Cellevæg: definition, struktur og funktion (med diagram)

Cellevæggen er et ekstra beskyttelseslag oven på celle membran. Du kan finde cellevægge i begge prokaryoter og eukaryoter, og de er mest almindelige i planter, alger, svampe og bakterier.

Dog har dyr og protozoer ikke denne type struktur. Cellevægge har tendens til at være stive strukturer, der hjælper med at opretholde celleformen.

Cellevæggen har flere funktioner, herunder vedligeholdelse af cellestruktur og form. Væggen er stiv, så den beskytter cellen og dens indhold.

For eksempel kan cellevæggen forhindre patogener som planteviraer i at komme ind. Ud over den mekaniske støtte fungerer væggen som en ramme, der kan forhindre cellen i at ekspandere eller vokse for hurtigt. Proteiner, cellulosefibre, polysaccharider og andre strukturelle komponenter hjælper væggen med at opretholde celleformen.

Cellevæggen spiller også en vigtig rolle i transporten. Da muren er en semipermeabel membran, det tillader visse stoffer at passere igennem, såsom proteiner. Dette gør det muligt for væggen at regulere diffusion i cellen og kontrollere, hvad der kommer ind i eller forlader.

Derudover hjælper den semipermeable membran med at kommunikere mellem celler ved at lade signalmolekyler passere gennem porerne.

En plantecellevæg består primært af kulhydrater som pektiner, cellulose og hemicellulose. Det har også strukturelle proteiner i mindre mængder og nogle mineraler såsom silicium. Alle disse komponenter er vitale dele af cellevæggen.

Cellulose er et komplekst kulhydrat og består af tusinder af glukose monomerer der danner lange kæder. Disse kæder kommer sammen og danner cellulose mikrofibriller, som har flere nanometer i diameter. Mikrofibrillerne hjælper med at kontrollere cellevæksten ved at begrænse eller tillade dens udvidelse.

En af hovedårsagerne til at have en mur i en plantecelle er, at den kan modstå turgortryk, og det er her cellulose spiller en afgørende rolle. Turgortryk er en kraft skabt af indersiden af ​​cellen, der skubber ud. Cellulosemikrofibriller danner en matrix med proteinerne, hemicelluloser og pektiner for at give den stærke ramme, der kan modstå turgortryk.

Både hemicelluloser og pektiner er forgrenede polysaccharider. Hæmicelluloser har hydrogenbindinger, der forbinder dem med cellulosemikrofibrillerne, mens pektiner fælder vandmolekyler for at skabe en gel. Hæmicelluloser øger matrixens styrke, og pektiner hjælper med at forhindre kompression.

Proteinerne i cellevæggen tjener forskellige funktioner. Nogle af dem yder strukturel støtte. Andre er enzymer, som er en type protein, der kan fremskynde kemiske reaktioner.

Det enzymer hjælpe med dannelsen af ​​og normale ændringer, der opstår for at opretholde plantens cellevæg. De spiller også en rolle i modning af frugt og bladfarveændringer.

Hvis du nogensinde har lavet din egen marmelade eller gelé, så har du set de samme typer pektiner findes i cellevægge i aktion. Pektin er den ingrediens, der tilberedes for at tykke frugtsaft. De bruger ofte pektinerne, der naturligt findes i æbler eller bær, til at fremstille deres syltetøj eller gelé.

•••Videnskabelig

Plantecellevægge er trelagsstrukturer med en mellemlamel, primær cellevæg og sekundær cellevæg. Den midterste lamelle er det yderste lag og hjælper med celle-til-celle-kryds, mens de holder tilstødende celler sammen (med andre ord, det sidder mellem og holder cellevæggene i to celler sammen; det er derfor, det kaldes den midterste lamelle, selvom det er det yderste lag).

Den midterste lamella fungerer som lim eller cement til planteceller fordi det indeholder pektiner. I løbet af celledeling, den midterste lamelle er den første, der dannes.

Den primære cellevæg udvikler sig, når cellen vokser, så den har tendens til at være tynd og fleksibel. Det dannes mellem den midterste lamella og plasma membran.

