KHÔNG BÀO: CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG VÀ KIỂU - SINH HỌC - 2025

Không bào là bào quan nội bào được ngăn cách với môi trường tế bào bằng màng. Chúng được tìm thấy trong nhiều loại tế bào khác nhau, cả tế bào nhân sơ và nhân thực, cũng như trong các sinh vật đơn bào và đa bào.

Thuật ngữ "không bào" được đặt ra bởi nhà sinh vật học người Pháp Félix Dujardin vào năm 1841, để chỉ một không gian nội bào "trống rỗng" mà ông quan sát được bên trong sinh vật nguyên sinh. Tuy nhiên, không bào đặc biệt quan trọng đối với thực vật và chính trong những sinh vật sống này, chúng mới được nghiên cứu chi tiết nhất.

Trong các tế bào nơi chúng được tìm thấy, không bào thực hiện nhiều chức năng khác nhau. Ví dụ, chúng là những bào quan rất linh hoạt và chức năng của chúng thường phụ thuộc vào loại tế bào, loại mô hoặc cơ quan mà chúng thuộc về, và giai đoạn sống của sinh vật.

Do đó, không bào có thể thực hiện các chức năng trong việc lưu trữ các chất năng lượng (thực phẩm) hoặc các ion và các chất hòa tan khác, trong việc loại bỏ các chất thải, trong việc tạo ra khí để tuyển nổi, trong việc lưu trữ chất lỏng, trong việc duy trì pH, trong số những thứ khác.

Ví dụ, ở nấm men, không bào hoạt động giống như bản sao của lysosome trong tế bào động vật, vì chúng chứa đầy các enzym thủy phân và phân giải protein giúp chúng phá vỡ các loại phân tử khác nhau bên trong.

Nhìn chung chúng là những bào quan hình cầu có kích thước thay đổi theo loài và loại tế bào. Màng của nó, được biết đến ở thực vật là tonoplast, có các loại protein liên kết khác nhau, nhiều loại trong số chúng liên quan đến việc vận chuyển đến và đi từ bên trong không bào.

Kết cấu

Sơ đồ tế bào thực vật hiển thị không bào và màng của nó, tonoplast (Nguồn: Mariana Ruiz qua Wikimedia Commons)

Không bào được tìm thấy trong nhiều loại sinh vật như tất cả các loài thực vật trên cạn, tảo và hầu hết các loại nấm. Chúng cũng đã được tìm thấy trong nhiều động vật nguyên sinh, và các "bào quan" tương tự đã được mô tả ở một số loài vi khuẩn.

Cấu trúc của nó, như mong đợi, đặc biệt phụ thuộc vào các chức năng của nó, đặc biệt nếu chúng ta nghĩ đến các protein màng tích hợp cho phép đưa các chất khác nhau vào hoặc ra khỏi không bào.

Mặc dù vậy, chúng ta có thể khái quát cấu trúc của không bào như một bào quan tế bào hình cầu bao gồm màng và không gian bên trong (lumen).

Màng chân không

Đặc điểm nổi bật nhất của các loại không bào phụ thuộc vào màng không bào. Ở thực vật, cấu trúc này được gọi là tonoplast và không chỉ hoạt động như một mặt phân cách hoặc ngăn cách giữa các thành phần tế bào và chất phát quang của không bào, mà giống như màng sinh chất, nó là một màng có tính thấm chọn lọc.

Trong các không bào khác nhau, màng không bào được vượt qua bởi các protein màng tích hợp khác nhau có chức năng bơm proton, vận chuyển protein, vận chuyển dung dịch và hình thành các kênh.

Do đó, cả trong màng của không bào có ở thực vật và của động vật nguyên sinh, nấm men và nấm, sự hiện diện của protein có thể được mô tả là:

- Máy bơm proton hoặc H + -ATPasas

- Proton pyrophosphatases hoặc bơm H + -PPasas

- Chất phản proton (Na + / K +; Na + / H +; Ca + 2 / H +)

- Bộ vận chuyển thuộc họ ABC (bộ vận chuyển cassette liên kết ATP)

- Chất vận chuyển nhiều loại thuốc và chất độc

- Máy vận chuyển kim loại nặng

- Không bào vận chuyển đường

- Tàu chở nước

Lumen chân không

Bên trong không bào, còn được gọi là lòng không bào, là một môi trường lỏng nói chung, thường giàu các loại ion khác nhau (tích điện dương và âm).

Do sự hiện diện gần như tổng quát của các bơm proton trong màng không bào, lòng ống của các bào quan này thường là một không gian axit (nơi có một lượng lớn các ion hydro).

