Struktur dan Fungsi Vakuola pada Tumbuhan

Vakuola

Vakuola adalah wadah di dalam sel tumbuhan yang menampung air, enzim, asam, produk limbah, pigmen, atau zat lain yang melayani tumbuhan.

Struktur Vakuola

Vakuola adalah organel terbesar di sebagian besar sel tumbuhan dewasa. Seringkali merupakan lebih dari 90 persen volume sel, vakuola menekan sisa protoplasma ke dinding sel. Vakuola dikelilingi oleh membran rapuh tunggal yang disebut membran vakuolar, atau tonoplast.

Isi vakuola, disebut sebagai getah vakuolar, adalah 90 hingga 98 persen air. Vakuola sel tumbuhan yang khas menempati sekitar 500.000 mikrometer kubik. Dibutuhkan kira-kira dua juta vakuola ini untuk menyamai volume gula batu .

Hampir semua sel tumbuhan mengandung vakuola. Tidak semua sel dewasa tanaman, bagaimanapun, mengandung vakuola tunggal. Misalnya, sel-sel jaringan yang menghasilkan kayu dan kulit pohon mengandung banyak vakuola kecil selama musim dingin, ketika jaringan tidak aktif. Ketika jaringan menjadi aktif di musim semi dan musim panas, vakuola kecil ini menyatu menjadi satu vakuola besar.

Fungsi Vakuola

Vakuola ditemukan pada tahun 1835 dan dianggap memiliki fungsi yang relatif kecil. Sekarang diketahui bahwa vakuola adalah organel serbaguna yang memiliki banyak fungsi penting, termasuk sebagai reservoir penyimpanan. Vakuola menyimpan produk limbah yang akan berbahaya jika menumpuk di sitoplasma sel.

Banyak dari produk limbah ini, seperti nikotin, alkaloid lainnya, dan senyawa yang mengandung sianida, adalah racun yang membantu melindungi tanaman dari pemangsa. Vakuola juga merupakan tempat penyimpanan sementara dan terkontrol untuk bahan yang berguna seperti kalium, klorida, dan ion kalsium.

Ion seperti natrium (Na + ) dan klorida (Cl – ) dipindahkan melintasi tonoplast dengan transpor aktif, suatu sarana transpor yang bergantung pada energi dalam sel. Ion-ion ini penting untuk metabolisme sel. Misalnya, penyerapan atau pelepasan kalsium dari vakuola mengatur enzim yang bergantung pada kalsium di sitoplasma sel.

Vakuola menyimpan banyak produk yang penting secara ekonomi. Misalnya, protein ditimbun dalam vakuola sel penyimpanan dalam biji. Lateks disimpan dalam vakuola tanaman karet. Vakuola banyak tumbuhan menyimpan sejumlah besarasam amino , yang digunakan sebagai reservoir nitrogen.

Vakuola akar bit dan tebu menyimpan gula dalam jumlah besar. Sejumlah besar garam juga terakumulasi dalam vakuola. Vakuola terdalam getah memiliki konsentrasi garam yang mirip dengan air laut.

Dalam ganggang laut dan tanaman yang tumbuh di tanah asin di gurun dan pantai laut, vakuola sering mengakumulasi garam, seperti kalium klorida dan natrium klorida, ke tingkat beberapa ribu kali lebih besar daripada tanah atau air payau tempat tanaman tumbuh.

Kadang-kadang konsentrasi garam tertentu dalam vakuola begitu besar sehingga mengendap sebagai kristal. Misalnya, kristal kalsium oksalat yang umum di vakuola banyak tanaman seperti tebu(Dieffenbachia), yang memiliki kadar racun.

Asam organik seperti asam oksalat dan asam malat juga terakumulasi. Asam ini membuat vakuola sedikit asam. Misalnya, pH khas vakuola mendekati 5,5, sedangkan pH sitoplasma mendekati 7,5. (PH 7,0 adalah netral.)

Vakuola dalam buah jeruk mengandung asam sitrat dalam jumlah besar. Akibatnya, vakuola ini sangat asam, sehingga menyebabkan rasa asam dan asam pada buah.

Pengelolaan Air

Vakuola dan pengelolaan air

Ketika vakuola menyerap garam, mereka juga menyerap air. Air ini menggembungkan vakuola, seperti halnya udara menggembungkan ban. Air yang memasuki vakuola menciptakan tekanan di dalam vakuola yang disebut tekanan turgor dan menekan lapisan sitoplasma di sekitarnya ke tepi sel.

Tekanan turgor inilah yang membuat jaringan tanaman tidak berkayu menjadi kencang. Ketika vakuola kehilangan air, tekanan turgor hilang, dan jaringan menjadi layu. Dengan demikian, daun tanaman yang kekurangan air akan layu, sedangkan daun tanaman yang disiram dengan baik tetap kokoh.

Tekanan turgor yang dihasilkan dalam vakuola penting untuk pertumbuhan sel karena meregangkan dinding sel tanaman. Selama pertumbuhan sel, sel mengeluarkan proton ke dalam dinding selnya . Proton ini melemahkan ikatan kimia di dinding sel dan dapat meregangkannya ke ukuran yang lebih besar.Hormon tumbuhan , seperti auksin, mengontrol sekresi proton.

