Šūnas siena: definīcija, struktūra un funkcija (ar diagrammu)

Šūnas siena ir papildu aizsardzības slānis virs sienas šūnu membrānu. Šūnu sienas var atrast abās prokarioti un eikarioti, un tie visbiežāk sastopami augos, aļģēs, sēnēs un baktērijās.

Tomēr dzīvniekiem un vienšūņiem šāda veida struktūras nav. Šūnu sienas mēdz būt stingras struktūras, kas palīdz saglabāt šūnas formu.

Šūnas sienai ir vairākas funkcijas, tostarp šūnu struktūras un formas uzturēšana. Siena ir stingra, tāpēc tā aizsargā šūnu un tās saturu.

Piemēram, šūnu siena var novērst tādu patogēnu kā augu vīrusi iekļūšanu. Papildus mehāniskajam atbalstam siena darbojas kā rāmis, kas var novērst šūnas pārāk ātru izplešanos vai augšanu. Olbaltumvielas, celulozes šķiedras, polisaharīdi un citas strukturālās sastāvdaļas palīdz sienai saglabāt šūnas formu.

Šūnas sienai ir svarīga loma arī transportā. Tā kā siena ir a daļēji caurlaidīga membrāna, tas ļauj iziet cauri noteiktām vielām, piemēram, olbaltumvielām. Tas ļauj sienai regulēt difūziju šūnā un kontrolēt to, kas ienāk vai iziet.

Turklāt daļēji caurlaidīgā membrāna palīdz saziņai starp šūnām, ļaujot signālmolekulām iziet cauri porām.

Augu šūnu siena sastāv galvenokārt no ogļhidrātiem, piemēram, pektīniem, celulozes un hemicelulozes. Tam ir arī strukturāli proteīni mazākā daudzumā un daži minerāli, piemēram, silīcijs. Visas šīs sastāvdaļas ir vitāli svarīgas šūnu sienas daļas.

Celuloze ir sarežģīts ogļhidrāts un sastāv no tūkstošiem glikozes monomēri kas veido garas ķēdes. Šīs ķēdes apvienojas un veido celulozi mikrofibrilas, kuru diametrs ir vairāki nanometri. Mikrofibrilas palīdz kontrolēt šūnas augšanu, ierobežojot vai ļaujot tās paplašināties.

Viens no galvenajiem iemesliem, kādēļ siena atrodas augu šūnā, ir tā, ka tā var izturēt turgora spiediens, un tieši šeit celulozei ir izšķiroša loma. Turgora spiediens ir spēks, ko rada šūnas iekšpuse, izstumjot. Celulozes mikrofibrilas veido matricu ar olbaltumvielām, hemicelulozēm un pektīniem, lai nodrošinātu spēcīgu struktūru, kas var pretoties turgora spiedienam.

Gan hemicelulozes, gan pektīni ir sazaroti polisaharīdi. Hemiselulozēm ir ūdeņraža saites, kas savieno tās ar celulozes mikrofibrilām, savukārt pektīni aiztur ūdens molekulas, lai izveidotu želeju. Hemicelulozes palielina matricas izturību, un pektīni palīdz novērst saspiešanu.

Šūnu sienā esošie proteīni pilda dažādas funkcijas. Daži no tiem nodrošina strukturālu atbalstu. Citi ir fermenti, kas ir olbaltumvielu veids, kas var paātrināt ķīmiskās reakcijas.

The fermenti palīdzēt veidot un normālas modifikācijas, kas rodas, lai uzturētu auga šūnu sienu. Viņiem ir arī nozīme augļu nogatavināšanā un lapu krāsas maiņā.

Ja jūs kādreiz esat gatavojis pats savu ievārījumu vai želeju, tad esat redzējis tos pašus veidus pektīni atrodams šūnu sienās darbībā. Pektīns ir sastāvdaļa, ko pavāri pievieno, lai sabiezētu augļu sulas. Viņi bieži izmanto pektīnus, kas dabiski atrodami ābolos vai ogās, lai pagatavotu ievārījumus vai želejas.

•••Zinātniskā

Augu šūnu sienas ir trīsslāņu struktūras ar a vidējā lamella, primārā šūnas siena un sekundārā šūnas siena. Vidējā lamella ir visattālākais slānis un palīdz šūnās-šūnās savienoties, vienlaikus turot blakus esošās šūnas (citiem vārdiem sakot, tā atrodas starp divu šūnu šūnu sienām un tur tās kopā; tāpēc to sauc par vidējo lameli, kaut arī tas ir visattālākais slānis).

Vidējā lamella darbojas kā līme vai cements augu šūnas jo tajā ir pektīni. Laikā šūnu dalīšanās, pirmā veidojas vidējā lamella.

Primārā šūnas siena attīstās, kad šūna aug, tāpēc tā mēdz būt plāna un elastīga. Tas veidojas starp vidējo lameli un plazmas membrāna.

Tas sastāv no celulozes mikrofibrilām ar hemicelulozēm un pektīniem. Šis slānis ļauj šūnai laika gaitā augt, bet pārāk neierobežo šūnas augšanu.

