Cellevegg: definisjon, struktur og funksjon (med diagram)

Celleveggen er et ekstra beskyttelseslag på toppen av cellemembran. Du kan finne cellevegger i begge prokaryoter og eukaryoter, og de er vanligst hos planter, alger, sopp og bakterier.

Imidlertid har ikke dyr og protozoer denne typen struktur. Cellevegger har en tendens til å være stive strukturer som hjelper til med å opprettholde celleformen.

Celleveggen har flere funksjoner, inkludert vedlikehold av cellestruktur og form. Veggen er stiv, så den beskytter cellen og dens innhold.

For eksempel kan celleveggen hindre at patogener som plantevirus kommer inn. I tillegg til den mekaniske støtten fungerer veggen som et rammeverk som kan forhindre at cellen ekspanderer eller vokser for raskt. Proteiner, cellulosefibre, polysakkarider og andre strukturelle komponenter hjelper veggen til å opprettholde celleformen.

Celleveggen spiller også en viktig rolle i transport. Siden veggen er en semi-permeabel membran, det tillater visse stoffer å passere gjennom, for eksempel proteiner. Dette gjør at veggen kan regulere diffusjon i cellen og kontrollere hva som kommer inn eller ut.

I tillegg hjelper den semi-permeable membranen kommunikasjon mellom celler ved å tillate signalmolekyler å passere gjennom porene.

En plantecellevegg består hovedsakelig av karbohydrater, som pektiner, cellulose og hemicellulose. Den har også strukturelle proteiner i mindre mengder og noen mineraler som silisium. Alle disse komponentene er viktige deler av celleveggen.

Cellulose er et komplekst karbohydrat og består av tusenvis av glukose monomerer som danner lange kjeder. Disse kjedene kommer sammen og danner cellulose mikrofibriller, som har flere nanometer i diameter. Mikrofibrillene hjelper til med å kontrollere celleveksten ved å begrense eller tillate utvidelse.

En av hovedårsakene til å ha en vegg i en plantecelle er at den tåler turgortrykk, og det er her cellulose spiller en avgjørende rolle. Turgortrykk er en kraft skapt av innsiden av cellen som skyver ut. Cellulosemikrofibriller danner en matrise med proteinene, hemicelluloser og pektiner for å gi den sterke rammen som kan motstå turgortrykk.

Både hemicelluloser og pektiner er forgrenede polysakkarider. Hemicelluloser har hydrogenbindinger som forbinder dem med cellulosemikrofibriller, mens pektiner fanger vannmolekyler for å lage en gel. Hemicelluloser øker styrken på matrisen, og pektiner hjelper til med å forhindre kompresjon.

Proteinene i celleveggen har forskjellige funksjoner. Noen av dem gir strukturell støtte. Andre er enzymer, som er en type protein som kan fremskynde kjemiske reaksjoner.

De enzymer hjelpe til med dannelsen av og normale modifikasjoner som oppstår for å opprettholde plantens cellevegg. De spiller også en rolle i modning av frukt og endring av bladfarge.

Hvis du noen gang har laget din egen syltetøy eller gelé, så har du sett de samme typene pektiner funnet i cellevegger i aksjon. Pektin er ingrediensen som kokker tilfører for å tykke fruktjuicer. De bruker ofte pektinene som naturlig finnes i epler eller bær for å lage syltetøy eller gelé.

•••Vitenskap

Plantecellevegger er tredelt strukturer med en midtre lamell, primær cellevegg og sekundær cellevegg. Den midterste lamellen er det ytterste laget og hjelper med celle-til-celle-kryss mens du holder tilstøtende celler sammen (med andre ord, den sitter mellom og holder sammen celleveggene i to celler; Dette er grunnen til at det kalles den midterste lamellen, selv om det er det ytterste laget).

Den midterste lamellen fungerer som lim eller sement for planteceller fordi den inneholder pektiner. I løpet av celledeling, er den midterste lamellen den første som dannes.

Den primære celleveggen utvikler seg når cellen vokser, så den har en tendens til å være tynn og fleksibel. Det dannes mellom den midterste lamellen og plasmamembran.

