جدار الخلية: التعريف والبنية والوظيفة (مع رسم بياني)

جدار الخلية عبارة عن طبقة حماية إضافية أعلى غشاء الخلية. يمكنك أن تجد جدران الخلايا في كليهما بدائيات النوى وحقيقيات النوىوهي أكثر شيوعًا في النباتات والطحالب والفطريات والبكتيريا.

ومع ذلك ، فإن الحيوانات والأوليات ليس لديها هذا النوع من البنية. تميل جدران الخلايا إلى أن تكون هياكل صلبة تساعد في الحفاظ على شكل الخلية.

جدار الخلية له وظائف عديدة ، بما في ذلك الحفاظ على هيكل الخلية وشكلها. والجدار صلب فيحمي الخلية ومحتوياتها.

على سبيل المثال ، يمكن أن يمنع جدار الخلية مسببات الأمراض مثل فيروسات النبات من الدخول. بالإضافة إلى الدعم الميكانيكي ، يعمل الجدار كإطار يمكن أن يمنع الخلية من التوسع أو النمو بسرعة كبيرة. تساعد البروتينات وألياف السليلوز والسكريات والمكونات الهيكلية الأخرى الجدار في الحفاظ على شكل الخلية.

يلعب جدار الخلية أيضًا دورًا مهمًا في النقل. بما أن الجدار هو أ غشاء نصف نافذ، فإنه يسمح لبعض المواد بالمرور ، مثل البروتينات. يسمح هذا للجدار بتنظيم الانتشار في الخلية والتحكم في ما يدخل أو يترك.

بالإضافة إلى ذلك ، يساعد الغشاء شبه المنفذ على التواصل بين الخلايا من خلال السماح لجزيئات الإشارة بالمرور عبر المسام.

يتكون جدار الخلية النباتية بشكل أساسي من الكربوهيدرات ، مثل البكتين والسليلوز والهيميسليلوز. كما أنه يحتوي على بروتينات هيكلية بكميات أقل وبعض المعادن مثل السيليكون. كل هذه المكونات هي أجزاء حيوية من جدار الخلية.

السليلوز هو كربوهيدرات معقدة ويتكون من آلاف مونومرات الجلوكوز التي تشكل سلاسل طويلة. تتجمع هذه السلاسل معًا وتشكل السليلوز الياف دقيقة، والتي يبلغ قطرها عدة نانومترات. تساعد الألياف الدقيقة في التحكم في نمو الخلية عن طريق الحد من توسعها أو السماح لها.

أحد الأسباب الرئيسية لوجود جدار في الخلية النباتية هو قدرتها على الصمود ضغط تورغ، وهذا هو المكان الذي يلعب فيه السليلوز دورًا مهمًا. ضغط التورجر هو قوة ناتجة عن دفع داخل الخلية للخارج. تشكل الألياف الدقيقة من السليلوز مصفوفة من البروتينات ، والهيميسليلوز والبكتين لتوفير إطار قوي يمكنه مقاومة ضغط التورم.

كل من الهيميسليلوز والبكتين هي عديدات السكاريد المتفرعة. تحتوي الهيميسيلولوز على روابط هيدروجينية تربطها بألياف السليلوز الدقيقة ، بينما تحبس البكتين جزيئات الماء لتكوين مادة هلامية. يزيد داء الهيمسيلولوس من قوة المصفوفة ، وتساعد البكتين على منع الانضغاط.

تؤدي البروتينات الموجودة في جدار الخلية وظائف مختلفة. يقدم البعض منهم الدعم الهيكلي. البعض الآخر عبارة عن إنزيمات ، وهي نوع من البروتين يمكنه تسريع التفاعلات الكيميائية.

ال الانزيمات تساعد في تكوين والتعديلات الطبيعية التي تحدث للحفاظ على جدار الخلية في النبات. كما أنها تلعب دورًا في نضج الثمار وتغيير لون الأوراق.

إذا كنت قد صنعت مربى أو جيليًا بنفسك ، فقد رأيت نفس الأنواع من البكتين وجدت في جدران الخلايا في العمل. البكتين هو المكون الذي يطبخ ويضيف إلى عصائر الفاكهة سماكة. غالبًا ما يستخدمون البكتين الموجود بشكل طبيعي في التفاح أو التوت لصنع المربى أو الجيلي.

