Vakuoolid on üks mikroskoopiliste rakustruktuuride tüüp, mida nimetatakse organellideks. Nii taime- kui ka loomarakud võivad sisaldada vakuoole, kuid taimerakkudes on vakuolid palju levinumad. Taimede rakkudes on need ka palju suuremad ja võtavad rakus sageli palju ruumi.
Loomarakkudel pole alati vakuooli ja enamikul pole kunagi suurt vakuooli, sest see kahjustaks rakku ja häiriks ülejäänud raku toimimist. Loomarakkudel võib selle asemel olla mitu väga väikest vakuooli.
Vakuoolidel on mõlemas rakutüübis mitu funktsiooni, kuid neil on taimede jaoks eriti oluline roll.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
Vakuool on teatud tüüpi organell, mis esineb eukarüootsetes rakkudes. See on kott, mida ümbritseb üks membraan, mida nimetatakse tonoplastiks. Vakuoolid täidavad paljusid funktsioone, sõltuvalt raku vajadustest.
Loomarakkudes on need väikesed ja transpordivad tavaliselt materjale rakku ja sealt välja. Taimerakkudes kasutavad vakuoolid vee imamiseks ja paisumiseks osmoosi, kuni tekitavad rakuseina vastu siserõhku. See tagab rakkude stabiilsuse ja toe.
Vacuole struktuur
Vakuool on omamoodi organell, mida nimetatakse vesiikuliks. Mis eristab vakuoole teist tüüpi vesiikulitest, on selle suhteline suurus ja pikaealisus. Vakuool on kott, mida ümbritseb üks membraan, mida nimetatakse a tonoplast.
See vakuoolimembraan sarnaneb struktuurilt plasmamembraanid mis ümbritsevad kõiki rakke. Rakumembraan reguleerib pidevalt seda, mis liigub rakku sisse ja välja ning mis peab väljapoole või sisse jääma; see kasutab proteiinipumpasid aine sisse või välja surumiseks ning valgukanaleid ainete sisse- ja väljapääsude lubamiseks või blokeerimiseks.
Sarnaselt raku plasmamembraanile reguleerib ka tonoplast valkude pumpade ja valgukanalitega molekulide ja mikroobide sisse- ja väljavoolu. Tonoplast ei reguleeri aga rakkudesse sisenemist ja väljumist, vaid toimib selle asemel valvurina, milliseid aineid tohib vakuoolidesse ja sealt välja viia.
Vakuoolidel on võime oma funktsiooni raku vajaduste rahuldamiseks muuta. Selleks on nende peamine strateegia muuta oma suurust või kuju. Näiteks on taimerakkudel sageli suur vakuol, mis võtab rakusiseselt suure osa ruumist, kuna vakuool hoiab vett. Taimerakkude tsentraalne vakuool hõivab sageli 30–90 protsenti raku pindalast. See summa muutub, kui muutuvad taime ladustamis- ja tugivajadused.
Vacuole roll eukarüootsetes rakkudes
Eukarüoot rakke hõlmab kõiki rakke, millel on tuum ja muud membraaniga seotud organellid. Eukarüootsed rakud osalevad raku jagunemises mitoosi ja meioosi protsesside kaudu. Seevastu prokarüootne rakud on tavaliselt üherakulised organismid, millel puuduvad membraaniga seotud organellid ja mis paljunevad aseksuaalselt binaarse lõhustumise kaudu. Kõik looma- ja taimerakud on eukarüootsed rakud.
Taime- ja loomaliike on väga palju. Pealegi on iga taime või looma puhul tavaliselt mitmeid erinevaid elundisüsteeme ja elundeid, millel kõigil on oma tüüpi rakud.
Rakkude erivajadused väga kohanemisvõimelise vakuooli järele sõltuvad selle raku tööst ja taime- või loomakeha keskkonnatingimustest igal ajahetkel. Mõned neist vakuole funktsioonidest hõlmavad järgmist:
- Vee hoidmine
- Piirde pakkumine ainetele, mis tuleb ülejäänud rakust eraldada
- Mürgiste ainete või jääkainete eemaldamine, hävitamine või ladustamine ülejäänud raku kaitsmiseks
- Valesti volditud valkude eemaldamine rakust
Vacuole roll taimerakkudes
Taimed kasutavad vakuoole teisiti kui loomad või muud organismid. Taimerakkudes sisalduvate vakuoolide ainulaadsed funktsioonid aitavad taimedel teha paljusid asju, näiteks kasvada kindlalt ülespoole varred, sirutuvad päikesevalguse poole ja saavad sellest energiat ning kaitsevad end kiskjate ja põud.
