واکوئل یا کریچه یک اندامک در سلول است که وظیفه ذخیره و نگه داشتن محلول‌ها یا مواد مختلف را بر عهده دارد. واکوئل‌ها شامل محلول‌ها و ترکیباتی هستند که درون آن‌ها ایجاد و ذخیره شده یا از طریق آن‌ها دفع ‌می‌شوند. از جمله ترکیباتی که در واکوئل‌ها وجود دارند، می‌توان به انواع یون‌ها، قندها، اسید‌های آمینه و اسید‌های آلی اشاره کرد. واکوئل در واقع، محفظه‌ای است که توسط غشایی احاطه شده است و باعث ‌می‌شود سیتوزول در معرض محتویات داخل آن قرار نگیرد. از آنجا که واکوئل‌ها توسط غشا‌های نیمه نفوذپذیر احاطه شده‌اند، فقط مولکول‌های خاصی قادر به ورود و خروج از طریق غشای واکوئل هستند

ساختار واکوئل

یک واکوئل (Vacuole) تعریف گسترده‌ای دارد و انواع کیسه‌های غشایی را نیز شامل ‌می‌شود. غشا‌ها از فسفولیپید‌ها تشکیل شده‌اند، اما هر ارگانیسم ممکن است از فسفولیپید‌های ‌متفاوت در غشاهای خود استفاده کند. پروتئین‌هایی در داخل غشا‌ها تعبیه شده‌اند که ‌می‌توانند مولکول‌های مختلف را از طریق غشا یا توسط ساختارهای ایجاده شده با پروتئین‌ها، بین واکوئل و سیتوپلاسم انتقال دهند. ترکیبات مختلف این پروتئین‌ها اجازه ‌می‌دهند تا واکوئل‌های مختلف، مواد متنوعی را عبور داده و یا در خود نگهداری کنند.

ساختمان واکوئل
تصویر ۱: ساختمان واکوئل؛ به غشای واکوئل تونوپلاست می‌گویند که خاصیت ارتجاعی بالایی دارد و می‌تواند ترکیبات درون واکوئل که شیره سلولی نیز نامیده می‌شوند را درون خود نگه دارد.

در هر ارگانیسم، کدهای ژنتیکی مختلف باعث ‌می‌شوند پروتئین‌های مختلفی درغشای واکوئل ساخته شده و قرار گیرد که اجازه ‌می‌دهند تا مولکول‌های مختلفی از طریق آن‌ها از غشای واکوئل عبور کنند و به واکوئل‌ها خواص مختلفی ‌می‌دهند. بیشتر سلول‌های گیاهی برای استفاده از واکوئل‌ها به عنوان اندامک‌های ذخیره‌سازی آب تکامل یافته‌اند که عملکرد‌های متنوعی را برای سلول فراهم می‌کنند. سلول‌های جانوری برای استحکام شکل خود به این ذخیره آب توسط واکوئل‌ها متکی نیستند و از واکوئل خود برای ذخیره‌سازی محصولات مختلف و فرایندهای اگزوسیتوز و اندوسیتوز استفاده ‌می‌کنند.

واکوئل‌ها در جاندران مختلف مانند جانوران، گیاهان، قارچ‌ها و باکتری‌ها از اندامک‌‌های مهم سلولی به شمار می‌آیند و علاوه بر آب دارای ترکیبات مختلفی از جمله یون‌ها، مواد آلی، معدنی و همچنین آنزیم‌ها هستند. در حالت کلی یک واکوئل در واقع یک وزیکول غشایی بزرگ است که ممکن است از ادغام چندین وزیکول‌ کوچک تشکیل شده باشد.

عملکردهای واکوئل

واکوئل‌ها بخش اصلی از انواع سلول‌های گیاهی و جانوری به شمار می‌آیند که وظایف مهمی را در جهت حفظ حیات سلول بر عهده دارند. در اینجا به بررسی برخی از عملکردهای مهم این اندامک سلولی در جانداران مختلف می‌پردازیم.

واکوئل‌های گیاهی

در سلول‌های گیاهی، واکوئل یک اندامک حیاتی به شمار می‌آید. واکوئل‌ها در گیاهان به قدری بزرگ هستند که گاهی تا ۹۵ درصد از فضای سلولی را در بر می‌گیرند، اما به طور کلی واکوئل‌های مرکزی در سلول‌های گیاهی ۸۰ درصد از فضای سلول را به خود اختصاص می‌دهند.

در سلول‌های گیاهی، واکوئل‌ها ممکن است در تولید مثل گیاهان نقش داشته باشند، به طوری که واکوئل‌ها با ذخیره رنگدانه‌ها باعث ایجاد رنگ‌ در گلبرگ‌های گیاهان مختلف می‌شوند و به این ترتیب شانس آن‌ها برای جذب حشرات گرده افشان افزایش می‌یابد. از طرفی دیگر واکوئل‌ها با داشتن ترکیبی نظیر سموم مختلف قادر هستند که گیاهان را در برابر آفات و حشرات محافظت کنند.

