VACUOLA

Una vacuola es un orgánulo celular presente en todas las células de plantas y hongos. También aparece en algunas células protistas y de otras eucariotas. Las vacuolas son compartimentos cerrados o limitados por la membrana plasmática ya que contienen diferentes fluidos, como agua o enzimas, aunque en algunos casos puede contener sólidos. La mayoría de las vacuolas se forman por la fusión de múltiples vesículas membranosas. El orgánulo no posee una forma definida, su estructura varía según las necesidades de la célula en particular.

Las vacuolas que se encuentran en las células vegetales son regiones rodeadas de una membrana (tonoplasto o membrana vacuolar) y llenas de un líquido muy particular llamado jugo celular.

La célula vegetal inmadura contiene una gran cantidad de vacuolas pequeñas que aumentan de tamaño y se van fusionando en una sola y grande, a medida en que la célula va creciendo. En la célula madura, el 90 % de su volumen puede estar ocupado por una vacuola, con el citoplasma reducido a una capa muy estrecha apretada contra la pared celular.

Concepto:

Las vacuolas son estructuras celulares variables en número y forma. En general están constituidas por una membrana y un contenido interno. Hay diferencias entre las vacuolas de las células vegetales y las de las células animales. Las células vegetales es frecuente que presenten una única o unas pocas vacuolas de gran tamaño. Las células animales, en el caso de tener vacuolas, son de pequeño tamaño.

Vacuolas son estructuras celulares variables en número y forma, constituidas por una membrana y un contenido interno

Las vacuolas son sacos limitados por membrana, llenos de agua con varios azúcares, sales, proteínas, y otros nutrientes disueltos en ella. Cada célula vegetal contiene una sola vacuola de gran tamaño que usualmente ocupa la mayor parte del espacio interior de la célula.

Origen del sistema vacuolar

Desde hace mucho tiempo se ha considerado que las vacuolas se forman del retículo endoplasmático. Cuando se evidenció que eran muy parecidas a los lisosomas de las células animales se llegó a la conclusión, de que las vacuolas de por lo menos algunas células vegetales tenían un origen similar al de los lisosomas animales.

La formación de los lisosomas está asociado a una región del citoplasma muy especializada llamada GERL, formado por el complejo de Golgi, el retículo endoplasmático y los lisosomas. Esta asociación de membranas se ha encontrado también en algunas células vegetales, por lo que el origen de las vacuolas podría ser el mismo que el de los lisosomas animales.

El origen del sistema vacuolar se produce a partir de vesículas del retículo endoplasmático liso (REL) y del aparato de Golgi. Se forma en la cara Trans de los dictiosomas del aparato de Golgi. Se va a formar un sistema de los lóbulos que se denominan provacuolas. Estos lóbulos se van a ir fusionando para formar lo que se denomina “jaulas”. Las membranas de la jaula se fusionan entre sí para dar lugar a una vacuola con dos membranas. Finalmente la membrana interna se reabsorbe.

Contenido vacuolar

En el interior de las vacuolas, en el jugo celular, se encuentran una gran cantidad de sustancias. La principal de ellas es el agua, junto a otros componentes que varían según el tipo de planta en la que se encuentren. Además de agua, las vacuolas contienen típicamente sales y azúcares, y algunas proteínas en disolución.

Debido al transporte activo y retención de ciertos iones por parte del tonoplasto, los iones se pueden acumular en el líquido vacuolar en concentraciones muy superiores a las del citoplasma exterior. A veces la concentración de un determinado material es suficientemente grande como para formar cristales, por ejemplo, de oxalato de calcio, que pueden adoptar distintas formas: drusa, con forma de estrellas, y rafidios, con forma de agujas. Algunas vacuolas son ácidas, como por ejemplo la de los cítricos.

La vacuola, es a menudo un lugar de concentración de pigmentos. Los colores azul, violeta, púrpura, rojo de las células vegetales se deben, usualmente, a un grupo de pigmentos llamados antocianinas (responsables de las coloraciones de frutas y verduras).

El contenido de las vacuolas es muy variable. Depende de la planta, de la célula (dentro de la planta) y del estado fisiológico de la célula. A demás hay compuestos que se almacenan de forma permanente en la vacuola y otros que se intercambian periódicamente con el citoplasma. Se puede encontrar iones (K , Mg , Ca , Cl ), también ácido orgánicos, proteínas, mucílagos, heterósidos.

Otras sustancias presntes en las vacuolas

•             Ácido oxálico: se almacena de forma permanente en la vacuola y en forma de oxalato cálcico (drusas).

•             Acido málico: se intercambia a lo largo del día con el citoplasma, sobre todo en plantas “cam”.

•             Glúcidos: Son sustancias que se almacenan y se recuperan masivamente según las necesidades de la célula. En la vacuola se almacenan siempre de forma soluble. Llaman la atención como glúcidos la sacarosa y la inulina

•             La sacarosa juega un papel fundamental como sacárido de transporte en la planta. Es un disacárido formado por la unión de una fructosa más una glucosa. Cada vez que entra la sacarosa o sale de la vacuola tiene que ser hidrolizada y después se vuelve a sintetizar. En este proceso interviene un complejo enzimático

•             La inulina es una molécula constituida por una glucosa y tres fructosas. Se sintetiza a partir de la sacarosa por unión de dos fructosas. El aparato enzimático necesario para la síntesis de la inulina se encuentra asociado internamente al tonoplasto.

