細胞壁：定義、構造、機能（図付き）

細胞壁は、その上に追加の保護層です。 細胞膜. あなたは両方で細胞壁を見つけることができます 原核生物と真核生物、そしてそれらは植物、藻類、菌類および細菌で最も一般的です。

しかし、動物や原生動物はこの種の構造を持っていません。 細胞壁は、細胞の形状を維持するのに役立つ堅い構造になる傾向があります。

細胞壁には、細胞の構造や形状の維持など、いくつかの機能があります。 壁は堅いので、セルとその内容物を保護します。

たとえば、細胞壁は植物ウイルスなどの病原体の侵入を防ぐことができます。 機械的なサポートに加えて、壁は細胞が急速に拡大または成長するのを防ぐことができるフレームワークとして機能します。 タンパク質、セルロース繊維、多糖類、その他の構造成分は、壁が細胞の形状を維持するのに役立ちます。

細胞壁も輸送において重要な役割を果たしています。 壁が 半透膜、タンパク質などの特定の物質を通過させることができます。 これにより、壁は細胞内の拡散を調節し、何が出入りするかを制御できます。

さらに、半透膜は、シグナル伝達分子が細孔を通過できるようにすることで、細胞間のコミュニケーションを助けます。

植物の細胞壁は、主にペクチン、セルロース、ヘミセルロースなどの炭水化物で構成されています。 また、少量の構造タンパク質とシリコンなどのミネラルも含まれています。 これらのコンポーネントはすべて、細胞壁の重要な部分です。

セルロースは複雑な炭水化物であり、何千もの成分で構成されています グルコースモノマー それは長い鎖を形成します。 これらの鎖が集まってセルロースを形成します ミクロフィブリル、直径数ナノメートルです。 ミクロフィブリルは、細胞の増殖を制限または許可することにより、細胞の増殖を制御するのに役立ちます。

植物細胞に壁がある主な理由の1つは、壁が耐えられることです。 膨圧、そしてこれはセルロースが重要な役割を果たすところです。 膨圧は、セルの内側が押し出されることによって生成される力です。 セルロースミクロフィブリルは、タンパク質、ヘミセルロース、ペクチンとマトリックスを形成し、膨圧に耐えることができる強力なフレームワークを提供します。

ヘミセルロースとペクチンはどちらも分岐多糖類です。 ヘミセルロースは、セルロースミクロフィブリルに接続する水素結合を持っていますが、ペクチンは水分子をトラップしてゲルを作成します。 ヘミセルロースはマトリックスの強度を高め、ペクチンは圧縮を防ぐのに役立ちます。

細胞壁のタンパク質はさまざまな機能を果たします。 それらのいくつかは構造的サポートを提供します。 他には、化学反応を加速することができるタンパク質の一種である酵素があります。

ザ・ 酵素 植物の細胞壁を維持するために発生する通常の変更の形成を助けます。 また、果実の成熟や葉の色の変化にも関与します。

自分でジャムやゼリーを作ったことがあれば、同じ種類のジャムを見たことがあるでしょう。 ペクチン 動作中の細胞壁で見つかりました。 ペクチンは、料理人がフルーツジュースを濃くするために加える成分です。 彼らはしばしばリンゴやベリーに自然に含まれるペクチンを使ってジャムやゼリーを作ります。

•••科学

植物の細胞壁は3層構造で、 ミドルラメラ, 一次細胞壁 そして 二次細胞壁. 中央のラメラは最外層であり、隣接する細胞を一緒に保持しながら細胞間結合を助けます（言い換えれば、2つの細胞の細胞壁の間に位置して一緒に保持します。 これが、最外層であるにもかかわらず、ミドルラメラと呼ばれる理由です）。

真ん中のラメラは接着剤やセメントのように機能します 植物細胞 ペクチンが含まれているからです。 中 細胞分裂、真ん中のラメラが最初に形成されます。

一次細胞壁は細胞が成長するときに発達するため、薄くて柔軟になる傾向があります。 それは中央のラメラと 原形質膜.

