Клеточная стенка: определение, структура и функции (со схемой)

Стенка клетки является дополнительным слоем защиты поверх клеточная мембрана. Вы можете найти клеточные стенки в обоих прокариоты и эукариоты, и они наиболее часто встречаются в растениях, водорослях, грибах и бактериях.

Однако у животных и простейших нет такого строения. Стенки клеток, как правило, представляют собой жесткие структуры, которые помогают поддерживать форму клетки.

Клеточная стенка выполняет несколько функций, включая поддержание структуры и формы клетки. Стенка жесткая, поэтому защищает ячейку и ее содержимое.

Например, клеточная стенка может препятствовать проникновению патогенов, таких как вирусы растений. В дополнение к механической опоре стенка действует как каркас, который может предотвратить слишком быстрое расширение или рост клетки. Белки, волокна целлюлозы, полисахариды и другие структурные компоненты помогают стенке сохранять форму клетки.

Клеточная стенка также играет важную роль в транспорте. Поскольку стена - это полупроницаемая мембрана

Кроме того, полупроницаемая мембрана помогает общаться между клетками, позволяя сигнальным молекулам проходить через поры.

Стенка растительной клетки состоит в основном из углеводов, таких как пектины, целлюлоза и гемицеллюлоза. Он также содержит структурные белки в меньших количествах и некоторые минералы, такие как кремний. Все эти компоненты являются жизненно важными частями клеточной стенки.

Клетчатка - это сложный углевод, состоящий из тысяч мономеры глюкозы которые образуют длинные цепи. Эти цепочки соединяются и образуют целлюлозу. микрофибриллы, которые имеют диаметр несколько нанометров. Микрофибриллы помогают контролировать рост клетки, ограничивая или разрешая ее разрастание.

Одна из основных причин наличия стенки в растительной клетке заключается в том, что она может выдерживать тургорное давление, и именно здесь целлюлоза играет решающую роль. Тургорное давление - это сила, создаваемая внутренним выталкиванием клетки. Микрофибриллы целлюлозы образуют матрицу с белками, гемицеллюлозами и пектинами, обеспечивая прочный каркас, способный противостоять тургорному давлению.

И гемицеллюлозы, и пектины представляют собой разветвленные полисахариды. Гемицеллюлозы имеют водородные связи, соединяющие их с микрофибриллами целлюлозы, в то время как пектины улавливают молекулы воды, образуя гель. Гемицеллюлозы увеличивают прочность матрицы, а пектины помогают предотвратить сжатие.

Белки клеточной стенки выполняют разные функции. Некоторые из них обеспечивают структурную поддержку. Другие представляют собой ферменты, которые представляют собой тип белка, который может ускорять химические реакции.

В ферменты помогают формированию и нормальным изменениям, которые происходят для поддержания клеточной стенки растения. Они также участвуют в созревании плодов и изменении цвета листьев.

Если вы когда-либо делали себе варенье или желе, значит, вы видели такие же виды пектины обнаруживается в клеточных стенках в действии. Пектин - это ингредиент, который добавляют в густые фруктовые соки. Они часто используют пектины, которые естественным образом содержатся в яблоках или ягодах, для приготовления джемов или желе.

•••Наука

Стенки растительных клеток представляют собой трехслойные структуры с средняя пластина, первичная клеточная стенка а также вторичная клеточная стенка. Средняя ламелла является самым внешним слоем и помогает в межклеточных соединениях, удерживая при этом соседние клетки вместе (другими словами, она находится между клеточными стенками двух клеток и удерживает их вместе; поэтому его называют средней пластиной, хотя это самый внешний слой).

Средняя пластина действует как клей или цемент для клетки растений потому что он содержит пектины. В течение деление клеток, средняя пластинка образуется первой.

Первичная клеточная стенка развивается по мере роста клетки, поэтому она обычно тонкая и гибкая. Он образуется между средней пластиной и плазматическая мембрана.

Он состоит из микрофибрилл целлюлозы с гемицеллюлозами и пектинами. Этот слой позволяет клетке расти с течением времени, но не слишком ограничивает рост клетки.

