Biologia vegetale - il vacuolo

Il Vacuolo

Il Vacuolo è una cavità cellulare delimitata da una membrana monostratificata (il tonoplasto) e contenente una soluzione (il succo vacuolare) il cui costituente principale è l'acqua. E' un organulo tipico delle cellule vegetali.

Il Vacuolo si origina da vescicole prodotte dal reticolo endoplasmatico, ma la maggior parte del tonoplasto e delle proteine del vacuolo vengono sintetizzate direttamente dall'apparato del Golgi. Le varie vescicole, contenenti citoplasma ed enzimi, subiscono una fusione progressiva. Gli enzimi degradano le macromolecole citoplasmatiche e si inizia a formare il succo vacuolare.

Durante la crescita, la cellula immagazzina nel vacuolo diverse sostanze a seconda del ruolo, posizione ed età della cellula. Nelle cellule giovanili i vacuoli sono piccoli e numerosi, mentre nelle cellule adulte sono pochi e grandi; in generale, durante la crescita vi è la fusione in unico vacuolo che occupa circa il 90% dell'intero volume.

cellulare

Il tonoplasto è una membrana a singolo strato, formato da fosfoglicolipidi e steroli liberi. In questo strato lipidico sono inserite numerose proteine di trasporto (entrata/uscita dei soluti) e pompe protoniche.

- TIPs (proteine intrinseche del tonoplasto). Tra queste le più importanti sono le acquaporine. Facilitano il passaggio dell'acqua secondo gradiente osmotico.

Le funzioni del Vacuolo:

1. Riempimento dei vuoti: nel passaggio da cellula giovane a cellula adulta si ha un aumento delle dimensioni cellulari (accrescimento per distensione) non seguito di pari passo dall'aumento di massa citoplasmatica. L'aumento di dimensioni del vacuolo impedisce la formazione di vuoti.
2. Facilitazione degli scambi con l'esterno: il vacuolo relega il citoplasma e i suoi organelli nella zona periferica della cellula favorendo gli scambi tra citoplasma e ambiente esterno.
3. Funzione meccanica: il turgore cellulare conferito dal vacuolo alla cellula è responsabile della

consistenza delle giovani piante caratterizzate da tessuti meccanici poco sviluppati o poco consistenti (es. il filo d'erba)

Funzione segregativa: molti prodotti di scarto (tossici) del metabolismo se non vengono riversati verso l'esterno possono essere segregati all'interno del vacuolo

Le funzioni del Vacuolo

Funzione di riserva: la cellula conserva all'interno della cellula numerosi tipi di molecole gli inclusi vacuolari che possono essere liquidi o solidi:

• Inclusi liquidi:
  • Sali inorganici (cationi: Ca K Na, , , ecc.. e anioni: SO , PO ,3-NO , ecco
  • Acidi organici (acido malico, acido citrico, acido tartarico) – sono spesso intermedi del processo respiratorio
  • Zuccheri (glucosio, saccarosio, maltosio)
  • Aminoacidi (arginina, leucina, glutammina, ecc…)
  • Proteine enzimatiche
  • Olii essenziali (in fiori, radici, foglie e rizomi) – hanno funzione vessillare o di difesa dai parassiti
  • Glicosidi, prodotti di condensazione tra uno

zucchero e unamolecola non zuccherina (composti amari e idrosolubili) sono presenti in piante velenose o di interesse farmaceutico

Le funzioni del Vacuolo:

• Inclusi liquidi (continua):
• Flavonoidi (antociani, flavoni, flavonoli), sono pigmenti solubili in acqua che colorano fiori, frutti e foglie. Hanno funzione vessillare e la loro sintesi viene stimolata dalle basse temperature
• Alcaloidi, sono composti azotati basici insolubili in acqua. Incolori e dal sapore amaro hanno attività farmacologica per uomo e animali. Hanno funzione di protezione dai parassiti e dagli erbivori. Tra i più famosi alcalodi conosciamo la caffeina, la nicotina, la morfina, la cocaina
• Tannini: Composti polifenolici idrosolubili con funzione di difesa che conferiscono la colorazione bruna a legni e cortecce. Sono abbondanti nei frutti acerbi
• Resine: derivano dalla miscela di diversi composti chimici e sono insolubili in acqua e solubili in solventi organici. Hanno funzione protettiva nei confronti della

decomposizione organica e deiparassiti. Si dividono in: oleoresine, balsami e gommoresine

Le funzioni del Vacuolo

1. Funzione di riserva: la cellula conserva all'interno della cellula numerosi tipidi molecole gli inclusi vacuolari che possono essere liquidi o solidi:
• Inclusi solidi:
• Granuli di aleurone (o corpi proteici), sono riserve proteiche localizzate prevalentemente nei semi. Sono importanti durante lo sviluppo embrionale perché rilasciano all'esterno le proteine necessarie al processo di crescita
• Cristalli di ossalato di calcio: sostanze ad altissima concentrazione. Ci sono diverse ipotesi sulla loro funzione difesa contro gli erbivori, meccanismo di allontanamento dal citoplasma dell'acido ossalico (nocivo), meccanismo di protezione contro un eccesso di ioni calcio liberi. Possono assumere diverse forme (druse, rafidi, stiloidi, sabbia cristallina) che sono specie-specifiche e per questo vengono impiegate nei riconoscimenti tassonomici.

Druse Rafidi

concentrazione di soluti (e più basso potenziale idrico).

Potenziale Idrico (Ψ)

Ψ= Ψπ + Ψp + Ψm

Ψπ = Potenziale osmotico → E’ dovuto alla presenza dei soluti e più soluti vi sono più il potenziale è negativo

Ψp = Potenziale di pressione → Potenziale che si crea esercitando pressione sull’acqua

Ψm = Potenziale di matrice → E’ dovuto all’adsorbimento dell’acqua alle componenti solide come la parete cellulare, lamembrana ecc. L’acqua adsorbita – legata non è più disponibile. (In genere nel comparto cellulare tale fattore è trascurabile)

Ψ<Ψ> nella cellula vegetale, ha l’importante

Il vacuolo è un comparto molti ricco di compito di richiamare l’acqua soluti, ioni e macromolecole

Le funzioni del Vacuolo

7. Regolazione del bilancio idrico della cellula

Caso

I - Cellula immersa in un ambiente Ipotonico (la concentrazione di soluti all'interno della cellula è maggiore che all'esterno). L'acqua è richiamata all'interno della cellula fino all'instaurarsi di un equilibrio tra la quantità che entra e quella che esce. In questa condizione la cellula acquista turgidità. La parete cellulare (rigida) esercita una contropressione che impedisce alla cellula di scoppiare. La pressione che esercita il vacuolo contro la parete è detta pressione di turgore (PT). La contropressione della parete sul vacuolo è detta pressione osmotica (PO) e il flusso netto d'acqua attraverso la membrana semipermeabile è detta tensione di assorbimento (TA).

PO-PT=TA

In ambiente Ipotonico, raggiunto l'equilibrio PO=PT quindi TA=0 → In ambiente ipotonico la cellula incamera acqua fino a quando la pressione di turgore eguaglia quella osmotica.