peristiwa pengangkutan langsung dari sitosol ke lumen vakuolar.

Selepas pembentukannya, semua protein dan molekul yang terdapat di dalam vakuola tiba di sana terutamanya berkat sistem pengangkutan yang berkaitan dengan retikulum endoplasma dan kompleks Golgi, di mana penyatuan vesikel pengangkutan dengan membran vakuolar.

Begitu juga, protein pengangkutan yang terletak di membran vakuola secara aktif mengambil bahagian dalam pertukaran bahan antara petak sitosolik dan vakuolar.

ciri-ciri

Tumbuhan tisu dan organel sel utama

Di tumbuh-tumbuhan

Dalam sel tumbuhan, vakuola menempati, dalam banyak kes, lebih daripada 90% daripada jumlah isipadu sitosolik, jadi mereka adalah organel yang berkait rapat dengan morfologi sel. Mereka menyumbang kepada pengembangan sel dan pertumbuhan organ dan tisu tumbuhan.

Oleh kerana sel tumbuhan kekurangan lisosom, vakuola menjalankan fungsi hidrolitik yang sangat serupa, kerana ia berfungsi dalam penurunan sebatian tambahan dan intraselular yang berbeza.

Mereka mempunyai fungsi utama dalam pengangkutan dan penyimpanan bahan seperti asid organik, glikosida, konjugat glutathione, alkaloid, antosianin, gula (kepekatan mono, di dan oligosakarida tinggi), ion, asid amino, metabolit sekunder, dll.

Vakuola tumbuhan juga terlibat dalam penyerapan sebatian toksik dan logam berat seperti kadmium dan arsenik. Dalam beberapa spesies, organel ini juga mempunyai enzim nukases, yang berfungsi untuk melindungi sel daripada patogen.

Vakuola tumbuhan dianggap oleh banyak penulis untuk diklasifikasikan sebagai vakuola vegetatif (litik) atau vakuola penyimpanan protein. Pada biji benih, vakuola penyimpanan mendominasi, sementara pada tisu lain vakuola bersifat litik atau vegetatif.

Dalam protozoa

Vakuola kontraktil protozoa mencegah lisis sel kerana kesan osmotik (berkaitan dengan kepekatan zat terlarut intraselular dan ekstraselular) dengan secara berkala menghilangkan lebihan air di dalam sel apabila mencapai ukuran kritikal (hampir pecah) ; iaitu organel osmoregulatory.

Dalam ragi

Vakuola ragi sangat penting untuk proses autofagik, iaitu kitar semula atau penghapusan sebatian sel sisa berlaku di dalamnya, serta protein yang menyimpang dan jenis molekul lain (yang dilabelkan untuk "Penghantaran" dalam kekosongan).

Skema yang mewakili peranan vakuola dalam degradasi protein dalam ragi (Sumber: Chalik1 melalui Wikimedia Commons)

Ia berfungsi dalam pemeliharaan pH sel dan penyimpanan bahan seperti ion (sangat penting untuk homeostasis kalsium), fosfat dan polifosfat, asid amino, dll. Vakuola ragi juga mengambil bahagian dalam "pexophagia", yang merupakan proses degradasi keseluruhan organel.

Jenis vakuola

Terdapat empat jenis vakuola utama, yang berbeza terutamanya dalam fungsinya. Ada yang mempunyai ciri-ciri beberapa organisma tertentu, sementara yang lain lebih banyak diedarkan.

Vakuola pencernaan

Vakuola jenis ini adalah yang paling banyak dijumpai dalam organisma protozoa, walaupun ia juga telah dijumpai pada beberapa haiwan "rendah" dan di sel-sel fagosit beberapa haiwan "lebih tinggi".

Bahagian dalamnya kaya dengan enzim pencernaan yang mampu merosakkan protein dan bahan lain untuk tujuan makanan, kerana apa yang terdegradasi dibawa ke sitosol, di mana ia digunakan untuk pelbagai tujuan.