Вторичная клеточная стенка толще и жестче, поэтому она обеспечивает большую защиту растения. Он существует между первичной клеточной стенкой и плазматической мембраной. Часто первичная клеточная стенка фактически помогает создать эту вторичную стенку после того, как клетка завершает рост.

Вторичные клеточные стенки состоят из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнин. Лигнин - это полимер ароматического спирта, который обеспечивает дополнительную поддержку растения. Он помогает защитить растение от нападений насекомых или болезнетворных микроорганизмов. Лигнин также помогает переносить воду в клетках.

Если сравнить состав и толщину первичных и вторичных клеточных стенок растений, легко увидеть различия.

Во-первых, первичные стенки содержат равное количество целлюлозы, пектинов и гемицеллюлоз. Однако вторичные клеточные стенки не содержат пектина и содержат больше целлюлозы. Во-вторых, микрофибриллы целлюлозы в стенках первичных клеток выглядят случайными, но они организованы во вторичные стенки.

Хотя ученые открыли многие аспекты функционирования клеточных стенок растений, некоторые области все еще нуждаются в дополнительных исследованиях.

Например, они все еще узнают больше о фактических гены участвует в биосинтезе клеточной стенки. По оценкам исследователей, в этом процессе принимают участие около 2000 генов. Еще одна важная область исследования - это то, как генная регуляция работает в клетках растений и как она влияет на стенки.

Как и у растений, клеточные стенки грибов состоят из углеводов. Однако пока грибы есть клетки с хитин и другие углеводы, в отличие от растений, они не содержат целлюлозы.

В их клеточных стенках также есть:

• Ферменты
• Глюканы
• Пигменты
• Воски 
• Прочие вещества 

Важно отметить, что не у всех грибов есть клеточные стенки, но у многих из них они есть. У грибов клеточная стенка находится за пределами плазматической мембраны. Хитин составляет большую часть клеточной стенки, и это тот же материал, который дает насекомым их сильную экзоскелеты.

Как правило, грибы с клеточными стенками имеют три слоя: хитин, глюканы и белки.

Как самый внутренний слой, хитин волокнистый и состоит из полисахаридов. Это помогает сделать стенки клеток грибов жесткими и прочными. Далее идет слой глюканов, которые представляют собой полимеры глюкозы, сшивающиеся с хитином. Глюканы также помогают грибам поддерживать жесткость клеточной стенки.

Наконец, есть слой белков, называемый маннопротеины или же маннаны, которые имеют высокий уровень маннозный сахар. В клеточной стенке также есть ферменты и структурные белки.

Различные компоненты клеточной стенки грибка могут служить разным целям. Например, ферменты могут помочь в переваривании органических материалов, в то время как другие белки могут помочь в адгезии в окружающей среде.

Стенки клеток в водоросли состоят из полисахаридов, таких как целлюлоза, или гликопротеинов. У некоторых водорослей в клеточных стенках есть как полисахариды, так и гликопротеины. Кроме того, клеточные стенки водорослей содержат маннаны, ксиланы, альгиновую кислоту и сульфированные полисахариды. Клеточные стенки у разных типов водорослей могут сильно различаться.

Маннаны - это белки, которые образуют микрофибриллы в некоторых зеленых и красных водорослях. Ксиланы представляют собой сложные полисахариды и иногда заменяют целлюлозу в водорослях. Альгиновая кислота - еще один тип полисахарида, который часто встречается в бурых водорослях. Однако большинство водорослей содержат сульфированные полисахариды.

Диатомовые водоросли - это водоросли, обитающие в воде и почве. Они уникальны тем, что их клеточные стенки сделаны из кремнезема. Исследователи все еще исследуют, как диатомеи образуют их клеточные стенки и какие белки составляют этот процесс.

Тем не менее, они определили, что диатомовые водоросли образуют свои богатые минералами стенки внутри и перемещают их за пределы клетки. Этот процесс, называемый экзоцитоз, является сложным и включает в себя несколько белков.

