Wakuola komórki roślinnej

W młodej komórce roślinnej jest wiele drobnych wakuol, które w miarę dojrzewania zlewają się w jedną wakuolę centralną. W dojrzałej komórce zajmuje większość objętości komórki i spycha cytoplazmę z organellami do cienkiej warstwy przy ścianie. Dzięki temu chloroplasty leżą blisko powierzchni, czyli blisko światła. To inna struktura niż wakuola pokarmowa czy tętniąca u protistów.

Wakuolę otacza tonoplast, błona z własnym zestawem białek transportowych. To on decyduje, co trafia do wnętrza wakuoli. Pompy protonowe w tonoplaście wtłaczają jony H⁺ kosztem ATP, przez co sok wakuolarny jest kwaśniejszy niż cytoplazma. Powstały gradient protonów napędza przenośniki, które wprowadzają do wakuoli inne substancje.

Substancje wprowadzone do wakuoli podnoszą stężenie soku wakuolarnego, więc woda wpływa do niej osmotycznie. Wakuola napiera na cytoplazmę, a ta na ścianę, i ściana oddaje nacisk. Ciśnienie hydrostatyczne, jakie protoplast wywiera na ścianę, to turgor. Trzyma on liście i łodygi zielne w pionie, a jego utrata powoduje więdnięcie.

Zmiany turgoru poruszają też organami rośliny. Gdy komórki szparkowe gromadzą w wakuolach jony, woda wpływa do nich, wakuole się powiększają, turgor rośnie i szparka się otwiera. Gdy jony opuszczają komórki, woda wypływa, a szparka się zamyka.

W roztworze hipertonicznym kierunek jest odwrotny: woda wypływa z wakuoli, wakuola się kurczy, turgor spada, a protoplast odrywa się od ściany. To plazmoliza. Kierunek zmian stężenia roztworu zewnętrznego i komórkowego przy takim wypływie wody CKE sprawdziła w zadaniu 5.2 w czerwcu 2024 roku.

Wakuola obniża też koszt wzrostu. Komórka roślinna powiększa się głównie przez napełnianie wakuoli wodą, a nie przez dobudowywanie cytoplazmy. Woda wpływa osmotycznie, więc taki przyrost objętości jest tańszy niż synteza białek i błon, które musiałyby wypełnić tę samą objętość. Wzrost nie jest jednak darmowy: ściana musi nadążyć, rozluźniać się i dostawać nowy materiał.

Wakuola jest też magazynem. W komórkach nasion gromadzi białka zapasowe, z których kiełkująca roślina czerpie aminokwasy, w innych komórkach cukry i jony. Zawiera też barwniki, w tym antocyjany, które nadają płatkom i owocom barwę fioletową, niebieską lub czerwoną.

Kwaśne wnętrze z enzymami hydrolitycznymi sprawia, że wakuola działa jak lizosom: zużyte organella, na przykład mitochondria, są w niej trawione. Roślina nie ma układu wydalniczego, więc szkodliwe substancje trzyma w wakuoli, odizolowane od cytoplazmy. Gromadzi w niej też garbniki i flawonoidy, które pełnią funkcje ochronne, między innymi zniechęcają roślinożerców.