•••علم

جدران الخلايا النباتية عبارة عن هياكل ثلاثية الطبقات ذات أ صفيحة وسطية, جدار الخلية الأساسي و جدار الخلية الثانوي. الصفيحة الوسطى هي الطبقة الخارجية وتساعد في التقاطعات من خلية إلى أخرى أثناء تثبيت الخلايا المجاورة معًا (بمعنى آخر ، تقع بين جدران الخلايا لخليتين وتجمعهما معًا ؛ هذا هو السبب في أنها تسمى الصفيحة الوسطى ، على الرغم من أنها الطبقة الخارجية).

تعمل الصفيحة الوسطى مثل الغراء أو الأسمنت من أجل زرع الخلايا لأنه يحتوي على البكتين. أثناء انقسام الخلية، الصفيحة الوسطى هي أول من تشكل.

يتطور جدار الخلية الأساسي عندما تنمو الخلية ، لذلك تميل إلى أن تكون رقيقة ومرنة. يتشكل بين الصفيحة الوسطى و غشاء بلازمي.

وهو يتألف من الألياف الدقيقة السليلوزية مع الهيميسليلوز والبكتين. تسمح هذه الطبقة للخلية بالنمو بمرور الوقت ولكنها لا تقيد نمو الخلية بشكل مفرط.

جدار الخلية الثانوي أكثر سمكًا وصلابة ، لذا فهو يوفر حماية أكبر للنبات. يوجد بين جدار الخلية الأساسي وغشاء البلازما. في كثير من الأحيان ، يساعد جدار الخلية الأساسي فعليًا في إنشاء هذا الجدار الثانوي بعد انتهاء الخلية من النمو.

تتكون جدران الخلايا الثانوية من السليلوز والهيميسليلوز و اللجنين. اللجنين هو بوليمر من الكحول العطري يوفر دعمًا إضافيًا للنبات. يساعد على حماية النبات من هجمات الحشرات أو مسببات الأمراض. يساعد اللجنين أيضًا في نقل الماء في الخلايا.

عندما تقارن تكوين وسمك جدران الخلايا الأولية والثانوية في النباتات ، فمن السهل رؤية الاختلافات.

أولاً ، تحتوي الجدران الأولية على كميات متساوية من السليلوز والبكتين والهيميسليلوز. ومع ذلك ، لا تحتوي جدران الخلايا الثانوية على أي بكتين وتحتوي على المزيد من السليلوز. ثانيًا ، تبدو ألياف السليلوز الدقيقة في جدران الخلايا الأولية عشوائية ، لكنها منظمة في جدران ثانوية.

على الرغم من أن العلماء اكتشفوا العديد من جوانب كيفية عمل جدران الخلايا في النباتات ، إلا أن بعض المناطق لا تزال بحاجة إلى مزيد من البحث.

على سبيل المثال ، ما زالوا يتعلمون المزيد عن الواقع الجينات تشارك في التخليق الحيوي لجدار الخلية. يقدر الباحثون أن حوالي 2000 جين تشارك في هذه العملية. مجال آخر مهم للدراسة هو كيفية عمل التنظيم الجيني في الخلايا النباتية وكيف يؤثر على الجدار.

على غرار النباتات ، تتكون جدران خلايا الفطريات من الكربوهيدرات. ومع ذلك ، في حين الفطريات تحتوي على خلايا بها الكيتين وغيرها من الكربوهيدرات ، ليس لديهم السليلوز مثل النباتات.

تحتوي جدران زنزاناتهم أيضًا على:

• الانزيمات
• جلوكان
• أصباغ
• شموع 
• مواد أخرى 

من المهم أن نلاحظ أنه ليس كل الفطريات لها جدران خلوية ، لكن العديد منها لها جدران. في الفطريات ، يقع جدار الخلية خارج غشاء البلازما. يشكل الكيتين معظم جدار الخلية ، وهي نفس المادة التي تعطي الحشرات قوتها الهياكل الخارجية.