واکوئل گیاهی
تصویر ۲: واکوئل در سلول گیاهی

واکوئل‌های قارچی

تعداد واکوئل‌های قارچی بسیار بیشتر از واکوئل‌های گیاهی است و در تنظیم pH سلولی، ذخیره‌سازی ترکیبات مختلف سلولی مانند یون‌ها و اسیدهای آمینه و تنظیم فشار اسمزی و تورژسانس درون سلول نقش مهمی دارند.

واکوئل جانوری

واکوئل‌های سلول‌های جانوری در فرایندهای اندوسیتوز و اگزوسیتوز نقش موثری دارند، به طوری که در طی این فرایندها برخی از ترکیبات نظیر پروتئین‌ها و چربی‌ها از سلول خارج و برخی دیگر وارد سلول می‌شوند. در سلول‌های جانوری واکوئل‌ها pH سلول را نیز تنظیم می‌کنند.

وظایف کلی واکوئل

همان طور که در بالا اشار شد، واکوئل‌ها وظایف متعددی را در سلول‌های مختلف انجام می‌دهند که در اینجا هر یک از این وظایف و عملکردها به صورت جداگانه مورد بررسی قرار می‌گیرد.

ذخیره آب

در گیا‌هان، یک واکوئل بزرگ، به عنوان واکوئل مرکزی بخش عمده‌ای از سلول را اشغال ‌می‌کند. این واکوئل توسط تونوپلاست محصور شده است. تونوپلاست نوعی غشای سیتوپلاسمی ‌است که قابل ارتجاع، پایدار و دارای خاصیت نیمه تراوایی است و تونوپلاست واکوئل‌ها با محلول معروف به شیره سلول پر می‌شود.

واکوئل همچنین خود را با پروتون‌هایی از سیتوزول پر ‌می‌کند و محیط اسیدی را درون خود ایجاد ‌می‌کند. پس از ورود پروتون‌ها به درون واکوئل، این اندامک ‌می‌تواند از گرادیان شیمیایی ایجاد شده برای انتقال مواد به داخل و خارج از واکوئل، از نیروی حرکتی به نام نیروی حرکتی پروتون استفاده کند. این حرکت شامل حرکت آب و سایر مولکول‌ها است.

فشار تورژسانس یا آماسیدگی

گیا‌هان از واکوئل‌های خود برای عملکرد آن در جهت ایجاد «فشار تورژسانس» (Turgor Pressure) استفاده ‌می‌کنند که برای همه گیا‌هان از اهمیت بالایی برخوردار است. واکوئل‌ها دارای ترکیبات و املاح مختلفی هستند که باعث جذب آب از سلول به درون واکوئل می‌شوند. واکوئل، هنگا‌می‌ که کاملاً از آب پر شود، ‌می‌تواند تحت فشار قرار بگیرد و نیرویی بر دیواره‌های سلول وارد کند. با اینکه این نیرو در هر سلول اندک است، اما این فشار تورژسانس باعث ‌می‌شود سلول‌ها به شکلی در آیند که در مقابل فشارهای حاصل از باد، باران و حتی تگرگ بایستند. اگرچه گیا‌هان چوبی، پروتئین‌ها و الیاف اضافی ایجاد ‌می‌کنند که به آن‌ها کمک ‌می‌کند تا بلند بمانند، اما بسیاری از گیا‌هان غیرچوبی ‌می‌توانند تنها با فشار تورژسانس به ارتفاع چند متر برسند.

تورژسانس
تصویر ۳: فشار تورژسانس؛ در تصویر سمت راست سلول گیاهی با کمبود آب مواجه شده و واکوئل آن کوچک است، در حالی در تصویر سمت چپ با افزایش جذب آب واکوئل حجیم شده و فشار تورژسانس ایجاد شده موجب افزایش حجم سلول‌های گیاهی می‌شود.

در حالی که استفاده از فشار تورژسانس یک روش کارآمد برای حفظ ساختار گیا‌هان است، هنگا‌می ‌که تعادل pH در گیاه از بین رود یا گیاه آب کافی دریافت نکند، به طور کلی گیاه پژمرده شده و از بین می‌رود.

اندوسیتوز و اگزوسیتوز

واکوئل هر زمان که مقدار زیادی از مواد از طریق اندوسیتوز وارد سلول شود یا از طریق اگزوسیتوز دفع شود، مورد استفاده قرار می‌گیرد. بسیاری از سلول‌ها در گیا‌هان و حیوانات، مواد و ترکیبات مختلف را به درون خود جذب می‌کنند و باید آن‌ها را جایی جدا از سیتوزول نگهداری کنند. دلیل این امر این است که مواد ورودی به سلول واکنش پذیر هستند و در این صورت باعث ایجاد واکنش‌های ناخواسته در سلول می‌شوند، دلیل دیگر ‌می‌تواند این باشد که ترکیباتی که به سلول وارد می‌شوند، اگر وارد سیتوزول شوند ممکن است در فرآیند‌های سلولی تداخل ایجاد کنند.

اندوسیتوز اگزوسیتوز
تصویر ۴: با اندوسیتوز ذرات غذایی، آن‌ها در واکوئل‌های غذایی قرار می‌گیرند و با ادغادم لیزوزوم‌ها با واکوئل‌ها، ذرات غذایی گوارش یافته و مواد دفعی از طریق اگزوسیتوز از سلول خارج می‌شوند.