これは、ヘミセルロースとペクチンを含むセルロースミクロフィブリルで構成されています。 この層は、細胞が時間とともに成長することを可能にしますが、細胞の成長を過度に制限することはありません。

二次細胞壁はより厚く、より堅いので、それは植物により多くの保護を提供します。 それは一次細胞壁と原形質膜の間に存在します。 多くの場合、一次細胞壁は、細胞の成長が終了した後、実際にこの二次壁を作成するのに役立ちます。

二次細胞壁は、セルロース、ヘミセルロース、 リグニン. リグニンは、植物に追加のサポートを提供する芳香族アルコールのポリマーです。 昆虫や病原菌による攻撃から植物を保護するのに役立ちます。 リグニンはまた、細胞内の水の輸送を助けます。

植物の一次細胞壁と二次細胞壁の組成と厚さを比較すると、違いがわかりやすいです。

まず、一次壁には等量のセルロース、ペクチン、ヘミセルロースが含まれています。 ただし、二次細胞壁にはペクチンがなく、セルロースが多く含まれています。 第二に、一次細胞壁のセルロースミクロフィブリルはランダムに見えますが、二次壁に組織化されています。

科学者は植物の細胞壁がどのように機能するかについて多くの側面を発見しましたが、いくつかの分野ではまださらなる研究が必要です。

たとえば、彼らはまだ実際のことについてもっと学んでいます 遺伝子 細胞壁の生合成に関与しています。 研究者は、約2,000の遺伝子がこのプロセスに参加していると推定しています。 もう1つの重要な研究分野は、遺伝子調節が植物細胞でどのように機能し、それが壁にどのように影響するかです。

植物と同様に、菌類の細胞壁は炭水化物で構成されています。 しかし、 菌類 セルを持っている キチン そして他の炭水化物、それらは植物が持っているようにセルロースを持っていません。

彼らの細胞壁にも以下があります：

• 酵素
• グルカン
• 顔料
• ワックス 
• その他の物質 

すべての真菌が細胞壁を持っているわけではありませんが、それらの多くは細胞壁を持っていることに注意することが重要です。 真菌では、細胞壁は原形質膜の外側にあります。 キチンは細胞壁の大部分を占めており、昆虫に強い力を与えるのと同じ材料です 外骨格.

一般的に、細胞壁を持つ真菌は 3層：キチン、グルカン、タンパク質。

最内層として、キチンは繊維状で多糖類で構成されています。 それは菌類の細胞壁を堅くそして強くするのを助けます。 次に、キチンと架橋するグルコースポリマーであるグルカンの層があります。 グルカンは、真菌が細胞壁の剛性を維持するのにも役立ちます。

最後に、と呼ばれるタンパク質の層があります マンノプロテイン または マンナン、高レベルの マンノースシュガー. 細胞壁には酵素と構造タンパク質もあります。

真菌の細胞壁のさまざまな構成要素は、さまざまな目的を果たすことができます。 たとえば、酵素は有機物の消化を助けることができますが、他のタンパク質は環境への癒着を助けることができます。

の細胞壁 藻類 セルロースのような多糖類、または糖タンパク質で構成されています。 一部の藻類は、細胞壁に多糖類と糖タンパク質の両方を持っています。 さらに、藻類の細胞壁には、マンナン、キシラン、アルギン酸、およびスルホン化多糖類が含まれています。 さまざまな種類の藻類の細胞壁は大きく異なる可能性があります。

マンナンは、いくつかの緑と紅藻のミクロフィブリルを作るタンパク質です。 キシランは複雑な多糖類であり、藻類のセルロースに取って代わることがあります。 アルギン酸は、褐藻によく見られる別の種類の多糖類です。 ただし、ほとんどの藻類はスルホン化多糖類を持っています。

珪藻は、水や土壌に生息する藻類の一種です。 それらは細胞壁がシリカでできているので独特です。 研究者はまだどのように調査しています 珪藻 それらの細胞壁を形成し、どのタンパク質がプロセスを構成するか。

それにもかかわらず、彼らは珪藻がそれらのミネラル豊富な壁を内部で形成し、それらを細胞の外に移動させることを決定しました。 このプロセスは、 エキソサイトーシスは複雑で、複数のタンパク質が関与しています。