بشكل عام ، الفطريات ذات الجدران الخلوية لها ثلاث طبقات: الكيتين والجلوكان والبروتينات.

نظرًا لكونه الطبقة الأعمق ، فإن الكيتين ليفي ويتكون من عديد السكاريد. يساعد في جعل جدران خلايا الفطريات صلبة وقوية. بعد ذلك ، هناك طبقة من الجلوكان ، وهي بوليمرات جلوكوز ، متشابكة مع الكيتين. يساعد الجلوكان أيضًا الفطريات في الحفاظ على صلابة جدار الخلية.

أخيرًا ، هناك طبقة من البروتينات تسمى مانوبروتينات أو مانانس، والتي لديها مستوى عال من سكر المانوز. يحتوي جدار الخلية أيضًا على إنزيمات وبروتينات هيكلية.

يمكن أن تخدم المكونات المختلفة لجدار الخلية الفطري أغراضًا مختلفة. على سبيل المثال ، يمكن أن تساعد الإنزيمات في هضم المواد العضوية ، بينما قد تساعد البروتينات الأخرى في الالتصاق في البيئة.

جدران الزنزانة في الطحالب تتكون من عديد السكاريد ، مثل السليلوز ، أو البروتينات السكرية. تحتوي بعض الطحالب على كل من السكريات والبروتينات السكرية في جدرانها الخلوية. بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي جدران الخلايا الطحلبية على مانان ، وزيلان ، وحمض ألجنيك ، وعديد سكاريد مسلفن. يمكن أن تختلف جدران الخلايا بين الأنواع المختلفة من الطحالب بشكل كبير.

المانان عبارة عن بروتينات تصنع الألياف الدقيقة في بعض الطحالب الخضراء والحمراء. الزيلان عبارة عن عديدات سكاريد معقدة وتحل في بعض الأحيان محل السليلوز في الطحالب. حمض الألجنيك هو نوع آخر من عديد السكاريد يوجد غالبًا في الطحالب البنية. ومع ذلك ، فإن معظم الطحالب تحتوي على عديد السكاريد المسلفن.

الدياتومات هي نوع من الطحالب التي تعيش في الماء والتربة. إنها فريدة من نوعها لأن جدرانها الخلوية مصنوعة من السيليكا. لا يزال الباحثون يحققون في كيفية حدوث ذلك الدياتومات تشكل جدرانها الخلوية والبروتينات التي تشكل العملية.

ومع ذلك ، فقد قرروا أن الدياتومات تشكل جدرانها الغنية بالمعادن داخليًا وتحركها خارج الخلية. هذه العملية ، ودعا طرد خلوي، معقد ويتضمن بروتينات متعددة.

يحتوي جدار الخلية البكتيرية على ببتيدوغليكان. ببتيدوغليكان أو مورين هو جزيء فريد يتكون من السكريات والأحماض الأمينية في طبقة شبكية ، ويساعد الخلية في الحفاظ على شكلها وبنيتها.

يوجد جدار الخلية في البكتيريا خارج غشاء البلازما. لا يساعد الجدار في تكوين شكل الخلية فحسب ، بل يساعد أيضًا في منع الخلية من الانفجار وانسكاب كل محتوياتها.

بشكل عام ، يمكنك تقسيم البكتيريا إلى فئات موجبة الجرام أو سالبة الجرام ، ولكل نوع جدار خلوي مختلف قليلاً. يمكن للبكتيريا موجبة الجرام أن تلطخ اللون الأزرق أو البنفسجي أثناء اختبار صبغ الجرام ، والذي يستخدم الأصباغ للتفاعل مع الببتيدوغليكان في جدار الخلية.

من ناحية أخرى ، لا يمكن تلطيخ البكتيريا سالبة الجرام باللون الأزرق أو البنفسجي باستخدام هذا النوع من الاختبارات. اليوم ، لا يزال علماء الأحياء الدقيقة يستخدمون تلطيخ الجرام لتحديد نوع البكتيريا. من المهم ملاحظة أن كلا من البكتيريا موجبة الجرام وسالبة الجرام لها ببتيدوغليكان ، لكن الغشاء الخارجي الإضافي يمنع تلطيخ البكتيريا سالبة الجرام.