Quá trình sinh học của không bào

Nhiều bằng chứng thực nghiệm cho thấy rằng không bào của tế bào nhân thực bắt nguồn từ con đường sinh tổng hợp và nội bào bên trong. Ví dụ, các protein chèn vào màng không bào đến từ con đường bài tiết ban đầu, xuất hiện trong các ngăn tương ứng với lưới nội chất và phức hợp Golgi.

Ngoài ra, trong quá trình hình thành không bào, xảy ra các sự kiện nội bào của các chất từ ​​màng sinh chất, các sự kiện autophagy và các sự kiện vận chuyển trực tiếp từ bào tương đến lòng không bào.

Sau khi hình thành, tất cả các protein và phân tử được tìm thấy bên trong không bào đến đó chủ yếu nhờ vào hệ thống vận chuyển liên quan đến lưới nội chất và phức hợp Golgi, nơi hợp nhất của các túi vận chuyển với màng không bào.

Tương tự như vậy, các protein vận chuyển nằm trong màng của không bào tham gia tích cực vào quá trình trao đổi chất giữa ngăn tế bào và không bào.

Đặc trưng

Mô thực vật và các bào quan chính của tế bào

Trong thực vật

Trong tế bào thực vật, trong nhiều trường hợp, không bào chiếm hơn 90% tổng thể tích tế bào, vì vậy chúng là bào quan có quan hệ mật thiết với hình thái tế bào. Chúng góp phần vào việc mở rộng tế bào và sự phát triển của các cơ quan và mô thực vật.

Khi các tế bào thực vật thiếu lysosome, các không bào thực hiện các chức năng thủy phân rất giống nhau, vì chúng có chức năng phân hủy các hợp chất ngoài và trong tế bào khác nhau.

Chúng có chức năng chính trong việc vận chuyển và lưu trữ các chất như axit hữu cơ, glycoside, liên hợp glutathione, alkaloid, anthocyanins, đường (nồng độ cao của mono, di và oligosaccharide), ion, axit amin, chất chuyển hóa thứ cấp, v.v.

Không bào thực vật cũng tham gia vào quá trình cô lập các hợp chất độc hại và kim loại nặng như cadmium và asen. Ở một số loài, các bào quan này cũng sở hữu các enzym nuclease, có tác dụng bảo vệ tế bào chống lại mầm bệnh.

Không bào thực vật được nhiều tác giả xếp vào loại không bào sinh dưỡng (lytic) hay không bào dự trữ protein. Trong hạt, không bào dự trữ chiếm ưu thế, trong khi ở các mô khác, không bào là chất lytic hoặc sinh dưỡng.

Trong động vật nguyên sinh

Các không bào co bóp của động vật nguyên sinh ngăn cản quá trình ly giải tế bào do hiệu ứng thẩm thấu (liên quan đến nồng độ các chất hòa tan trong và ngoài tế bào) bằng cách loại bỏ định kỳ lượng nước dư thừa bên trong tế bào khi chúng đạt đến kích thước tới hạn (sắp vỡ) ; tức là, chúng là bào quan điều hòa.

Trong nấm men

Không bào nấm men có tầm quan trọng hàng đầu đối với các quá trình tự thực, nghĩa là, việc tái chế hoặc loại bỏ các hợp chất tế bào thải ra bên trong nó, cũng như các protein không ổn định và các loại phân tử khác (được dán nhãn cho chúng "Giao hàng" trong không bào).

Sơ đồ thể hiện vai trò của không bào đối với sự phân hủy protein ở nấm men (Nguồn: Chalik1 qua Wikimedia Commons)

Nó hoạt động trong việc duy trì độ pH của tế bào và lưu trữ các chất như ion (rất quan trọng đối với cân bằng nội môi canxi), phốt phát và polyphotphat, axit amin, v.v. Không bào nấm men cũng tham gia vào quá trình "pexophagia", là quá trình thoái hóa toàn bộ bào quan.

Các loại không bào

Có bốn loại không bào chính, khác nhau chủ yếu về chức năng của chúng. Một số có đặc điểm của một số sinh vật cụ thể, trong khi những loài khác phân bố rộng rãi hơn.

Không bào tiêu hóa

Loại không bào này được tìm thấy chủ yếu ở các sinh vật đơn bào, mặc dù nó cũng đã được tìm thấy ở một số động vật "bậc thấp" và trong tế bào thực bào của một số động vật "bậc cao".

