Vakuola

Apa itu vakuola?

Vakuola adalah organel intraseluler yang dipisahkan dari lingkungan sitosol oleh membran. Mereka ditemukan di banyak jenis sel yang berbeda, baik prokariotik dan eukariotik, serta pada 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 dipelajari secara paling rinci.

Vakuola pada sel eukariotik

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 berada, dan tahap kehidupan organisme.

Dengan demikian, vakuola dapat menjalankan fungsi dalam penyimpanan zat energi (makanan) atau ion dan zat terlarut lainnya, dalam penghapusan bahan limbah, dalam internalisasi gas untuk flotasi, dalam penyimpanan cairan, dalam pemeliharaan pH, diantara yang 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 vakuola

Skema sel tumbuhan yang menunjukkan vakuola dan membrannya, tonoplast (Sumber: Mariana Ruiz [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)] melalui Wikimedia Commons)

Vakuola ditemukan di berbagai organisme seperti semua tanaman 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, tergantung terutama pada fungsinya, terutama jika kita memikirkan protein membran integral yang memungkinkan lewatnya zat yang berbeda ke dalam 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 vakuolar. Pada tumbuhan, struktur ini dikenal sebagai tonoplast dan tidak hanya bertindak sebagai antarmuka atau pemisahan antara komponen sitosol dan luminal vakuola, tetapi, seperti membran plasma, ini adalah membran dengan permeabilitas selektif.

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

Paramecium, vakuolanya ditampilkan bernoda biru. Sumber: Stjepo [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

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

• Pompa proton atau H + -ATPasas
• Proton pyrophosphatases atau pompa H + -PPasas
• Antiporter proton (Na + / K +; Na + / H +; Ca + 2 / H +)
• Pengangkut keluarga ABC ( pengangkut kaset pengikat ATP )
• Pengangkut multi-obat dan racun
• Pengangkut logam berat
• Pengangkut gula vakuolar
• Pembawa air

Lumen vakuolar

Bagian dalam vakuola, juga dikenal sebagai lumen vakuolar, umumnya merupakan media cair, seringkali kaya akan berbagai jenis ion (bermuatan positif dan negatif).

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

Biogenesis vakuola

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

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

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

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

Fungsi Vakuola

Jaringan tumbuhan dan organel sel utama

Di dalam tanaman

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 ekspansi sel dan pertumbuhan organ dan jaringan tanaman.

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

Mereka memiliki fungsi kunci dalam transportasi 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 penyerapan senyawa beracun dan logam berat seperti kadmium dan arsenik. Pada beberapa spesies, organel ini juga memiliki enzim nuklease, yang bekerja untuk mempertahankan sel dari patogen.

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

Dalam protozoa

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

Dalam ragi

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

Ia bekerja dalam pemeliharaan pH seluler 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 ditemukan terutama pada organisme protozoa, meskipun juga telah ditemukan pada beberapa hewan “rendah” dan dalam sel fagositik dari beberapa hewan “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 (tonoplas) memiliki sistem transportasi yang kompleks untuk pertukaran zat antara lumen dan sitosol.

Dalam sel yang belum matang, vakuola ini berukuran kecil dan, saat tanaman matang, mereka menyatu untuk membentuk vakuola pusat yang besar.

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

Vakuola berdenyut atau kontraktil

Vakuola kontraktil atau pulsatil ditemukan di banyak protista bersel tunggal dan ganggang air tawar. Mereka mengkhususkan diri dalam pemeliharaan osmotik sel dan untuk ini mereka memiliki membran yang sangat fleksibel, yang memungkinkan pengusiran cairan atau pengenalannya .

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

Kemudian, tergantung pada kondisi dan kebutuhan seluler, vakuola tiba-tiba berkontraksi (mengosongkan, 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 khas (sel prokariotik tidak memiliki sistem membran internal).

Vakuola gas atau “pseudovakuola” udara adalah seperangkat struktur kecil yang diisi dengan gas yang dihasilkan selama metabolisme bakteri dan ditutupi oleh lapisan protein. Ini memiliki fungsi dalam flotasi, dalam proteksi radiasi dan dalam 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). Biologi Sel Molekuler (edisi ke-5). Freeman, WH & Perusahaan.
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. Tinjauan Tahunan Fisiologi Tumbuhan , 29 (1), 193–213.
5. Pappas, GD, & Brandt, PW (1958). Struktur halus vakuola kontraktil pada amuba. Jurnal Biologi Sel , 4 (4), 485–488.