Den består af cellulosemikrofibriller med hemicelluloser og pektiner. Dette lag gør det muligt for cellen at vokse over tid, men begrænser ikke celleens vækst for meget.

Den sekundære cellevæg er tykkere og mere stiv, så den giver mere beskyttelse for planten. Den eksisterer mellem den primære cellevæg og plasmamembranen. Ofte hjælper den primære cellevæg faktisk med at skabe denne sekundære væg, når cellen er færdig med at vokse.

Sekundære cellevægge består af cellulose, hemicelluloser og lignin. Lignin er en polymer af aromatisk alkohol, der giver planten yderligere støtte. Det hjælper med at beskytte planten mod angreb fra insekter eller patogener. Lignin hjælper også med vandtransport i cellerne.

Når man sammenligner sammensætningen og tykkelsen af ​​primære og sekundære cellevægge i planter, er det let at se forskellene.

For det første har primære vægge lige store mængder cellulose, pektiner og hemicelluloser. Imidlertid har sekundære cellevægge ikke noget pektin og har mere cellulose. For det andet ser cellulosemikrofibrillerne i primære cellevægge tilfældige ud, men de er organiseret i sekundære vægge.

Selvom forskere har opdaget mange aspekter af, hvordan cellevægge fungerer i planter, har nogle områder stadig brug for mere forskning.

For eksempel lærer de stadig mere om det faktiske gener involveret i biosyntese af cellevæggen. Forskere vurderer, at omkring 2.000 gener deltager i processen. Et andet vigtigt studieområde er, hvordan genregulering fungerer i plantecellerne, og hvordan det påvirker væggen.

Svarende til planter består svampens cellevægge af kulhydrater. Dog mens svampe har celler med chitin og andre kulhydrater, de har ikke cellulose, som planter har.

Deres cellevægge har også:

• Enzymer
• Glukaner
• Pigmenter
• Voks 
• Andre stoffer 

Det er vigtigt at bemærke, at ikke alle svampe har cellevægge, men mange af dem har det. I svampe sidder cellevæggen uden for plasmamembranen. Chitin udgør det meste af cellevæggen, og det er det samme materiale, der giver insekter deres stærke eksoskeletter.

Generelt har svampe med cellevægge tre lag: chitin, glucaner og proteiner.

Som det inderste lag er chitin fibrøst og består af polysaccharider. Det hjælper med at gøre svampecellevæggene stive og stærke. Dernæst er der et lag glucaner, som er glucosepolymerer, der tværbinder med chitin. Glukanerne hjælper også svampene med at opretholde deres cellevægsstivhed.

Endelig er der et lag proteiner kaldet mannoproteiner eller mannans, som har et højt niveau af mannose sukker. Cellevæggen har også enzymer og strukturelle proteiner.

Forskellige komponenter i svampecellevæggen kan tjene forskellige formål. For eksempel kan enzymer hjælpe med fordøjelsen af ​​organiske materialer, mens andre proteiner kan hjælpe med adhæsion i miljøet.

Cellevæggene i alger består af polysaccharider, som cellulose eller glycoproteiner. Nogle alger har både polysaccharider og glykoproteiner i deres cellevægge. Derudover har alge cellevægge mannaner, xylaner, alginsyre og sulfonerede polysaccharider. Cellevæggene mellem forskellige typer alger kan variere meget.

Mannaner er proteiner, der fremstiller mikrofibriller i nogle grønne og røde alger. Xylaner er komplekse polysaccharider og erstatter undertiden cellulose i alger. Algininsyre er en anden type polysaccharid, der ofte findes i brune alger. Imidlertid har de fleste alger sulfonerede polysaccharider.

Diatomer er en type alger, der lever i vand og jord. De er unikke, fordi deres cellevægge er lavet af silica. Forskere undersøger stadig hvordan diatomer danne deres cellevægge, og hvilke proteiner der udgør processen.

Ikke desto mindre har de bestemt, at diatomer danner deres mineralrige vægge internt og flytter dem uden for cellen. Denne proces kaldes eksocytose, er kompleks og involverer flere proteiner.

