Les vacuoles sont des organites intracellulaires qui sont séparées de l'environnement cytosolique par une membrane. On les trouve dans de nombreux types de cellules, à la fois procaryotes et eucaryotes, ainsi que dans les organismes unicellulaires et multicellulaires..
Le terme «vacuole» a été inventé par le biologiste français Félix Dujardin en 1841, pour désigner un espace intracellulaire «vide» qu'il a observé à l'intérieur d'un protozoaire. Cependant, les vacuoles sont particulièrement importantes chez les plantes et c'est chez ces êtres vivants qu'elles ont été étudiées plus en détail..
Dans les cellules où elles se trouvent, les vacuoles remplissent de nombreuses fonctions différentes. Par exemple, ce sont des organites très polyvalents et leurs fonctions dépendent souvent du type de cellule, du type de tissu ou d'organe auquel ils appartiennent et du stade de vie de l'organisme..
Ainsi, les vacuoles peuvent exercer des fonctions dans le stockage de substances énergétiques (alimentaires) ou d'ions et autres solutés, dans l'élimination des déchets, dans l'internalisation des gaz de flottation, dans le stockage de liquides, dans le maintien du pH, entre autres.
Chez la levure, par exemple, les vacuoles se comportent comme l'équivalent des lysosomes dans les cellules animales, car elles sont pleines d'enzymes hydrolytiques et protéolytiques qui les aident à dégrader différents types de molécules à l'intérieur..
Ce sont généralement des organites sphériques dont la taille varie selon l'espèce et le type de cellule. Sa membrane, connue dans les plantes sous le nom de tonoplaste, possède différents types de protéines associées, dont beaucoup sont liées au transport vers et depuis l'intérieur de la vacuole..
Les vacuoles se trouvent dans une grande variété d'organismes, tels que toutes les plantes terrestres, les algues et la plupart des champignons. Ils ont également été trouvés dans de nombreux protozoaires, et des «organites» similaires ont été décrits dans certaines espèces de bactéries..
Sa structure, comme prévu, dépend surtout de ses fonctions, surtout si l'on pense aux protéines membranaires intégrales qui permettent le passage de différentes substances dans ou hors de la vacuole..
Malgré cela, on peut généraliser la structure d'une vacuole comme un organite cytosolique sphérique composé d'une membrane et d'un espace interne (lumen).
Les caractéristiques les plus remarquables des différents types de vacuoles dépendent de la membrane vacuolaire. Chez les plantes, cette structure est connue sous le nom de tonoplaste et agit non seulement comme une interface ou une séparation entre les composants cytosolique et luminal de la vacuole, mais, comme la membrane plasmique, c'est une membrane à perméabilité sélective..
Dans les différentes vacuoles, la membrane vacuolaire est traversée par différentes protéines membranaires intégrales qui ont des fonctions dans le pompage des protons, dans le transport des protéines, dans le transport des solutions et dans la formation des canaux..
Ainsi, tant dans la membrane des vacuoles présentes dans les plantes que dans celle des protozoaires, levures et champignons, la présence de protéines peut être décrite comme:
L'intérieur des vacuoles, également connu sous le nom de lumière vacuolaire, est un milieu généralement liquide, plusieurs fois riche en différents types d'ions (chargés positivement et négativement)..
En raison de la présence presque généralisée de pompes à protons dans la membrane vacuolaire, la lumière de ces organites est généralement un espace acide (où il y a de grandes quantités d'ions hydrogène).
De nombreuses preuves expérimentales suggèrent que les vacuoles des cellules eucaryotes proviennent de voies internes de biosynthèse et d'endocytose. Les protéines insérées dans la membrane vacuolaire, par exemple, proviennent de la voie sécrétoire précoce, qui se produit dans les compartiments correspondant au réticulum endoplasmique et au complexe de Golgi..
En outre, au cours du processus de formation de vacuoles, des événements d'endocytose de substances se produisent à partir de la membrane plasmique, des événements d'autophagie et des événements de transport direct du cytosol vers la lumière vacuolaire..
Après leur formation, toutes les protéines et molécules trouvées à l'intérieur des vacuoles y arrivent principalement grâce aux systèmes de transport liés au réticulum endoplasmique et au complexe de Golgi, où la fusion des vésicules de transport avec la membrane vacuolaire.
De même, les protéines de transport situées dans la membrane des vacuoles participent activement à l'échange de substances entre les compartiments cytosolique et vacuolaire..
Dans les cellules végétales, les vacuoles occupent, dans de nombreux cas, plus de 90% du volume cytosolique total, ce sont donc des organites étroitement liées à la morphologie cellulaire. Ils contribuent à l'expansion cellulaire et à la croissance des organes et tissus végétaux.
