Vacúolos: estrutura, funções e tipos - Ciência - 2023

science

Contente

As vacúolos São organelas intracelulares separadas do ambiente citosólico por uma membrana. Eles são encontrados em muitos tipos de células diferentes, tanto procarióticas quanto eucarióticas, bem como em organismos unicelulares e multicelulares.

O termo "vacúolo" foi cunhado pelo biólogo francês Félix Dujardin em 1841, para se referir a um espaço intracelular "vazio" que ele observou dentro de um protozoário. No entanto, os vacúolos são particularmente importantes nas plantas e é nesses seres vivos que eles foram estudados com mais detalhes.

Nas células onde são encontrados, os vacúolos desempenham muitas funções diferentes. Por exemplo, são organelas muito versáteis e suas funções geralmente dependem do tipo de célula, do tipo de tecido ou órgão a que pertencem e do estágio de vida do organismo.


Assim, os vacúolos podem exercer funções no armazenamento de substâncias energéticas (alimentos) ou de íons e outros solutos, na eliminação de resíduos, na internalização de gases para flotação, no armazenamento de líquidos, na manutenção do pH, entre outros.

Na levedura, por exemplo, os vacúolos se comportam como a contraparte dos lisossomas nas células animais, pois são cheios de enzimas hidrolíticas e proteolíticas que os ajudam a quebrar diferentes tipos de moléculas em seu interior.

Geralmente são organelas esféricas cujo tamanho varia com a espécie e o tipo de célula. Sua membrana, conhecida nas plantas como tonoplasto, possui diferentes tipos de proteínas associadas, muitas delas relacionadas ao transporte de e para o interior do vacúolo.

Estrutura

Os vacúolos são encontrados em uma ampla variedade de organismos, como todas as plantas terrestres, algas e a maioria dos fungos. Eles também foram encontrados em muitos protozoários, e "organelas" semelhantes foram descritas em algumas espécies de bactérias.


Sua estrutura, como esperado, depende principalmente de suas funções, especialmente se pensarmos nas proteínas integrais da membrana que permitem a passagem de diferentes substâncias para dentro ou para fora do vacúolo.

Apesar disso, podemos generalizar a estrutura de um vacúolo como uma organela citosólica esférica que é composta por uma membrana e um espaço interno (lúmen).

Membrana vacuolar

As características mais marcantes dos diferentes tipos de vacúolos dependem da membrana vacuolar. Nas plantas, essa estrutura é conhecida como tonoplasto e não apenas atua como interface ou separação entre os componentes citosólico e luminal do vacúolo, mas, como a membrana plasmática, é uma membrana com permeabilidade seletiva.

Nos diferentes vacúolos, a membrana vacuolar é atravessada por diferentes proteínas integrais de membrana que têm funções no bombeamento de prótons, no transporte de proteínas, no transporte de soluções e na formação de canais.


Assim, tanto na membrana dos vacúolos presentes nas plantas quanto na de protozoários, leveduras e fungos, a presença de proteínas pode ser descrita como:

- Bombas de prótons ou H + -ATPasas

- Pirofosfatases de prótons ou bombas H + -Pasas

- Antipórteres de prótons (Na + / K +; Na + / H +; Ca + 2 / H +)

- Transportadores da família ABC (Cassete de ligação de ATPtransportadores)

- Transportadores de multidrogas e toxinas

- Transportadores de metal pesado

- Transportadores vacuolares de açúcares

- Portadores de água

Lúmen vacuolar

O interior dos vacúolos, também conhecido como lúmen vacuolar, é um meio geralmente líquido, muitas vezes rico em diferentes tipos de íons (com carga positiva e negativa).

Devido à presença quase generalizada de bombas de prótons na membrana vacuolar, o lúmen dessas organelas é normalmente um espaço ácido (onde há grandes quantidades de íons de hidrogênio).

Biogênese de vacúolos

Muitas evidências experimentais sugerem que os vacúolos das células eucarióticas derivam da biossíntese interna e das vias de endocitose. As proteínas inseridas na membrana vacuolar, por exemplo, são oriundas da via secretória inicial, que ocorre nos compartimentos correspondentes ao retículo endoplasmático e ao complexo de Golgi.

Além disso, durante o processo de formação do vacúolo, ocorrem eventos de endocitose de substâncias da membrana plasmática, eventos de autofagia e eventos de transporte direto do citosol para o lúmen vacuolar.

Após sua formação, todas as proteínas e moléculas encontradas dentro dos vacúolos chegam lá principalmente graças aos sistemas de transporte relacionados ao retículo endoplasmático e ao complexo de Golgi, onde ocorre a fusão das vesículas de transporte com o membrana vacuolar.

Da mesma forma, proteínas transportadoras localizadas na membrana dos vacúolos participam ativamente da troca de substâncias entre os compartimentos citosólico e vacuolar.

Características

Nas plantas

Nas células vegetais, os vacúolos ocupam, em muitos casos, mais de 90% do volume citosólico total, portanto são organelas intimamente relacionadas à morfologia celular. Eles contribuem para a expansão celular e o crescimento dos órgãos e tecidos das plantas.

Como as células vegetais carecem de lisossomos, os vacúolos exercem funções hidrolíticas muito semelhantes, pois atuam na degradação de diferentes compostos extra e intracelulares.

Eles têm funções essenciais no transporte e armazenamento de substâncias como ácidos orgânicos, glicosídeos, conjugados de glutationa, alcalóides, antocianinas, açúcares (altas concentrações de mono, di e oligossacarídeos), íons, aminoácidos, metabólitos secundários, etc.

