Celwand: definitie, structuur en functie (met diagram)

De celwand is een extra beschermingslaag bovenop de celmembraan. Je vindt celwanden in beide prokaryoten en eukaryoten, en ze komen het meest voor in planten, algen, schimmels en bacteriën.

Dieren en protozoën hebben dit type structuur echter niet. Celwanden zijn meestal stijve structuren die helpen de vorm van de cel te behouden.

De celwand heeft verschillende functies, waaronder het in stand houden van de celstructuur en vorm. De wand is stijf, dus het beschermt de cel en de inhoud ervan.

De celwand kan bijvoorbeeld voorkomen dat ziekteverwekkers zoals plantenvirussen binnendringen. Naast de mechanische ondersteuning fungeert de wand als een raamwerk dat kan voorkomen dat de cel te snel uitzet of groeit. Eiwitten, cellulosevezels, polysachariden en andere structurele componenten helpen de wand de vorm van de cel te behouden.

De celwand speelt ook een belangrijke rol bij het transport. Aangezien de muur een semipermeabel membraan, het laat bepaalde stoffen door, zoals eiwitten. Hierdoor kan de wand de diffusie in de cel regelen en bepalen wat er binnenkomt of weggaat.

Bovendien helpt het semi-permeabele membraan de communicatie tussen cellen door signaalmoleculen door de poriën te laten gaan.

Een plantencelwand bestaat voornamelijk uit koolhydraten, zoals pectines, cellulose en hemicellulose. Het heeft ook structurele eiwitten in kleinere hoeveelheden en enkele mineralen zoals silicium. Al deze componenten zijn vitale onderdelen van de celwand.

Cellulose is een complexe koolhydraat en bestaat uit duizenden glucosemonomeren die lange ketens vormen. Deze ketens komen samen en vormen cellulose microfibrillen, die enkele nanometers in diameter zijn. De microfibrillen helpen de groei van de cel te beheersen door de uitbreiding ervan te beperken of toe te staan.

Een van de belangrijkste redenen voor het hebben van een muur in een plantencel is dat deze bestand is tegen: turgordruk, en hierin speelt cellulose een cruciale rol. Turgordruk is een kracht die wordt gecreëerd door de binnenkant van de cel naar buiten te duwen. Cellulosemicrofibrillen vormen een matrix met de eiwitten, hemicelluloses en pectines om het sterke raamwerk te bieden dat weerstand kan bieden aan turgordruk.

Zowel hemicelluloses als pectines zijn vertakte polysachariden. Hemicelluloses hebben waterstofbruggen die ze verbinden met de cellulosemicrofibrillen, terwijl pectines watermoleculen vasthouden om een ​​gel te creëren. Hemicellulosen verhogen de sterkte van de matrix en pectines helpen compressie te voorkomen.

De eiwitten in de celwand hebben verschillende functies. Sommige bieden structurele ondersteuning. Anderen zijn enzymen, een soort eiwit dat chemische reacties kan versnellen.

De enzymen helpen bij de vorming en normale veranderingen die optreden om de celwand van de plant te behouden. Ze spelen ook een rol bij fruitrijping en bladkleurveranderingen.

Als je ooit je eigen jam of gelei hebt gemaakt, dan heb je dezelfde soorten gezien: pectines gevonden in celwanden in actie. Pectine is het ingrediënt dat koks toevoegen om vruchtensappen te verdikken. Ze gebruiken vaak de pectines die van nature in appels of bessen zitten om hun jam of gelei te maken.

•••Wetenschap

Plantencelwanden zijn drielaagse structuren met a middelste lamel, primaire celwand en secundaire celwand. De middelste lamel is de buitenste laag en helpt bij cel-naar-cel verbindingen terwijl aangrenzende cellen bij elkaar worden gehouden (met andere woorden, het zit tussen en houdt de celwanden van twee cellen bij elkaar; daarom wordt het de middelste lamel genoemd, ook al is het de buitenste laag).

De middelste lamel werkt als lijm of cement voor planten cellen omdat het pectines bevat. Gedurende celverdeling, de middelste lamel wordt als eerste gevormd.

De primaire celwand ontwikkelt zich wanneer de cel groeit, dus deze is meestal dun en flexibel. Het vormt zich tussen de middelste lamel en de plasma membraan.

Het bestaat uit cellulose microfibrillen met hemicelluloses en pectines. Door deze laag kan de cel in de loop van de tijd groeien, maar wordt de groei van de cel niet overdreven beperkt.

