Zellwand: Definition, Struktur & Funktion (mit Diagramm)

Die Zellwand ist eine zusätzliche Schutzschicht über dem Zellmembran. Zellwände findet ihr in beiden Prokaryoten und Eukaryoten, und sie kommen am häufigsten in Pflanzen, Algen, Pilzen und Bakterien vor.

Tiere und Protozoen haben diese Art von Struktur jedoch nicht. Zellwände neigen dazu, starre Strukturen zu sein, die dazu beitragen, die Form der Zelle zu erhalten.

Die Zellwand hat mehrere Funktionen, einschließlich der Aufrechterhaltung der Zellstruktur und -form. Die Wand ist starr, so dass sie die Zelle und ihren Inhalt schützt.

Die Zellwand kann zum Beispiel Krankheitserreger wie Pflanzenviren am Eindringen hindern. Neben der mechanischen Unterstützung fungiert die Wand als Gerüst, das verhindern kann, dass sich die Zelle zu schnell ausdehnt oder wächst. Proteine, Zellulosefasern, Polysaccharide und andere Strukturkomponenten helfen der Wand, die Form der Zelle zu erhalten.

Auch beim Transport spielt die Zellwand eine wichtige Rolle. Da die Wand a. ist

Darüber hinaus unterstützt die semipermeable Membran die Kommunikation zwischen den Zellen, indem sie Signalmolekülen ermöglicht, durch die Poren zu gelangen.

Eine pflanzliche Zellwand besteht hauptsächlich aus Kohlenhydraten wie Pektinen, Zellulose und Hemizellulose. Es enthält auch Strukturproteine ​​in kleineren Mengen und einige Mineralien wie Silizium. Alle diese Komponenten sind lebenswichtige Teile der Zellwand.

Cellulose ist ein komplexes Kohlenhydrat und besteht aus Tausenden von Glucosemonomere die lange Ketten bilden. Diese Ketten kommen zusammen und bilden Zellulose Mikrofibrillen, die einen Durchmesser von mehreren Nanometern haben. Die Mikrofibrillen helfen, das Wachstum der Zelle zu kontrollieren, indem sie ihre Expansion begrenzen oder zulassen.

Einer der Hauptgründe für eine Wand in einer Pflanzenzelle ist, dass sie widerstehen kann Turgordruck, und hier spielt Cellulose eine entscheidende Rolle. Der Turgordruck ist eine Kraft, die durch das Herausdrücken des Inneren der Zelle erzeugt wird. Zellulose-Mikrofibrillen bilden mit den Proteinen, Hemizellulosen und Pektinen eine Matrix, um das starke Gerüst bereitzustellen, das dem Turgordruck widerstehen kann.

Sowohl Hemicellulosen als auch Pektine sind verzweigte Polysaccharide. Hemicellulosen haben Wasserstoffbrückenbindungen, die sie mit den Cellulose-Mikrofibrillen verbinden, während Pektine Wassermoleküle einfangen, um ein Gel zu bilden. Hemicellulosen erhöhen die Festigkeit der Matrix und Pektine helfen, eine Kompression zu verhindern.

Die Proteine ​​in der Zellwand erfüllen unterschiedliche Funktionen. Einige von ihnen bieten strukturelle Unterstützung. Andere sind Enzyme, die eine Art Protein sind, das chemische Reaktionen beschleunigen kann.

Das Enzyme helfen bei der Bildung und normalen Veränderungen, die auftreten, um die Zellwand der Pflanze zu erhalten. Sie spielen auch eine Rolle bei der Fruchtreifung und bei der Veränderung der Blattfarbe.

Wenn Sie jemals Ihre eigene Marmelade oder Ihr Gelee gemacht haben, dann haben Sie die gleichen Arten von Pektine in Zellwänden in Aktion gefunden. Pektin ist die Zutat, die beim Kochen zum Andicken von Fruchtsäften hinzugefügt wird. Sie verwenden oft die in Äpfeln oder Beeren natürlich vorkommenden Pektine, um ihre Marmeladen oder Gelees herzustellen.

•••Wissenschaft

Pflanzenzellwände sind dreischichtige Strukturen mit a mittlere Lamelle, primäre Zellwand und sekundäre Zellwand. Die mittlere Lamelle ist die äußerste Schicht und hilft bei Zell-Zell-Verbindungen, während sie benachbarte Zellen zusammenhält (mit anderen Worten, sie sitzt zwischen den Zellwänden zweier Zellen und hält sie zusammen; deshalb wird sie mittlere Lamelle genannt, obwohl sie die äußerste Schicht ist).

Die mittlere Lamelle wirkt wie Leim oder Zement für Pflanzenzellen weil es Pektine enthält. Während Zellteilung, bildet sich zuerst die mittlere Lamelle.

Die primäre Zellwand entwickelt sich, wenn die Zelle wächst, und ist daher in der Regel dünn und flexibel. Es bildet sich zwischen der Mittellamelle und dem Plasma Membran.