•             Es una sustancia de reserva. En algunas plantas sustituye al almidón. Cuando polimerizan más de tres fructosas se forma fructofurano, que pueden llegar a ser insolubles y a cristalizar en formas variadas.

•             Proteinas: Son muy variables y depende de la planta que se estudie, del tipo de célula y del estado fisiológico. En cuanto a las proteínas aparecen muchas en la vacuola y suelen ser proteínas de reserva pudiendo alcanzar un gran tamaño. Dentro de las proteínas de reserva se han estudiado aquellas que presentan leguminosas denominadas “globulinas”, también destaca la “glutenina” de los cereales. En la mayoría de los casos las proteínas que aparecen son las glucoproteínas.

Funciones

Gracias al contenido vacuolar y al tamaño, la célula, el consumo de nitrógeno del citoplasma, consigue una gran superficie de contacto entre la fina capa del citoplasma y su entorno. El incremento del tamaño de la vacuola da como resultado también el incremento de la célula. Una consecuencia de esta estrategia es el desarrollo de una presión de turgencia, que permite mantener a la célula hidratada, y el mantenimiento de la rigidez del tejido, unas de las principales funciones de las vacuolas y cloroplasto.

Otras de las funciones es la de la desintegración de macromoléculas y el reciclaje de sus componentes dentro de la célula. Todos los orgánulos celulares, ribosomas, mitocondrias y plastidios pueden ser depositados y degradados en las vacuolas. Debido a su gran actividad digestiva, son comparadas a los orgánulos de las células animales denominados lisosomas.

También aíslan del resto del citoplasma productos secundarios tóxicos del metabolismo, como la nicotina (un alcaloide).

Existen otras estructuras que se llaman también vacuolas pero cuya función es muy diferente:

•             Vacuolas pulsátiles: éstas extraen el agua del citoplasma y la expulsan al exterior por transporte activo.

•             Vacuolas digestivas: se produce la digestión de sustancias nutritivas, una vez digeridas pasan al interior de la célula y los productos de desecho son eliminados hacia el exterior de la célula.

•             Vacuolas alimenticias: función nutritiva, forma a partir de la membrana celular y del retículo endoplasmático.

Características del aparato vacuolar

El tamaño y la disposición de las vacuolas en la célula vegetal dependen del tipo de célula que se estudie y de su estado fisiológico. Como norma general se puede decir que si la célula es muy inmadura o está muy activa suele presentar muchas vacuolas de pequeños tamaños y viceversa.

Características

En general hay diferencias entre las vacuolas de las células vegetales y las de las células animales. Las células vegetales es frecuente que presenten una única o unas pocas vacuolas de gran tamaño. Las células animales, en el caso de tener vacuolas, son de pequeño tamaño.

El volumen de la vacuola supone entre un 80 y 90% del volumen celular. Su función no es solo almacenar agua sino que se encarga de regular agua el intercambio de agua entre la célula y el medio asegurándose de que la célula tiene siempre los niveles de agua adecuados para su actividad. La membrana de la vacuola se llama tonoplasto (tonos = tensión). Se llama así porque está siempre en tensión y esto es debido a que en el interior de la vacuola hay una elevada presión osmótica, la cual genera un flujo de agua que solo resulta detenida por la rigidez o fuerzas de reacción de la pared.

El mantenimiento de esa elevada presión osmótica en el interior de la vacuola requiere de la presencia de bombas de solutos en el tonoplasto. Estas bombas lo que hacen es meter los solutos en el interior de la vacuola. La vacuola es capaz de detectar las pérdidas de agua en el interior de la célula. Lo que hace es aumentar la presión osmótica en el interior para que entre más agua.

Actividades hidrolíticas de la vacuola

Se han detectado dentro de la vacuola numerosas enzimas hidrolíticas con actividades muy diversas:

•             Aminopeptidasas

•             Carboxipeptidasas

•             RNA- asas

•             Glicosidasas

La mayoría de estas enzimas son solubles. Sin embargo esto es parcialmente cierto porque la vacuola a demás de actividades hidrolíticas es el centro osmorregulador de la célula y también acumula sustancias de reserva.

Funciones de las enzimas hidrolíticas de la vacuola

•             Movilización las sustancias de reserva.

•             Procesos antofágicos: se ha visto que las vacuolas son capaces de fagocitar parte del citoplasma de la célula cuando se tiene que producir un reajuste celular.

•             Procesos heterofágicos: son raros y limitados.

Observación microscópica

En el microscopio fotónico se puede observar la célula vegetal, y en ella plastidios (cloroplastos, amiloplastos, etc.) y refiriéndose a la vacuola, no se puede divisar su membrana (tonoplasto), pero se deduce su ubicación porque se pueden ver las cristalizaciones (drusas y rafidios) de algunas sustancias que componen el jugo celular y también sirve como una fuerte sustancia que combate el virus del VIH.

IMPORTANCIA DE LAS VACUOLAS PARA LAS CELULAS

Las vacuolas Son grandes vesículas, que ocupan un gran porcentaje del volumen celular total, se encuentran llenas de fluido que contienen varias sustancias.

En las células animales, las vacuolas son pequeñas y sirven para almacenar sustancias y en  las células vegetales tienen la función de contener o reservar agua y también poseen funciones digestivas.