Ściana komórkowa: definicja, struktura i funkcja (z diagramem)

Ściana komórkowa stanowi dodatkową warstwę ochronną na wierzchu Błona komórkowa. W obu można znaleźć ściany komórkowe prokarionty i eukarionty, a najczęściej występują w roślinach, algach, grzybach i bakteriach.

Jednak zwierzęta i pierwotniaki nie mają tego typu struktury. Ściany komórkowe wydają się być sztywnymi strukturami, które pomagają zachować kształt komórki.

Ściana komórkowa pełni kilka funkcji, w tym utrzymanie struktury i kształtu komórki. Ściana jest sztywna, dzięki czemu chroni komórkę i jej zawartość.

Na przykład ściana komórkowa może zapobiegać przedostawaniu się patogenów, takich jak wirusy roślinne. Oprócz wsparcia mechanicznego ściana działa jak szkielet, który może zapobiegać zbyt szybkiemu rozszerzaniu się lub wzrostowi komórki. Białka, włókna celulozowe, polisacharydy i inne składniki strukturalne pomagają ścianie zachować kształt komórki.

Ściana komórkowa odgrywa również ważną rolę w transporcie. Ponieważ ściana jest membrana półprzepuszczalna

Ponadto półprzepuszczalna błona pomaga w komunikacji między komórkami, umożliwiając cząsteczkom sygnałowym przechodzenie przez pory.

Ściana komórkowa roślin składa się głównie z węglowodanów, takich jak pektyny, celuloza i hemiceluloza. Zawiera również białka strukturalne w mniejszych ilościach oraz niektóre minerały, takie jak krzem. Wszystkie te składniki są istotnymi częściami ściany komórkowej.

Celuloza jest węglowodanem złożonym i składa się z tysięcy monomery glukozy które tworzą długie łańcuchy. Te łańcuchy łączą się i tworzą celulozę mikrofibryle, które mają średnicę kilku nanometrów. Mikrowłókna pomagają kontrolować wzrost komórki, ograniczając lub umożliwiając jej ekspansję.

Jednym z głównych powodów posiadania ściany w komórce roślinnej jest to, że może ona wytrzymać ciśnienie turgoru, i tutaj celuloza odgrywa kluczową rolę. Ciśnienie Turgora to siła wytworzona przez wypychanie wnętrza komórki. Mikrowłókna celulozy tworzą macierz z białkami, hemicelulozami i pektynami, aby zapewnić mocną strukturę, która jest odporna na ciśnienie turgorowe.

Zarówno hemicelulozy, jak i pektyny są rozgałęzionymi polisacharydami. Hemicelulozy mają wiązania wodorowe łączące je z mikrofibrylami celulozy, podczas gdy pektyny zatrzymują cząsteczki wody, tworząc żel. Hemicelulozy zwiększają wytrzymałość matrycy, a pektyny zapobiegają kompresji.

Białka w ścianie komórkowej pełnią różne funkcje. Niektóre z nich zapewniają wsparcie strukturalne. Inne to enzymy, które są rodzajem białka, które może przyspieszyć reakcje chemiczne.

enzymy pomagają w tworzeniu i normalnych modyfikacjach, które zachodzą w celu utrzymania ściany komórkowej rośliny. Odgrywają również rolę w dojrzewaniu owoców i zmianie koloru liści.

Jeśli kiedykolwiek robiłeś własny dżem lub galaretkę, to widziałeś te same rodzaje pektyny znalezione w ścianach komórkowych w akcji. Pektyna to składnik, który kucharze dodają do zagęszczania soków owocowych. Często używają pektyn naturalnie występujących w jabłkach lub jagodach do robienia dżemów lub galaretek.

•••Nauka

Roślinne ściany komórkowe są strukturami trójwarstwowymi o blaszka środkowa, pierwotna ściana komórkowa i wtórna ściana komórkowa. Blaszka środkowa jest warstwą najbardziej zewnętrzną i pomaga w połączeniach między komórkami, jednocześnie utrzymując sąsiednie komórki razem (innymi słowy, znajduje się pomiędzy i utrzymuje razem ściany komórkowe dwóch komórek; dlatego nazywa się ją środkową blaszką, mimo że jest to warstwa najbardziej zewnętrzna).

Środkowa lamela działa jak klej lub cement do komórki roślinne ponieważ zawiera pektyny. W trakcie podział komórek, jako pierwsza tworzy się środkowa blaszka.

Pierwotna ściana komórkowa rozwija się, gdy komórka rośnie, więc wydaje się być cienka i elastyczna. Tworzy się pomiędzy blaszką środkową a błona plazmatyczna.

