Langelio siena: apibrėžimas, struktūra ir funkcija (su diagrama)

Ląstelės sienelė yra papildomas apsauginis sluoksnis ant viršaus ląstelės membrana. Ląstelių sienas galite rasti abiejuose prokariotai ir eukariotai, ir jie dažniausiai būna augaluose, dumbliuose, grybuose ir bakterijose.

Tačiau gyvūnai ir pirmuonys neturi tokio tipo struktūros. Ląstelių sienos paprastai būna standžios struktūros, kurios padeda išlaikyti ląstelės formą.

Ląstelės sienelė turi keletą funkcijų, įskaitant ląstelės struktūros ir formos palaikymą. Siena yra standi, todėl apsaugo ląstelę ir jos turinį.

Pavyzdžiui, ląstelės sienelė gali apsaugoti nuo ligų sukėlėjų, pavyzdžiui, augalų virusų, patekimo. Be mechaninės atramos, siena veikia kaip karkasas, kuris gali užkirsti kelią ląstelės per greitai išsiplėsti ar augti. Baltymai, celiuliozės pluoštai, polisacharidai ir kiti struktūriniai komponentai padeda sienai išlaikyti ląstelės formą.

Ląstelės sienelė taip pat vaidina svarbų vaidmenį transportuojant. Kadangi siena yra a pusiau pralaidi membrana, jis leidžia praeiti per tam tikras medžiagas, tokias kaip baltymai. Tai leidžia sienai reguliuoti difuziją ląstelėje ir kontroliuoti, kas patenka ar išeina.

Be to, pusiau pralaidi membrana padeda susisiekti tarp ląstelių, leidžiant signalinėms molekulėms praeiti per poras.

Augalų ląstelių sienelę pirmiausia sudaro angliavandeniai, tokie kaip pektinai, celiuliozė ir hemiceliuliozė. Jis taip pat turi struktūrinių baltymų mažesniais kiekiais ir kai kurių mineralų, tokių kaip silicis. Visi šie komponentai yra gyvybiškai svarbios ląstelės sienos dalys.

Celiuliozė yra sudėtingas angliavandenis ir susideda iš tūkstančių gliukozės monomerai kurios formuoja ilgas grandines. Šios grandinės susijungia ir sudaro celiuliozę mikrofibrilės, kurių skersmuo yra keli nanometrai. Mikrofibrilės padeda kontroliuoti ląstelės augimą, ribodamos arba leisdamos jai plėstis.

Viena iš pagrindinių priežasčių, kodėl augalų ląstelėje yra siena, yra ta, kad ji gali atlaikyti turgoro slėgis, ir čia celiuliozė vaidina lemiamą vaidmenį. Turgoriaus slėgis yra jėga, kurią sukuria ląstelės vidus, išstumdamas. Celiuliozės mikrofibrilės sudaro baltymų, hemiceliuliozių ir pektinų matricą, užtikrinančią tvirtą pagrindą, kuris gali atsispirti turgoro slėgiui.

Tiek hemiceliuliozės, tiek pektinai yra šakoti polisacharidai. Hemiceliuliozės turi vandenilio ryšius, jungiančius jas su celiuliozės mikrofibrilėmis, o pektinai sulaiko vandens molekules ir sukuria gelį. Hemiceliuliozės padidina matricos stiprumą, o pektinai padeda išvengti suspaudimo.

Ląstelės sienelėje esantys baltymai atlieka skirtingas funkcijas. Kai kurie iš jų teikia struktūrinę paramą. Kiti yra fermentai, kurie yra tam tikros rūšies baltymai, galintys paspartinti chemines reakcijas.

The fermentai padėti susidaryti ir normaliai modifikuotis, kad būtų išlaikyta augalo ląstelių sienelė. Jie taip pat vaidina vaisių nokimą ir lapų spalvos pokyčius.

Jei kada nors gaminote savo uogienę ar želę, matėte tų pačių rūšių pektinai randamas veikiant ląstelių sienelėse. Pektinas yra ingredientas, kurį virėjai prideda, kad sutirštėtų vaisių sultys. Jie dažnai naudoja obuoliuose ar uogose natūraliai randamus pektinus savo uogienėms ar drebučiams gaminti.

•••Mokslo

Augalų ląstelių sienos yra trijų sluoksnių struktūros su a vidurinė lamelė, pirminė ląstelės sienelė ir antrinė ląstelės sienelė. Vidurinė plokštelė yra išorinis sluoksnis ir padeda susidaryti ląstelėms į ląsteles, kartu laikant gretimas ląsteles (kitaip tariant, ji sėdi tarp dviejų ląstelių sienelių ir jas laiko kartu; todėl ji vadinama vidurine lamele, nors tai yra išorinis sluoksnis).

Vidurinė lamelė veikia kaip klijai ar cementas augalų ląstelės nes jame yra pektinų. Per ląstelių dalijimasis, pirmoji susidaro vidurinė lamelė.

Pirminė ląstelės sienelė vystosi ląstelei augant, todėl ji būna plona ir lanksti. Jis susidaro tarp vidurinės plokštelės ir plazmos membrana.