Sekundārā šūnas siena ir biezāka un stingrāka, tāpēc tā nodrošina augu lielāku aizsardzību. Tas pastāv starp primāro šūnu sienu un plazmas membrānu. Bieži vien primārā šūnu siena faktiski palīdz izveidot šo sekundāro sienu pēc tam, kad šūna ir pabeigusi augšanu.

Sekundārās šūnu sienas sastāv no celulozes, hemicelulozēm un lignīns. Lignīns ir aromātiska spirta polimērs, kas nodrošina augu papildu atbalstu. Tas palīdz aizsargāt augu no kukaiņu vai patogēnu uzbrukumiem. Lignīns palīdz arī ar ūdens transportēšanu šūnās.

Salīdzinot primāro un sekundāro šūnu sienu sastāvu un biezumu augos, ir viegli saskatīt atšķirības.

Pirmkārt, primārajās sienās ir vienāds celulozes, pektīnu un hemicelulozes daudzums. Tomēr sekundārajās šūnu sienās nav pektīna un tajās ir vairāk celulozes. Otrkārt, celulozes mikrofibrilas primāro šūnu sienās izskatās nejauši, bet tās ir sakārtotas sekundārajās sienās.

Lai gan zinātnieki ir atklājuši daudzus aspektus, kā augu sienas darbojas augos, dažās jomās joprojām ir jāveic vairāk pētījumu.

Piemēram, viņi joprojām uzzina vairāk par faktisko gēni iesaistīts šūnu sienas biosintēzē. Pētnieki lēš, ka procesā piedalās apmēram 2000 gēnu. Vēl viena svarīga pētījumu joma ir tā, kā gēnu regulēšana darbojas augu šūnās un kā tā ietekmē sienu.

Līdzīgi augiem, sēņu šūnu sienas sastāv no ogļhidrātiem. Tomēr, kamēr sēnītes ir šūnas ar hitīns un citiem ogļhidrātiem, tiem nav celulozes, piemēram, augiem.

Viņu šūnu sienām ir arī:

• Fermenti
• Glikāni
• Pigmenti
• Vaski 
• Citas vielas 

Ir svarīgi atzīmēt, ka ne visām sēnēm ir šūnu sienas, bet daudzām no tām ir. Sēnēs šūnu siena atrodas ārpus plazmas membrānas. Kitīns veido lielāko daļu šūnu sienas, un tas ir tas pats materiāls, kas kukaiņiem piešķir stipru spēku eksoskeleti.

Parasti sēnītēm ar šūnu sienām ir trīs slāņi: hitīns, glikāni un olbaltumvielas.

Kā iekšējais slānis hitīns ir šķiedrains un sastāv no polisaharīdiem. Tas palīdz padarīt sēnīšu šūnu sienas stingras un izturīgas. Tālāk ir glikānu slānis, kas ir glikozes polimēri, kas ir savstarpēji saistīti ar hitīnu. Glikāni arī palīdz sēnītēm saglabāt šūnu sienas stingrību.

Visbeidzot, ir olbaltumvielu slānis, ko sauc par mannoproteīni vai mannans, kuru līmenis ir augsts mannozes cukurs. Šūnu sienā ir arī fermenti un strukturālie proteīni.

Dažādas sēnīšu šūnu sienas sastāvdaļas var kalpot dažādiem mērķiem. Piemēram, fermenti var palīdzēt sagremot organiskos materiālus, bet citi proteīni var palīdzēt saķerei vidē.

Šūnu sienas aļģes sastāv no polisaharīdiem, piemēram, celulozes, vai glikoproteīniem. Dažu aļģu šūnu sienās ir gan polisaharīdi, gan glikoproteīni. Turklāt aļģu šūnu sienās ir mannāni, ksilāni, algīnskābe un sulfonēti polisaharīdi. Šūnu sienas dažādu veidu aļģēs var būt ļoti atšķirīgas.

Maniāni ir olbaltumvielas, kas dažās zaļajās un sarkanajās aļģēs veido mikrofibrillas. Ksilāni ir sarežģīti polisaharīdi un dažreiz aļģēs aizstāj celulozi. Algīnskābe ir vēl viens polisaharīdu veids, kas bieži sastopams brūnajās aļģēs. Tomēr lielākajai daļai aļģu ir sulfonēti polisaharīdi.

Diatomi ir aļģu veids, kas dzīvo ūdenī un augsnē. Tie ir unikāli, jo to šūnu sienas ir izgatavotas no silīcija dioksīda. Pētnieki joprojām pēta, kā diatomi veido to šūnu sienas un kuras olbaltumvielas veido procesu.

Neskatoties uz to, viņi ir noteikuši, ka diatomi iekšēji veido savas minerālvielām bagātās sienas un pārvieto tās ārpus šūnas. Šis process, ko sauc eksocitoze, ir sarežģīts un ietver vairākus proteīnus.

