液泡

更新时间:2024-06-27 11:08

液泡(Ⅴacuole)是由单层膜与其内部的细胞液组成的细胞器,主要存在于植物细胞中。低等动物特别是单细胞动物的食物泡收缩泡等也属于液泡。

简介

液泡是细胞质中的泡状结构。外有液泡膜与细胞质分开,内含水状细胞液。幼年的植物细胞中液泡小,成熟的植物细胞中液泡很大;花、叶、果实的颜色,除绿色之外,大多由液泡内细胞液中的色素所产生。高等动物细胞中的液泡不明显;某些单细胞动物的食物泡和伸缩泡,分别具有摄取营养和排泄废物的功能,亦可说是液泡的一种形式。

发现历史

Naegeli(1844)早就认为,液泡是植物细胞原生质中正常的形态上的组成部分。从19世纪初到三十年代,法国经典的细胞学家Guililermond、Dagneard和Parat等采用活体染色的方法,研究了液泡,并提出了液泡系这个名词。当时他们认为:凡是能染上中性红的小泡都属于液泡系。但是如果按此标准,则一些具有典型液泡特征的特化液泡,如糊粉液泡、圆球体,由于与中性红缺乏亲和力就被排除于液泡之外。直至一些学者用电子显微镜观察和研究后,才认为细胞内凡是由膜所包围的小泡除线粒体和质体外,都属于液泡系。严格地说,液泡是由半透性膜与糊状的胶体细胞质相隔开的充满水的区域。这种半透性膜称为液泡膜,液泡膜所包围的液体,常称为细胞汁。

种类

液泡可分为下列几种类型。有些是动物、植物细胞所共有的,有的是植物的细胞所独有的。

高尔基液泡

由高尔基体成熟面高尔基池(或潴泡)边缘形成的小泡,其中含有水解酶,如酸性磷酸酶等。

溶酶体

由内质网形成,其中也含有水解酶。也可能由高尔基体形成。

圆球体

为植物细胞所独有,相当于溶酶体,也是由内质网形成。

微体

按其中所含有的酶来确定它们的性质,可能由内质网发生。

消化泡

一种由溶酶体和吞噬小体或胞饮液泡融合后形成的小泡。

自体吞噬泡或自噬小体

由一层膜将一小部分细胞质包围而成,其中被消化的物质系细胞质含有的各种组成,如线粒体、内质网的碎片。

残体

由消化泡和自体吞噬泡所不能消化的物质逐渐积累转化而成。

胞饮液泡

由质膜的内陷作用吞饮了一些溶液或营养液而成。

吞噬泡或吞噬小体

由质膜的内陷作用吞噬了营养颗粒而成。

糊粉粒或糊粉泡

在植物的种子中产生的一种特异的液泡,其中储有蛋白质(多数是酶),起源于内质网。

中央液泡

出现于植物细胞的中央,由许多小泡在生长过程中增大和合并而成为巨大的中央液泡,为植物细胞所特有的结构,如成熟西瓜细胞的中央大液泡中储存有大量的糖分和水分,使西瓜甜而多汁。中央液泡亦起源于内质网,由内质网池膨胀而成。

收缩泡

为原生动物所含有的液泡,也可能是由内质网池扩大而成,具伸缩性,收缩时可把废液或过量的水分排出体外。

性质结构

动、植物液泡都是由一层生物膜所组成,它们的形态与内质网膜相同。植物液泡膜具有特殊的通透性,一般高于质膜。

动物液泡是动物细胞内氧化还原的中心,是物质,尤其是蛋白质,如酶原粒、卵黄粒、顶体(穿孔器)等浓缩、凝结的场所。

液泡中所含的物质很多,植物细胞的液泡含有无机盐、有机酸、糖类、脂类、蛋白质、酶、树胶、粘液、鞣酸类、生物碱和花色素苷等。在动物分泌细胞中则含有以酶原形式制造和输出的大量糖原颗粒;在动、植物的溶酶体中则含有高浓度的各种酶,如蛋白酶、核酸酶、酯酶和核苷酶等。

