Vesikel und Vakuolen sind membrangebundene Säcke, die bei Lagerung und Transport funktionieren. Vakuolen sind etwas größer als Vesikel, und die Membran einer Vakuole verschmilzt nicht mit den Membranen anderer zellulärer Komponenten. Vesikel können mit anderen Membranen innerhalb des Zellsystems verschmelzen. Darüber hinaus können Enzyme in Pflanzenvakuolen Makromoleküle abbauen.

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Abbildung 13 Das Endomembransystem modifiziert, verpackt und transportiert Lipide und Proteine. (credit: Modifikation der Arbeit von Magnus Manske)

Die zentrale Vakuole (Pflanzen)

Zuvor erwähnten wir Vakuolen als wesentliche Bestandteile von Pflanzenzellen. Wenn Sie sich Abbildung 1 ansehen, werden Sie sehen, dass Pflanzenzellen jeweils eine große, zentrale Vakuole haben, die den größten Teil der Zelle einnimmt.

quadratische Pflanzenzelle mit Organellen und großer ovaler zentraler Vakuole in der Mitte der Zelle.
Abbildung 1 Eine generalisierte Pflanzenzelle. Beachten Sie die große graue zentrale Vakuole.

Die zentrale Vakuole spielt eine Schlüsselrolle bei der Regulierung der Wasserkonzentration der Zelle unter sich ändernden Umweltbedingungen. In Pflanzenzellen liefert die Flüssigkeit innerhalb der zentralen Vakuole Turgordruck, der der äußere Druck ist, der durch die Flüssigkeit innerhalb der Zelle verursacht wird. Haben Sie jemals bemerkt, dass, wenn Sie vergessen, eine Pflanze für ein paar Tage zu gießen, es welkt? Denn wenn die Wasserkonzentration im Boden niedriger wird als die Wasserkonzentration in der Pflanze, bewegt sich Wasser aus den zentralen Vakuolen und dem Zytoplasma in den Boden. Wenn die zentrale Vakuole schrumpft, bleibt die Zellwand nicht mehr unterstützt. Dieser Verlust der Unterstützung für die Zellwände einer Pflanze führt zu dem verwelkten Aussehen. Darüber hinaus hat diese Flüssigkeit einen sehr bitteren Geschmack, der den Verzehr durch Insekten und Tiere verhindert. Die zentrale Vakuole dient auch dazu, Proteine in sich entwickelnden Samenzellen zu speichern.

Lysosom

In tierischen Zellen sind die Lysosomen die „Müllentsorgung“ der Zelle.“ Verdauungsenzyme in den Lysosomen helfen beim Abbau von Proteinen, Polysacchariden, Lipiden, Nukleinsäuren und sogar abgenutzten Organellen. In einzelligen Eukaryoten sind Lysosomen wichtig für die Verdauung der aufgenommenen Nahrung und das Recycling von Organellen. Diese Enzyme sind bei einem viel niedrigeren pH-Wert (saurer) aktiv als diejenigen, die sich im Zytoplasma befinden. Viele Reaktionen, die im Zytoplasma stattfinden, könnten bei einem niedrigen pH-Wert nicht auftreten, so dass der Vorteil der Kompartimentierung der eukaryotischen Zelle in Organellen offensichtlich ist.

Lysosomen verwenden ihre hydrolytischen Enzyme auch, um krankheitsverursachende Organismen zu zerstören, die in die Zelle gelangen könnten. Ein gutes Beispiel dafür ist eine Gruppe weißer Blutkörperchen, die Makrophagen genannt werden und Teil des Immunsystems Ihres Körpers sind. In einem Prozess, der als Phagozytose bekannt ist, invaginiert ein Abschnitt der Plasmamembran des Makrophagen (faltet sich ein) und verschlingt einen Erreger. Der invaginierte Abschnitt mit dem Erreger im Inneren kneift sich dann von der Plasmamembran ab und wird zu einem Vesikel. Das Vesikel verschmilzt mit einem Lysosom. Die hydrolytischen Enzyme des Lysosoms zerstören dann den Erreger (Abbildung 2).

figure_03_12 Gefressener Makrophage
Abbildung 2 Ein Makrophage hat ein potenziell pathogenes Bakterium zu einem Vesikel phagozytiert, das dann mit einem Lysosom in der Zelle verschmilzt, so dass der Erreger zerstört werden kann. Andere Organellen sind in der Zelle vorhanden, aber der Einfachheit halber nicht gezeigt.

Peroxisomen

Peroxisomen sind kleine, runde Organellen, die von einzelnen Membranen umgeben sind. Sie führen Oxidationsreaktionen durch, die Fettsäuren und Aminosäuren abbauen. Sie entgiften auch viele Gifte, die in den Körper gelangen können. Alkohol wird durch Peroxisomen in Leberzellen entgiftet. Ein Nebenprodukt dieser Oxidationsreaktionen ist Wasserstoffperoxid, H2O2, das in den Peroxisomen enthalten ist, um zu verhindern, dass die Chemikalie zelluläre Komponenten außerhalb der Organelle schädigt. Wasserstoffperoxid wird durch peroxisomale Enzyme sicher in Wasser und Sauerstoff zerlegt.

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