Jis susideda iš celiuliozės mikrofibrilių su hemiceliuliozėmis ir pektinais. Šis sluoksnis leidžia ląstelei augti laikui bėgant, tačiau pernelyg neriboja ląstelės augimo.

Antrinė ląstelės sienelė yra storesnė ir standesnė, todėl ji labiau apsaugo augalą. Jis egzistuoja tarp pirminės ląstelės sienos ir plazmos membranos. Dažnai pirminė ląstelės sienelė iš tikrųjų padeda sukurti šią antrinę sienelę, kai ląstelė baigia augti.

Antrinės ląstelių sienos susideda iš celiuliozės, hemiceliuliozės ir lignino. Ligninas yra aromatinio alkoholio polimeras, suteikiantis papildomą paramą augalui. Tai padeda apsaugoti augalą nuo vabzdžių ar patogenų išpuolių. Ligninas taip pat padeda vandens transportavimui ląstelėse.

Palyginus augalų pirminių ir antrinių ląstelių sienelių sudėtį ir storį, nesunku įžvelgti skirtumus.

Pirma, pirminėse sienose yra vienodas celiuliozės, pektinų ir hemiceliuliozių kiekis. Tačiau antrinėse ląstelių sienelėse nėra pektino ir jose yra daugiau celiuliozės. Antra, celiuliozės mikrofibrilės pirminių ląstelių sienose atrodo atsitiktinai, tačiau jos yra sutvarkytos antrinėse sienelėse.

Nors mokslininkai atrado daug aspektų, kaip ląstelėse veikia augalai, kai kurioms vietovėms vis dar reikia daugiau tyrimų.

Pavyzdžiui, jie vis dar daugiau sužino apie tikrąjį genai dalyvauja ląstelės sienelės biosintezėje. Tyrėjai mano, kad procese dalyvauja apie 2000 genų. Kita svarbi tyrimo sritis yra tai, kaip genų reguliavimas veikia augalų ląsteles ir kaip jis veikia sieną.

Panašiai kaip augalai, grybelių ląstelių sienelės susideda iš angliavandenių. Tačiau nors grybai turėti langelių su chitinas ir kitų angliavandenių, jie neturi celiuliozės, kaip augalai.

Jų ląstelių sienos taip pat turi:

• Fermentai
• Gliukanai
• Pigmentai
• Vaškai 
• Kitos medžiagos 

Svarbu pažymėti, kad ne visi grybai turi ląstelių sieneles, tačiau daugelis jų turi. Grybuose ląstelių sienelė sėdi už plazmos membranos. Chitinas sudaro didžiąją ląstelės sienelę, o vabzdžiams jų stiprybę suteikia ta pati medžiaga egzoskeletai.

Apskritai grybai su ląstelių sienelėmis turi trys sluoksniai: chitinas, gliukanai ir baltymai.

Kaip vidinis sluoksnis, chitinas yra pluoštinis ir susideda iš polisacharidų. Tai padeda padaryti grybelių ląstelių sienas standžias ir tvirtas. Toliau yra gliukanų, kurie yra gliukozės polimerai, sluoksnis, susiejantis su chitinu. Gliukanai taip pat padeda grybams išlaikyti ląstelių sienelių standumą.

Galiausiai yra baltymų sluoksnis, vadinamas mannoproteinai arba mananai, kurių lygis yra aukštas manozės cukrus. Ląstelės sienelėje taip pat yra fermentų ir struktūrinių baltymų.

Skirtingi grybelinės ląstelės sienos komponentai gali būti skirtingi. Pavyzdžiui, fermentai gali padėti virškinti organines medžiagas, o kiti baltymai gali padėti sukibti aplinkoje.

Ląstelių sienos dumbliai susideda iš polisacharidų, tokių kaip celiuliozė, arba glikoproteinų. Kai kurių dumblių ląstelių sienelėse yra ir polisacharidų, ir glikoproteinų. Be to, dumblių ląstelių sienose yra mananai, ksilanai, algino rūgštis ir sulfoninti polisacharidai. Ląstelių sienos tarp skirtingų dumblių rūšių gali labai skirtis.

Mananai yra baltymai, kurie gamina mikrofibrilius kai kuriuose žaliuose ir raudonuose dumbliuose. Ksilanai yra sudėtingi polisacharidai ir dumbliuose kartais pakeičia celiuliozę. Algino rūgštis yra dar viena polisacharidų rūšis, dažnai randama ruduosiuose dumbliuose. Tačiau daugumoje dumblių yra sulfonintų polisacharidų.

Diatomos yra dumblių rūšis, gyvenanti vandenyje ir dirvožemyje. Jie yra unikalūs, nes jų ląstelių sienos yra pagamintos iš silicio dioksido. Tyrėjai vis dar tiria kaip diatomos formuoja savo ląstelių sieneles ir kurie baltymai sudaro procesą.

Nepaisant to, jie nustatė, kad diatomiai viduje suformuoja savo mineralais turtingas sienas ir perkelia jas už ląstelės ribų. Šis procesas, vadinamas egzocitozė, yra sudėtingas ir apima kelis baltymus.

