Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu www.szkolnictwo.pl Wszelkie treści i zasoby edukacyjne publikowane na łamach Portalu www.szkolnictwo.pl mogą być wykorzystywane przez jego Użytkowników wyłącznie w zakresie własnego użytku osobistego oraz do użytku w szkołach podczas zajęć dydaktycznych. Kopiowanie, wprowadzanie zmian, przesyłanie, publiczne odtwarzanie i wszelkie wykorzystywanie tych treści do celów komercyjnych jest niedozwolone. Plik można dowolnie modernizować na potrzeby własne oraz do wykorzystania w szkołach podczas zajęć dydaktycznych.

Budowa komórki eukariotycznej cz. VII System wakuolarny

Wakuole Są to mniejsze lub większe pęcherzyki oddzielone od cytoplazmy pojedynczą błoną – tonoplastem – i zawierające wodny roztwór – sok komórkowy (wakuolarny). Wodniczki występują wyłącznie u Eucaryota. W komórkach roślin są zwykle duże i nieliczne, natomiast u zwierząt mają małe rozmiary i są liczniejsze. Powstają w młodych, dzielących się komórkach przez stopniowe zlewanie się pęcherzyków pochodzących z siateczki śródplazmatycznej lub aparatu Golgiego. Wakuole, wraz ze ścianą komórkową, są zaliczane do martwych składników komórki (przestrzeń wypełniona sokiem komórkowym jest martwa, natomiast błona jest klasyczną błoną biologiczną i zalicza się ją do składników protoplastu). Całość systemu wakuolarnego komórki nazywana jest wakuomem.

KOMÓKA ROŚLINNA WAKUOLA CYTOZOL TONOPLAST JĄDRO KOMÓRKOWE WAKUOLA ŚCIANA KOMÓRKOWA CHLOROPLAST

Składniki soku komórkowego Skład soku komórkowego ulega zmianom w toku życia komórki i organizmu. Głównym składnikiem jest woda, w której rozpuszczone są związki nieorganiczne i organiczne. Wśród związków nieorganicznych znajdują się sole potasu, sodu, wapnia, żelaza, magnezu i inne w postaci azotanów, siarczanów, fosforanów, chlorków itp. W soku komórkowym rozpuszczone są też niewielkie ilości gazów atmosferycznych – azotu, tlenu, a zwłaszcza dwutlenku węgla.

Składniki soku komórkowego Ze związków organicznych na pierwszym miejscu należy wymienić kwasy organiczne, takie jak: szczawiowy – w komórkach szczawiu, jabłkowy – w komórkach owoców: jabłoni, jarzębiny, maliny, winowy – w komórkach owoców winorośli, morwy, pomidora, cytrynowy – w komórkach owoców cytryny, porzeczki, truskawki, bursztynowy – w komórkach owoców truskawki, porzeczki. Kwasy te mogą występować w postaci wolnej lub w połączeniu z nieorganicznymi kationami jako sole. Wolne kwasy organiczne nadają kwaśny smak niektórym tkankom (np. w owocach). W soku komórkowym występują też cukry rozpuszczalne, które w większej ilości nadają tkankom smak słodki, np. u buraka cukrowego.

Składniki soku komórkowego W soku komórkowym spotyka się także aminokwasy, rozpuszczalne białka (wypełnione białkiem wakuole nazywa się ziarnami aleuronowymi), barwniki, garbniki i alkaloidy (nadają tkankom smak gorzki i cierpki )oraz glikozydy, żywice, balsamy, kauczuk, antybiotyki. Barwnikami charakterystycznymi dla soku komórkowego są: flawony - występują m.in. w płatkach kwiatów rezedy i forsycji, żółta barwa kwiatów przez nie wywołana spełnia rolę powabni dla zapylających owadów; antocjany – ich zabarwienie zależy od pH środowiska, antocjany w środowisku kwaśnym są czerwone, w zasadowym niebieskie i fioletowe, są to barwniki kwiatów, owoców oraz niektórych innych organów, jak korzenie buraka czerwonego czy liście czerwonej kapusty.

FORSYCJA REZEDA ŻÓŁTA

Składniki soku komórkowego Garbniki – posiadają właściwości przeciwgnilne, występują w soku komórkowym wielu roślin np. dębu szypułkowego, borówki czarnej. Żywice, balsamy – stanowią mieszaninę kwasów żywicowych, olejków eterycznych, garbników i innych związków aromatycznych. Mają właściwości konserwujące. Są charakterystyczne dla Szpilkowych np. jodły balsamicznej, świerka pospolitego i in.

