Cellafal: Meghatározás, felépítés és funkció (ábrával)

A sejtfal egy további védőréteg a tetején sejt membrán. Sejtfalak megtalálhatók mindkettőben prokarióták és eukarióták, és leggyakrabban növényekben, algákban, gombákban és baktériumokban fordulnak elő.

Az állatok és a protozoonok azonban nem rendelkeznek ilyen típusú szerkezettel. A sejtfalak általában merev szerkezetek, amelyek segítenek fenntartani a sejt alakját.

A sejtfalnak több funkciója van, beleértve a sejt szerkezetének és alakjának fenntartását. A fal merev, ezért védi a cellát és annak tartalmát.

Például a sejtfal megakadályozhatja a kórokozók, például a növényi vírusok bejutását. A mechanikus támasz mellett a fal vázként működik, amely megakadályozhatja a sejt túl gyors növekedését vagy növekedését. A fehérjék, a cellulózrostok, a poliszacharidok és más szerkezeti elemek segítenek a falnak fenntartani a sejt alakját.

A sejtfal fontos szerepet játszik a szállításban is. Mivel a fal egy félig áteresztő membrán, lehetővé teszi bizonyos anyagok, például fehérjék átjutását. Ez lehetővé teszi a fal számára, hogy szabályozza a diffúziót a sejtben, és szabályozza, hogy mi kerül be vagy el.

Ezenkívül a félig áteresztő membrán elősegíti a sejtek közötti kommunikációt azáltal, hogy a jelző molekulák átjutnak a pórusokon.

A növényi sejtfal elsősorban szénhidrátokból áll, például pektinekből, cellulózból és hemicellulózból. Kisebb mennyiségben tartalmaz szerkezeti fehérjéket és néhány ásványi anyagot, például szilíciumot is. Mindezek az elemek a sejtfal létfontosságú részei.

A cellulóz összetett szénhidrát, és több ezer glükóz monomerek amelyek hosszú láncokat alkotnak. Ezek a láncok összeállnak és cellulózt képeznek mikrofibrillák, amelyek átmérője több nanométer. A mikroszálak segítenek szabályozni a sejt növekedését azáltal, hogy korlátozzák vagy lehetővé teszik a tágulását.

Az egyik fő oka annak, hogy a fal növényi sejtben van, az az, hogy ellenáll turgor nyomás, és itt játszik döntő szerepet a cellulóz. A turgornyomás a sejt belsejének kilökődése által létrehozott erő. A cellulóz mikrofibrillumok egy mátrixot alkotnak a fehérjékkel, hemicellulózokkal és pektinekkel, hogy biztosítsák az erős keretet, amely ellenáll a turgor nyomásának.

A hemicellulózok és a pektinek egyaránt elágazó láncú poliszacharidok. A hemicellulózok hidrogénkötésekkel kötik össze őket a cellulóz mikrofibrillákkal, míg a pektinek csapdába ejtik a vízmolekulákat gél létrehozásához. A hemicellulózok növelik a mátrix szilárdságát, a pektinek pedig megakadályozzák a kompressziót.

A sejtfalban lévő fehérjék különböző funkciókat töltenek be. Néhányan strukturális támogatást nyújtanak. Mások enzimek, amelyek egyfajta fehérje, amely felgyorsíthatja a kémiai reakciókat.

A enzimek elősegítik a növény sejtfalának fenntartása érdekében kialakuló és normális módosításokat. A gyümölcs érésében és a levél színének változásában is szerepet játszanak.

Ha valaha is készített saját lekvárt vagy zselét, akkor ugyanazokat a típusokat látta pektinek a sejtfalakban fellelhető. A pektin az az összetevő, amelyet a szakácsok hozzáadnak a gyümölcslevek sűrítéséhez. Gyakran használják az almában vagy bogyókban természetesen megtalálható pektineket lekvárjuk vagy zseléjük elkészítéséhez.

•••Tudományosság

A növény sejtfalai háromrétegű szerkezetek, amelyek a középső lamella, elsődleges sejtfal és másodlagos sejtfal. A középső lamella a legkülső réteg, és segíti a sejtek közötti kapcsolatokat, miközben a szomszédos sejteket összetartja (más szavakkal, két sejt sejtfala között helyezkedik el és tartja össze; ezért hívják középső lamellának, bár ez a legkülső réteg).

A középső lamella úgy viselkedik, mint a ragasztó vagy a cement növényi sejtek mert pektineket tartalmaz. Alatt sejtosztódás, a középső lamella képződik először.

Az elsődleges sejtfal a sejt növekedésekor alakul ki, ezért általában vékony és rugalmas. A középső lamella és a plazma membrán.

