Клетъчна стена: Определение, структура и функция (с диаграма)

Клетъчната стена е допълнителен защитен слой отгоре на клетъчната мембрана. Можете да намерите клетъчни стени и в двете прокариоти и еукариоти, и те са най-често срещани при растения, водорасли, гъбички и бактерии.

Животните и протозоите обаче нямат такъв тип структура. Клетъчните стени са склонни да бъдат твърди структури, които помагат да се поддържа формата на клетката.

Клетъчната стена има няколко функции, включително поддържане на клетъчната структура и форма. Стената е твърда, така че предпазва клетката и нейното съдържание.

Например клетъчната стена може да предотврати навлизането на патогени като растителни вируси. В допълнение към механичната опора, стената действа като рамка, която може да попречи на клетката да се разшири или разрасне твърде бързо. Протеини, целулозни влакна, полизахариди и други структурни компоненти помагат на стената да поддържа формата на клетката.

Клетъчната стена също играе важна роля в транспорта. Тъй като стената е a

Освен това полупропускливата мембрана подпомага комуникацията между клетките, като позволява на сигналните молекули да преминават през порите.

Растителната клетъчна стена се състои предимно от въглехидрати, като пектини, целулоза и хемицелулоза. Той също така има структурни протеини в по-малки количества и някои минерали като силиций. Всички тези компоненти са жизненоважни части на клетъчната стена.

Целулозата е сложен въглехидрат и се състои от хиляди глюкозни мономери които образуват дълги вериги. Тези вериги се обединяват и образуват целулоза микрофибрили, които са с диаметър няколко нанометра. Микрофибрилите помагат за контролиране на растежа на клетката, като ограничават или позволяват нейното разширяване.

Една от основните причини за наличието на стена в растителната клетка е, че тя може да издържи тургор наляганеи тук целулозата играе решаваща роля. Налягането на Тургор е сила, създадена от изтласкването отвътре на клетката. Целулозните микрофибрили образуват матрица с протеините, хемицелулозите и пектините, за да осигурят здравата рамка, която може да устои на тургорното налягане.

Както хемицелулозите, така и пектините са разклонени полизахариди. Хемицелулозите имат водородни връзки, които ги свързват с целулозните микрофибрили, докато пектините улавят молекулите на водата, за да създадат гел. Хемицелулозите увеличават здравината на матрицата, а пектините помагат да се предотврати компресията.

Протеините в клетъчната стена изпълняват различни функции. Някои от тях предоставят структурна подкрепа. Други са ензими, които са вид протеин, който може да ускори химичните реакции.

The ензими спомагат за образуването и нормалните модификации, които се случват за поддържане на клетъчната стена на растението. Те също така играят роля в узряването на плодовете и промяната на цвета на листата.

Ако някога сте правили собствено сладко или желе, значи сте виждали същите видове пектини намира се в клетъчни стени в действие. Пектинът е съставката, която готвачите добавят към плътните плодови сокове. Те често използват пектините, които естествено се съдържат в ябълките или плодовете, за да си направят конфитюри или желета.

•••Наука

Растителните клетъчни стени са трислойни структури с a средна ламела, първична клетъчна стена и вторична клетъчна стена. Средната ламела е най-външният слой и помага при връзки между клетки и клетки, докато държи съседни клетки заедно (с други думи, тя седи между и държи заедно клетъчните стени на две клетки; ето защо се нарича средна ламела, въпреки че е най-външният слой).

Средната ламела действа като лепило или цимент за растителни клетки защото съдържа пектини. По време на клетъчно делене, средната ламела е първата, която се образува.

Първичната клетъчна стена се развива, когато клетката расте, така че има тенденция да бъде тънка и гъвкава. Образува се между средната ламела и плазмената мембрана.

Състои се от целулозни микрофибрили с хемицелулози и пектини. Този слой позволява на клетката да расте с течение на времето, но не ограничава прекомерно растежа на клетката.