Baktēriju šūnu sienā ir peptidoglikāni. Peptidoglikāns vai mureīns ir unikāla molekula, kas sastāv no cukuriem un aminoskābēm acu slānī, un tā palīdz šūnai saglabāt savu formu un struktūru.

Šūnu siena baktērijās pastāv ārpus plazmas membrānas. Siena ne tikai palīdz konfigurēt šūnas formu, bet arī palīdz novērst šūnas plīšanu un visa tās satura izlīšanu.

Kopumā jūs varat sadalīt baktērijas grampozitīvās vai gramnegatīvās kategorijās, un katram tipam ir nedaudz atšķirīga šūnu siena. Grampozitīvas baktērijas Grama krāsošanas testa laikā var nokrāsot zilā vai violetā krāsā, kurā reakcijas ar šūnu sienā esošajiem peptidoglikāniem izmanto krāsvielas.

No otras puses, ar šāda veida testu gramnegatīvās baktērijas nevar iekrāsot zilā vai violetā krāsā. Mūsdienās mikrobiologi joprojām izmanto Grama krāsošanu, lai noteiktu baktēriju tipu. Ir svarīgi atzīmēt, ka gan gram-pozitīvās, gan gram-negatīvās baktērijās ir peptidoglikāni, bet papildu ārējā membrāna novērš gram-negatīvo baktēriju krāsošanu.

Grampozitīvām baktērijām ir biezas šūnu sienas, kas izgatavotas no peptidoglikānu slāņiem. Grampozitīvām baktērijām ir viena plazmas membrāna, ko ieskauj šī šūnu siena. Tomēr gramnegatīvām baktērijām ir plānas peptidoglikānu šūnu sienas, kas nav pietiekami, lai tās aizsargātu.

Tāpēc gramnegatīvajām baktērijām ir papildu slānis lipopolisaharīdi (LPS), kas kalpo kā endotoksīns. Gramnegatīvām baktērijām ir iekšējā un ārējā plazmas membrāna, un plānās šūnu sienas atrodas starp membrānām.

Atšķirības starp cilvēka un baktēriju šūnām ļauj to izmantot antibiotikas ķermenī, nenogalinot visas šūnas. Tā kā cilvēkiem nav šūnu sienu, tādas zāles kā antibiotikas var mērķēt uz baktēriju šūnu sienām. Šūnu sienas sastāvam ir nozīme dažu antibiotiku darbībā.

Piemēram, penicilīns, parastā beta-laktāma antibiotika, var ietekmēt fermentu, kas baktērijās veido saites starp peptidoglikāna pavedieniem. Tas palīdz iznīcināt aizsargājošo šūnu sienu un aptur baktēriju augšanu. Diemžēl antibiotikas var iznīcināt gan noderīgas, gan kaitīgas baktērijas organismā.

Cita antibiotiku grupa, ko sauc par glikopeptīdiem, ir vērsta uz šūnu sienu sintēzi, apturot peptidoglikānu veidošanos. Glikopeptīdu antibiotiku piemēri ir vankomicīns un teikoplanīns.

Antibiotiku rezistence notiek, mainoties baktērijām, kas padara zāles mazāk efektīvas. Tā kā rezistentās baktērijas izdzīvo, tās var vairoties un vairoties. Baktērijas kļūst izturīgs pret antibiotikām dažādos veidos.

Piemēram, viņi var mainīt šūnu sienas. Viņi var pārvietot antibiotiku no šūnām vai dalīties ar ģenētisko informāciju, kas ietver rezistenci pret zālēm.

Viens veids, kā dažas baktērijas pretojas beta-laktāma antibiotikām, piemēram, penicilīnam, ir ražot fermentu, ko sauc par beta-laktamāzi. Ferments uzbrūk beta-laktāma gredzenam, kas ir zāļu galvenā sastāvdaļa, un sastāv no oglekļa, ūdeņraža, slāpekļa un skābekļa. Tomēr zāļu ražotāji mēģina novērst šo pretestību, pievienojot beta-laktamāzes inhibitorus.

Šūnu sienas piedāvā aizsardzību, atbalstu un strukturālu palīdzību augiem, aļģēm, sēnēm un baktērijām. Lai gan starp prokariotu un eikariotu šūnu sienām ir lielas atšķirības, vairumam organismu šūnu sienas atrodas ārpus plazmas membrānām.

Vēl viena līdzība ir tāda, ka lielākā daļa šūnu sienu nodrošina stingrību un izturību, kas palīdz šūnām saglabāt savu formu. Aizsardzība pret patogēniem vai plēsējiem ir arī kaut kas kopīgs daudzām dažādu organismu šūnu sienām. Daudziem organismiem šūnu sienas sastāv no olbaltumvielām un cukuriem.

Izpratne par prokariotu un eikariotu šūnu sienām var palīdzēt cilvēkiem dažādos veidos. Sākot no labākām zālēm līdz spēcīgākām kultūrām, vairāk uzzinot par šūnu sienu, tiek piedāvāti daudz potenciālu ieguvumu.