لیزوزوم‌ها وزیکول‌هایی هستند که برای هضم ترکیباتی که به سلول وارد شده‌اند، استفاده ‌می‌شوند. بعضی اوقات این لیزوزوم‌ها ‌می‌توانند با واکوئل‌های غذایی ادغام شوند تا یک وزیکول بزرگ هضم کننده تشکیل شود و بتواند مواد مغذی را در یک محیط اسیدی هضم کند، سپس ترکیبات حاصل از تجزیه را به سیتوزول یا سایر اندامک‌ها منتقل کند تا مورد استفاده قرار گیرد. این روند آندوسیتوز است و در بین انواع مختلف سلول متفاوت است.

از سویی دیگر، بسیاری از سلول‌ها به عنوان سلول‌های ترشحی عمل ‌می‌کنند و باید مقادیر زیادی از مواد مختلف را تولید و دفع کنند. این مواد در شبکه آندوپلاسمی‌ تولید ‌می‌شوند، به دستگاه گلژی ارسال شده تا اصلاح شوند و مورد برچسب گذاری (نشان دار) قرار گیرند. سپس دستگاه گلژی می‌تواند این مواد را ‌داخل وزیکول‌های گلژی بسته‌بندی کند. وزیکول‌ها به داخل سیتوپلاسم ‌می‌روند و ‌می‌توانند قبل از دفع، در یک واکوئل بزرگتر جمع شوند. این فرایند به طور کلی به عنوان اگزوسیتوز شناخته ‌می‌شود.

یک سلول جانوری ممکن است حاوی تعداد زیادی واکوئل باشد که عملکردهای بسیاری را بر عهده دارد. نمونه‌ای از سلول حیوانی و واکوئل آن را ‌می‌توان در زیر مشاهده کرد، کره کوچکتر بدون برچسب به عنوان وزیکول خواهد بود و هنگا‌می‌ که وزیکول‌ها با هم ادغام شوند، به عنوان واکوئل در نظر گرفته ‌می‌شوند.

واکوئل جانوری
تصویر ۵: واکوئل جانوری

سایر عملکرد‌های ذخیره سازی

واکوئل‌ها قادر به ذخیره انواع مختلفی از مولکول‌ها هستند. به عنوان مثال، سلول‌های چربی مقدار زیادی لیپید را در واکوئل‌‌های تخصصی ذخیره ‌می‌کنند. واکوئل‌های تخصصی به سلول‌های مجزا اجازه ‌می‌دهند تا مقدار زیادی چربی را ذخیره کنند که در صورت نیاز به انرژی و نبود منابع گلیکوژن از چربی‌های ذخیره شده در واکوئل‌ها استفاده کنند.

قابلیت ارتقا واکوئل بدین معنی است که ارگانیسم ‌می‌تواند بدون نیاز به ایجاد تعداد زیادی سلول یا از بین رفتن سلول‌های زیادی، وزن خود را افزایش دهد یا وزن خود را از دست بدهد. این امر با تورم و از دست دادن ترکیبات واکوئل‌ها قابل انجام است.

انواع واکوئل‌ها

واکوئل‌ها در سلول‌های مختلف جاندران براساس عملکردی که بر عهده دارند، در گروه‌های مختلفی دسته‌بندی می‌شوند:

  • واکوئل‌های غذایی: این نوع از واکوئل‌ها همان طور که از نام آن‌ها پیدا است، مواد مغذی ورودی به سلول را در خود نگه می‌دارند. واکوئل‌های غذایی در جانوران ابتدایی و آغازیان یافت می‌شوند.
  • واکوئل‌های گوارشی: این واکوئل‌ها از ترکیب واکوئل‌های غذایی و لیزوزوم‌ها به وجود می‌آیند. در این حالت واکوئل‌های غذایی، ترکیبات غذایی را با خود حمل می‌کنند که توسط آنزیم‌های موجود در لیزوزوم مورد گوارش قرار می‌گیرند.
  • واکوئل‌های دفعی: این نوع از واکوئل‌ها وظیفه دفع ترکیبات زائد از سلول‌ها را دارند.
  • واکوئل‌های ضربان دار یا انقباضی: در اکثر تک سلولی‌ها و آغازیان آب شیرین نظیر پارامسی‌ها به دلیل ورود آب به میزان بیش از نیاز سلول به آن، واکوئل‌هایی وجود دارند که با مژک‌های خود به صورت ضربانی آب اضافی را از سلول‌ها خارج می‌کنند.
واکوئل پارامسی
تصویر ۶: واکوئل انقباضی و واکوئل غذایی در پارامسی

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

^^

شکوفه دلخواهی (+)

شکوفه دلخواهی کارشناس ارشد نانوبیوتکنولوژی است. فعالیت‌های علمی و کاری او در زمینه تکنیک‌های زیست فناوری و طراحی نانوزیست‌حسگر بوده و اکنون در مجله فرادرس آموزش‌های زیست‌شناسی می‌نویسد.

بر اساس رای 52 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *