Vacuole - Vacuole
| Biologie cellulaire | |
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| Diagramme de cellules animales | |
 Composants d'une cellule animale typique :
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A vacuole ( / v æ k JU oʊ l / ) est une membrane liØe organite qui est présent dans l' usine et fongiques cellules et certains protistes , des animaux , et bactériennes des cellules. Les vacuoles sont essentiellement des compartiments fermés qui sont remplis d'eau contenant des molécules inorganiques et organiques, y compris des enzymes en solution , bien que dans certains cas, elles puissent contenir des solides qui ont été engloutis. Les vacuoles sont formées par la fusion de plusieurs vésicules membranaires et ne sont en fait que des formes plus grandes de celles-ci. L'organelle n'a pas de forme ou de taille de base; sa structure varie selon les besoins de la cellule.
Découverte
Les vacuoles contractiles ("étoiles") ont été observées pour la première fois par Spallanzani (1776) chez les protozoaires , bien que confondues avec les organes respiratoires. Dujardin (1841) a nommé ces "étoiles" des vacuoles . En 1842, Schleiden appliqua le terme de cellules végétales, pour distinguer la structure avec la sève cellulaire du reste du protoplasme .
En 1885, de Vries nomma la membrane de la vacuoule tonoplaste.
Fonction
La fonction et l'importance des vacuoles varient considérablement selon le type de cellule dans laquelle elles sont présentes, ayant une importance beaucoup plus grande dans les cellules des plantes, des champignons et de certains protistes que celles des animaux et des bactéries. En général, les fonctions de la vacuole comprennent :
- Isoler les matériaux qui pourraient être nocifs ou une menace pour la cellule
- Contenir les déchets
- Contenant de l'eau dans les cellules végétales
- Maintien de la pression hydrostatique interne ou de la turgescence à l'intérieur de la cellule
- Le maintien d' un acide interne pH
- Contenant de petites molécules
- Exportation des substances indésirables de la cellule
- Permet aux plantes de supporter des structures telles que des feuilles et des fleurs en raison de la pression de la vacuole centrale
- En augmentant de taille, permet à la plante en germination ou à ses organes (comme les feuilles) de se développer très rapidement et d'utiliser principalement de l'eau.
- Dans les graines, les protéines stockées nécessaires à la germination sont conservées dans des «corps protéiques», qui sont des vacuoles modifiées.
Les vacuoles jouent également un rôle majeur dans l' autophagie , en maintenant un équilibre entre la biogenèse (production) et la dégradation (ou renouvellement), de nombreuses substances et structures cellulaires dans certains organismes. Ils aident également à la lyse et au recyclage des protéines mal repliées qui ont commencé à s'accumuler dans la cellule. Thomas Boller et d'autres ont proposé que la vacuole participe à la destruction des bactéries envahissantes et Robert B. Mellor a proposé que des formes spécifiques à un organe jouent un rôle dans le « logement » des bactéries symbiotiques. Chez les protistes, les vacuoles ont pour fonction supplémentaire de stocker les aliments qui ont été absorbés par l'organisme et d'aider au processus de digestion et de gestion des déchets de la cellule.
Dans les cellules animales, les vacuoles jouent principalement des rôles subordonnés, contribuant à des processus plus importants d' exocytose et d' endocytose .
Les vacuoles animales sont plus petites que leurs homologues végétales, mais aussi généralement plus nombreuses. Il existe également des cellules animales qui n'ont pas de vacuoles.
L'exocytose est le processus d'extrusion des protéines et des lipides de la cellule. Ces matériaux sont absorbés dans les granules de sécrétion au sein de l'appareil de Golgi avant d'être transportés vers la membrane cellulaire et sécrétés dans l'environnement extracellulaire. À ce titre, les vacuoles sont simplement des vésicules de stockage qui permettent le confinement, le transport et l'élimination de protéines et de lipides sélectionnés dans l'environnement extracellulaire de la cellule.
L'endocytose est l'inverse de l'exocytose et peut se produire sous diverses formes. La phagocytose (« mange des cellules ») est le processus par lequel les bactéries, les tissus morts ou d'autres morceaux de matière visibles au microscope sont engloutis par les cellules. Le matériau entre en contact avec la membrane cellulaire, qui s'invagine alors. L' invagination est pincée, laissant le matériel englouti dans la vacuole membranaire et la membrane cellulaire intacte. La pinocytose ("cellule à boire") est essentiellement le même processus, la différence étant que les substances ingérées sont en solution et non visibles au microscope. La phagocytose et la pinocytose sont toutes deux entreprises en association avec des lysosomes qui achèvent la décomposition du matériel englouti.
Salmonella est capable de survivre et de se reproduire dans les vacuoles de plusieursespèces de mammifères après avoir été englouties.
La vacuole a probablement évolué plusieurs fois indépendamment, même au sein des Viridiplantae .