Taimerakud sisaldavad tavaliselt ühte suurt vakuuli, mis täidab rakus rohkem ruumi kui ükski teine organell. Taimerakkude vakuol koosneb tonoplastist, mis moodustab nn vedeliku ümber kotikese rakumahl. Rakumahl sisaldab vett ja mitmeid muid aineid. Nende hulka võivad kuuluda:
- Soolad
- Ensüümid
- Suhkrud ja muud süsivesikud
- Lipiidid
- Ioonid
Rakumahl võib sisaldada ka toksiine, mida vakuol on aidanud ülejäänud rakust eemaldada. Need toksiinid võivad toimida mõnede taimede enesekaitsemehhanismina taimtoiduliste vastu.
Ioonide kontsentratsioon rakumahlas on kasulik vahend vee liikumiseks vakuooli sisse ja välja osmoosi kaudu. Kui ioonide kontsentratsioon on vakuoolis suurem, liigub vesi läbi tonoplasti vakuooli. Kui ioonide kontsentratsioon on tsütoplasmas väljaspool vakuooli, liigub vesi vakuolist välja. Vakuool suureneb või kahaneb, kui vesi sinna sisse või välja liigub.
Osmoosi protsess vakuooli suuruse reguleerimiseks annab rakuseinale soovitava sisemise rõhu. Seda tuntakse kui turgori rõhkning see stabiliseerib rakku ja suurendab taime struktuuri. Vakuooli turgorrõhu suurendamine võib samuti raku stabiliseeruda rakkude kasvu perioodidel. Suur vakuool täidab ka raku struktuuri säilitamise funktsiooni, surudes teised organellid raku optimaalsesse asukohta.
Vacuole roll loomarakkudes
Kui taime vakuolid on raku sees asuva suure ruumi tõttu hõlpsasti tuvastatavad, siis loomarakkudele ei sobiks suur keskne vakuol. See kehtib eriti seetõttu, et loomarakkudel puudub rakusein, mis annaks vasturõhku suure vakuuli turgorirõhule, ja loomarakud lõpuks lõhkeksid. Loomarakkudel ei pruugi olla vakuoole või neil võib olla mitu vakuooli, sõltuvalt raku funktsioonist ja vajadustest.
Konstruktsioonielementidena töötamise asemel on loomarakkudes olevad vakuoolid väikesed ja veedavad suurema osa ajast erinevate orgaaniliste materjalide transportimiseks rakku ja sealt välja. Vakuoolid pakuvad kahte tüüpi transporti: eksotsütoos ja endotsütoos.
Eksotsütoos on meetod, mille abil vakuoolid materjalid rakust välja viivad. Need materjalid on sageli soovimatud materjalid nagu jäätmed või molekulid, mis on ette nähtud teistele rakkudele või rakuvälisele vedelikule. Eksotsütoosi ajal valmistavad vakuoolid ette mõned molekulid teiste rakkude poolt vastuvõetavate signaalide vabastamiseks, mis need molekulid kätte saavad.
Endotsütoos on eksotsütoosi pöördprotsess, mille käigus vakuoolid aitavad loomsetesse rakkudesse viia orgaanilisi aineid. Signaalmolekulide korral, mis olid pakitud ja vabastatud raku vakuooli poolt, võib teise raku vakuool molekuli vastu võtta ja rakku tuua.
Endotsütoos on vakuooli oluline funktsioon loomarakkudes, kuna see aitab kaasa immuunsusele nakkushaiguste vastu. Vakuoolid võivad rakkudesse tuua baktereid ja muid mikroobe, hoides ülejäänud raku ohutuna. Vakuooli sees toimivad ensüümid ohtlike patogeenide lagundamisel.
Samuti kaitsevad vakuoolid loomi haiguste ja ohtude eest samamoodi, lõhustades võimalikku toidust pärinevat toitu ja muud toksiinid, kusjuures tonoplasti barjäär hoiab solvavaid molekule ülejäänud kamber.