VAKUOLA: STRUKTUR, FUNGSI, DAN TIPE - BIOLOGI - 2025

The vakuola adalah organel intraseluler dipisahkan dari lingkungan sitosol oleh membran. Mereka ditemukan di banyak jenis sel yang berbeda, baik prokariotik dan eukariotik, serta organisme uniseluler dan multiseluler.

Istilah "vakuola" diciptakan oleh ahli biologi Prancis Félix Dujardin pada tahun 1841, untuk merujuk pada ruang intraseluler "kosong" yang ia amati di dalam protozoa. Namun, vakuola sangat penting pada tumbuhan dan pada makhluk hidup inilah vakuola telah dipelajari dengan sangat rinci.

Dalam sel tempat mereka ditemukan, vakuola melakukan banyak fungsi berbeda. Misalnya, mereka adalah organel yang sangat serbaguna dan fungsinya sering bergantung pada jenis sel, jenis jaringan atau organ tempat mereka berasal, dan tahap kehidupan organisme.

Dengan demikian, vakuola dapat menggunakan fungsi dalam penyimpanan zat energik (makanan) atau ion dan zat terlarut lainnya, dalam menghilangkan bahan limbah, dalam internalisasi gas untuk pengapungan, dalam penyimpanan cairan, dalam pemeliharaan pH, antara lain.

Dalam ragi, misalnya, vakuola berperilaku seperti rekan lisosom dalam sel hewan, karena mereka penuh dengan enzim hidrolitik dan proteolitik yang membantu mereka memecah berbagai jenis molekul di dalamnya.

Mereka umumnya organel bulat yang ukurannya bervariasi dengan spesies dan jenis sel. Membrannya, yang dikenal pada tumbuhan sebagai tonoplast, memiliki berbagai jenis protein terkait, banyak di antaranya terkait dengan transportasi ke dan dari bagian dalam vakuola.

Struktur

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

Vakuola ditemukan di berbagai organisme seperti semua tumbuhan darat, alga, dan sebagian besar jamur. Mereka juga telah ditemukan di banyak protozoa, dan "organel" serupa telah dijelaskan pada beberapa spesies bakteri.

Strukturnya, seperti yang diharapkan, terutama bergantung pada fungsinya, terutama jika kita memikirkan protein membran integral yang memungkinkan lewatnya zat berbeda masuk atau keluar dari vakuola.

Meskipun demikian, kita dapat menggeneralisasi struktur vakuola sebagai organel sitosol bulat yang terdiri dari membran dan ruang internal (lumen).

Membran vakuolar

Karakteristik yang paling menonjol dari berbagai jenis vakuola bergantung pada membran vakuola. Pada tumbuhan, struktur ini dikenal sebagai tonoplast dan tidak hanya bertindak sebagai antarmuka atau pemisahan antara komponen sitosol dan luminal dari vakuola, tetapi, seperti membran plasma, ia adalah membran dengan permeabilitas selektif.

Dalam vakuola yang berbeda, membran vakuola dilintasi oleh protein membran integral berbeda yang memiliki fungsi dalam pemompaan proton, dalam pengangkutan protein, dalam pengangkutan larutan dan dalam pembentukan saluran.

Jadi, baik dalam membran vakuola yang ada pada tumbuhan maupun dalam membran protozoa, ragi dan jamur, keberadaan protein dapat dijelaskan sebagai:

- Pompa proton atau H + -ATPasas

- Pompa proton pyrophosphatases atau H + -PPasas

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

- Pengangkut dari keluarga ABC (pengangkut kaset yang mengikat ATP)

- Pengangkut multi-obat dan racun

- Pengangkut logam berat

- Pengangkut vakuolar gula

- Pembawa air

Lumen vakum

Bagian dalam vakuola, juga dikenal sebagai lumen vakuola, umumnya berupa media cair, sering kali kaya akan berbagai jenis ion (bermuatan positif dan negatif).

Karena keberadaan pompa proton yang hampir umum di membran vakuolar, lumen organel ini biasanya berupa ruang asam (di mana terdapat ion hidrogen dalam jumlah besar).