En bakteriecellevæg har peptidoglycaner. Peptidoglycan eller murein er et unikt molekyle, der består af sukkerarter og aminosyrer i et netlag, og det hjælper cellen med at opretholde sin form og struktur.

Cellevæggen i bakterier findes uden for plasmamembranen. Væggen hjælper ikke kun med at konfigurere celleformen, men det hjælper også med at forhindre cellen i at sprænge og spildte alt dens indhold.

Generelt kan du opdele bakterier i gram-positive eller gram-negative kategorier, og hver type har en lidt anden cellevæg. Grampositive bakterier kan plette blå eller violette under en Gram-farvningstest, der bruger farvestoffer til at reagere med peptidoglycaner i cellevæggen.

På den anden side kan gramnegative bakterier ikke farves blå eller violette med denne type test. I dag bruger mikrobiologer stadig Gram-farvning til at identificere typen af ​​bakterier. Det er vigtigt at bemærke, at både gram-positive og gram-negative bakterier har peptidoglycaner, men en ekstra ydre membran forhindrer farvning af gram-negative bakterier.

Grampositive bakterier har tykke cellevægge lavet af lag af peptidoglycaner. Grampositive bakterier har en plasmamembran omgivet af denne cellevæg. Gramnegative bakterier har dog tynde cellevægge af peptidoglycaner, der ikke er nok til at beskytte dem.

Dette er grunden til, at gramnegative bakterier har et ekstra lag lipopolysaccharider (LPS), der fungerer som en endotoksin. Gramnegative bakterier har en indre og ydre plasmamembran, og de tynde cellevægge er mellem membranerne.

Forskellene mellem humane og bakterieceller gør det muligt at bruge antibiotika i din krop uden at dræbe alle dine celler. Da folk ikke har cellevægge, kan medicin som antibiotika målrette cellevægge i bakterier. Sammensætningen af ​​cellevæggen spiller en rolle i, hvordan nogle antibiotika fungerer.

For eksempel kan penicillin, et almindeligt beta-lactam-antibiotikum, påvirke det enzym, der danner forbindelserne mellem peptidoglycan-tråde i bakterier. Dette hjælper med at ødelægge den beskyttende cellevæg og forhindrer bakterierne i at vokse. Desværre kan antibiotika dræbe både nyttige og skadelige bakterier i kroppen.

En anden gruppe af antibiotika kaldet glycopeptider målretter syntesen af ​​cellevægge ved at stoppe dannelsen af ​​peptidoglycaner. Eksempler på glycopeptidantibiotika inkluderer vancomycin og teicoplanin.

Antibiotikaresistens sker, når bakterier skifter, hvilket gør stofferne mindre effektive. Da de resistente bakterier overlever, kan de reproducere og formere sig. Bakterier bliver resistent over for antibiotika på forskellige måder.

For eksempel kan de ændre deres cellevægge. De kan flytte antibiotika ud af deres celler, eller de kan dele genetisk information, der inkluderer resistens over for stofferne.

En måde, hvorpå nogle bakterier modstår beta-lactam-antibiotika som penicillin, er at fremstille et enzym kaldet beta-lactamase. Enzymet angriber beta-lactamringen, som er en kernekomponent i lægemidlet, og består af kulstof, brint, nitrogen og ilt. Imidlertid forsøger lægemiddelproducenter at forhindre denne resistens ved at tilføje beta-lactamasehæmmere.

Cellevægge giver beskyttelse, støtte og strukturel hjælp til planter, alger, svampe og bakterier. Selvom der er store forskelle mellem cellevægge af prokaryoter og eukaryoter, har de fleste organismer deres cellevægge uden for plasmamembranerne.

En anden lighed er, at de fleste cellevægge giver stivhed og styrke, der hjælper cellerne med at opretholde deres form. Beskyttelse mod patogener eller rovdyr er også noget, som mange cellevægge blandt forskellige organismer har til fælles. Mange organismer har cellevægge, der består af proteiner og sukker.

Forståelse af cellevægge af prokaryoter og eukaryoter kan hjælpe folk på mange forskellige måder. Fra bedre medicin til stærkere afgrøder, at lære mere om cellevæggen giver mange potentielle fordele.