Stanični zid: definicija, struktura i funkcija (s dijagramom)

Stanični zid je dodatni zaštitni sloj na vrhu stanična membrana. U oba možete pronaći stanične stijenke prokarionti i eukarioti, a najčešći su kod biljaka, algi, gljivica i bakterija.

Međutim, životinje i praživotinje nemaju ovu vrstu građe. Stanični zidovi imaju tendenciju da budu krute strukture koje pomažu u održavanju oblika stanice.

Stanični zid ima nekoliko funkcija, uključujući održavanje strukture i oblika stanice. Zid je krut, pa štiti stanicu i njezin sadržaj.

Na primjer, stanični zid može spriječiti ulazak patogena poput biljnih virusa. Uz mehaničku potporu, zid djeluje kao okvir koji može spriječiti stanicu da se prebrzo proširi ili raste. Proteini, celulozna vlakna, polisaharidi i druge strukturne komponente pomažu zidu da održi oblik stanice.

Stanični zid također igra važnu ulogu u transportu. Budući da je zid a polupropusna membrana, omogućuje prolazak određenih tvari, poput bjelančevina. To omogućuje zidu da regulira difuziju u stanici i kontrolira ono što ulazi ili izlazi.

Uz to, polupropusna membrana pomaže komunikaciji između stanica dopuštajući signalnim molekulama da prođu kroz pore.

Zid biljne stanice sastoji se prvenstveno od ugljikohidrata, poput pektina, celuloze i hemiceluloze. Također ima strukturne bjelančevine u manjim količinama i neke minerale poput silicija. Sve su ove komponente vitalni dijelovi stanične stijenke.

Celuloza je složeni ugljikohidrat i sastoji se od tisuća monomeri glukoze koji tvore duge lance. Ti se lanci spajaju i tvore celulozu mikrofibrile, koji su promjera nekoliko nanometara. Mikrofibrile pomažu kontrolirati rast stanice ograničavajući ili dopuštajući njezino širenje.

Jedan od glavnih razloga postojanja zida u biljnoj ćeliji je taj što ona može izdržati tlak turgora, a tu celuloza igra presudnu ulogu. Turgorov tlak je sila koju stvara unutrašnjost stanice koja se izbacuje. Celulozne mikrofibrile tvore matricu s proteinima, hemicelulozama i pektinima kako bi pružile snažan okvir koji se može oduprijeti pritisku turgora.

I hemiceluloze i pektini su razgranati polisaharidi. Hemiceluloze imaju vodikove veze koje ih povezuju s celuloznim mikrofibrilama, dok pektini zarobljavaju molekule vode kako bi stvorili gel. Hemiceluloze povećavaju čvrstoću matrice, a pektini pomažu u sprečavanju kompresije.

Proteini u staničnoj stijenci imaju različite funkcije. Neki od njih pružaju strukturnu potporu. Drugi su enzimi, koji su vrsta proteina koji mogu ubrzati kemijske reakcije.

The enzimi pomažu u stvaranju i normalnim preinakama koje se događaju radi održavanja stanične stijenke biljke. Oni također igraju ulogu u dozrijevanju plodova i promjeni boje lišća.

Ako ste ikada napravili vlastiti džem ili žele, vidjeli ste iste vrste pektini nalaze se u staničnim zidovima u akciji. Pektin je sastojak koji kuhari dodaju zgusnutim voćnim sokovima. Često koriste pektine koji se prirodno nalaze u jabukama ili bobicama za pravljenje džemova ili želea.

•••Znanstveno

Zidovi biljnih stanica su troslojne strukture s a srednja lamela, primarni stanični zid i sekundarni stanični zid. Srednja lamela je najudaljeniji sloj i pomaže u spajanju stanica sa stanicom, dok drži susjedne stanice na okupu (drugim riječima, ona sjedi između i drži stanične stijenke dviju stanica; zbog toga se naziva srednja lamela, iako je najudaljeniji sloj).

Srednja lamela djeluje poput ljepila ili cementa za biljne stanice jer sadrži pektine. Tijekom dijeljenje stanica, prva nastaje srednja lamela.

Primarna stanična stijenka razvija se kad stanica raste, pa ima tendenciju da bude tanka i fleksibilna. Nastaje između srednje lamele i plazma membrana.

Sastoji se od celuloznih mikrofibrila s hemicelulozama i pektinima. Ovaj sloj omogućuje stanici da raste s vremenom, ali ne ograničava pretjerano rast stanice.