Składniki soku komórkowego Kauczuk – tworzy się w rurach mlecznych różnych roślin np. kauczukowca brazylijskiego - 1, figowca sprężystego - 2. Antybiotyki – są wytwarzane w komórkach strzępek grzybni niektórych grzybów np. u pędzlaka. 1 2

Składniki soku komórkowego Glikozydy – digitalina, strofantyna wykorzystywane w przemyśle farmaceutycznym jako leki nasercowe. Digitalina otrzymywana jest z Digitalis purpurea, natomiast strofantyna z nasion skrętnika Strophanthus, kory Acocanthera ouabaio, soku mlecznego Adenium multiflorum. STROPHANTHUS DIGITALIS PURPUREA – NAPARSTNICA PURPUROWA

Składniki soku komórkowego Składnikami soku komórkowego są także alkaloidy, wykorzystywane przez człowieka w celach leczniczych oraz euforycznych. W większych dawkach wykazują działanie silnie trujące. Najbardziej powszechne to: kofeina chinina kolchicyna nikotyna kokaina morfina

Funkcja wakuol (wodniczek) Magazynowanie substancji, które w większych stężeniach działałyby szkodliwie na cytoplazmę, np. alkaloidy, kauczuk. U roślin – magazynowanie zbędnych produktów przemiany materii, a także składowanie jonów i materiałów zapasowych, np. białka zapasowe nasion. Trawienie wewnątrzkomórkowe związane z występowaniem u nich enzymów hydrolitycznych. Utrzymują komórki w odpowiednim stanie uwodnienia, inaczej mówiąc – odpowiadają za turgor (jędrność komórki).

Potencjał wody (Ψ) Dla charakteryzowania układów biologicznych jako osmotycznych układów otwartych wprowadzono wielkość zwaną potencjałem wody Ψ (psi). Potencjał wody jest miarą zdolności wody do wykonania pracy transportu w porównaniu ze zdolnością, jaką ma chemicznie czysta woda. Jednostką potencjału wody jest 1 paskal (Pa). Potencjał czystej wody jest zawsze większy niż potencjał wody w roztworze – obecność w roztworze substancji powoduje obniżenie potencjału wody. Tak więc: im wyższe stężenie roztworu, tym niższy potencjał wody, tym mniejszą pracę transportu może ona wykonać. Ruch wody odbywa się zawsze w kierunku niższego potencjału, a więc do roztworu o wyższym stężeniu.

Turgor Organy roślinne zachowują w warunkach dobrego uwodnienia sztywność i określony kształt. Dzieje się tak dlatego, że zawierają one w swych tkankach wodę pod pewnym ciśnieniem i zachowują się jak napełnione gazem baloniki. Utrata wody powoduje, że roślina więdnie. Stan jędrności komórki, będący wynikiem napięcia ścian komórkowych pod wpływem wewnętrznego ciśnienia protoplastu na ściany, nazywa się turgorem. Ciśnienie zaś protoplastu na ściany spowodowane jest tym, że wraz z otoczeniem stanowi on układ osmotyczny. Z układem tego typu mamy do czynienia, gdy dwa roztwory o niejednakowym stężeniu oddzielone są błoną, która jest przepuszczalna tylko dla cząsteczek rozpuszczalnika, natomiast nieprzepuszczalna dla cząsteczek rozpuszczonych w roztworze. Błonę taką nazywamy półprzepuszczalną. W warunkach tych odbywa się osmoza – dyfuzja rozpuszczalnika (wody) od wyższego stężenia rozpuszczalnika (a więc z roztworu bardziej rozcieńczonego) do niższego (a więc do roztworu bardziej stężonego).

OSMOZA ROZTWÓR BARDZIEJ ROZCIEŃCZONY ROZTWÓR BARDZIEJ STĘŻONY SUBSTANCJA ROZPUSZCZONA BŁONA PÓŁPRZEPUSZCZALNA OSMOZA

Protoplast roślinny wraz z swym otoczeniem stanowi również układ osmotyczny. Błony plazmatyczne – plazmolemma i tonoplast – są nieprzepuszczalne lub słabo przepuszczalne dla niektórych substancji i jonów, natomiast łatwo przepuszczają wodę. Błony te więc mają cechy błony półprzepuszczalnej (selektywnej). Sok komórkowy w wodniczce stanowi roztwór osmotycznie czynny, którego potencjał wody jest tym niższy, im wyższe jest stężenie rozpuszczonych w niej substancji i jonów.

