Buněčná stěna: Definice, struktura a funkce (s diagramem)

Buněčná stěna je další vrstvou ochrany nahoře buněčná membrána. V obou najdete buněčné stěny prokaryoty a eukaryotya jsou nejčastější u rostlin, řas, hub a bakterií.

Zvířata a prvoky však tento typ struktury nemají. Buněčné stěny bývají ztuhlé struktury, které pomáhají udržovat tvar buňky.

Buněčná stěna má několik funkcí, včetně udržování buněčné struktury a tvaru. Stěna je tuhá, takže chrání buňku a její obsah.

Například buněčná stěna může zabránit vnikání patogenů, jako jsou rostlinné viry. Kromě mechanické podpory působí stěna jako kostra, která může zabránit příliš rychlému rozšiřování nebo růstu buňky. Bílkoviny, celulózová vlákna, polysacharidy a další strukturní složky pomáhají zdi udržovat tvar buňky.

Buněčná stěna také hraje důležitou roli v transportu. Protože zeď je a Semipermeabilní membránaumožňuje průchod určitých látek, například bílkovin. To umožňuje stěně regulovat difúzi v buňce a řídit, co vstupuje nebo odchází.

Polopropustná membrána navíc pomáhá komunikaci mezi buňkami tím, že umožňuje signálním molekulám procházet póry.

Stěna rostlinné buňky sestává převážně ze sacharidů, jako jsou pektiny, celulóza a hemicelulóza. Má také strukturní proteiny v menším množství a některé minerály, jako je křemík. Všechny tyto komponenty jsou důležitými částmi buněčné stěny.

Celulóza je komplexní sacharid a skládá se z tisíců monomery glukózy které tvoří dlouhé řetězy. Tyto řetězce se spojují a tvoří celulózu mikrofibrily, jejichž průměr je několik nanometrů. Mikrofibrily pomáhají řídit růst buňky omezením nebo umožněním její expanze.

Jedním z hlavních důvodů, proč mít zeď v rostlinné buňce, je to, že vydrží turgorový tlaka právě zde hraje celulóza zásadní roli. Turgorův tlak je síla vytvářená vytlačováním vnitřku buňky. Celulózové mikrofibrily tvoří matrici s proteiny, hemicelulózami a pektiny, které poskytují silnou strukturu, která odolává tlaku turgoru.

Hemicelulózy i pektiny jsou rozvětvené polysacharidy. Hemicelulózy mají vodíkové vazby, které je spojují s celulózovými mikrofibrilami, zatímco pektiny zachycují molekuly vody a vytvářejí gel. Hemicelulózy zvyšují pevnost matrice a pektiny pomáhají předcházet kompresi.

Proteiny v buněčné stěně plní různé funkce. Některé z nich poskytují strukturální podporu. Jinými jsou enzymy, které jsou typem proteinu, který může urychlit chemické reakce.

The enzymy pomáhají při tvorbě a běžných úpravách, které se vyskytují k udržení buněčné stěny rostliny. Hrají také roli při zrání plodů a změně barvy listů.

Pokud jste někdy vyráběli svůj vlastní džem nebo želé, pak jste viděli stejné druhy pektiny nachází se v buněčných stěnách v akci. Pektin je přísada, kterou kuchaři přidávají k zahuštění ovocných šťáv. Často používají pektiny, které se přirozeně nacházejí v jablkách nebo bobulích, k výrobě džemů nebo želé.

•••Vědění

Stěny rostlinných buněk jsou třívrstvé struktury s a střední lamela, primární buněčná stěna a sekundární buněčná stěna. Střední lamela je nejvzdálenější vrstva a pomáhá při spojování mezi buňkami, zatímco drží sousední buňky pohromadě (jinými slovy, sedí mezi a drží pohromadě buněčné stěny dvou buněk; proto se tomu říká střední lamela, i když je to nejvzdálenější vrstva).

Střední lamela působí jako lepidlo nebo cement pro rostlinné buňky protože obsahuje pektiny. Během buněčné dělení, jako první se vytvoří střední lamela.

Primární buněčná stěna se vyvíjí, když buňka roste, takže má tendenci být tenká a pružná. Tvoří se mezi střední lamelou a plazmatická membrána.

Skládá se z celulózových mikrofibril s hemicelulózami a pektiny. Tato vrstva umožňuje buňce růst v průběhu času, ale příliš neomezuje její růst.