Es besteht aus Cellulose-Mikrofibrillen mit Hemicellulosen und Pektinen. Diese Schicht ermöglicht es der Zelle, im Laufe der Zeit zu wachsen, schränkt das Wachstum der Zelle jedoch nicht übermäßig ein.

Die sekundäre Zellwand ist dicker und steifer und bietet somit mehr Schutz für die Pflanze. Es existiert zwischen der primären Zellwand und der Plasmamembran. Oft hilft die primäre Zellwand tatsächlich dabei, diese sekundäre Wand zu bilden, nachdem die Zelle das Wachstum beendet hat.

Sekundäre Zellwände bestehen aus Zellulose, Hemizellulose und Lignin. Lignin ist ein Polymer aus aromatischem Alkohol, das der Pflanze zusätzliche Unterstützung bietet. Es hilft, die Pflanze vor Angriffen durch Insekten oder Krankheitserreger zu schützen. Lignin hilft auch beim Wassertransport in den Zellen.

Wenn Sie die Zusammensetzung und Dicke der primären und sekundären Zellwände von Pflanzen vergleichen, sind die Unterschiede leicht zu erkennen.

Erstens weisen Primärwände gleiche Mengen an Zellulose, Pektinen und Hemizellulosen auf. Sekundäre Zellwände haben jedoch kein Pektin und mehr Zellulose. Zweitens sehen die Zellulosemikrofibrillen in den Primärzellwänden zufällig aus, sind aber in Sekundärwänden organisiert.

Obwohl Wissenschaftler viele Aspekte der Funktion von Zellwänden in Pflanzen entdeckt haben, besteht in einigen Bereichen noch Forschungsbedarf.

Zum Beispiel lernen sie immer noch mehr über die tatsächliche Gene an der Biosynthese der Zellwand beteiligt. Forscher schätzen, dass etwa 2.000 Gene an dem Prozess beteiligt sind. Ein weiteres wichtiges Forschungsgebiet ist, wie die Genregulation in den Pflanzenzellen funktioniert und wie sie sich auf die Wand auswirkt.

Ähnlich wie bei Pflanzen bestehen die Zellwände von Pilzen aus Kohlenhydraten. Doch während Pilze haben Zellen mit Chitin und anderen Kohlenhydraten enthalten sie keine Zellulose wie Pflanzen.

Ihre Zellwände haben außerdem:

• Enzyme
• Glucane
• Pigmente
• Wachse 
• Andere Stoffe 

Es ist wichtig zu beachten, dass nicht alle Pilze Zellwände haben, aber viele von ihnen. Bei Pilzen sitzt die Zellwand außerhalb der Plasmamembran. Chitin macht den größten Teil der Zellwand aus und es ist das gleiche Material, das Insekten ihre Stärke verleiht gives Exoskelette.

Im Allgemeinen haben Pilze mit Zellwänden drei Schichten: Chitin, Glucane und Proteine.

Als innerste Schicht ist Chitin faserig und besteht aus Polysacchariden. Es hilft, die Zellwände der Pilze steif und stark zu machen. Als nächstes gibt es eine Schicht aus Glucanen, bei denen es sich um Glucosepolymere handelt, die mit Chitin vernetzen. Die Glucane helfen den Pilzen auch, ihre Zellwandsteifigkeit zu erhalten.

Schließlich gibt es eine Schicht von Proteinen, die als bezeichnet wird Mannoproteine oder Mannans, die ein hohes Maß an Mannose-Zucker. Die Zellwand enthält auch Enzyme und Strukturproteine.

Verschiedene Bestandteile der Pilzzellwand können unterschiedlichen Zwecken dienen. Enzyme können beispielsweise bei der Verdauung organischer Materialien helfen, während andere Proteine ​​bei der Adhäsion in der Umwelt helfen können.

Die Zellwände in Algen bestehen aus Polysacchariden wie Cellulose oder Glykoproteinen. Einige Algen enthalten sowohl Polysaccharide als auch Glykoproteine ​​in ihren Zellwänden. Darüber hinaus weisen Algenzellwände Mannane, Xylane, Alginsäure und sulfonierte Polysaccharide auf. Die Zellwände verschiedener Algenarten können stark variieren.

Mannane sind Proteine, die in einigen Grün- und Rotalgen Mikrofibrillen bilden. Xylane sind komplexe Polysaccharide und ersetzen manchmal Cellulose in Algen. Alginsäure ist eine andere Art von Polysaccharid, die häufig in Braunalgen vorkommt. Die meisten Algen enthalten jedoch sulfonierte Polysaccharide.

Kieselalgen sind eine Algenart, die im Wasser und im Boden lebt. Sie sind einzigartig, weil ihre Zellwände aus Kieselsäure bestehen. Forscher untersuchen noch, wie Kieselalgen ihre Zellwände bilden und welche Proteine ​​den Prozess ausmachen.

Trotzdem haben sie festgestellt, dass Kieselalgen ihre mineralstoffreichen Wände im Inneren bilden und sie außerhalb der Zelle bewegen. Dieser Prozess, genannt Exozytose, ist komplex und umfasst mehrere Proteine.

