I vacuoli sono sacche legate alla membrana all’interno del citoplasma di una cellula che funzionano in diversi modi. Nelle cellule vegetali mature, i vacuoli tendono ad essere molto grandi e sono estremamente importanti nel fornire supporto strutturale, oltre a servire funzioni come lo stoccaggio, lo smaltimento dei rifiuti, la protezione e la crescita. Molte cellule vegetali hanno un grande, singolo vacuolo centrale che tipicamente occupa la maggior parte dello spazio nella cellula (80% o più). I vacuoli nelle cellule animali, invece, tendono ad essere molto più piccoli e sono più comunemente usati per immagazzinare temporaneamente materiali o per trasportare sostanze.
Il vacuolo centrale delle cellule vegetali (vedi Figura 1) è racchiuso da una membrana chiamata tonoplasto, un componente importante e altamente integrato della rete di membrane interne delle piante (endomembrana). Questo grande vacuolo si sviluppa lentamente con la maturazione della cellula attraverso la fusione di vacuoli più piccoli derivati dal reticolo endoplasmatico e dall’apparato di Golgi. Poiché il vacuolo centrale è altamente selettivo nel trasporto di materiali attraverso la sua membrana, la tavolozza chimica della soluzione del vacuolo (chiamata linfa cellulare) differisce notevolmente da quella del citoplasma circostante. Per esempio, alcuni vacuoli contengono pigmenti che danno a certi fiori i loro colori caratteristici. Il vacuolo centrale contiene anche rifiuti vegetali che hanno un sapore amaro per gli insetti e gli animali, mentre le cellule dei semi in via di sviluppo usano il vacuolo centrale come deposito per l’immagazzinamento delle proteine.
Tra i suoi ruoli nella funzione delle cellule vegetali, il vacuolo centrale immagazzina sali, minerali, nutrienti, proteine, pigmenti, aiuta nella crescita delle piante e svolge un importante ruolo strutturale per la pianta. In condizioni ottimali, i vacuoli sono pieni di acqua al punto che esercitano una pressione significativa contro la parete cellulare. Questo aiuta a mantenere l’integrità strutturale della pianta, insieme al supporto della parete cellulare, e permette alla cellula vegetale di crescere molto più grande senza dover sintetizzare nuovo citoplasma. Nella maggior parte dei casi, il citoplasma della pianta è confinato in un sottile strato posizionato tra la membrana plasmatica e il tonoplasto, ottenendo un grande rapporto tra superficie della membrana e citoplasma.
L’importanza strutturale del vacuolo della pianta è legata alla sua capacità di controllare la pressione di turgore. La pressione di turgore detta la rigidità della cellula ed è associata alla differenza tra la pressione osmotica all’interno e all’esterno della cellula. La pressione osmotica è la pressione necessaria per impedire la diffusione del fluido attraverso una membrana semipermeabile che separa due soluzioni contenenti diverse concentrazioni di molecole di soluto. La risposta delle cellule vegetali all’acqua è un ottimo esempio dell’importanza della pressione di turgore. Quando una pianta riceve una quantità adeguata di acqua, i vacuoli centrali delle sue cellule si gonfiano perché il liquido si raccoglie al loro interno, creando un alto livello di pressione di turgore, che aiuta a mantenere l’integrità strutturale della pianta, insieme al supporto della parete cellulare. In assenza di acqua a sufficienza, tuttavia, i vacuoli centrali si restringono e la pressione di turgore si riduce, compromettendo la rigidità della pianta e quindi l’appassimento.
I vacuoli delle piante sono importanti anche per il loro ruolo nella degradazione e nell’immagazzinamento molecolare. A volte queste funzioni sono svolte da diversi vacuoli nella stessa cellula, uno che serve come compartimento per la degradazione dei materiali (simile ai lisosomi che si trovano nelle cellule animali), e un altro che immagazzina nutrienti, prodotti di scarto o altre sostanze. Molti dei materiali comunemente immagazzinati nei vacuoli delle piante sono stati trovati utili per gli esseri umani, come l’oppio, la gomma e il condimento dell’aglio, e sono spesso raccolti. I vacuoli spesso immagazzinano anche i pigmenti che danno a certi fiori i loro colori, che li aiutano ad attirare le api e altri impollinatori, ma possono anche rilasciare molecole velenose, odorifere o sgradevoli per vari insetti e animali, scoraggiandoli così dal consumare la pianta.
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