Hemicellulózokat és pektineket tartalmazó cellulóz mikrofibrillákból áll. Ez a réteg lehetővé teszi a sejt növekedését az idő múlásával, de nem korlátozza túlzottan a sejt növekedését.

A másodlagos sejtfal vastagabb és merevebb, ezért nagyobb védelmet nyújt a növény számára. Az elsődleges sejtfal és a plazmamembrán között van. Gyakran az elsődleges sejtfal valóban segít létrehozni ezt a másodlagos falat, miután a sejt befejezte a növekedést.

A másodlagos sejtfalak cellulózból, hemicellulózokból és lignin. A lignin egy aromás alkohol polimer, amely további támogatást nyújt a növény számára. Segít megvédeni a növényt a rovarok vagy kórokozók támadásaitól. A lignin segít a sejtek vízszállításában is.

Ha összehasonlítjuk a növények primer és szekunder sejtfalak összetételét és vastagságát, könnyen belátható a különbség.

Először is, az elsődleges falakon azonos mennyiségű cellulóz, pektin és hemicellulóz van. A másodlagos sejtfalakban azonban nincs pektin, és több cellulóz van bennük. Másodszor, az elsődleges sejtfalak cellulózmikrofibrillái véletlenszerűen néznek ki, de másodlagos falakba szerveződnek.

Noha a tudósok számos szempontot felfedeztek a sejtfalak működésében a növényekben, néhány területen még további kutatásokra van szükség.

Például még mindig többet tanulnak a ténylegesről gének részt vesz a sejtfal bioszintézisében. A kutatók becslései szerint körülbelül 2000 gén vesz részt a folyamatban. Egy másik fontos vizsgálati terület az, hogy a génszabályozás hogyan működik a növényi sejtekben és hogyan hat a falra.

A növényekhez hasonlóan a gombák sejtfalai is szénhidrátokból állnak. Míg azonban gombák vannak sejtjei kitin és más szénhidrátok, nincs cellulózuk, mint a növényekben.

Sejtfalaikon:

• Enzimek
• Glükánok
• Pigmentek
• Viaszok 
• Egyéb anyagok 

Fontos megjegyezni, hogy nem minden gombának van sejtfala, de sokuknak igen. Gombákban a sejtfal a plazmamembránon kívül helyezkedik el. A kitin alkotja a sejtfal nagy részét, és ugyanaz az anyag adja a rovarok erősségét exoskeletonok.

Általában a sejtfalú gombáknak van három réteg: kitin, glükánok és fehérjék.

A legbelső rétegként a kitin rostos és poliszacharidokból áll. Segít abban, hogy a gombák sejtfalai merevek és erősek legyenek. Ezután van egy glükánréteg, amelyek glükózpolimerek, és térhálósodnak a kitinnel. A glükánok segítenek a gombáknak megőrizni sejtfaluk merevségét.

Végül van egy fehérjeréteg, az úgynevezett mannoproteinek vagy mannans, amelyek magas szintű mannózcukor. A sejtfal enzimekkel és strukturális fehérjékkel is rendelkezik.

A gomba sejtfalának különböző komponensei különböző célokat szolgálhatnak. Például az enzimek segíthetik a szerves anyagok emésztését, míg más fehérjék segíthetnek a környezetben való tapadásban.

A sejtfalak befelé algák poliszacharidokból, például cellulózból vagy glikoproteinekből állnak. Egyes algák sejtfalaiban poliszacharidok és glikoproteinek egyaránt találhatók. Ezenkívül az algasejtek falán mannánok, xilánok, alginsav és szulfonált poliszacharidok találhatók. A sejtfalak a különböző algatípusok között nagyon eltérőek lehetnek.

A mannánok olyan fehérjék, amelyek mikrofibrillákat állítanak elő néhány zöld és vörös algában. A xilánok összetett poliszacharidok, és néha helyettesítik az algák cellulózát. Az alginsav egy másik típusú poliszacharid, amelyet gyakran találnak a barna algákban. A legtöbb algában azonban szulfonált poliszacharidok találhatók.

A diatómák egyfajta algák, amelyek vízben és talajban élnek. Egyedülállóak, mert sejtfalaik szilícium-dioxidból készülnek. A kutatók még vizsgálják, hogyan kovafélék alkotják sejtfalaikat, és mely fehérjék alkotják a folyamatot.

Ennek ellenére megállapították, hogy a kovaföldek belső formában alkotják az ásványi anyagokban gazdag falaikat, és a sejten kívülre mozgatják őket. Ezt a folyamatot, az ún exocitózis, komplex és több fehérjét is magában foglal.

Egy baktérium sejtfal peptidoglikánokkal rendelkezik. Peptidoglikán vagy murein egy egyedülálló molekula, amely cukrokból és aminosavakból áll egy hálós rétegben, és segíti a sejt formájának és szerkezetének fenntartását.