細菌の細胞壁にはペプチドグリカンがあります。 ペプチドグリカンまたは ムレイン は、メッシュ層の糖とアミノ酸からなるユニークな分子であり、細胞がその形状と構造を維持するのに役立ちます。

細菌の細胞壁は原形質膜の外側に存在します。 壁はセルの形状を構成するのに役立つだけでなく、セルが破裂してそのすべてのコンテンツをこぼすのを防ぐのにも役立ちます。

一般に、細菌はグラム陽性菌またはグラム陰性菌のカテゴリーに分類でき、それぞれのタイプにはわずかに異なる細胞壁があります。 グラム陽性菌は、色素を使用して細胞壁のペプチドグリカンと反応するグラム染色試験中に、青または紫に染色される可能性があります。

一方、グラム陰性菌は、このタイプのテストでは青または紫に染色することはできません。 今日でも、微生物学者はグラム染色を使用して細菌の種類を識別しています。 グラム陽性菌とグラム陰性菌の両方にペプチドグリカンが含まれていることに注意することが重要ですが、余分な外膜がグラム陰性菌の染色を防ぎます。

グラム陽性菌は、ペプチドグリカンの層から作られた厚い細胞壁を持っています。 グラム陽性菌は、この細胞壁に囲まれた1つの原形質膜を持っています。 しかし、グラム陰性菌はペプチドグリカンの薄い細胞壁を持っており、それらを保護するのに十分ではありません。

これがグラム陰性菌が追加の層を持っている理由です リポ多糖 （LPS）として機能します エンドトキシン. グラム陰性菌は内側と外側の原形質膜を持ち、薄い細胞壁は膜の間にあります。

ヒト細胞とバクテリア細胞の違いにより、 抗生物質 あなたのすべての細胞を殺すことなくあなたの体の中で。 人々は細胞壁を持っていないので、抗生物質のような薬はバクテリアの細胞壁を標的にすることができます。 細胞壁の組成は、いくつかの抗生物質がどのように機能するかに影響を及ぼします。

たとえば、一般的なベータラクタム系抗生物質であるペニシリンは、細菌のペプチドグリカン鎖間のリンクを形成する酵素に影響を与える可能性があります。 これは、保護細胞壁を破壊し、細菌の増殖を防ぐのに役立ちます。 残念ながら、抗生物質は体内の有益なバクテリアと有害なバクテリアの両方を殺すことができます。

糖ペプチドと呼ばれる抗生物質の別のグループは、ペプチドグリカンの形成を阻止することによって細胞壁の合成を標的としています。 糖ペプチド抗生物質の例には、バンコマイシンおよびテイコプラニンが含まれる。

抗生物質耐性はバクテリアが変化すると起こり、それが薬の効果を低下させます。 耐性菌は生き残るので、繁殖・増殖することができます。 バクテリアは 抗生物質に耐性 さまざまな方法で。

たとえば、細胞壁を変えることができます。 彼らは抗生物質を細胞から移動させたり、薬への耐性を含む遺伝情報を共有したりすることができます。

一部の細菌がペニシリンのようなベータラクタム抗生物質に抵抗する1つの方法は、ベータラクタマーゼと呼ばれる酵素を作ることです。 この酵素は、薬物のコア成分であり、炭素、水素、窒素、酸素からなるベータラクタム環を攻撃します。 ただし、製薬会社はベータラクタマーゼ阻害剤を追加することでこの耐性を防ごうとしています。

細胞壁は、植物、藻類、菌類、バクテリアの保護、サポート、構造的支援を提供します。 原核生物と真核生物の細胞壁には大きな違いがありますが、ほとんどの生物は細胞膜の外側に細胞壁を持っています。

もう1つの類似点は、ほとんどの細胞壁が、細胞の形状を維持するのに役立つ剛性と強度を提供することです。 病原体や捕食者からの保護も、さまざまな生物の多くの細胞壁に共通しているものです。 多くの生物は、タンパク質と糖でできた細胞壁を持っています。

原核生物と真核生物の細胞壁を理解することは、さまざまな方法で人々を助けることができます。 より良い薬からより強い作物まで、細胞壁についてもっと学ぶことは多くの潜在的な利益を提供します。