De secundaire celwand is dikker en stijver en biedt dus meer bescherming voor de plant. Het bestaat tussen de primaire celwand en het plasmamembraan. Vaak helpt de primaire celwand om deze secundaire wand te creëren nadat de cel klaar is met groeien.

Secundaire celwanden bestaan ​​uit cellulose, hemicelluloses en lignine. Lignine is een polymeer van aromatische alcohol dat de plant extra ondersteunt. Het helpt de plant te beschermen tegen aanvallen van insecten of ziekteverwekkers. Lignine helpt ook bij het watertransport in de cellen.

Wanneer je de samenstelling en dikte van primaire en secundaire celwanden in planten vergelijkt, zijn de verschillen gemakkelijk te zien.

Ten eerste hebben primaire wanden gelijke hoeveelheden cellulose, pectines en hemicelluloses. Secundaire celwanden hebben echter geen pectine en hebben meer cellulose. Ten tweede zien de cellulosemicrofibrillen in primaire celwanden er willekeurig uit, maar ze zijn georganiseerd in secundaire wanden.

Hoewel wetenschappers veel aspecten hebben ontdekt van hoe celwanden in planten functioneren, is op sommige gebieden nog meer onderzoek nodig.

Ze leren bijvoorbeeld nog steeds meer over de werkelijke genen betrokken bij de biosynthese van de celwand. Onderzoekers schatten dat ongeveer 2.000 genen aan het proces deelnemen. Een ander belangrijk onderzoeksgebied is hoe genregulatie werkt in de plantencellen en hoe dit de wand beïnvloedt.

Net als bij planten bestaan ​​de celwanden van schimmels uit koolhydraten. Echter, terwijl schimmels heb cellen met chitine en andere koolhydraten hebben ze geen cellulose zoals planten dat wel hebben.

Hun celwanden hebben ook:

• Enzymen
• Glucanen
• Pigmenten
• Wassen 
• andere stoffen 

Het is belangrijk op te merken dat niet alle schimmels celwanden hebben, maar veel wel. Bij schimmels zit de celwand buiten het plasmamembraan. Chitine vormt het grootste deel van de celwand en het is hetzelfde materiaal dat insecten hun kracht geeft exoskeletten.

Schimmels met celwanden hebben over het algemeen drie lagen: chitine, glucanen en eiwitten.

Als de binnenste laag is chitine vezelig en bestaat het uit polysachariden. Het helpt de schimmelcelwanden stijf en sterk te maken. Vervolgens is er een laag glucanen, dit zijn glucosepolymeren, die verknopen met chitine. De glucanen helpen de schimmels ook om hun celwandstijfheid te behouden.

Ten slotte is er een laag eiwitten genaamd de mannoproteïnen of mannanen, die een hoog niveau van mannose suiker. De celwand heeft ook enzymen en structurele eiwitten.

Verschillende onderdelen van de schimmelcelwand kunnen verschillende doelen dienen. Enzymen kunnen bijvoorbeeld helpen bij de vertering van organische materialen, terwijl andere eiwitten kunnen helpen bij hechting in de omgeving.

De celwanden in algen bestaan ​​uit polysachariden, zoals cellulose, of glycoproteïnen. Sommige algen hebben zowel polysachariden als glycoproteïnen in hun celwanden. Bovendien bevatten algencelwanden mannanen, xylanen, alginezuur en gesulfoneerde polysachariden. De celwanden tussen verschillende soorten algen kunnen sterk variëren.

Mannans zijn eiwitten die microfibrillen maken in sommige groene en rode algen. Xylans zijn complexe polysachariden en vervangen soms cellulose in algen. Alginezuur is een ander type polysacharide dat vaak wordt aangetroffen in bruine algen. De meeste algen hebben echter gesulfoneerde polysachariden.

Diatomeeën zijn een soort algen die in water en bodem leven. Ze zijn uniek omdat hun celwanden zijn gemaakt van silica. Onderzoekers onderzoeken nog steeds hoe diatomeeën hun celwanden vormen en welke eiwitten het proces vormen.

Toch hebben ze vastgesteld dat diatomeeën hun mineraalrijke wanden inwendig vormen en naar buiten de cel verplaatsen. Dit proces, genaamd exocytose, is complex en omvat meerdere eiwitten.

Een bacteriële celwand heeft peptidoglycanen. Peptidoglycaan of murein is een uniek molecuul dat bestaat uit suikers en aminozuren in een gaaslaag en het helpt de cel zijn vorm en structuur te behouden.