Bakterijų ląstelių sienelė turi peptidoglikanų. Peptidoglikanas arba mureinas yra unikali molekulė, susidedanti iš cukraus ir aminorūgščių tinkliniame sluoksnyje, ir ji padeda ląstelei išlaikyti savo formą ir struktūrą.

Ląstelių sienelė bakterijose egzistuoja už plazmos membranos ribų. Siena ne tik padeda konfigūruoti langelio formą, bet ir padeda išvengti ląstelės sprogimo ir viso turinio išsiliejimo.

Apskritai bakterijas galite suskirstyti į gramteigiamas arba gramneigiamas kategorijas, o kiekvieno tipo ląstelių sienelė yra šiek tiek kitokia. Gram teigiamos bakterijos gali nudažyti mėlyną arba violetinę spalvą gramo dažymo bandymo metu, kurio metu dažai reaguoja su ląstelės sienelėje esančiais peptidoglikanais.

Kita vertus, atliekant tokio tipo tyrimą, gramneigiamų bakterijų negalima nudažyti mėlynai ar violetine spalva. Šiandien mikrobiologai vis dar naudoja Gramo dažymą bakterijų tipui nustatyti. Svarbu pažymėti, kad tiek gramteigiamos, tiek gramneigiamos bakterijos turi peptidoglikanų, tačiau papildoma išorinė membrana apsaugo nuo gramneigiamų bakterijų dažymo.

Gramteigiamos bakterijos turi storas ląstelių sieneles, pagamintas iš peptidoglikanų sluoksnių. Gramteigiamos bakterijos turi vieną plazmos membraną, kurią supa ši ląstelės sienelė. Tačiau gramneigiamos bakterijos turi plonas peptidoglikanų ląstelių sieneles, kurių nepakanka joms apsaugoti.

Štai kodėl gramneigiamos bakterijos turi papildomą sluoksnį lipopolisacharidai (LPS), kurie tarnauja kaip endotoksinas. Gramneigiamos bakterijos turi vidinę ir išorinę plazmos membraną, o plonos ląstelių sienos yra tarp membranų.

Skirtumai tarp žmogaus ir bakterijų ląstelių leidžia juos naudoti antibiotikai savo kūne, nežudant visų savo ląstelių. Kadangi žmonės neturi ląstelių sienelių, tokie vaistai kaip antibiotikai gali nukreipti bakterijų ląstelių sieneles. Ląstelės sienelės sudėtis vaidina svarbų vaidmenį veikiant kai kuriems antibiotikams.

Pvz., Penicilinas, įprastas beta laktaminis antibiotikas, gali paveikti fermentą, kuris formuoja bakterijų peptidoglikano sruogas. Tai padeda sunaikinti apsauginę ląstelės sienelę ir sustabdo bakterijų dauginimąsi. Deja, antibiotikai gali sunaikinti tiek naudingas, tiek kenksmingas organizmo bakterijas.

Kita antibiotikų grupė, vadinama glikopeptidais, nukreipta į ląstelių sienelių sintezę, stabdydama peptidoglikanų susidarymą. Glikopeptidinių antibiotikų pavyzdžiai yra vankomicinas ir teicoplaninas.

Atsparumas antibiotikams atsiranda pasikeitus bakterijoms, todėl vaistai tampa mažiau veiksmingi. Kadangi atsparios bakterijos išgyvena, jos gali daugintis ir daugintis. Bakterijos tampa atsparus antibiotikams skirtingais būdais.

Pavyzdžiui, jie gali pakeisti savo ląstelių sienas. Jie gali perkelti antibiotiką iš savo ląstelių arba dalytis genetine informacija, įskaitant atsparumą vaistams.

Vienas iš būdų, kaip kai kurios bakterijos atsispiria beta laktaminiams antibiotikams, tokiems kaip penicilinas, yra fermento, vadinamo beta laktamaze, gamyba. Fermentas puola beta-laktamo žiedą, kuris yra pagrindinis vaisto komponentas, ir susideda iš anglies, vandenilio, azoto ir deguonies. Tačiau vaistų gamintojai bando išvengti šio atsparumo, pridedant beta laktamazės inhibitorių.

Ląstelių sienos suteikia apsaugą, atramą ir struktūrinę pagalbą augalams, dumbliams, grybams ir bakterijoms. Nors tarp prokariotų ir eukariotų ląstelių sienelių yra didelių skirtumų, daugumos organizmų ląstelių sienelės yra už plazmos membranų.

Kitas panašumas yra tas, kad dauguma ląstelių sienelių suteikia tvirtumą ir tvirtumą, kurie padeda ląstelėms išlaikyti savo formą. Apsauga nuo patogenų ar plėšrūnų taip pat yra būdinga daugeliui skirtingų organizmų ląstelių sienelių. Daugelio organizmų ląstelių sienelės susideda iš baltymų ir cukrų.

Supratimas apie prokariotų ir eukariotų ląstelių sienas gali padėti žmonėms įvairiais būdais. Pradedant geresniais vaistais ir baigiant stipresniais pasėliais, daugiau sužinojus apie ląstelių sienelę, galima gauti daugybę galimų privalumų.