Biogenesis vakuola

Banyak bukti eksperimental menunjukkan bahwa vakuola sel eukariotik berasal dari jalur biosintesis internal dan endositosis. Protein yang dimasukkan ke dalam membran vakuola, misalnya, berasal dari jalur sekretori awal, yang terjadi di kompartemen yang berhubungan dengan retikulum endoplasma dan kompleks Golgi.

Selain itu, selama proses pembentukan vakuola, terjadi peristiwa endositosis zat dari membran plasma, peristiwa autofagi dan peristiwa pengangkutan langsung dari sitosol ke lumen vakuola.

Setelah pembentukannya, semua protein dan molekul yang ditemukan di dalam vakuola tiba di sana terutama berkat sistem transportasi yang terkait dengan retikulum endoplasma dan kompleks Golgi, di mana fusi vesikel transportasi dengan membran vakuolar.

Demikian juga, protein transpor yang terletak di membran vakuola secara aktif berpartisipasi dalam pertukaran zat antara kompartemen sitosol dan vakuolar.

fitur

Jaringan tumbuhan dan organel sel utama

Pada tumbuhan

Dalam sel tumbuhan, vakuola menempati, dalam banyak kasus, lebih dari 90% dari total volume sitosol, sehingga mereka adalah organel yang terkait erat dengan morfologi sel. Mereka berkontribusi pada perluasan sel dan pertumbuhan organ dan jaringan tanaman.

Karena sel tumbuhan kekurangan lisosom, vakuola memiliki fungsi hidrolitik yang sangat mirip, karena berfungsi dalam degradasi senyawa ekstra dan intraseluler yang berbeda.

Mereka memiliki fungsi utama dalam pengangkutan dan penyimpanan zat seperti asam organik, glikosida, konjugat glutathione, alkaloid, antosianin, gula (konsentrasi tinggi mono, di dan oligosakarida), ion, asam amino, metabolit sekunder, dll.

Vakuola tumbuhan juga terlibat dalam sekuestrasi senyawa beracun dan logam berat seperti kadmium dan arsen. Pada beberapa spesies, organel ini juga memiliki enzim nuklease, yang bekerja untuk melindungi sel dari patogen.

Vakuola tumbuhan dianggap oleh banyak penulis untuk diklasifikasikan sebagai vakuola vegetatif (litik) atau vakuola penyimpanan protein. Pada biji, vakuola penyimpanan mendominasi, sedangkan di jaringan lainnya vakuola bersifat litik atau vegetatif.

Dalam protozoa

Vakuola kontraktil protozoa mencegah lisis sel karena efek osmotik (terkait dengan konsentrasi zat terlarut intraseluler dan ekstraseluler) dengan secara berkala menghilangkan kelebihan air di dalam sel ketika mencapai ukuran kritis (hampir meledak) ; artinya, mereka adalah organel osmoregulatory.

Dalam ragi

Vakuola ragi sangat penting untuk proses autofagik, yaitu, di dalamnya, terjadi daur ulang atau penghapusan senyawa seluler limbah, serta protein yang menyimpang dan jenis molekul lainnya (yang diberi label sesuai fungsinya. "Pengiriman" di vakuola).

Skema yang mewakili peran vakuola dalam degradasi protein dalam ragi (Sumber: Chalik1 via Wikimedia Commons)

Ia bekerja dalam pemeliharaan pH sel dan dalam penyimpanan zat seperti ion (sangat penting untuk homeostasis kalsium), fosfat dan polifosfat, asam amino, dll. Vakuola ragi juga berpartisipasi dalam "pexophagia", yang merupakan proses degradasi seluruh organel.

Jenis vakuola

Ada empat jenis utama vakuola, yang berbeda terutama dalam fungsinya. Beberapa dengan karakteristik beberapa organisme tertentu, sementara yang lain tersebar lebih luas.

Vakuola pencernaan

Jenis vakuola ini adalah yang paling banyak ditemukan pada organisme protozoa, meskipun vakuola juga telah ditemukan pada beberapa hewan "lebih rendah" dan di sel fagositik hewan "lebih tinggi".