Os vacúolos das plantas também estão envolvidos no sequestro de compostos tóxicos e metais pesados, como cádmio e arsênico. Em algumas espécies, essas organelas também possuem enzimas nuclease, que atuam na defesa das células contra patógenos.

Os vacúolos vegetais são considerados por muitos autores como sendo classificados em vacúolos vegetativos (líticos) ou vacúolos de armazenamento de proteína. Em sementes, os vacúolos de armazenamento predominam, enquanto em outros tecidos os vacúolos são líticos ou vegetativos.

Em protozoários

Os vacúolos contráteis dos protozoários previnem a lise celular devido aos efeitos osmóticos (relacionados à concentração de solutos intracelulares e extracelulares), eliminando periodicamente o excesso de água dentro das células quando atingem um tamanho crítico (prestes a estourar) ; ou seja, são organelas osmorregulatórias.

Em leveduras

O vacúolo de levedura é de extrema importância para processos autofágicos, ou seja, ocorre a reciclagem ou eliminação de resíduos de compostos celulares em seu interior, bem como de proteínas aberrantes e outros tipos de moléculas (que são marcadas por seus "Entrega" no vacúolo).

Atua na manutenção do pH celular e no armazenamento de substâncias como íons (é muito importante para a homeostase do cálcio), fosfatos e polifosfatos, aminoácidos, etc. O vacúolo de levedura também participa da "pexofagia", que é o processo de degradação de organelas inteiras.

Tipos de vacúolos

Existem quatro tipos principais de vacúolos, que diferem principalmente em suas funções. Alguns com características de alguns organismos específicos, enquanto outros são mais amplamente distribuídos.

Vacúolos digestivos

Este tipo de vacúolo é encontrado principalmente em organismos protozoários, embora também tenha sido encontrado em alguns animais "inferiores" e nas células fagocíticas de alguns animais "superiores".

Seu interior é rico em enzimas digestivas capazes de degradar proteínas e outras substâncias para fins alimentares, uma vez que o que é degradado é transportado para o citosol, onde é utilizado para diversos fins.

Vacúolos de armazenamento

Em inglês, eles são conhecidos como "vacúolos de seiva”E são aqueles que caracterizam as células vegetais. São compartimentos cheios de líquido e sua membrana (o tonoplasto) possui complexos sistemas de transporte para a troca de substâncias entre o lúmen e o citosol.

Nas células imaturas, esses vacúolos são pequenos e, à medida que a planta amadurece, eles se fundem para formar um grande vacúolo central.

Em seu interior, eles contêm água, carboidratos, sais, proteínas, produtos residuais, pigmentos solúveis (antocianinas e anthoxantinas), látex, alcalóides, etc.

Vacúolos pulsantes ou contráteis

Vacúolos contráteis ou pulsáteis são encontrados em muitos protistas unicelulares e em algas de água doce. São especializados na manutenção osmótica das células e para isso possuem uma membrana muito flexível, que permite a expulsão do líquido ou a introdução deste.

Para exercer suas funções, este tipo de vacúolos passa por mudanças cíclicas contínuas durante as quais eles incham gradualmente (se enchem de fluido, um processo conhecido como diástole) até atingirem um tamanho crítico.

Então, dependendo das condições e requisitos celulares, o vacúolo se contrai repentinamente (esvazia-se, um processo conhecido como sístole), expelindo todo o seu conteúdo para o espaço extracelular.

Vacúolos de ar ou gás

Este tipo de vacúolo foi descrito apenas em organismos procarióticos, mas difere de outros vacúolos eucarióticos por não ser delimitado por uma membrana típica (células procarióticas não possuem sistemas de membrana interna).

Vacúolos gasosos ou “pseudovacúolos” aéreos são um conjunto de pequenas estruturas cheias de gás que são produzidas durante o metabolismo bacteriano e são cobertas por uma camada de proteínas. Estes têm funções na flotação, na proteção radiológica e na resistência mecânica.

Referências

  1. Eisenach, C., Francisco, R., & Martinoia, E. (n.d.). Plano de vacúolos. Biologia Atual, 25(4), R136-R137.
  2. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., ... Martin, K. (2003). Biologia Celular Molecular (5ª ed.). Freeman, W. H. & Company.
  3. Martinoia, E., Mimura, T., Hara-Nishimura, I., & Shiratake, K. (2018). Os papéis multifacetados dos vacúolos das plantas. Fisiologia Vegetal e Celular, 59(7), 1285–1287.
  4. Matile, P. (1978). Bioquímica e Função dos Vacúolos. Revisão Anual da Fisiologia Vegetal, 29(1), 193–213.
  5. Pappas, G. D., & Brandt, P. W. (1958). A estrutura fina do vacúolo contrátil na ameba. Journal of Cell Biology, 4(4), 485–488.
  6. Shimada, T., Takagi, J., Ichino, T., Shirakawa, M., & Hara-nishimura, I. (2018). Plant Vacuoles. Revisão Anual da Biologia Vegetal, 69, 1–23.
  7. Tan, X., Li, K., Wang, Z., Zhu, K., Tan, X., & Cao, J. (2019). Uma revisão dos vacúolos vegetais: formação, proteínas localizadas e funções. Plantas, 8(327), 1–11.
  8. Thumm, M. (2000). Estrutura e função do vacúolo de levedura e seu papel na autofagia. Pesquisa e técnica microscópica, 51(6), 563–572.
  9. Walsby, A. E. (1972). Estrutura e função dos vacúolos gasosos. Avaliações bacteriológicas, 36(1), 1–32.