Składa się z mikrofibryli celulozowych z hemicelulozami i pektynami. Ta warstwa pozwala komórce rosnąć w czasie, ale nie ogranicza nadmiernie wzrostu komórki.

Druga ściana komórkowa jest grubsza i sztywniejsza, dzięki czemu zapewnia lepszą ochronę roślinie. Znajduje się między pierwotną ścianą komórkową a błoną komórkową. Często pierwotna ściana komórkowa faktycznie pomaga stworzyć tę wtórną ścianę po zakończeniu wzrostu komórki.

Wtórne ściany komórkowe składają się z celulozy, hemicelulozy i lignina. Lignina to polimer aromatycznego alkoholu, który stanowi dodatkowe wsparcie dla rośliny. Pomaga chronić roślinę przed atakami owadów lub patogenów. Lignina pomaga również w transporcie wody w komórkach.

Porównując skład i grubość pierwotnych i wtórnych ścian komórkowych roślin łatwo zauważyć różnice.

Po pierwsze, ściany pierwotne mają równe ilości celulozy, pektyn i hemicelulozy. Jednak wtórne ściany komórkowe nie zawierają pektyn i zawierają więcej celulozy. Po drugie, mikrowłókna celulozy w ścianach komórek pierwotnych wyglądają przypadkowo, ale są zorganizowane w ścianach wtórnych.

Chociaż naukowcy odkryli wiele aspektów funkcjonowania ścian komórkowych roślin, niektóre obszary nadal wymagają dalszych badań.

Na przykład wciąż uczą się więcej o rzeczywistych geny zaangażowany w biosyntezę ściany komórkowej. Naukowcy szacują, że w procesie tym bierze udział około 2000 genów. Innym ważnym obszarem badań jest działanie regulacji genów w komórkach roślinnych i ich wpływ na ścianę.

Podobnie jak rośliny, ściany komórkowe grzybów składają się z węglowodanów. Jednak gdy grzyby mieć komórki z chityna i inne węglowodany, nie zawierają błonnika jak rośliny.

Ich ściany komórkowe mają również:

• Enzymy
• Glukany
• Pigmenty
• Woski 
• Inne substancje 

Należy zauważyć, że nie wszystkie grzyby mają ściany komórkowe, ale wiele z nich ma. U grzybów ściana komórkowa znajduje się poza błoną plazmatyczną. Chityna stanowi większość ściany komórkowej i jest to ten sam materiał, który zapewnia owadom ich siłę egzoszkielety.

Generalnie grzyby ze ścianami komórkowymi mają trzy warstwy: chityna, glukany i białka.

Jako najbardziej wewnętrzna warstwa chityna jest włóknista i składa się z polisacharydów. Pomaga usztywnić i wzmocnić ściany komórkowe grzybów. Dalej znajduje się warstwa glukanów, czyli polimerów glukozy, sieciujących się chityną. Glukany pomagają również grzybom utrzymać sztywność ścian komórkowych.

Wreszcie istnieje warstwa białek zwana mannoproteiny lub mannany, które mają wysoki poziom cukier mannozowy. Ściana komórkowa zawiera również enzymy i białka strukturalne.

Różne składniki ściany komórkowej grzyba mogą służyć różnym celom. Na przykład enzymy mogą pomóc w trawieniu materiałów organicznych, podczas gdy inne białka mogą pomóc w adhezji w środowisku.

Ściany komórek w glony składają się z polisacharydów, takich jak celuloza lub glikoproteiny. Niektóre algi mają w swoich ścianach komórkowych zarówno polisacharydy, jak i glikoproteiny. Ponadto ściany komórkowe alg zawierają mannany, ksylany, kwas alginowy i sulfonowane polisacharydy. Ściany komórkowe różnych rodzajów glonów mogą się znacznie różnić.

Mannany to białka, które tworzą mikrofibryle w niektórych zielonych i czerwonych algach. Ksylany są złożonymi polisacharydami i czasami zastępują celulozę w algach. Kwas alginowy to inny rodzaj polisacharydu często spotykany w brązowych algach. Jednak większość glonów ma sulfonowane polisacharydy.

Okrzemki to rodzaj glonów żyjących w wodzie i glebie. Są wyjątkowe, ponieważ ich ściany komórkowe są wykonane z krzemionki. Naukowcy wciąż badają, w jaki sposób okrzemki tworzą ich ściany komórkowe i które białka składają się na ten proces.

Niemniej jednak ustalili, że okrzemki tworzą swoje bogate w minerały ściany wewnętrznie i przenoszą je na zewnątrz komórki. Ten proces, zwany egzocytoza, jest złożony i obejmuje wiele białek.

Ściana komórkowa bakterii zawiera peptydoglikany. Peptydoglikan lub murein to unikalna cząsteczka składająca się z cukrów i aminokwasów w warstwie siateczki, która pomaga komórce zachować jej kształt i strukturę.