В стенке бактериальной клетки есть пептидогликаны. Пептидогликан или Murein представляет собой уникальную молекулу, состоящую из сахаров и аминокислот в сетчатом слое, которая помогает клетке сохранять свою форму и структуру.

Клеточная стенка у бактерий существует вне плазматической мембраны. Стена не только помогает сконфигурировать форму ячейки, но также помогает предотвратить разрыв ячейки и разлив всего ее содержимого.

В общем, вы можете разделить бактерии на грамположительные или грамотрицательные категории, и каждый тип имеет немного отличающуюся клеточную стенку. Грамположительные бактерии могут окрашиваться в синий или фиолетовый цвет во время теста на окрашивание по Граму, в котором красители вступают в реакцию с пептидогликанами в клеточной стенке.

С другой стороны, грамотрицательные бактерии не могут быть окрашены в синий или фиолетовый цвет с помощью этого типа теста. Сегодня микробиологи все еще используют окраску по Граму для определения типа бактерий. Важно отметить, что как грамположительные, так и грамотрицательные бактерии имеют пептидогликаны, но дополнительная внешняя мембрана предотвращает окрашивание грамотрицательных бактерий.

У грамположительных бактерий толстые клеточные стенки, состоящие из слоев пептидогликанов. У грамположительных бактерий одна плазматическая мембрана окружена этой клеточной стенкой. Однако грамотрицательные бактерии имеют тонкие клеточные стенки пептидогликанов, которых недостаточно для их защиты.

Вот почему грамотрицательные бактерии имеют дополнительный слой липополисахариды (LPS), которые служат эндотоксин. Грамотрицательные бактерии имеют внутреннюю и внешнюю плазматическую мембрану, а тонкие клеточные стенки находятся между мембранами.

Различия между человеческими и бактериальными клетками позволяют использовать антибиотики в вашем теле, не убивая все ваши клетки. Поскольку у людей нет клеточных стенок, лекарства, такие как антибиотики, могут воздействовать на клеточные стенки бактерий. Состав клеточной стенки играет роль в том, как действуют некоторые антибиотики.

Например, пенициллин, распространенный бета-лактамный антибиотик, может влиять на фермент, который образует связи между цепями пептидогликана в бактериях. Это помогает разрушить защитную клеточную стенку и остановить рост бактерий. К сожалению, антибиотики убивают как полезные, так и вредные бактерии в организме.

Другая группа антибиотиков, называемых гликопептидами, нацелена на синтез клеточных стенок, останавливая образование пептидогликанов. Примеры гликопептидных антибиотиков включают ванкомицин и тейкопланин.

Устойчивость к антибиотикам возникает при изменении бактерий, что снижает эффективность лекарств. Поскольку устойчивые бактерии выживают, они могут воспроизводиться и размножаться. Бактерии становятся устойчив к антибиотикам по-разному.

Например, они могут изменить свои клеточные стенки. Они могут вывести антибиотик из своих клеток или поделиться генетической информацией, включая устойчивость к лекарствам.

Один из способов, которым некоторые бактерии сопротивляются бета-лактамным антибиотикам, таким как пенициллин, - это вырабатывать фермент, называемый бета-лактамазой. Фермент атакует бета-лактамное кольцо, которое является основным компонентом препарата и состоит из углерода, водорода, азота и кислорода. Однако производители лекарств пытаются предотвратить эту резистентность, добавляя ингибиторы бета-лактамаз.

Клеточные стенки обеспечивают защиту, поддержку и структурную помощь растениям, водорослям, грибам и бактериям. Хотя существуют большие различия между клеточными стенками прокариот и эукариот, у большинства организмов клеточные стенки находятся вне плазматических мембран.

Еще одно сходство заключается в том, что большинство клеточных стенок обеспечивают жесткость и прочность, которые помогают клеткам сохранять свою форму. Защита от болезнетворных микроорганизмов или хищников - это также нечто общее для многих клеточных стенок разных организмов. У многих организмов клеточные стенки состоят из белков и сахаров.

Понимание клеточных стенок прокариот и эукариот может помочь людям разными способами. От более эффективных лекарств до более сильных культур - изучение клеточной стенки дает много потенциальных преимуществ.