A baktériumok sejtfala a plazmamembránon kívül található. A fal nem csak a cella alakjának konfigurálásában segít, hanem megakadályozza, hogy a cella minden tartalmát felrepessze és kiömölje.

Általánosságban elmondható, hogy a baktériumokat gram-pozitív vagy gram-negatív kategóriákra oszthatja, és mindegyik típusnak kissé eltérő a sejtfala. A gram-pozitív baktériumok kéket vagy ibolyát festhetnek egy Gram festési teszt során, amely festékeket használ a sejtfal peptidoglikánjaival való reakcióra.

Másrészt a gram-negatív baktériumok nem festhetők kékre vagy ibolyára ilyen típusú vizsgálattal. Ma a mikrobiológusok még mindig Gram festést használnak a baktériumok típusának azonosítására. Fontos megjegyezni, hogy a gram-pozitív és a gram-negatív baktériumok egyaránt tartalmaznak peptidoglikánokat, de egy extra külső membrán megakadályozza a gram-negatív baktériumok festését.

A gram-pozitív baktériumok vastag sejtfalakkal készülnek, amelyek peptidoglikán rétegekből készülnek. A gram-pozitív baktériumok egy plazmamembránját veszi körül ez a sejtfal. A gram-negatív baktériumok vékony peptidoglikán sejtfalakkal rendelkeznek, amelyek nem elegendőek a védelemhez.

Ezért van a gram-negatív baktériumok további rétege lipopoliszacharidok (LPS), amelyek egy endotoxin. A gram-negatív baktériumok belső és külső plazmamembránnal rendelkeznek, és a vékony sejtfalak a membránok között vannak.

Az emberi és a bakteriális sejtek közötti különbségek lehetővé teszik a felhasználást antibiotikumok a testében anélkül, hogy megöli az összes sejtjét. Mivel az embereknek nincs sejtfala, az olyan gyógyszerek, mint az antibiotikumok, megcélozhatják a baktériumok sejtfalait. A sejtfal összetétele szerepet játszik bizonyos antibiotikumok működésében.

Például a penicillin, egy közönséges béta-laktám antibiotikum, befolyásolhatja azt az enzimet, amely kapcsolatot teremt a baktériumok peptidoglikán szálai között. Ez segít elpusztítani a védő sejtfalat és megakadályozza a baktériumok szaporodását. Sajnos az antibiotikumok mind a hasznos, mind a káros baktériumokat elpusztíthatják a szervezetben.

Az antibiotikumok másik csoportja, az úgynevezett glikopeptidek a sejtfalak szintézisét célozzák meg, megakadályozva a peptidoglikánok képződését. A glikopeptid antibiotikumok például a vankomicin és a teicoplanin.

Antibiotikum-rezisztencia akkor fordul elő, amikor a baktériumok megváltoznak, ami kevésbé hatékony. Mivel az ellenálló baktériumok túlélik, szaporodhatnak és szaporodhatnak. A baktériumok válnak antibiotikumokkal szemben ellenálló különböző módon.

Például megváltoztathatják sejtfalaikat. Kihelyezhetik az antibiotikumot sejtjeikből, vagy megoszthatják azokat a genetikai információkat, amelyek magukban foglalják a gyógyszerekkel szembeni rezisztenciát.

Az egyik módja annak, hogy egyes baktériumok ellenállnak a béta-laktám antibiotikumoknak, mint a penicillin, az az, hogy egy béta-laktamáz nevű enzimet állítanak elő. Az enzim megtámadja a béta-laktám gyűrűt, amely a gyógyszer alapvető alkotóeleme, szénből, hidrogénből, nitrogénből és oxigénből áll. A gyógyszergyártók azonban béta-laktamáz inhibitorok hozzáadásával próbálják megakadályozni ezt az ellenállást.

A sejtfalak védelmet, támaszt és strukturális segítséget kínálnak a növények, algák, gombák és baktériumok számára. Bár a prokarióták és az eukarióták sejtfalai között jelentős különbségek vannak, a legtöbb szervezet sejtfala a plazmamembránon kívül található.

Egy másik hasonlóság az, hogy a legtöbb sejtfal olyan merevséget és szilárdságot biztosít, amely segíti a sejtek alakjának fenntartását. A kórokozóktól vagy a ragadozóktól való védelem szintén közös a sok organizmus sejtfalában. Sok szervezet sejtfala fehérjékből és cukrokból áll.

A prokarióták és az eukarióták sejtfalak megértése sokféle módon segíthet az embereknek. A jobb gyógyszerektől az erősebb növényekig a sejtfalon történő további megismerése rengeteg potenciális előnnyel jár.