Sekundarni stanični zid je deblji i krutiji, tako da pruža veću zaštitu biljci. Postoji između primarne stanične stijenke i plazmatske membrane. Često primarni stanični zid zapravo pomaže u stvaranju ovog sekundarnog zida nakon što stanica završi s rastom.

Sekundarne stanične stijenke sastoje se od celuloze, hemiceluloza i lignin. Lignin je polimer aromatičnog alkohola koji pruža dodatnu potporu biljci. Pomaže u zaštiti biljke od napada insekata ili patogena. Lignin također pomaže u transportu vode u stanicama.

Kada usporedite sastav i debljinu primarnih i sekundarnih staničnih stijenki biljaka, lako je uočiti razlike.

Prvo, primarni zidovi imaju jednake količine celuloze, pektina i hemiceluloza. Međutim, sekundarne stanične stijenke nemaju pektin i imaju više celuloze. Drugo, mikrofibrili celuloze u zidovima primarnih stanica izgledaju slučajno, ali organizirani su u sekundarnim zidovima.

Iako su znanstvenici otkrili mnoge aspekte kako stanični zidovi funkcioniraju u biljkama, neka područja još uvijek trebaju više istraživanja.

Na primjer, još uvijek uče više o stvarnom geni uključeni u biosintezu stanične stijenke. Istraživači procjenjuju da u procesu sudjeluje oko 2000 gena. Sljedeće važno područje proučavanja je kako regulacija gena djeluje u biljnim stanicama i kako utječe na zid.

Slično biljkama, stanične stjenke gljiva sastoje se od ugljikohidrata. Međutim, dok gljivice imaju stanice sa hitin i ostali ugljikohidrati, nemaju celulozu kao biljke.

Njihovi stanični zidovi također imaju:

• Enzimi
• Glukani
• Pigmenti
• Voskovi 
• Ostale tvari 

Važno je napomenuti da sve gljive nemaju stanične stijenke, ali mnoge od njih imaju. Kod gljivica stanični zid nalazi se izvan plazmatske membrane. Hitin čini veći dio stanične stijenke, a to je isti materijal koji insektima daje jaku snagu egzoskeleti.

Općenito, gljive sa staničnim stijenkama imaju tri sloja: hitin, glukani i proteini.

Kao najunutarnji sloj, hitin je vlaknast i sastoji se od polisaharida. Pomaže da stanični zidovi gljivica postanu kruti i jaki. Dalje, postoji sloj glukana, koji su polimeri glukoze, koji umrežavaju hitin. Glukani također pomažu gljivama da održe krutost staničnih stijenki.

Napokon, postoji sloj bjelančevina koji se naziva manoproteini ili mannani, koji imaju visoku razinu manoza šećer. Stanični zid također ima enzime i strukturne bjelančevine.

Različite komponente staničnog zida gljivica mogu služiti različitim svrhama. Na primjer, enzimi mogu pomoći u probavi organskih materijala, dok drugi proteini mogu pomoći u prianjanju u okolišu.

Stanični zidovi u alge sastoje se od polisaharida, poput celuloze ili glikoproteina. Neke alge imaju u staničnim stijenkama i polisaharide i glikoproteine. Uz to, u staničnim zidovima algi nalaze se manani, ksilani, alginska kiselina i sulfonirani polisaharidi. Stanični zidovi različitih vrsta algi mogu se uvelike razlikovati.

Manani su proteini koji stvaraju mikrofibrile u nekim zelenim i crvenim algama. Ksilani su složeni polisaharidi i ponekad zamjenjuju celulozu u algama. Alginska kiselina je druga vrsta polisaharida koja se često nalazi u smeđim algama. Međutim, većina algi ima sulfonirane polisaharide.

Dijatomeji su vrsta algi koje žive u vodi i tlu. Jedinstveni su jer su im stanični zidovi izrađeni od silicijevog dioksida. Istraživači još uvijek istražuju kako dijatomeji tvore njihove stanične stijenke i koji proteini čine proces.

Ipak, utvrdili su da dijatomeji unutar njih oblikuju zidove bogate mineralima i premještaju ih izvan stanice. Ovaj postupak, tzv egzocitozaje složen i uključuje više proteina.

Bakterijska stanična stijenka ima peptidoglikane. Peptidoglikan ili murein jedinstvena je molekula koja se sastoji od šećera i aminokiselina u mrežnom sloju i pomaže stanici da zadrži svoj oblik i strukturu.