Sekundární buněčná stěna je silnější a pevnější, takže poskytuje rostlině větší ochranu. Existuje mezi primární buněčnou stěnou a plazmatickou membránou. Často primární buněčná stěna skutečně pomáhá vytvořit tuto sekundární stěnu poté, co buňka doroste.

Sekundární buněčné stěny se skládají z celulózy, hemicelulóz a lignin. Lignin je polymer aromatického alkoholu, který rostlině poskytuje další podporu. Pomáhá chránit rostlinu před útoky hmyzu nebo patogenů. Lignin také pomáhá při transportu vody v buňkách.

Když porovnáte složení a tloušťku primárních a sekundárních buněčných stěn v rostlinách, snadno uvidíte rozdíly.

Za prvé, primární stěny mají stejné množství celulózy, pektinů a hemicelulóz. Sekundární buněčné stěny však nemají žádný pektin a mají více celulózy. Za druhé, celulózové mikrofibrily ve stěnách primárních buněk vypadají náhodně, ale jsou uspořádány v sekundárních stěnách.

Ačkoli vědci objevili mnoho aspektů fungování buněčných stěn v rostlinách, některé oblasti stále potřebují další výzkum.

Například se stále učí více o skutečném geny podílí se na biosyntéze buněčné stěny. Vědci odhadují, že se procesu účastní asi 2 000 genů. Další důležitou oblastí studia je to, jak funguje regulace genů v rostlinných buňkách a jak ovlivňuje zeď.

Podobně jako u rostlin se buněčné stěny hub skládají ze sacharidů. Nicméně, zatímco houby mít buňky s chitin a další sacharidy, nemají celulózu jako rostliny.

Jejich buněčné stěny mají také:

• Enzymy
• Glukany
• Pigmenty
• Vosky 
• Jiné látky 

Je důležité si uvědomit, že ne všechny houby mají buněčné stěny, ale mnoho z nich ano. U hub sedí buněčná stěna mimo plazmatickou membránu. Chitin tvoří většinu buněčné stěny a je to stejný materiál, který dává hmyzu jeho sílu exoskeletony.

Obecně platí, že houby s buněčnými stěnami mají tři vrstvy: chitin, glukany a bílkoviny.

Jako nejvnitřnější vrstva je chitin vláknitý a skládá se z polysacharidů. Napomáhá tomu, aby buněčné stěny hub byly pevné a pevné. Dále je zde vrstva glukanů, což jsou polymery glukózy, zesítěné chitinem. Glukany také pomáhají houbám udržovat tuhost buněčné stěny.

Nakonec existuje vrstva bílkovin, která se nazývá mannoproteiny nebo mannans, které mají vysokou úroveň manosový cukr. Buněčná stěna má také enzymy a strukturní proteiny.

Různé složky buněčné stěny hub mohou sloužit různým účelům. Například enzymy mohou pomoci s trávením organických materiálů, zatímco jiné bílkoviny mohou pomoci s adhezí v životním prostředí.

Buněčné stěny dovnitř řasy sestávají z polysacharidů, jako je celulóza, nebo glykoproteinů. Některé řasy mají ve svých buněčných stěnách jak polysacharidy, tak glykoproteiny. Kromě toho mají buněčné stěny řas manany, xylany, kyselinu alginovou a sulfonované polysacharidy. Buněčné stěny mezi různými druhy řas se mohou velmi lišit.

Mannany jsou bílkoviny, které vytvářejí mikrofibrily v některých zelených a červených řasách. Xylany jsou komplexní polysacharidy a někdy nahrazují celulózu v řasách. Kyselina alginová je další typ polysacharidu, který se často vyskytuje v hnědých řasách. Většina řas však má sulfonované polysacharidy.

Diatomy jsou druh řas, které žijí ve vodě a půdě. Jsou jedinečné, protože jejich buněčné stěny jsou vyrobeny z oxidu křemičitého. Vědci stále zkoumají, jak rozsivky tvoří jejich buněčné stěny a které proteiny tvoří proces.

Přesto zjistili, že rozsivky interně formují své stěny bohaté na minerály a pohybují je mimo buňku. Tento proces se nazývá exocytóza, je komplexní a zahrnuje více proteinů.