Jenis pertumbuhan yang didorong oleh tekanan ini oleh sel-sel tanaman secara energik “murah”, karena melibatkan sedikit lebih banyak daripada menyerap air. Hal ini sangat kontras dengan pertumbuhan sel hewan yang tidak memiliki vakuola. Sel hewan harus berkembang dengan membuat sitoplasma yang kaya energi, termasuk sejumlah besar protein dan lipid.

Pergerakan Tanaman dan Pertukaran Gas

Vakuola penting untuk pergerakan banyak tanaman. Misalnya, pergerakan daun pada tanaman sensitif (Mimosa pudica) dan penangkap lalat Venus (Dioneae muscipula) didasarkan pada kemampuan tonoplast untuk menyerap atau kehilangan air dengan cepat.

Sel-sel di daerah khusus daun dengan cepat mengangkut garam keluar dari sel mereka. Ketika mereka melakukannya, air dari vakuola sel juga meninggalkan sel. Ini “mengempiskan” sel, dan jaringan menyusut, sehingga menggerakkan daun.

Pertukaran gas di daun juga dipengaruhi oleh vakuola. Pori-pori di mana gas masuk dan keluar daun disebut stomata, dan dibatasi oleh sel khusus yang disebut sel penjaga.

Ketika vakuola sel-sel ini menyerap air, sel-sel menjadi turgid dan membungkuk, sehingga menciptakan pori-pori tempat gas bergerak.

Dengan demikian, pengambilan air oleh vakuola sel penjaga berkorelasi dengan pembukaan stomata dan pertukaran gas. Ketika air meninggalkan vakuola sel penjaga, sel menjadi layu dan pori menutup, yang menghentikan pertukaran gas.

Pertukaran gas sangat penting karena membawa karbon dioksida ke dalam daun untuk fotosintesis dan melepaskan oksigen ke atmosfer. Banyak faktor yang mengontrol penyerapan air oleh sel penjaga, termasuk cahaya, angin, suhu, dan ketersediaan air.

Pusat Pencernaan

Vakuola berfungsi sebagai pusat pencernaan sel: Vakuola mengandung berbagai enzim pencernaan, seperti fosfatase dan esterase, yang dapat mendegradasi (mengurai) berbagai jenis molekul.

Vakuola menggunakan enzim ini untuk mendegradasi dan mendaur ulang bagian-bagian organel yang rusak atau tua dan tidak dibutuhkan. Vakuola kecil menyatu dengan organel tua atau rusak dan, melalui enzim, mencerna organel. Bagian-bagian organel yang dicerna kemudian didaur ulang oleh sel.

Pigment Holders and Pumps

Banyak sel memiliki vakuola yang mengandung pigmen larut dalam air yang disebut anthocyanin. Pigmen ini bertanggung jawab atas warna merah dan biru dari banyak sayuran (lobak, lobak, dan kubis), buah-buahan (ceri, plum, dan anggur), dan bunga (geranium, mawar, delphinium, peony, dan bunga jagung).

Antosianin membantu menarik serangga penyerbuk ke bunga. Terkadang pigmen ini sangat terang sehingga menutupi klorofil, seperti pada maple merah hias. Warna merah bit taman disebabkan oleh pigmen vakuolar lain, yang disebut betacyanin.

Banyak protozoa dan alga uniseluler mengandung vakuola khusus yang disebut vakuola kontraktil. Vakuola ini memompa kelebihan air dari sel. Sebagai hasil dari sekresi ini, tekanan tidak terbentuk di dalam sel. Vakuola kontraktil jarang ditemukan pada alga laut dan tidak terdapat pada tumbuhan darat.

Model Pertumbuhan, Perkembangan, dan Transportasi

Vakuola melakukan banyak fungsi yang sangat penting untuk pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Misalnya, ekspansi seluler yang menghasilkan gerakan daun dan tropisme sebagian besar dihasilkan dari pengambilan air oleh vakuola. Demikian pula, penyerapan dan hilangnya air oleh vakuola sel penjaga mengatur fotosintesis, proses yang memicu kehidupan di bumi.

Vakuola semakin banyak digunakan sebagai alat untuk mempelajari transportasi melintasi membran. Ion dan gula bergerak cepat melintasi tonoplast; gerakan ini membuat vakuola terisolasi menjadi sistem model untuk mempelajari transportasi bahan melintasi membran. Gerakan ini dikendalikan oleh protein spesifik yang mengangkut setiap ion atau gula melintasi membran.

Banyak bahan kimia yang penting secara ekonomi, termasuk obat-obatan, pewarna, rempah-rempah, dan bahan lainnya, seperti karet, terkandung dalam vakuola. Ahli biologi mencoba memahami bagaimana sel tumbuhan membuat dan mengemas bahan kimia ini dalam vakuola.

Ahli bioteknologi berharap dapat menggunakan pengetahuan ini untuk meningkatkan produksi bahan kimia ini. Jauh dari struktur inert yang dulu diyakini, vakuola sangat penting untuk banyak aspek kehidupan tanaman.

Referensi

  • Randy O. Wayne. Plant Cell Biology: From Astronomy to Zoology. Academic Press; 1st edition. 2009

 

Struktur dan Fungsi Vakuola pada Tumbuhan

Related Posts

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *