แวคิวโอล

ชีววิทยาเซลล์
เซลล์สัตว์
องค์ประกอบของเซลล์สัตว์โดยทั่วไป: นิวคลีโอลัส นิวเคลียส ไรโบโซม (จุดเล็ก ๆ) เวสิเคิล ร่างแหเอนโดพลาสมิกแบบขรุขระ กอลไจแอปพาราตัส (หรือ กอลไจบอดี) ไซโทสเกเลตัน ร่างแหเอนโดพลาสมิกแบบเรียบ ไมโทคอนเดรียน แวคิวโอล ไซโทซอล (ของเหลวที่บรรจุออร์แกเนลล์ต่าง ๆ ที่รวมกันเป็นไซโทพลาสซึม) ไลโซโซม เซนโทรโซม เยื่อหุ้มเซลล์

แวคิวโอล (อังกฤษ: Vacuole) เป็นช่องที่ล้อมรอบด้วยเมมเบรนชนิดเยื่อยูนิตชั้นเดียว อยู่ภายในเซลล์ยูแคริโอต (eukaryotic cell) บางชนิด พบในเซลล์พืชส่วนใหญ่และสัตว์หลายชนิด โดยแวคิวโอลในสัตว์มักเล็กกว่าในพืช แวคิวโอลสามารถทำหน้าที่เป็นที่เก็บ หลั่ง และถ่ายของเหลวภายในเซลล์ แวคิวโอลและสารภายในถือว่าแตกต่างจากไซโตพลาสซึม สามารถแบ่งออกได้ 3 ประเภท คือ

1. Contractile vacuole จะพบในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว ในอาณาจักรโพรทิสตา ทำหน้าหน้าทีรักษาสมดุลของน้ำ
2. Food vacuole บรรจุอาหาร พบในเซลล์เม็ดเลือดขาวบนสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวหรือสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม นอกจากนี้เราอาจแบ่งได้อีก เช่น Fat vacuole
3. Sap vacuole จะเจอในเซลล์พืช ทำหน้าที่สะสมสีไอออน น้ำตาล กรดอะมิโน สะสมผลึกสารพิษในเซลล์พืชและสัตว์

การทำงานของแวคิวโอล

โดยทั่วไปแล้วการทำงานของแวคิวโอลเกี่ยวข้องกับหน้าที่ต่อไปนี้ คือ กำจัดซากของโครงสร้างที่ไม่ใช้ เก็บของเสียและ สารที่มีขนาดเล็กรักษาความดันน้ำและความเต่งในเซลล์ รักษาความเป็นกรดเบสในเซลล์ ซึ่งสามารถสรุปการทำงานของแวคิวโอลในสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆได้ดังนี้

การทำงานในเซลล์พืช

แวคิวโอลที่เก็บแอนโทไซยานินของ Rhoeo spathacea ในเซลล์ที่เหี่ยว

ในเซลล์พืชที่โตเต็มที่แล้วจะมีแวคิวโอลอยู่หลายอัน ซึ่งจะกินเนื้อที่กว่าร้อยละ 30 ถึงร้อยละ 90 ของปริมาตรในเซลล์ทั้งหมด โดยทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประเภทของเซลล์และสภาวะขณะนั้น เยื่อที่ใช้หุ้มแวคิวโอลนี้เรียกว่า โทโนพลาสต์ (tonoplast) เซลล์อายุน้อยมีแวคิวโอลขนาดเล็กหลายอัน ภายในบรรจุน้ำ และเกลือ บางครั้งอาจมีโปรตีน, แป้ง, ผลึก และแกรนูลอื่นๆปนอยู่ด้วย pH ภายในแวคิวโอลต่ำกว่าในไซโตพลาสซึม เมื่อเซลล์เติบโตขึ้น แวคิวโอลจะมารวมตัวกันจนเหลืออันเดียวขนาดใหญ่อยู่ตรงกลางเซลล์ซึ่งควบคุมการยืดตัวของเซลล์พืชโดยการควบคุมการผ่านเข้าออกของน้ำในแวคิวโอล ถ้าในแวคิวโอลมีน้ำมาก เซลล์พืชจะยืดตัว

แวคิวโอลทำงานเป็นทั้งแหล่งสะสมอาหารและของเสีย ในเซลล์ของเมล็ด แวคิวโอลจะบรรจุแป้งหรือโปรตีนที่ต้องใช้เมื่อเมล็ดงอก แคลเซียมไอออนที่จำเป็นในการควบคุมการทำงานของเอนไซม์ในเซลล์ จะเก็บไว้ในแวคิวโอลโดยตกผลึกกับกรดออกซาลิก (Oxalic acid) หรือแคลเซียมคาร์บอเนต เมื่อเซลล์ไม่ต้องการใช้ นอกจากนั้น แวคิวโอลยังควบคุมความเข้มข้นของโปแทสเซียมไอออนในไซโตพลาสซึมอีกด้วย รงควัตถุที่ละลายน้ำได้หลายชนิดที่พบในเซลล์ของดอกไม้ ผลไม้และหัวเรดบีต มีการสะสมในแวคิวโอลเช่นกัน การสะสมสารของพืชอวบน้ำหรือพืชกลุ่ม CAM (Crassulacean acid metabolism) ซึ่งจะสะสมกรดมาลิกไว้ในแวคิวโอลในเวลากลางคืน เซลล์พืชบางชนิด เช่น ยาสูบ มีการสะสมนิโคทิน พืชบางกลุ่มจะสะสมสารพิษไว้ในแวคิวโอล เพื่อป้องกันไม่ให้ถูกสัตว์กิน และเป็นแหล่งสะสมอาหารจำพวกโปรตีนเพื่อใช้เป็นอาหารของต้นอ่อนในขณะงอก เช่น ในเมล็ดถั่ว เมล็ดข้าวบาร์เลย์