Comme les cellules végétales manquent de lysosomes, les vacuoles exercent des fonctions hydrolytiques très similaires, car elles fonctionnent dans la dégradation de différents composés extra et intracellulaires..
Ils ont des fonctions clés dans le transport et le stockage de substances telles que les acides organiques, les glycosides, les conjugués de glutathion, les alcaloïdes, les anthocyanes, les sucres (concentrations élevées de mono, di et oligosaccharides), les ions, les acides aminés, les métabolites secondaires, etc..
Les vacuoles végétales sont également impliquées dans la séquestration de composés toxiques et de métaux lourds tels que le cadmium et l'arsenic. Chez certaines espèces, ces organites possèdent également des enzymes nucléases, qui agissent pour défendre les cellules contre les agents pathogènes..
Les vacuoles végétales sont considérées par de nombreux auteurs comme étant des vacuoles végétatives (lytiques) ou des vacuoles de stockage de protéines. Dans les graines, les vacuoles de stockage sont celles qui prédominent, tandis que dans le reste des tissus les vacuoles sont lytiques ou végétatives.
Les vacuoles contractiles des protozoaires empêchent la lyse cellulaire par des effets osmotiques (liés à la concentration de solutés intracellulaires et extracellulaires) en éliminant périodiquement l'excès d'eau à l'intérieur des cellules lorsqu'elles atteignent une taille critique (sur le point d'éclater); c'est-à-dire que ce sont des organites osmorégulateurs.
La vacuole de levure est de la plus haute importance pour les processus autophagiques, c'est-à-dire que le recyclage ou l'élimination des déchets de composés cellulaires se produit, ainsi que des protéines aberrantes et d'autres types de molécules (qui sont étiquetées pour leur «livraison» dans la vacuole).
Il agit dans le maintien du pH cellulaire et dans le stockage de substances telles que les ions (c'est très important pour l'homéostasie calcique), les phosphates et polyphosphates, les acides aminés, etc. La vacuole de levure participe également à la "pexophagie", qui est le processus de dégradation d'organites entiers.
Il existe quatre principaux types de vacuoles, qui diffèrent principalement par leurs fonctions. Certains avec les caractéristiques de certains organismes particuliers, tandis que d'autres sont plus largement distribués.
Ce type de vacuole est celui que l'on trouve principalement dans les organismes protozoaires, bien qu'il ait également été trouvé chez certains animaux "inférieurs" et dans les cellules phagocytaires de certains animaux "supérieurs"..
Son intérieur est riche en enzymes digestives capables de dégrader les protéines et autres substances à des fins alimentaires, car ce qui est dégradé est transporté vers le cytosol, où il est utilisé à des fins diverses..
En anglais, ils sont connus sous le nom de "vacuoles de sève«Et ce sont ceux qui caractérisent les cellules végétales. Ce sont des compartiments remplis de liquide et leur membrane (le tonoplaste) possède des systèmes de transport complexes pour l'échange de substances entre la lumière et le cytosol..
Dans les cellules immatures, ces vacuoles sont de petite taille et, à mesure que la plante mûrit, elles fusionnent pour former une grande vacuole centrale..
À l'intérieur, ils contiennent de l'eau, des glucides, des sels, des protéines, des déchets, des pigments solubles (anthocyanes et anthoxanthines), du latex, des alcaloïdes, etc..
Des vacuoles contractiles ou pulsatiles se trouvent dans de nombreux protistes unicellulaires et algues d'eau douce. Ils sont spécialisés dans l'entretien osmotique des cellules et pour cela ils disposent d'une membrane très flexible, qui permet l'expulsion du liquide ou l'introduction de celui-ci.
Pour exercer leurs fonctions, ce type de vacuoles subit des changements cycliques continus au cours desquels elles gonflent progressivement (se remplissent de fluide, un processus appelé diastole) jusqu'à atteindre une taille critique..
Ensuite, en fonction des conditions et des besoins cellulaires, la vacuole se contracte soudainement (se vide, un processus appelé systole), expulsant tout son contenu dans l'espace extracellulaire..
Ce type de vacuole n'a été décrit que chez les organismes procaryotes, mais il diffère du reste des vacuoles eucaryotes en ce qu'il n'est pas délimité par une membrane typique (les cellules procaryotes n'ont pas de système membranaire interne)..
Les vacuoles à gaz ou «pseudovacuoles» aériens sont un ensemble de petites structures remplies de gaz qui sont produites au cours du métabolisme bactérien et sont recouvertes d'une couche de protéines. Ceux-ci ont des fonctions de flottation, de radioprotection et de résistance mécanique.
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