Bên trong nó rất giàu các enzym tiêu hóa có khả năng phân hủy protein và các chất khác cho mục đích thực phẩm, vì những gì bị phân hủy sẽ được vận chuyển đến dịch bào, nơi nó được sử dụng cho các mục đích khác nhau.

Không bào lưu trữ

Trong tiếng Anh, chúng được gọi là "không bào nhựa cây" và là đặc điểm của tế bào thực vật. Chúng là những ngăn chứa đầy chất lỏng và màng của chúng (tonoplast) có hệ thống vận chuyển phức tạp để trao đổi các chất giữa lòng ống và tế bào.

Trong các tế bào chưa trưởng thành, các không bào này có kích thước nhỏ, và khi cây trưởng thành, chúng hợp nhất để tạo thành một không bào trung tâm lớn.

Bên trong chúng chứa nước, carbohydrate, muối, protein, chất thải, sắc tố hòa tan (anthocyanins và anthoxanthins), latex, alkaloid, v.v.

Không bào co bóp hoặc co bóp

Không bào co bóp hoặc dễ bay hơi được tìm thấy ở nhiều sinh vật đơn bào và tảo nước ngọt. Chúng chuyên về duy trì sự thẩm thấu của các tế bào và vì vậy chúng có một lớp màng rất linh hoạt, cho phép đẩy chất lỏng ra ngoài hoặc đưa chất lỏng vào.

Sơ đồ tế bào Paramecium, một sinh vật đơn bào sở hữu không bào co bóp (Nguồn: Sơ đồ tế bào thực vật hiển thị không bào và màng của nó, tonoplast (Nguồn: Deuterostome qua Wikimedia Commons)

Để thực hiện các chức năng của mình, loại không bào này trải qua những thay đổi liên tục theo chu kỳ, trong đó chúng dần dần phình ra (chứa đầy chất lỏng, một quá trình được gọi là tâm trương) cho đến khi chúng đạt đến kích thước tới hạn.

Sau đó, tùy thuộc vào các điều kiện và yêu cầu của tế bào, không bào đột ngột co lại (trống rỗng, một quá trình được gọi là tâm thu), tống tất cả các thành phần của nó ra không gian ngoại bào.

Không khí hoặc không bào khí

Loại không bào này chỉ được mô tả ở sinh vật nhân sơ, nhưng khác với phần còn lại của không bào nhân thực ở chỗ nó không được bao bọc bởi một màng điển hình (tế bào nhân sơ không có hệ thống màng trong).

Không bào khí hoặc "pseudovacuoles" trên không là một tập hợp các cấu trúc nhỏ chứa đầy khí được tạo ra trong quá trình trao đổi chất của vi khuẩn và được bao phủ bởi một lớp protein. Chúng có chức năng tuyển nổi, bảo vệ bức xạ và kháng cơ học.

Người giới thiệu

1. Eisenach, C., Francisco, R., & Martinoia, E. (nd). Kế hoạch không bào. Sinh học hiện tại, 25 (4), R136-R137.
2. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). Sinh học tế bào phân tử (xuất bản lần thứ 5). Freeman, WH & Công ty.
3. Martinoia, E., Mimura, T., Hara-Nishimura, I., & Shiratake, K. (2018). Các vai trò nhiều mặt của không bào thực vật. Sinh lý thực vật và tế bào, 59 (7), 1285-1287.
4. Matile, P. (1978). Hóa sinh và Chức năng của Không bào. Đánh giá hàng năm về Sinh lý thực vật, 29 (1), 193–213.
5. Pappas, GD & Brandt, PW (1958). Cấu trúc tốt của không bào co bóp ở amip. Tạp chí Sinh học Tế bào, 4 (4), 485–488.
6. Shimada, T., Takagi, J., Ichino, T., Shirakawa, M., & Hara-nishimura, I. (2018). Không bào thực vật. Đánh giá Thường niên về Sinh học Thực vật, 69, 1–23.
7. Tan, X., Li, K., Wang, Z., Zhu, K., Tan, X., & Cao, J. (2019). Đánh giá về Không bào thực vật: Sự hình thành, Protein định vị và Chức năng. Thực vật, 8 (327), 1–11.
8. Thumm, M. (2000). Cấu trúc và chức năng của không bào nấm men và vai trò của nó trong quá trình tự thực. Nghiên cứu và Kỹ thuật Kính hiển vi, 51 (6), 563–572.
9. Walsby, AE (1972). Cấu tạo và chức năng của máy hút khí. Nhận xét về vi khuẩn học, 36 (1), 1–32.