แวคิวโอลเป็นแหล่งสะสมของเสียในเซลล์พืช โดยปกติโทโนพลาสต์จะไม่ยอมให้ของเสียเหล่านั้นไหลกลับเข้าสู่ไซโตพลาสซึมได้อีก การสะสมของเสียไว้ในเซลล์ตลอดเวลานี้ ในบางกรณีเป็นประโยชน์ต่อพืชเพราะทำให้มีรสขมหรือเป็นพิษต่อสัตว์ที่กินพืชนั้นๆ เมื่อออร์แกแนลล์มีอายุมากและซ่อมแซมไม่ได้แล้วจะหลอมรวมเข้ากับแวคิวโอล และถูกย่อยสลายโดยเอนไซม์ในแวคิวโอล ส่วนที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ จะถูกส่งกลับเข้าสู่ไซโตพลาสซึม

การทำงานในเซลล์สัตว์

แวคิวโอลในสัตว์เป็นส่วนสำคัญในกระบวนการเอกโซไซโตซิส และ เอนโดไซโตซิส.

• เอกโซไซโตซิสเป็นกระบวนการขับออกซึ่งโปรตีนซึ่งที่อยู่ในกรานูลคัดหลั่ง อันเป็นโปรตีนมาจากกอลจิแอปพาราตัสมาแต่ต้น ซึ่งในกรานูลคัดหลั่งนั้นเป็นที่ที่เกิดกระบวนการเปลี่ยนโปรฮอร์โมนเป็นฮอร์โมนก่อนหน้านั้น โดยกระบวนการเอกโซไซโตซิสจะทำหน้าที่กำจัดส่วนที่เป็นของเสียออกไป

• เอนโดไซโตซิสจะกลับกันกับเอกโซไซโตซิส ซึ่งเอนโดไซโตซิสมีหลายประเภท ได้แก่
  • ฟาโกไซโตซิส หรือกระบวนกินของเซลล์เป็นกระบวนการที่ใช้กับแบคทีเรีย, เซลล์ที่ตายแล้ว หรือสิ่งเล็กๆ อย่างอื่นที่เซลล์สามารถล้อมและกินได้ การกินทำได้โดยการที่สิ่งที่เซลล์จะกินได้สัมผัสกับเยื่อหุ้มเซลล์แล้วเข้าไปโดยดันเยื่อหุ้มเซลล์ และเมื่อสิ่งนั้นพ้นเข้าไปในเซลล์ทั้งหมด เยื่อหุ้มเซลล์ก็จะล้อมวัตถุนั้นจนมิด และปิดช่องว่างเยื่อหุ้มเซลล์ที่วัตถุนั้นดันเข้ามา ทำให้วัตถุนั้นอยู่ในเซลล์โดยมีเยื่อหุ้มเซลล์ที่เข้ามาด้วยห่อหุ้มอยู่ ซึ่งเยื่อนั้นทำหน้าที่เป็๋นแวคิวโอลแทน กระบวนการนี้สามารถมองเห็นด้วยกล้องจุลทรรศน์ได้
  • พิโนไซโตซิส หรือกระบวนการดื่มของเซลล์ มีลักษณะสำคัญเหมือนกระบวนการกินของเซลล์ แต่ต่างตรงวัตถุที่กินจะเป็นในรูปของสารละลาย ซึ่งจะไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์

แวคิวโอลในรา

แวคิวโอลในเซลล์ของเชื้อรามีการทำงานใกล้เคียงกับแวคิวโอลของเซลล์พืชและมีได้มากกว่า 1 อันต่อเซลล์ ในเซลล์ของ Saccharomyces cerevisiae แวคิวโอลเป็นออร์แกแนลลล์ที่เปลี่ยนรูปร่างได้เร็ว ซึ่งเป็นกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับความเป็นกรด-ด่างและควมเข้มข้นของไอออนภายในเซลล์ การควบคุมแรงดันออสโมติก การเก็บกรดอะมิโน การสร้างและสลายพันธะฟอสเฟต ไอออนที่เป็นพิษ เช่น สตรอนเชียม โคบอลต์ และตะกั่ว จะถูกเก็บไว้ในแวคิวโอลเพิ่อแยกออกจากองค์ประกอบอื่นๆของเซลล์

แวคิวโอลในแบคทีเรีย

แวคิวโอลขนาดใหญ่พบในแบคทีเรียสีเขียวที่ใช้กำมะถัน 3 สกุลคือ Thioploca, Beggiatoa และ Thiomargaritaไซโตพลาซึมของแบคทีเรียทั้ง 3 สกุลนี้จะมีแวคิวโอลกินพื้นที่ถึง 40–98% ของเซลล์ โดยภายในแวคิวโอลมีไนเตรตมาก .

แก๊สแวคิวโอลซึ่งยอมให้แก๊สผ่านเข้าไปได้อย่างอิสระ พบในไซยาโนแบคทีเรียบางสปีชีส์ โดยช่วยในการลอยตัวของแบคทีเรีย

อ้างอิง

• (2003) Lange Medical Books/McGraw-Hill, Medical Publishing Division, New York