Den består av cellulosemikrofibriller med hemicelluloser og pektiner. Dette laget lar cellen vokse over tid, men begrenser ikke celleveksten for mye.

Den sekundære celleveggen er tykkere og stivere, så den gir mer beskyttelse for planten. Den eksisterer mellom den primære celleveggen og plasmamembranen. Ofte hjelper den primære celleveggen faktisk til å lage denne sekundære veggen etter at cellen er ferdig vokst.

Sekundære cellevegger består av cellulose, hemicelluloser og lignin. Lignin er en polymer av aromatisk alkohol som gir ekstra støtte for planten. Det hjelper med å beskytte planten mot angrep fra insekter eller patogener. Lignin hjelper også med vanntransport i cellene.

Når du sammenligner sammensetningen og tykkelsen på primære og sekundære cellevegger i planter, er det lett å se forskjellene.

For det første har primærvegger like store mengder cellulose, pektiner og hemicelluloser. Imidlertid har sekundære cellevegger ikke noe pektin og har mer cellulose. For det andre ser mikrofibrillene i cellulose i primære celler vegger ut tilfeldige, men de er organisert i sekundære vegger.

Selv om forskere har oppdaget mange aspekter av hvordan cellevegger fungerer i planter, trenger noen områder fortsatt mer forskning.

For eksempel lærer de fremdeles mer om det faktiske gener involvert i biosyntese av celleveggen. Forskere anslår at rundt 2000 gener deltar i prosessen. Et annet viktig studieområde er hvordan genregulering fungerer i plantecellene og hvordan den påvirker veggen.

I likhet med planter består celleveggene i sopp av karbohydrater. Imidlertid mens sopp har celler med kitin og andre karbohydrater, de har ikke cellulose slik planter har.

Celleveggene deres har også:

• Enzymer
• Glukaner
• Pigmenter
• Voks 
• Andre stoffer 

Det er viktig å merke seg at ikke alle sopp har cellevegger, men mange av dem har det. I sopp sitter celleveggen utenfor plasmamembranen. Kitin utgjør det meste av celleveggen, og det er det samme materialet som gir insekter deres sterke eksoskelett.

Generelt har sopp med cellevegger tre lag: kitin, glukaner og proteiner.

Som det innerste laget er kitin fibrøst og består av polysakkarider. Det bidrar til å gjøre soppcelleveggene stive og sterke. Deretter er det et lag glukaner, som er glukospolymerer, tverrbinding med kitin. Glukanene hjelper også soppene med å opprettholde stivheten i celleveggen.

Til slutt er det et lag med proteiner som kalles mannoproteiner eller mannans, som har et høyt nivå av mannose sukker. Celleveggen har også enzymer og strukturelle proteiner.

Ulike komponenter i soppcelleveggen kan tjene forskjellige formål. For eksempel kan enzymer hjelpe til med fordøyelsen av organiske materialer, mens andre proteiner kan hjelpe med vedheft i miljøet.

Celleveggene i alger består av polysakkarider, som cellulose, eller glykoproteiner. Noen alger har både polysakkarider og glykoproteiner i celleveggene. I tillegg har alge cellevegger mannaner, xylaner, alginsyre og sulfonerte polysakkarider. Celleveggene mellom forskjellige typer alger kan variere sterkt.

Mannaner er proteiner som lager mikrofibriller i noen grønne og røde alger. Xylaner er komplekse polysakkarider og erstatter noen ganger cellulose i alger. Algininsyre er en annen type polysakkarid som ofte finnes i brune alger. Imidlertid har de fleste alger sulfonerte polysakkarider.

Kiselalger er en type alger som lever i vann og jord. De er unike fordi celleveggene er laget av silisiumdioksyd. Forskere undersøker fortsatt hvordan kiselalger danne celleveggene og hvilke proteiner som utgjør prosessen.

Likevel har de bestemt at diatomer danner sine mineralrike vegger internt og beveger dem utenfor cellen. Denne prosessen, kalt eksocytose, er kompleks og involverer flere proteiner.