Вторичната клетъчна стена е по-дебела и по-твърда, така че осигурява по-голяма защита за растението. Той съществува между първичната клетъчна стена и плазмената мембрана. Често първичната клетъчна стена всъщност помага да се създаде тази вторична стена, след като клетката приключи да расте.

Вторичните клетъчни стени се състоят от целулоза, хемицелулози и лигнин. Лигнинът е полимер на ароматния алкохол, който осигурява допълнителна подкрепа за растението. Той помага да се предпази растението от нападения от насекоми или патогени. Лигнинът помага и при транспортирането на вода в клетките.

Когато сравнявате състава и дебелината на първичните и вторичните клетъчни стени в растенията, е лесно да видите разликите.

Първо, първичните стени имат равни количества целулоза, пектини и хемицелулози. Вторичните клетъчни стени обаче нямат пектин и имат повече целулоза. Второ, целулозните микрофибрили в първичните клетъчни стени изглеждат произволни, но са организирани във вторичните стени.

Въпреки че учените са открили много аспекти на това как функционират клетъчните стени в растенията, някои области все още се нуждаят от повече изследвания.

Например, те все още научават повече за действителното гени участва в биосинтеза на клетъчната стена. Изследователите изчисляват, че в процеса участват около 2000 гена. Друга важна област на изследване е как действа генната регулация в растителните клетки и как влияе на стената.

Подобно на растенията, клетъчните стени на гъбите се състоят от въглехидрати. Въпреки това, докато гъбички имат клетки с хитин и други въглехидрати, те нямат целулоза като растенията.

Клетъчните им стени също имат:

• Ензими
• Глюкани
• Пигменти
• Восъци 
• Други вещества 

Важно е да се отбележи, че не всички гъби имат клетъчни стени, но много от тях имат. При гъбичките клетъчната стена се намира извън плазмената мембрана. Хитинът съставлява по-голямата част от клетъчната стена и това е същият материал, който придава на насекомите тяхната сила екзоскелети.

По принцип гъбичките с клетъчни стени имат три слоя: хитин, глюкани и протеини.

Като най-вътрешният слой хитинът е влакнест и е съставен от полизахариди. Той помага да се направят клетъчните стени на гъбичките твърди и здрави. След това има слой глюкани, които са глюкозни полимери, омрежвайки се с хитин. Глюканите също помагат на гъбичките да запазят твърдостта на клетъчната стена.

И накрая, има слой протеини, наречен манопротеини или манани, които имат високо ниво на манозна захар. Клетъчната стена също има ензими и структурни протеини.

Различните компоненти на гъбичната клетъчна стена могат да служат за различни цели. Например, ензимите могат да помогнат за храносмилането на органични материали, докато други протеини могат да помогнат за адхезията в околната среда.

Клетъчните стени в водорасли се състоят от полизахариди, като целулоза или гликопротеини. Някои водорасли имат както полизахариди, така и гликопротеини в клетъчните си стени. В допълнение клетъчните стени на водораслите имат манани, ксилани, алгинова киселина и сулфонирани полизахариди. Клетъчните стени сред различните видове водорасли могат да варират значително.

Мананите са протеини, които произвеждат микрофибрили в някои зелени и червени водорасли. Ксиланите са сложни полизахариди и понякога заместват целулозата в водораслите. Алгиновата киселина е друг вид полизахарид, често срещан в кафявите водорасли. Повечето водорасли обаче имат сулфонирани полизахариди.

Диатомените са вид водорасли, които живеят във вода и почва. Те са уникални, защото клетъчните им стени са направени от силициев диоксид. Изследователите все още разследват как диатоми образуват своите клетъчни стени и кои протеини изграждат процеса.

Независимо от това, те са установили, че диатомите вътрешно образуват техните богати на минерали стени и ги преместват извън клетката. Този процес, т.нар екзоцитоза, е сложен и включва множество протеини.

Бактериалната клетъчна стена има пептидогликани. Пептидогликан или муреин е уникална молекула, която се състои от захари и аминокиселини в мрежест слой и помага на клетката да поддържа формата и структурата си.

