Vacuoli di gas
Le vescicole di gas, note anche come vacuoli di gas, sono nanocompartimenti liberamente permeabili al gas, e si trovano principalmente nei cianobatteri, ma anche in altre specie di batteri e in alcuni archei. Le vescicole di gas permettono ai batteri di controllare il loro galleggiamento. Si formano quando piccole strutture biconiche crescono per formare fusi. Le pareti delle vescicole sono composte da una proteina idrofoba A delle vescicole gassose (GvpA) che formano una struttura cilindrica cava e proteica che si riempie di gas. Piccole variazioni nella sequenza aminoacidica producono cambiamenti nella morfologia della vescicola gassosa, per esempio, GvpC, è una proteina più grande.
Vacuoli centrali
La maggior parte delle cellule vegetali mature hanno un grande vacuolo che tipicamente occupa più del 30% del volume della cellula, e che può occupare fino all’80% del volume per certi tipi di cellule e condizioni. Fili di citoplasma spesso attraversano il vacuolo.
Un vacuolo è circondato da una membrana chiamata tonoplasto (origine della parola: Gk tón(os) + -o-, che significa “stiramento”, “tensione”, “tono” + forma comb. repr. Gk plastós formato, modellato) e riempito di linfa cellulare. Chiamato anche membrana vacuolare, il tonoplasto è la membrana citoplasmatica che circonda un vacuolo, separando il contenuto vacuolare dal citoplasma della cellula. Come membrana, è principalmente coinvolta nella regolazione dei movimenti degli ioni all’interno della cellula e nell’isolamento di materiali che potrebbero essere dannosi o minacciosi per la cellula.
Il trasporto di protoni dal citosol al vacuolo stabilizza il pH citoplasmatico, mentre rende l’interno vacuolare più acido creando una forza motrice protonica che la cellula può usare per trasportare i nutrienti dentro o fuori il vacuolo. Il basso pH del vacuolo permette anche agli enzimi degradativi di agire. Anche se i vacuoli singoli di grandi dimensioni sono i più comuni, la dimensione e il numero dei vacuoli possono variare in diversi tessuti e stadi di sviluppo. Per esempio, le cellule in via di sviluppo nei meristemi contengono piccoli provacoli e le cellule del cambio vascolare hanno molti piccoli vacuoli in inverno e uno grande in estate.
Oltre allo stoccaggio, il ruolo principale del vacuolo centrale è quello di mantenere la pressione di turgore contro la parete cellulare. Le proteine che si trovano nel tonoplasto (acquaporine) controllano il flusso di acqua dentro e fuori il vacuolo attraverso il trasporto attivo, pompando gli ioni di potassio (K+) dentro e fuori l’interno vacuolare. A causa dell’osmosi, l’acqua si diffonde nel vacuolo, mettendo sotto pressione la parete cellulare. Se la perdita d’acqua porta a un calo significativo della pressione di turgore, la cellula si plasmerà. La pressione di turgore esercitata dai vacuoli è anche necessaria per l’allungamento cellulare: quando la parete cellulare viene parzialmente degradata dall’azione delle espansine, la parete meno rigida viene espansa dalla pressione proveniente dall’interno del vacuolo. La pressione di turgore esercitata dal vacuolo è anche essenziale per sostenere le piante in posizione eretta. Un’altra funzione del vacuolo centrale è che spinge tutto il contenuto del citoplasma della cellula contro la membrana cellulare, e quindi mantiene i cloroplasti più vicini alla luce. La maggior parte delle piante immagazzina sostanze chimiche nel vacuolo che reagiscono con le sostanze chimiche nel citosol. Se la cellula è rotta, per esempio da un erbivoro, allora le due sostanze chimiche possono reagire formando sostanze chimiche tossiche. Nell’aglio, l’alliina e l’enzima alliinasi sono normalmente separati ma formano l’allicina se il vacuolo è rotto. Una reazione simile è responsabile della produzione di syn-propanethial-S-oxide quando le cipolle vengono tagliate.
I vacuoli nelle cellule fungine svolgono funzioni simili a quelle delle piante e ci può essere più di un vacuolo per cellula. Nelle cellule di lievito il vacuolo è una struttura dinamica che può modificare rapidamente la sua morfologia. Sono coinvolti in molti processi tra cui l’omeostasi del pH cellulare e la concentrazione di ioni, l’osmoregolazione, lo stoccaggio di aminoacidi e polifosfati e i processi degradativi. Gli ioni tossici, come lo stronzio (Sr2+
), il cobalto(II) (Co2+
) e il piombo(II) (Pb2+
) sono trasportati nel vacuolo per isolarli dal resto della cellula.
Vacoli contrattili
I vacuoli contrattili sono un organello osmoregolatore specializzato presente in molti protisti a vita libera. Il vacuolo contrattile fa parte del complesso di vacuoli contrattili che comprende bracci radiali e uno spongioma. Il complesso del vacuolo contrattile lavora periodicamente contraendosi per rimuovere l’acqua e gli ioni in eccesso dalla cellula per bilanciare il flusso di acqua nella cellula. Quando il vacuolo contrattile sta prendendo lentamente l’acqua, il vacuolo contrattile si allarga, questo è chiamato diastole e quando raggiunge la sua soglia, il vacuolo centrale si contrae poi si contrae (sistole) periodicamente per rilasciare acqua.
Vacuoli alimentari
I vacuoli alimentari (chiamati anche vacuoli digestivi) sono organelli che si trovano nei ciliati e nel Plasmodium falciparum, un protozoo parassita che causa la malaria.