Stanični zid bakterija postoji izvan plazmatske membrane. Zid ne samo da pomaže u konfiguriranju oblika stanice, već također pomaže u sprečavanju da stanica pukne i prolije sav njezin sadržaj.

Općenito, možete podijeliti bakterije u gram-pozitivne ili gram-negativne kategorije, a svaka vrsta ima malo drugačiju staničnu stijenku. Gram-pozitivne bakterije mogu obojati plavo ili ljubičasto tijekom Gramovog testa bojanja koji koristi boje za reakciju s peptidoglikanima u staničnoj stijenci.

S druge strane, gram-negativne bakterije ne mogu biti obojene plavom ili ljubičastom bojom ovom vrstom testa. Danas mikrobiolozi još uvijek koriste bojenje po Gramu kako bi identificirali vrstu bakterija. Važno je napomenuti da i gram-pozitivne i gram-negativne bakterije imaju peptidoglikane, ali dodatna vanjska membrana sprječava bojanje gram-negativnih bakterija.

Gram-pozitivne bakterije imaju debele stanične stijenke izrađene od slojeva peptidoglikana. Gram-pozitivne bakterije imaju jednu plazma membranu okruženu ovom staničnom stijenkom. Međutim, gram negativne bakterije imaju tanke stanične stijenke peptidoglikana koje nisu dovoljne da ih zaštite.

Zbog toga gram negativne bakterije imaju dodatni sloj lipopolisaharidi (LPS) koji služe kao endotoksin. Gram-negativne bakterije imaju unutarnju i vanjsku plazemsku membranu, a tanke stanične stijenke nalaze se između membrana.

Razlike između ljudskih i bakterijskih stanica omogućuju upotrebu antibiotici u vašem tijelu bez ubijanja svih vaših stanica. Budući da ljudi nemaju stanične stijenke, lijekovi poput antibiotika mogu ciljati stanične stijenke u bakterijama. Sastav stanične stijenke igra ulogu u djelovanju nekih antibiotika.

Na primjer, penicilin, uobičajeni beta-laktamski antibiotik, može utjecati na enzim koji stvara veze između lanaca peptidoglikana u bakterijama. To pomaže u uništavanju zaštitne stanične stijenke i zaustavlja rast bakterija. Nažalost, antibiotici mogu ubiti i korisne i štetne bakterije u tijelu.

Druga skupina antibiotika koja se naziva glikopeptidi cilja na sintezu staničnih stijenki zaustavljanjem stvaranja peptidoglikana. Primjeri glikopeptidnih antibiotika uključuju vankomicin i teikoplanin.

Otpornost na antibiotike događa se kada se bakterije promijene, što lijekove čini manje učinkovitima. Budući da otporne bakterije opstaju, mogu se razmnožavati i umnožavati. Bakterije postaju otporan na antibiotike na različite načine.

Na primjer, mogu promijeniti svoje stanične stijenke. Mogu premjestiti antibiotik iz svojih stanica ili mogu dijeliti genetske informacije koje uključuju rezistenciju na lijekove.

Jedan od načina na koji se neke bakterije opiru beta-laktamskim antibioticima poput penicilina jest stvaranje enzima zvanog beta-laktamaza. Enzim napada beta-laktamski prsten, koji je temeljna komponenta lijeka, a sastoji se od ugljika, vodika, dušika i kisika. Međutim, proizvođači lijekova pokušavaju spriječiti ovu rezistenciju dodavanjem inhibitora beta-laktamaze.

Stanični zidovi nude zaštitu, potporu i strukturnu pomoć biljkama, algama, gljivicama i bakterijama. Iako postoje velike razlike između staničnih stijenki prokariota i eukariota, većina organizama ima svoje stanične zidove izvan plazmatskih membrana.

Sličnost je u tome što većina staničnih stijenki pruža krutost i čvrstoću što pomaže stanicama da održe svoj oblik. Zaštita od patogena ili grabežljivaca također je zajedničko mnogim staničnim zidovima različitih organizama. Mnogi organizmi imaju stanične zidove koji se sastoje od proteina i šećera.

Razumijevanje staničnih stijenki prokariota i eukariota može pomoći ljudima na razne načine. Od boljih lijekova do jačih usjeva, učenje više o staničnom zidu nudi puno potencijalnih koristi.