Eine bakterielle Zellwand enthält Peptidoglykane. Peptidoglycan oder Murein ist ein einzigartiges Molekül, das aus Zuckern und Aminosäuren in einer Netzschicht besteht und der Zelle hilft, ihre Form und Struktur zu erhalten.

Die Zellwand bei Bakterien existiert außerhalb der Plasmamembran. Die Wand hilft nicht nur, die Form der Zelle zu konfigurieren, sondern verhindert auch, dass die Zelle platzt und ihren gesamten Inhalt verschüttet.

Im Allgemeinen können Sie Bakterien in grampositive oder gramnegative Kategorien einteilen, und jeder Typ hat eine etwas andere Zellwand. Gram-positive Bakterien können sich während eines Gram-Färbungstests blau oder violett färben, bei dem Farbstoffe verwendet werden, um mit den Peptidoglykanen in der Zellwand zu reagieren.

Gram-negative Bakterien hingegen lassen sich mit dieser Art von Test nicht blau oder violett färben. Auch heute noch verwenden Mikrobiologen die Gram-Färbung, um die Art der Bakterien zu bestimmen. Es ist wichtig zu beachten, dass sowohl grampositive als auch gramnegative Bakterien Peptidoglycane haben, aber eine zusätzliche äußere Membran verhindert die Anfärbung von gramnegativen Bakterien.

Gram-positive Bakterien haben dicke Zellwände, die aus Schichten von Peptidoglykanen bestehen. Gram-positive Bakterien haben eine Plasmamembran, die von dieser Zellwand umgeben ist. Gram-negative Bakterien haben jedoch dünne Zellwände aus Peptidoglykanen, die nicht ausreichen, um sie zu schützen.

Aus diesem Grund haben gramnegative Bakterien eine zusätzliche Schicht aus Lipopolysaccharide (LPS), die als Endotoxin. Gram-negative Bakterien haben eine innere und eine äußere Plasmamembran, und die dünnen Zellwände befinden sich zwischen den Membranen.

Die Unterschiede zwischen menschlichen und bakteriellen Zellen machen die Verwendung möglich Antibiotika in Ihrem Körper, ohne alle Ihre Zellen zu töten. Da Menschen keine Zellwände haben, können Medikamente wie Antibiotika auf die Zellwände von Bakterien abzielen. Die Zusammensetzung der Zellwand spielt bei der Wirkung einiger Antibiotika eine Rolle.

Penicillin, ein verbreitetes Beta-Lactam-Antibiotikum, kann beispielsweise das Enzym beeinflussen, das die Verbindungen zwischen den Peptidoglycan-Strängen in Bakterien bildet. Dies hilft, die schützende Zellwand zu zerstören und stoppt das Wachstum der Bakterien. Leider können Antibiotika sowohl hilfreiche als auch schädliche Bakterien im Körper abtöten.

Eine andere Gruppe von Antibiotika, die Glykopeptide genannt werden, zielt auf die Synthese von Zellwänden ab, indem sie die Bildung von Peptidoglykanen stoppt. Beispiele für Glycopeptid-Antibiotika umfassen Vancomycin und Teicoplanin.

Antibiotikaresistenzen treten auf, wenn sich Bakterien verändern, wodurch die Medikamente weniger wirksam werden. Da die resistenten Bakterien überleben, können sie sich vermehren und vermehren. Bakterien werden resistent gegen Antibiotika auf veschiedenen Wegen.

Sie können beispielsweise ihre Zellwände verändern. Sie können das Antibiotikum aus ihren Zellen entfernen oder genetische Informationen teilen, die Resistenzen gegen die Medikamente einschließen.

Eine Möglichkeit, wie einige Bakterien Beta-Lactam-Antibiotika wie Penicillin widerstehen, besteht darin, ein Enzym namens Beta-Lactamase herzustellen. Das Enzym greift den Beta-Lactam-Ring an, der einen Kernbestandteil des Arzneimittels darstellt und aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff besteht. Arzneimittelhersteller versuchen jedoch, dieser Resistenz durch den Zusatz von Beta-Lactamase-Hemmern vorzubeugen.

Zellwände bieten Schutz, Halt und Strukturhilfe für Pflanzen, Algen, Pilze und Bakterien. Obwohl es große Unterschiede zwischen den Zellwänden von Prokaryoten und Eukaryoten gibt, haben die meisten Organismen ihre Zellwände außerhalb der Plasmamembranen.

Eine weitere Ähnlichkeit besteht darin, dass die meisten Zellwände Steifigkeit und Festigkeit bieten, die den Zellen helfen, ihre Form beizubehalten. Auch der Schutz vor Krankheitserregern oder Fressfeinden ist vielen Zellwänden verschiedener Organismen gemeinsam. Viele Organismen haben Zellwände, die aus Proteinen und Zucker bestehen.

Das Verständnis der Zellwände von Prokaryoten und Eukaryoten kann Menschen auf vielfältige Weise helfen. Von besseren Medikamenten bis hin zu stärkeren Pflanzen bietet das Lernen mehr über die Zellwand viele potenzielle Vorteile.