O kierunku przenikania wody w komórce decyduje różnica potencjału wody w komórce i w środowisku zewnętrznym. Roztwory, w których Ψ są równe, nazywamy izoosmotycznymi (izotonicznymi). W takim naturalnym płynie izotonicznym (płyny ciała) znajdują się komórki organizmów wielokomórkowych. W miejsce napływających do wnętrza cząsteczek wody tyle samo dyfunduje na zewnątrz. Umożliwia to wymianę substancji ze środowiskiem, a jednocześnie nie wpływa na ilość wody w komórce. Ψ1 Ψ1= Ψ2 Ψ2 C1=C2 1 – ROZTWÓR ZEWNĘTRZNY, 2 – ROZTWÓR WEWNĘTRZNY C – STĘŻENIE, Ψ – POTENCJAŁ WODY

Ψ1 < Ψ2 Ψ1 > Ψ2 C1 > C2 C1 < C2 Ψ1 Ψ1 Ψ2 A B Ψ2 Jeżeli dwa roztwory zewnętrzne mają różną wartość potencjału wody, to ten którego Ψ jest mniejsze nazywamy hiperosmotycznym (hipertonicznym) B – zawierającym mało wody, a dużo związków osmotycznie czynnych, zaś ten o wyższym Ψ – roztworem hipoosmotycznym (hipotonicznym) A. Ψ1 Ψ1 Ψ2 A B Ψ2 Ψ1 < Ψ2 Ψ1 > Ψ2 C1 > C2 C1 < C2 1 – ROZTWÓR ZEWNĘTRZNY, 2 – ROZTWÓR WEWNĘTRZNY C – STĘŻENIE, Ψ – POTENCJAŁ WODY

Jeżeli komórkę umieścimy w roztworze hiperosmotycznym, to woda przenika z niej na zewnątrz, w wyniku czego następuje wyrównanie potencjałów wody w układzie. Procesy te powodują odwodnienie wakuoli i cytoplazmy, wzrasta zatem stężenia płynów wewnętrznym i zmniejsza się potencjał wody w komórce. W efekcie spadku turgoru protoplast kurczy się i u roślin odstaje od ścian komórkowych. Zjawisko to nazywa się PLAZMOLIZĄ. KOMÓRKA ROŚLINNA KOMÓRKA ZWIERZĘCA KRWINKA CZERWONA

W roztworach hipoosmotycznych ma miejsce przenikanie wody do wnętrza komórki, przez co następuje wzrost uwodnienia i podwyższenie turgoru. Gdy splazmolizowaną komórkę przeniesiemy do czystej wody lub roztworu hipoosmotycznego, to woda wnika do wakuoli i uwadnia cytoplazmę, w następstwie czego cytoplazma zaczyna przylegać do ścian, a w komórce stopniowo wzrasta turgor – następuje wtedy deplazmoliza. KOMÓRKA ROŚLINNA KOMÓRKA ZWIERZĘCA KRWINKA CZERWONA

Innymi słowy… Jeżeli w roztworze otaczającym protoplast potencjał wody jest wyższy niż w soku komórkowym , wówczas woda wnika do wnętrza wodniczki. Protoplast powiększa się, wywiera ciśnienie na ścianę komórkową, która powiększa się i pozostaje w stanie napięcia. Gdy potencjał wody roztworu zewnętrznego jest niższy niż soku komórkowego, wówczas woda przenika z wodniczki na zewnątrz komórki. Wodniczka, a wraz z nią cały protoplast kurczy się, turgor się zmniejsza, wreszcie zanika zupełnie, a protoplast, kurczy się dalej i zaczyna odstawać od ścian komórkowych. Stan ten nazwano PLAZMOLIZĄ.

ROZTWÓR HIPOTONICZNY ROZTWÓR HIPERTONICZNY ROZTWÓR IZOTONICZNY KOMÓRKA ZWIERZĘCA KOMÓRKA ROŚLINNA WAKUOLA

Plazmoliza pod mikroskopem

Literatura: Lewiński W., Walkiewicz J., 2000. Biologia 1. Operon, Rumia Szweykowska A., Szweykowski J. 2004. Botanika. Morfologia, PWN, Warszawa Rozmus M., Drewniak M., Kornaś A. 1997. Botanika ogólna, Wydawnictwo Naukowe WSP, Kraków Wiśniewski H., 1998. Biologia dla klas III. Wydawnictwo Agmen, Warszawa