植物液泡中的液体称为细胞液(cellsap),其中溶有无机盐、氨基酸、糖类以及各种色素,特别是花青素(anthocyanin)等。细胞液是高渗的,所以植物细胞才能经常处于吸涨饱满的状态。细胞液中的花青素与植物颜色有关,花、果实和叶的紫色、深红色都是决定于花青素的。此外,液泡还是植物代谢废物屯集的场所,这些废物以晶体的状态沉积于液泡中。

真菌细胞中液泡与植物细胞中的液泡相似,起源于光滑型内质网或高尔基体的大型囊泡,或由质膜形成,是质膜的胞饮作用或吞噬作用的结果。液泡的形态变化很大,其大小和数目随菌龄或菌丝老化而增加,小的液泡可以相互融合而增大,大的液泡也可分成许多小液泡。液泡是由单层膜围成的,其组分尚不清楚,但液泡的内含物则比较特殊,主要是碱性氨基酸,如精氨酸、鸟氨酸、瓜氨酸和谷氨酰胺等,液泡中的氢基酸常游离到液泡外。所用的多磷酸盐分子也都储58藏在液泡内。同时液泡内还有许多酶,如蛋白酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、核酸酶、纤维素酶等。其主要功能是储存各种氨基酸和酶类等营养物质,以及调节菌丝的渗透压,还有溶酶体的功能。

功能

液泡对细胞内的环境起着调节作用,可以使细胞保持一定的渗透压,保持膨胀状态。

中央大的液泡对生活的植物细胞有着重要意义,它不仅储存有机代谢产物,参与细胞中物质的生化循环。而且由于它的细胞液是浓度较高的溶液,对于植物体对水分的吸收、运输以及维持细胞的紧张状态都有着直接关系。

液泡的功能是多方面的,维持细胞的紧张度是它所起的明显作用。其次是贮藏各种物质,例如甜菜中的蔗糖就是贮藏在液泡中,而许多花的颜色就是由于色素在花瓣细胞的液泡中浓缩的结果。第三,液泡中含有水解酶,它可以吞噬消化细胞内破坏的成分。最后,液泡在植物细胞的自溶中也起一定的作用。植物有些衰老退化的细胞通过自溶被消化掉。这时液泡遭到破坏,其中的水解酶被释放出来,导致细胞成分的分解和细胞的死亡。例如蚕豆子叶中约80%的RNA是在种子◎液泡萌发的最初30天内逐渐被分解的。但如果把液泡破坏,其中的核糖核酸酶释放出来的话,可在几小时内使核糖体RNA分解完。这说明一旦液泡破坏,水解酶释放出来,可以很快使细胞自溶。

在植物细胞中有大小不同的液泡。成熟的植物细胞有一个很大的中央液泡,可能占细胞体积的90%,它是由许多小液泡合并成的。动物细胞中的液泡较小,差别也不显著。液泡由一层单位膜围成,其中主要成分是水。不同种类细胞的液泡中含有不同曲物质,如无机盐、糖类、脂类、蛋白质、酶、树胶、丹宁、生物碱等。

特殊作用

植物细胞中,大部分液泡蛋白质都是在内质网上以大分子的前体形式合成,随后被运送到液泡中,在其 C-末端 1 个天冬酰胺残基处通过蛋白水解酶的剪切转变成各自的成熟形式。液泡加工酶( VPE) 是一种半胱氨酸蛋白酶,对天冬酰胺和天门冬氨酸残基有底物特异性,在液泡蛋白质加工以及激活过程中发挥重要作用。VPE 最初是在南瓜成熟过程中的种子中发现的,随后,从蓖麻子种子里也提取出了 VPE,其对种子储藏蛋白质的成熟具有重要作用。研究表明,在衰老组织和某些胁迫条件下的营养组织也存在 VPE,这种营养型 VPE 在植物细胞程序性死亡中发挥重要作用。

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