Vakuola simpanan

Dalam bahasa Inggeris mereka dikenali sebagai "sap vacuoles" dan inilah yang menjadi ciri sel tumbuhan. Mereka adalah ruang yang berisi bendalir dan membrannya (tonoplas) mempunyai sistem pengangkutan yang kompleks untuk pertukaran bahan antara lumen dan sitosol.

Pada sel yang belum matang, vakuola ini berukuran kecil, dan ketika tanaman matang, ia menyatu untuk membentuk vakuola pusat yang besar.

Di dalamnya mengandungi air, karbohidrat, garam, protein, produk sisa, pigmen larut (anthocyanins dan anthoxanthins), lateks, alkaloid, dll.

Vakuola berdenyut atau kontraktil

Vakuola kontraktil atau pulsatile terdapat di banyak protista uniselular dan alga air tawar. Mereka mengkhususkan diri dalam pemeliharaan sel osmotik dan untuk ini mereka mempunyai selaput yang sangat fleksibel, yang memungkinkan pengusiran cecair atau pengenalannya.

Skema sel Paramecium, organisma uniselular yang memiliki vakuola kontraktil (Sumber: Skema sel tumbuhan yang menunjukkan vakuola dan membrannya, tonoplas (Sumber: Deuterostome via Wikimedia Commons)

Untuk menjalankan fungsinya, vakuola jenis ini mengalami perubahan kitaran berterusan di mana mereka secara beransur-ansur membengkak (diisi dengan cecair, proses yang dikenali sebagai diastole) sehingga mereka mencapai ukuran kritikal.

Kemudian, bergantung pada keadaan dan keperluan selular, vakuola tiba-tiba berkontrak (pengosongan, proses yang dikenali sebagai sistol), mengeluarkan semua kandungannya ke ruang ekstraselular.

Vakuola udara atau gas

Vakuola jenis ini hanya dijelaskan dalam organisma prokariotik, tetapi berbeza dengan vakuola eukariotik yang lain kerana ia tidak dibatasi oleh membran khas (sel prokariotik tidak mempunyai sistem membran dalaman).

Vakuola gas atau "pseudovacuoles" udara adalah sekumpulan struktur kecil yang dipenuhi dengan gas yang dihasilkan semasa metabolisme bakteria dan ditutupi oleh lapisan protein. Mereka mempunyai fungsi dalam pengapungan, perlindungan radiasi dan ketahanan mekanikal.

Rujukan

1. Eisenach, C., Francisco, R., & Martinoia, E. (nd). Pelan Vacuoles. Biologi Semasa, 25 (4), R136-R137.
2. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). Biologi Sel Molekul (edisi ke-5). Freeman, WH & Syarikat.
3. Martinoia, E., Mimura, T., Hara-Nishimura, I., & Shiratake, K. (2018). Peranan pelbagai aspek vakuola tanaman. Fisiologi Tumbuhan dan Sel, 59 (7), 1285-1287.
4. Matile, P. (1978). Biokimia dan Fungsi Vakuola. Kajian Tahunan Fisiologi Tumbuhan, 29 (1), 193-213.
5. Pappas, GD, & Brandt, PW (1958). Struktur halus vakuola kontraktil di amuba. Jurnal Biologi Sel, 4 (4), 485-448.
6. Shimada, T., Takagi, J., Ichino, T., Shirakawa, M., & Hara-nishimura, I. (2018). Vakuola Tumbuhan. Kajian Tahunan Biologi Tumbuhan, 69, 1–23.
7. Tan, X., Li, K., Wang, Z., Zhu, K., Tan, X., & Cao, J. (2019). Kajian mengenai Vakuola Tumbuhan: Pembentukan, Protein Terletak, dan Fungsi. Tumbuhan, 8 (327), 1–11.
8. Thumm, M. (2000). Struktur dan fungsi vakuola ragi dan peranannya dalam autofagi. Penyelidikan dan Teknik Mikroskopi, 51 (6), 563–572.
9. Walsby, AE (1972). Struktur dan fungsi vakum gas. Ulasan Bakteriologi, 36 (1), 1–32.