Bakteriální buněčná stěna obsahuje peptidoglykany. Peptidoglykan nebo murein je jedinečná molekula, která se skládá z cukrů a aminokyselin v síťové vrstvě a pomáhá buňce udržovat její tvar a strukturu.

Buněčná stěna v bakteriích existuje mimo plazmatickou membránu. Zeď pomáhá nejen konfigurovat tvar buňky, ale také pomáhá zabránit prasknutí buňky a rozlití veškerého jejího obsahu.

Obecně lze bakterie rozdělit do grampozitivních nebo gramnegativních kategorií a každý typ má mírně odlišnou buněčnou stěnu. Grampozitivní bakterie se mohou během testu barvení podle Grama, který používá barviva k reakci s peptidoglykany v buněčné stěně, zbarvit modře nebo fialově.

Na druhé straně gramnegativní bakterie nemohou být u tohoto typu testu obarveny modře nebo fialově. Dnes mikrobiologové stále používají Gramovo barvení k identifikaci typu bakterií. Je důležité si uvědomit, že jak grampozitivní, tak gramnegativní bakterie mají peptidoglykany, ale další vnější membrána zabraňuje barvení gramnegativních bakterií.

Grampozitivní bakterie mají silné buněčné stěny vyrobené z vrstev peptidoglykanů. Grampozitivní bakterie mají jednu plazmatickou membránu obklopenou touto buněčnou stěnou. Avšak gramnegativní bakterie mají tenké buněčné stěny peptidoglykanů, které nestačí k jejich ochraně.

Proto mají gramnegativní bakterie další vrstvu lipopolysacharidy (LPS), které slouží jako endotoxin. Gramnegativní bakterie mají vnitřní a vnější plazmatickou membránu a tenké buněčné stěny jsou mezi membránami.

Rozdíly mezi lidskými a bakteriálními buňkami umožňují použití antibiotika ve vašem těle, aniž byste zabili všechny své buňky. Vzhledem k tomu, že lidé nemají buněčné stěny, mohou léky jako antibiotika cílit na buněčné stěny bakterií. Složení buněčné stěny hraje roli v tom, jak fungují některá antibiotika.

Například penicilin, běžné beta-laktamové antibiotikum, může ovlivnit enzym, který tvoří vazby mezi peptidoglykanovými řetězci v bakteriích. To pomáhá zničit ochrannou buněčnou stěnu a zastaví růst bakterií. Antibiotika bohužel mohou zabíjet užitečné i škodlivé bakterie v těle.

Další skupina antibiotik zvaná glykopeptidy se zaměřuje na syntézu buněčných stěn zastavením tvorby peptidoglykanů. Mezi příklady glykopeptidových antibiotik patří vankomycin a teikoplanin.

Antibiotická rezistence nastává, když se mění bakterie, což snižuje účinnost léků. Jelikož rezistentní bakterie přežívají, mohou se množit a množit. Bakterie se stávají odolný vůči antibiotikům v různých cestách.

Mohou například změnit své buněčné stěny. Mohou přesunout antibiotikum ze svých buněk nebo mohou sdílet genetickou informaci, která zahrnuje rezistenci na léky.

Jedním ze způsobů, jak některé bakterie odolávají beta-laktamovým antibiotikům, jako je penicilin, je výroba enzymu zvaného beta-laktamáza. Enzym napadá beta-laktamový kruh, který je základní složkou léčiva, a skládá se z uhlíku, vodíku, dusíku a kyslíku. Výrobci léků se však snaží této rezistenci zabránit přidáním inhibitorů beta-laktamázy.

Buněčné stěny nabízejí ochranu, podporu a strukturální pomoc rostlinám, řasám, houbám a bakteriím. I když existují velké rozdíly mezi buněčnými stěnami prokaryot a eukaryot, většina organismů má své buněčné stěny mimo plazmatické membrány.

Jinou podobností je, že většina buněčných stěn poskytuje tuhost a pevnost, které pomáhají buňkám udržovat svůj tvar. Ochrana před patogeny nebo predátory je také něco, co má mnoho buněčných stěn mezi různými organismy společné. Mnoho organismů má buněčné stěny složené z bílkovin a cukrů.

Pochopení buněčných stěn prokaryot a eukaryot může lidem pomoci různými způsoby. Od lepších léků po silnější plodiny přináší další informace o buněčné stěně mnoho potenciálních výhod.