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Vacuolo

Cos’è il vacuolo e in quali organismi si trova?

Il vacuolo è una cavità circondata da membrana presente in alcuni tipi di cellule, come cellule vegetali, cellule fungine e protozoi.

Il termine vacuolo deriva dal latino vacuus, vuoto, per via dell’aspetto con cui si presenta nei preparati istologici in seguito ad osservazione con il microscopio ottico o elettronico.

Il vacuolo di piante e funghi contiene generalmente acqua, vari ioni inorganici e composti organici di riserva, di rifiuto o con funzioni specifiche.

La presenza di un pH acido rispetto al citoplasma, reso possibile dalla presenza di pompe protoniche, e di idrolasi (enzimi che degradano le biomolecole in composti più semplici) attive in queste condizioni, li rendono equivalenti dei lisosomi delle cellule animali.

Diversa è invece la funzione dei vacuoli contrattili o pulsanti e dei vacuoli alimentari di molti protozoi.

Il vacuolo delle cellule vegetali

Il vacuolo delle cellule vegetali può essere considerato una “raccolta d’acqua”, separato dal resto della cellula da una membrana detta tonoplasto, che riesce ad assecondare il rigonfiamento del vacuolo, in seguito all’ingresso di acqua, senza perdere la sua integrità e la capacità di trasporto delle sostanze da e verso il citoplasma.

Nelle cellule immature sono presenti più vacuoli, che si fondono nel corso della crescita della cellula fino a formare un unico grande vacuolo, detto vacuolo centrale, che in alcuni casi costituisce il 90% e anche oltre del volume della cellula.

vacuolo in una cellula vegetale

Il vacuolo in una cellula vegetale tende ad occupare fino al 95% del volume, stipando il nucleo e gli altri organuli a ridosso della membrana plasmatica. Immagine ottenuta al microscopio elettronico e colorata.

Il vacuolo e la regolazione della pressione di turgore

La funzione principale del vacuolo è quella di regolare la pressione di turgore, cioè la pressione esercitata dai liquidi interni contro la parete e che conferisce consistenza alla cellula.  

Quando il vacuolo contiene il massimo quantitativo possibile di acqua la cellula è turgida, così come la pianta nella sua interezza.

Quando la pianta avvizzisce, invece, significa che ha scarsa disponibilità di acqua e i vacuoli delle sue cellule non sono completamente pieni.

La pressione di turgore è controbilanciata dalla resistenza esercitata della parete cellulare, che provvede a risospingere all’esterno l’eccesso di acqua impedendo che la cellula possa andare incontro a lisi, a differenza di quanto accade nelle cellule animali che si trovano immerse in ambienti ipotonici.

Il succo vacuolare contiene diversi ioni inorganici coinvolti nella regolazione della pressione osmotica.

I cationi più comuni sono sodio, potassio e calcio, tra gli anioni prevalgono cloruri, solfati, nitrati e fosfati.

Immagazzinamento di sostanze varie

I vacuoli, oltre a regolare la pressione di turgore, svolgono svariate altre funzioni, tra cui quella di immagazzinare sostanze di riserva, come proteine nei semi (i vacuoli in questo caso sono chiamati granuli di aleurone) o trigliceridi (sferosomi).

Tra le altre sostanze contenute nei vacuoli si ricordano pigmenti, come gli antociani (responsabili del colore che va dal rosa al rosso al viola di fiori, frutti e foglie), altre che hanno una funzione antiparassitaria (tannini e alcaloidi) oppure che inibiscono la germinazione e lo sviluppo di altre piante (chinoni, fenoli).

Il colore dal rosa al rosso al viola di fiori, frutti e delle foglie in autunno è dovuto agli antociani, pigmenti contenuti nei vacuoli delle cellule di queste strutture.

Degradazione delle macromolecole

Alcuni vacuoli svolgono funzioni analoghe a quelle dei lisosomi delle cellule animali, per via della presenza di idrolasi acide che demoliscono le macromolecole in composti organici più semplici, che rappresentano gli scarti del metabolismo cellulare, poi eliminati quando le foglie cadono o vengono mangiate o in seguito alla morte della pianta.

Il pH acido dei vacuoli (intorno a 5) è mantenuto grazie alle azioni di pompe protoniche, localizzate nel tonoplasto, che trasportano contro gradiente ioni H+ all’interno del vacuolo.

Il vacuolo delle cellule dei funghi

Il vacuolo delle cellule dei funghi è un organello complesso coinvolto in numerose funzioni.

La degradazione di macromolecole in composti più semplici grazie all’azione di idrolasi acide non si realizza sempre, ma principalmente quando la disponibilità di nutrienti nell’ambiente esterno scarseggia.

È soprattutto coinvolto nell’immagazzinamento di piccole molecole e di precursori biosintetici come aminoacidi e polifosfati, nell’osmoregolazione della cellula, nell’eliminazione di sostanze tossiche e nei processi di secrezione ed endocitosi.

cellula fungina

Fotografia al microscopio elettronico di una cellula fungina di lievito.

I vacuoli contrattili o pulsanti

I vacuoli contrattili o pulsanti sono strutture tipiche di molti protozoi di acqua dolce, come quelli del genere paramecium e amoeba.

In tali organismi l’acqua entra per osmosi e se in eccesso viene rigettata all’esterno attraverso dai vacuoli contrattili la cui attività prevede una fase di riempimento passiva (diastole) e una in cui l’acqua viene attivamente espulsa (sistole), mediante l’uso di acquaporine e pompe protoniche.

I vacuoli contrattili sono presenti anche in molte alghe, in alcune spugne e in alcuni funghi unicellulari.

vacuoli contrattili

Attraverso i vacuoli contrattili alcuni protozoi di acqua dolce riescono ad espellere l’acqua in eccesso.

Vacuoli alimentari e vacuoli di espulsione

Alcuni protozoi che si nutrono per fagocitosi formano, in corrispondenza dell’area della membrana plasmatica preposta a tale funzione, un vacuolo alimentare contenente il cibo ingerito che poi si fonde con i lisosomi.

Terminata la digestione ad opera degli enzimi lisosomiali, il vacuolo alimentare diventa vacuolo di espulsione, che rilascia i prodotti di rifiuto all’esterno mediante esocitosi.

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