البكتيريا موجبة الجرام لها جدران خلوية سميكة مصنوعة من طبقات الببتيدوغليكان. تحتوي البكتيريا موجبة الجرام على غشاء بلازما واحد محاط بجدار الخلية هذا. ومع ذلك ، فإن البكتيريا سالبة الجرام لها جدران خلوية رقيقة من الببتيدوغليكان التي لا تكفي لحمايتها.

هذا هو السبب في أن البكتيريا سالبة الجرام لديها طبقة إضافية من عديدات السكاريد الدهنية (LPS) التي تعمل كملف الذيفان الداخلي. تحتوي البكتيريا سالبة الجرام على غشاء بلازما داخلي وخارجي ، وتقع جدران الخلايا الرقيقة بين الأغشية.

تجعل الاختلافات بين الخلايا البشرية والبكتيرية من الممكن استخدامها مضادات حيوية في جسمك دون قتل جميع خلاياك. نظرًا لأن الناس ليس لديهم جدران خلوية ، فإن الأدوية مثل المضادات الحيوية يمكن أن تستهدف جدران الخلايا في البكتيريا. يلعب تكوين جدار الخلية دورًا في كيفية عمل بعض المضادات الحيوية.

على سبيل المثال ، يمكن أن يؤثر البنسلين ، وهو مضاد حيوي شائع لبيتا لاكتام ، على الإنزيم الذي يشكل الروابط بين خيوط الببتيدوغليكان في البكتيريا. هذا يساعد على تدمير جدار الخلية الواقي ويوقف نمو البكتيريا. لسوء الحظ ، يمكن للمضادات الحيوية أن تقتل البكتيريا المفيدة والضارة في الجسم.

تستهدف مجموعة أخرى من المضادات الحيوية تسمى glycopeptides تخليق جدران الخلايا عن طريق منع تشكل الببتيدوغليكان. تشمل أمثلة المضادات الحيوية ببتيد الجليكوبتيد الفانكومايسين والتيكوبلانين.

تحدث مقاومة المضادات الحيوية عندما تتغير البكتيريا ، مما يجعل الأدوية أقل فعالية. بما أن البكتيريا المقاومة تعيش ، يمكنها التكاثر والتكاثر. تصبح البكتيريا مقاومة للمضادات الحيوية بطرق مختلفة.

على سبيل المثال ، يمكنهم تغيير جدران خلاياهم. يمكنهم نقل المضاد الحيوي خارج خلاياهم ، أو يمكنهم مشاركة المعلومات الجينية التي تتضمن مقاومة الأدوية.

إحدى الطرق التي تقاوم بها بعض البكتيريا المضادات الحيوية بيتا لاكتام مثل البنسلين هي صنع إنزيم يسمى بيتا لاكتاماز. يهاجم الإنزيم حلقة بيتا لاكتام ، وهي مكون أساسي للدواء ، وتتكون من الكربون والهيدروجين والنيتروجين والأكسجين. ومع ذلك ، يحاول مصنعو الأدوية منع هذه المقاومة عن طريق إضافة مثبطات بيتا لاكتاماز.

توفر جدران الخلايا الحماية والدعم والمساعدة الهيكلية للنباتات والطحالب والفطريات والبكتيريا. على الرغم من وجود اختلافات كبيرة بين جدران الخلايا بدائيات النوى وحقيقيات النوى ، فإن معظم الكائنات الحية لها جدران خلوية خارج أغشية البلازما.

تشابه آخر هو أن معظم جدران الخلايا توفر الصلابة والقوة التي تساعد الخلايا في الحفاظ على شكلها. الحماية من مسببات الأمراض أو الحيوانات المفترسة هي أيضًا شيء تشترك فيه العديد من جدران الخلايا بين الكائنات الحية المختلفة. العديد من الكائنات الحية لها جدران خلوية تتكون من البروتينات والسكريات.

يمكن أن يساعد فهم جدران خلايا بدائيات النوى وحقيقيات النوى الناس بعدة طرق. من الأدوية الأفضل إلى المحاصيل الأقوى ، فإن معرفة المزيد عن جدار الخلية يوفر الكثير من الفوائد المحتملة.