Bagian dalamnya kaya akan enzim pencernaan yang mampu mendegradasi protein dan zat lain untuk keperluan makanan, karena apa yang terdegradasi diangkut ke sitosol, di mana ia digunakan untuk berbagai keperluan.

Vakuola penyimpanan

Dalam bahasa Inggris mereka dikenal sebagai "vakuola getah" dan merupakan ciri sel tumbuhan. Mereka adalah kompartemen berisi cairan dan membrannya (tonoplast) memiliki sistem transportasi kompleks untuk pertukaran zat antara lumen dan sitosol.

Dalam sel yang belum matang, vakuola ini berukuran kecil, dan saat tanaman matang, mereka bergabung membentuk vakuola sentral yang besar.

Di dalamnya mengandung air, karbohidrat, garam, protein, produk limbah, pigmen larut (antosianin dan antoksantin), lateks, alkaloid, dll.

Vakuola berdenyut atau kontraktil

Vakuola kontraktil atau pulsatil ditemukan di banyak protista uniseluler dan alga air tawar. Mereka mengkhususkan diri dalam pemeliharaan osmotik sel dan untuk ini mereka memiliki membran yang sangat fleksibel, yang memungkinkan pengeluaran cairan atau masuknya cairan.

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

Untuk menjalankan fungsinya, jenis vakuola ini mengalami perubahan siklus terus menerus di mana vakuola tersebut secara bertahap membengkak (terisi dengan cairan, proses yang dikenal sebagai diastol) hingga mencapai ukuran kritis.

Kemudian, tergantung pada kondisi dan kebutuhan seluler, vakuola tiba-tiba berkontraksi (kosong, proses yang dikenal sebagai sistol), mengeluarkan semua isinya ke ruang ekstraseluler.

Vakuola udara atau gas

Jenis vakuola ini hanya dijelaskan pada organisme prokariotik, tetapi berbeda dari vakuola eukariotik lainnya karena tidak dibatasi oleh membran yang khas (sel prokariotik tidak memiliki sistem membran internal).

Vakuola gas atau “pseudovacuoles” udara adalah sekumpulan struktur kecil berisi gas yang diproduksi selama metabolisme bakteri dan ditutupi oleh lapisan protein. Mereka memiliki fungsi dalam flotasi, proteksi radiasi dan ketahanan mekanis.

Referensi

1. Eisenach, C., Francisco, R., & Martinoia, E. (nd). Rencana Vakuola. Biologi Saat Ini, 25 (4), R136-R137.
2. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (edisi ke-5th). Freeman, WH & Company.
3. Martinoia, E., Mimura, T., Hara-Nishimura, I., & Shiratake, K. (2018). Peran beragam vakuola tumbuhan. Fisiologi Tumbuhan dan Sel, 59 (7), 1285-1287.
4. Matile, P. (1978). Biokimia dan Fungsi Vakuola. Review Tahunan Fisiologi Tumbuhan, 29 (1), 193–213.
5. Pappas, GD, & Brandt, PW (1958). Struktur halus vakuola kontraktil di amuba. Jurnal Biologi Sel, 4 (4), 485-488.
6. Shimada, T., Takagi, J., Ichino, T., Shirakawa, M., & Hara-nishimura, I. (2018). Vakuola Tumbuhan. Review Tahunan Biologi Tanaman, 69, 1–23.
7. Tan, X., Li, K., Wang, Z., Zhu, K., Tan, X., & Cao, J. (2019). Tinjauan tentang Vakuola Tumbuhan: Pembentukan, Protein Terletak, dan Fungsi. Tanaman, 8 (327), 1–11.
8. Thumm, M. (2000). Struktur dan fungsi vakuola ragi dan perannya dalam autofagi. Penelitian dan Teknik Mikroskopi, 51 (6), 563–572.
9. Walsby, AE (1972). Struktur dan fungsi vakuol gas. Ulasan Bakteriologis, 36 (1), 1–32.