Ściana komórkowa bakterii znajduje się poza błoną komórkową. Ściana nie tylko pomaga skonfigurować kształt komórki, ale także zapobiega pęknięciu komórki i rozlaniu całej jej zawartości.

Ogólnie rzecz biorąc, można podzielić bakterie na kategorie Gram-dodatnie lub Gram-ujemne, a każdy typ ma nieco inną ścianę komórkową. Bakterie Gram-dodatnie mogą barwić się na niebiesko lub fioletowo podczas testu barwienia metodą Grama, w którym barwniki reagują z peptydoglikanami w ścianie komórkowej.

Z drugiej strony bakterie Gram-ujemne nie mogą być zabarwione na niebiesko lub fioletowo za pomocą tego typu testu. Dziś mikrobiolodzy nadal stosują barwienie Grama do identyfikacji rodzaju bakterii. Należy zauważyć, że zarówno bakterie Gram-dodatnie, jak i Gram-ujemne mają peptydoglikany, ale dodatkowa błona zewnętrzna zapobiega barwieniu się bakterii Gram-ujemnych.

Bakterie Gram-dodatnie mają grube ściany komórkowe zbudowane z warstw peptydoglikanów. Bakterie Gram-dodatnie mają jedną błonę komórkową otoczoną tą ścianą komórkową. Jednak bakterie Gram-ujemne mają cienkie ściany komórkowe peptydoglikanów, które nie wystarczają do ich ochrony.

Dlatego bakterie Gram-ujemne mają dodatkową warstwę lipopolisacharydy (LPS), które służą jako endotoksyna. Bakterie Gram-ujemne mają wewnętrzną i zewnętrzną błonę plazmatyczną, a cienkie ściany komórkowe znajdują się pomiędzy błonami.

Różnice między komórkami ludzkimi i bakteryjnymi umożliwiają zastosowanie antybiotyki w twoim ciele bez zabijania wszystkich twoich komórek. Ponieważ ludzie nie mają ścian komórkowych, leki takie jak antybiotyki mogą atakować ściany komórkowe bakterii. Skład ściany komórkowej odgrywa rolę w działaniu niektórych antybiotyków.

Na przykład penicylina, powszechny antybiotyk beta-laktamowy, może wpływać na enzym, który tworzy połączenia między nićmi peptydoglikanu w bakteriach. Pomaga to zniszczyć ochronną ścianę komórkową i powstrzymuje rozwój bakterii. Niestety antybiotyki mogą zabijać w organizmie zarówno pomocne, jak i szkodliwe bakterie.

Inna grupa antybiotyków, zwana glikopeptydami, celuje w syntezę ścian komórkowych, powstrzymując tworzenie się peptydoglikanów. Przykłady antybiotyków glikopeptydowych obejmują wankomycynę i teikoplaninę.

Oporność na antybiotyki pojawia się, gdy zmieniają się bakterie, co sprawia, że ​​leki są mniej skuteczne. Ponieważ oporne bakterie przeżywają, mogą się rozmnażać i rozmnażać. Bakterie stają się odporny na antybiotyki na różne sposoby.

Na przykład mogą zmieniać ściany komórkowe. Mogą usuwać antybiotyk ze swoich komórek lub udostępniać informacje genetyczne, które obejmują oporność na leki.

Jednym ze sposobów, w jaki niektóre bakterie opierają się antybiotykom beta-laktamowym, takim jak penicylina, jest wytwarzanie enzymu zwanego beta-laktamazą. Enzym atakuje pierścień beta-laktamowy, który jest podstawowym składnikiem leku i składa się z węgla, wodoru, azotu i tlenu. Jednak producenci leków starają się zapobiegać tej oporności, dodając inhibitory beta-laktamazy.

Ściany komórkowe zapewniają ochronę, wsparcie i pomoc strukturalną dla roślin, alg, grzybów i bakterii. Chociaż istnieją duże różnice między ścianami komórkowymi prokariontów i eukariontów, większość organizmów ma swoje ściany komórkowe poza błonami plazmatycznymi.

Innym podobieństwem jest to, że większość ścian komórkowych zapewnia sztywność i wytrzymałość, które pomagają komórkom zachować ich kształt. Ochrona przed patogenami lub drapieżnikami jest również czymś, co łączy wiele ścian komórkowych różnych organizmów. Wiele organizmów ma ściany komórkowe zbudowane z białek i cukrów.

Zrozumienie ścian komórkowych prokariontów i eukariontów może pomóc ludziom na wiele sposobów. Od lepszych leków po silniejsze plony, poznanie ściany komórkowej oferuje wiele potencjalnych korzyści.