De celwand in bacteriën bestaat buiten het plasmamembraan. De muur helpt niet alleen om de vorm van de cel te configureren, maar het helpt ook voorkomen dat de cel barst en alle inhoud morst.

Over het algemeen kun je bacteriën indelen in grampositieve of gramnegatieve categorieën, en elk type heeft een iets andere celwand. Gram-positieve bacteriën kunnen blauw of violet kleuren tijdens een Gram-kleuringstest, waarbij kleurstoffen worden gebruikt om te reageren met de peptidoglycanen in de celwand.

Aan de andere kant kunnen gramnegatieve bacteriën met dit type test niet blauw of violet worden gekleurd. Tegenwoordig gebruiken microbiologen nog steeds Gram-kleuring om het type bacterie te identificeren. Het is belangrijk op te merken dat zowel grampositieve als gramnegatieve bacteriën peptidoglycanen hebben, maar een extra buitenmembraan voorkomt de kleuring van gramnegatieve bacteriën.

Gram-positieve bacteriën hebben dikke celwanden gemaakt van lagen peptidoglycanen. Gram-positieve bacteriën hebben één plasmamembraan omgeven door deze celwand. Gram-negatieve bacteriën hebben echter dunne celwanden van peptidoglycanen die niet voldoende zijn om ze te beschermen.

Dit is de reden waarom gramnegatieve bacteriën een extra laag hebben lipopolysachariden (LPS) die dienen als een endotoxine. Gram-negatieve bacteriën hebben een binnen- en buitenplasmamembraan en de dunne celwanden bevinden zich tussen de membranen.

De verschillen tussen menselijke en bacteriële cellen maken het mogelijk om antibiotica in uw lichaam zonder al uw cellen te doden. Omdat mensen geen celwanden hebben, kunnen medicijnen zoals antibiotica zich richten op celwanden in bacteriën. De samenstelling van de celwand speelt een rol bij de werking van sommige antibiotica.

Penicilline, een veelgebruikt bètalactam-antibioticum, kan bijvoorbeeld het enzym beïnvloeden dat de verbindingen vormt tussen peptidoglycaanstrengen in bacteriën. Dit helpt de beschermende celwand te vernietigen en voorkomt dat de bacteriën groeien. Helaas kunnen antibiotica zowel nuttige als schadelijke bacteriën in het lichaam doden.

Een andere groep antibiotica, glycopeptiden genaamd, richt zich op de synthese van celwanden door de vorming van peptidoglycanen te stoppen. Voorbeelden van glycopeptide-antibiotica zijn vancomycine en teicoplanine.

Antibioticaresistentie treedt op wanneer bacteriën veranderen, waardoor de medicijnen minder effectief zijn. Omdat de resistente bacteriën overleven, kunnen ze zich voortplanten en vermenigvuldigen. Bacteriën worden resistent tegen antibiotica op verschillende manieren.

Ze kunnen bijvoorbeeld hun celwanden veranderen. Ze kunnen het antibioticum uit hun cellen verwijderen, of ze kunnen genetische informatie delen, waaronder resistentie tegen de medicijnen.

Een manier waarop sommige bacteriën bèta-lactam-antibiotica zoals penicilline weerstaan, is door een enzym aan te maken dat bèta-lactamase wordt genoemd. Het enzym valt de bèta-lactamring aan, die een kernbestanddeel van het medicijn is, en bestaat uit koolstof, waterstof, stikstof en zuurstof. Geneesmiddelenfabrikanten proberen deze resistentie echter te voorkomen door bètalactamaseremmers toe te voegen.

Celwanden bieden bescherming, ondersteuning en structurele hulp voor planten, algen, schimmels en bacteriën. Hoewel er grote verschillen zijn tussen de celwanden van prokaryoten en eukaryoten, hebben de meeste organismen hun celwanden buiten de plasmamembranen.

Een andere overeenkomst is dat de meeste celwanden stijfheid en sterkte bieden die de cellen helpen hun vorm te behouden. Bescherming tegen ziekteverwekkers of predatoren is ook iets dat veel celwanden van verschillende organismen gemeen hebben. Veel organismen hebben celwanden die zijn opgebouwd uit eiwitten en suikers.

Het begrijpen van de celwanden van prokaryoten en eukaryoten kan mensen op verschillende manieren helpen. Van betere medicijnen tot sterkere gewassen, meer leren over de celwand biedt veel potentiële voordelen.