En bakteriell cellevegg har peptidoglykaner. Peptidoglycan eller murein er et unikt molekyl som består av sukker og aminosyrer i et nettinglag, og det hjelper cellen med å opprettholde sin form og struktur.

Celleveggen i bakterier eksisterer utenfor plasmamembranen. Ikke bare hjelper veggen med å konfigurere formen på cellen, men den hjelper også med å forhindre at cellen sprekker og søler alt innholdet.

Generelt kan du dele bakterier i gram-positive eller gram-negative kategorier, og hver type har en litt annen cellevegg. Grampositive bakterier kan flekke blått eller fiolett under en gramfargingstest, som bruker fargestoffer for å reagere med peptidoglykanene i celleveggen.

På den annen side kan ikke gramnegative bakterier farges blå eller fiolett med denne typen test. I dag bruker mikrobiologer fremdeles Gram-farging for å identifisere typen bakterier. Det er viktig å merke seg at både grampositive og gramnegative bakterier har peptidoglykaner, men en ekstra ytre membran forhindrer farging av gramnegative bakterier.

Grampositive bakterier har tykke cellevegger laget av lag av peptidoglykaner. Grampositive bakterier har en plasmamembran omgitt av denne celleveggen. Gramnegative bakterier har imidlertid tynne cellevegger av peptidoglykaner som ikke er nok til å beskytte dem.

Det er derfor gramnegative bakterier har et ekstra lag med lipopolysakkarider (LPS) som fungerer som en endotoksin. Gramnegative bakterier har en indre og ytre plasmamembran, og de tynne celleveggene er mellom membranene.

Forskjellene mellom menneskelige og bakterielle celler gjør det mulig å bruke antibiotika i kroppen din uten å drepe alle cellene dine. Siden folk ikke har cellevegger, kan medisiner som antibiotika målrette cellevegger i bakterier. Sammensetningen av celleveggen spiller en rolle i hvordan noen antibiotika fungerer.

For eksempel kan penicillin, et vanlig beta-laktamantibiotikum, påvirke enzymet som danner koblingene mellom peptidoglykanstrenger i bakterier. Dette bidrar til å ødelegge den beskyttende celleveggen og hindrer bakteriene i å vokse. Dessverre kan antibiotika drepe både nyttige og skadelige bakterier i kroppen.

En annen gruppe antibiotika kalt glykopeptider retter seg mot syntesen av cellevegger ved å stoppe dannelsen av peptidoglykaner. Eksempler på glykopeptidantibiotika inkluderer vankomycin og teikoplanin.

Antibiotikaresistens skjer når bakterier endres, noe som gjør medisinene mindre effektive. Siden de resistente bakteriene overlever, kan de reprodusere seg og formere seg. Bakterier blir motstandsdyktig mot antibiotika på forskjellige måter.

For eksempel kan de bytte cellevegger. De kan flytte antibiotika ut av cellene sine, eller de kan dele genetisk informasjon som inkluderer resistens mot medisinene.

En måte noen bakterier motstår beta-laktamantibiotika som penicillin, er å lage et enzym som kalles beta-laktamase. Enzymet angriper beta-laktamringen, som er en kjernekomponent i medikamentet, og består av karbon, hydrogen, nitrogen og oksygen. Imidlertid prøver legemiddelprodusenter å forhindre denne motstanden ved å tilsette beta-laktamasehemmere.

Cellevegger gir beskyttelse, støtte og strukturell hjelp til planter, alger, sopp og bakterier. Selv om det er store forskjeller mellom celleveggene til prokaryoter og eukaryoter, har de fleste organismer sine cellevegger utenfor plasmamembranene.

En annen likhet er at de fleste cellevegger gir stivhet og styrke som hjelper cellene med å opprettholde formen. Beskyttelse mot patogener eller rovdyr er også noe som mange cellevegger blant forskjellige organismer har til felles. Mange organismer har cellevegger som består av proteiner og sukker.

Å forstå celleveggene til prokaryoter og eukaryoter kan hjelpe mennesker på en rekke måter. Fra bedre medisiner til sterkere avlinger, lærer du mer om celleveggen mange potensielle fordeler.