Types de vacuoles
Vacuoles de gaz
Les vésicules de gaz , également connues sous le nom de vacuoles de gaz, sont des nanocompartiments qui sont librement perméables au gaz et se trouvent principalement dans les cyanobactéries, mais se trouvent également dans d'autres espèces de bactéries et certaines archées. Les vésicules de gaz permettent aux bactéries de contrôler leur flottabilité. Ils se forment lorsque de petites structures biconiques se développent pour former des fuseaux. Les parois des vésicules sont composées d'une protéine de vésicule gazeuse hydrophobe A (GvpA) qui forme une structure protéinique creuse cylindrique qui se remplit de gaz. De petites variations dans la séquence d'acides aminés produisent des changements dans la morphologie de la vésicule de gaz, par exemple, GvpC, est une protéine plus grosse.
vacuoles centrales
La plupart des cellules végétales matures ont une grande vacuole qui occupe généralement plus de 30 % du volume de la cellule, et qui peut occuper jusqu'à 80 % du volume pour certains types et conditions cellulaires. Des brins de cytoplasme traversent souvent la vacuole.
Une vacuole est entourée d'une membrane appelée tonoplaste (mot d'origine : Gk tón(os) + -o-, signifiant "étirement", "tension", "ton" + forme de peigne repr. Gk plastós formé, moulé) et remplie avec de la sève cellulaire . Aussi appelé membrane vacuolaire , le tonoplaste est la membrane cytoplasmique entourant une vacuole, séparant le contenu vacuolaire du cytoplasme de la cellule. En tant que membrane, il est principalement impliqué dans la régulation des mouvements des ions autour de la cellule et l'isolement des matériaux qui pourraient être nocifs ou menaçants pour la cellule.
Le transport de protons du cytosol à la vacuole stabilise le pH cytoplasmique , tout en rendant l'intérieur vacuolaire plus acide, créant une force motrice de protons que la cellule peut utiliser pour transporter des nutriments dans ou hors de la vacuole. Le faible pH de la vacuole permet également aux enzymes de dégradation d'agir. Bien que les grandes vacuoles uniques soient les plus courantes, la taille et le nombre de vacuoles peuvent varier selon les tissus et les stades de développement. Par exemple, les cellules en développement des méristèmes contiennent de petites provacuoles et les cellules du cambium vasculaire ont de nombreuses petites vacuoles en hiver et une grande en été.
Outre le stockage, le rôle principal de la vacuole centrale est de maintenir la pression de turgescence contre la paroi cellulaire . Les protéines présentes dans le tonoplaste ( aquaporines ) contrôlent le flux d'eau entrant et sortant de la vacuole par le biais d' un transport actif , en pompant des ions potassium (K + ) dans et hors de l'intérieur de la vacuole . En raison de l' osmose , l'eau se diffusera dans la vacuole, exerçant une pression sur la paroi cellulaire. Si la perte d'eau entraîne une baisse significative de la pression de turgescence, la cellule va plasmolyser . La pression de turgescence exercée par les vacuoles est également nécessaire à l'allongement cellulaire : comme la paroi cellulaire est partiellement dégradée par l'action des expansines , la paroi la moins rigide est dilatée par la pression venant de l'intérieur de la vacuole. La pression de turgescence exercée par la vacuole est également essentielle pour soutenir les plantes en position verticale. Une autre fonction d'une vacuole centrale est qu'elle pousse tout le contenu du cytoplasme de la cellule contre la membrane cellulaire, et maintient ainsi les chloroplastes plus près de la lumière. La plupart des plantes stockent des produits chimiques dans la vacuole qui réagissent avec les produits chimiques du cytosol. Si la cellule est brisée, par exemple par un herbivore , alors les deux produits chimiques peuvent réagir en formant des produits chimiques toxiques. Dans l'ail, l' alliine et l'enzyme alliinase sont normalement séparées mais forment de l' allicine si la vacuole est brisée. Une réaction similaire est responsable de la production de syn-propanethial-S-oxyde lorsque les oignons sont coupés.
Les vacuoles des cellules fongiques remplissent des fonctions similaires à celles des plantes et il peut y avoir plus d'une vacuole par cellule. Dans les cellules de levure , la vacuole est une structure dynamique qui peut modifier rapidement sa morphologie . Ils sont impliqués dans de nombreux processus dont l' homéostasie du pH cellulaire et la concentration des ions, l' osmorégulation , le stockage des acides aminés et des polyphosphates et les processus de dégradation. Les ions toxiques, tels que le strontium ( Sr2+
), cobalt (II) ( Co2+
), et le plomb (II) ( Pb2+
) sont transportés dans la vacuole pour les isoler du reste de la cellule.
Vacuoles contractiles
Les vacuoles contractiles sont un organite osmorégulateur spécialisé présent chez de nombreux protistes libres. La vacuole contractile fait partie du complexe de la vacuole contractile qui comprend des bras radiaux et un spongiome. Le complexe de vacuole contractile se contracte périodiquement pour éliminer l'excès d'eau et d'ions de la cellule afin d'équilibrer le flux d'eau dans la cellule. Lorsque la vacuole contractile absorbe lentement de l'eau, la vacuole contractile s'agrandit, c'est ce qu'on appelle la diastole et lorsqu'elle atteint son seuil, la vacuole centrale se contracte puis se contracte (systole) périodiquement pour libérer de l'eau.
Vacuoles alimentaires
Les vacuoles alimentaires (également appelées vacuoles digestives ) sont des organites trouvés dans les ciliés et Plasmodium falciparum , un parasite protozoaire qui cause le paludisme .
Histopathologie
En histopathologie , la vacuolisation est la formation de vacuoles ou de structures ressemblant à des vacuoles, à l'intérieur ou à côté des cellules. C'est un signe non spécifique de maladie.