Клетъчната стена на бактериите съществува извън плазмената мембрана. Не само, че стената помага да се конфигурира формата на клетката, но също така помага да се предотврати избухването и разпиляването на цялото й съдържание.

По принцип можете да разделите бактериите на грам-положителни или грам-отрицателни категории и всеки тип има малко по-различна клетъчна стена. Грам-положителните бактерии могат да оцветят синьо или виолетово по време на тест за оцветяване на Грам, който използва багрила, за да реагира с пептидогликаните в клетъчната стена.

От друга страна, грам-отрицателните бактерии не могат да бъдат оцветени в синьо или виолетово с този тип тест. Днес микробиолозите все още използват оцветяване по Грам, за да идентифицират вида на бактериите. Важно е да се отбележи, че както грам-положителните, така и грам-отрицателните бактерии имат пептидогликани, но допълнителна външна мембрана предотвратява оцветяването на грам-отрицателни бактерии.

Грам-положителните бактерии имат дебели клетъчни стени, направени от слоеве пептидогликани. Грам-положителните бактерии имат една плазмена мембрана, заобиколена от тази клетъчна стена. Въпреки това, грам-отрицателните бактерии имат тънки клетъчни стени от пептидогликани, които не са достатъчни за тяхната защита.

Ето защо грам-отрицателните бактерии имат допълнителен слой от липополизахариди (LPS), които служат като ендотоксин. Грам-отрицателните бактерии имат вътрешна и външна плазмена мембрана, а тънките клетъчни стени са между мембраните.

Разликите между човешките и бактериалните клетки правят възможно използването им антибиотици в тялото ви, без да убивате всичките си клетки. Тъй като хората нямат клетъчни стени, лекарства като антибиотици могат да насочат клетъчните стени в бактериите. Съставът на клетъчната стена играе роля в това как действат някои антибиотици.

Например, пеницилинът, често срещан бета-лактамен антибиотик, може да повлияе на ензима, който формира връзките между пептидогликановите нишки в бактериите. Това помага да се унищожи защитната клетъчна стена и спира бактериите да растат. За съжаление антибиотиците могат да убият както полезни, така и вредни бактерии в организма.

Друга група антибиотици, наречени гликопептиди, е насочена към синтеза на клетъчните стени, като спира пептидогликаните да се образуват. Примери за гликопептидни антибиотици включват ванкомицин и тейкопланин.

Резистентността към антибиотици се случва, когато бактериите се променят, което прави лекарствата по-малко ефективни. Тъй като устойчивите бактерии оцеляват, те могат да се размножават и размножават. Бактериите стават устойчиви на антибиотици по различни начини.

Например, те могат да променят клетъчните си стени. Те могат да преместят антибиотика от клетките си или да споделят генетична информация, която включва резистентност към лекарствата.

Един от начините някои бактерии да се противопоставят на бета-лактамни антибиотици като пеницилин е да произведат ензим, наречен бета-лактамаза. Ензимът атакува бета-лактамния пръстен, който е основен компонент на лекарството и се състои от въглерод, водород, азот и кислород. Производителите на лекарства обаче се опитват да предотвратят тази резистентност, като добавят бета-лактамазни инхибитори.

Клетъчните стени предлагат защита, подкрепа и структурна помощ за растения, водорасли, гъбички и бактерии. Въпреки че има големи разлики между клетъчните стени на прокариотите и еукариотите, повечето организми имат своите клетъчни стени извън плазмените мембрани.

Друго сходство е, че повечето клетъчни стени осигуряват твърдост и здравина, които помагат на клетките да поддържат формата си. Защитата от патогени или хищници също е нещо, което много клетъчни стени между различните организми имат общо. Много организми имат клетъчни стени, изградени от протеини и захари.

Разбирането на клетъчните стени на прокариотите и еукариотите може да помогне на хората по различни начини. От по-добри лекарства до по-силни култури, научаването на повече за клетъчната стена предлага много потенциални ползи.