Bunková stena: definícia, štruktúra a funkcia (s diagramom)

Bunková stena je ďalšou vrstvou ochrany na vrchu bunková membrána. V oboch nájdete bunkové steny prokaryoty a eukaryoty, a sú najbežnejšie v rastlinách, riasach, hubách a baktériách.

Zvieratá a prvoky však tento typ štruktúry nemajú. Bunkové steny majú tendenciu byť pevnými štruktúrami, ktoré pomáhajú udržiavať tvar bunky.

Bunková stena má niekoľko funkcií, vrátane udržiavania bunkovej štruktúry a tvaru. Stena je tuhá, takže chráni bunku a jej obsah.

Napríklad bunková stena môže zabrániť vstupu patogénov, ako sú rastlinné vírusy. Okrem mechanickej podpery slúži stena ako rám, ktorý môže zabrániť príliš rýchlemu rozšíreniu alebo rastu bunky. Bielkoviny, celulózové vlákna, polysacharidy a ďalšie štruktúrne komponenty pomáhajú stene udržiavať tvar bunky.

Bunková stena hrá tiež dôležitú úlohu v doprave. Keďže stena je a polopriepustná membrána, umožňuje prechod určitých látok, napríklad bielkovín. To umožňuje stene regulovať difúziu v bunke a riadiť, čo vstupuje alebo odchádza.

Polopriepustná membrána navyše pomáha komunikácii medzi bunkami tým, že umožňuje signálnym molekulám prechádzať cez póry.

Rastlinná bunková stena pozostáva predovšetkým zo sacharidov, ako sú pektíny, celulóza a hemicelulóza. Má tiež štrukturálne bielkoviny v menšom množstve a niektoré minerály, napríklad kremík. Všetky tieto komponenty sú dôležitými súčasťami bunkovej steny.

Celulóza je komplexný sacharid a skladá sa z tisícov glukózové monoméry ktoré tvoria dlhé reťazce. Tieto reťazce sa spájajú a tvoria celulózu mikrofibrily, ktoré majú priemer niekoľko nanometrov. Mikrofibrily pomáhajú riadiť rast bunky obmedzením alebo povolením jej expanzie.

Jedným z hlavných dôvodov steny v rastlinnej bunke je to, že vydrží turgorový tlak, a práve tu hrá celulóza rozhodujúcu úlohu. Turgorový tlak je sila vytvorená vnútorným vytlačením bunky. Celulózové mikrofibrily tvoria matricu s proteínmi, hemicelulózami a pektínmi, ktoré poskytujú silnú štruktúru, ktorá odoláva tlaku.

Hemicelulózy aj pektíny sú rozvetvené polysacharidy. Hemicelulózy majú vodíkové väzby spájajúce ich s celulózovými mikrofibrilami, zatiaľ čo pektíny zachytávajú molekuly vody a vytvárajú gél. Hemicelulózy zvyšujú pevnosť matrice a pektíny pomáhajú predchádzať kompresii.

Proteíny v bunkovej stene slúžia rôznym funkciám. Niektoré z nich poskytujú štrukturálnu podporu. Ďalšími sú enzýmy, ktoré sú typom bielkovín, ktoré môžu urýchliť chemické reakcie.

The enzýmy napomáhajú tvorbe a normálnym modifikáciám, ktoré sa vyskytujú pri udržiavaní bunkovej steny rastliny. Zúčastňujú sa tiež na dozrievaní ovocia a zmene farby listov.

Ak ste si niekedy vyrábali vlastný džem alebo želé, potom ste videli rovnaké druhy pektíny nachádzajú sa v bunkových stenách v akcii. Pektín je prísada, ktorú kuchári pridávajú k zahusteniu ovocných štiav. Na výrobu džemov alebo želé často používajú pektíny, ktoré sa prirodzene nachádzajú v jablkách alebo bobuľovinách.

•••Vedenie

Bunkové steny rastlín sú trojvrstvové štruktúry s a stredná lamela, primárna bunková stena a sekundárna bunková stena. Stredná lamela je najvzdialenejšou vrstvou a pomáha pri prechode z bunky na bunku, pričom drží susedné bunky pohromade (inými slovami, sedí medzi bunkovými stenami dvoch buniek a drží ich pohromade; preto sa nazýva stredná lamela, aj keď je to najvzdialenejšia vrstva).

Stredná lamela pôsobí ako lepidlo alebo cement na rastlinné bunky pretože obsahuje pektíny. Počas bunkové delenie, sa ako prvá vytvorí stredná lamela.

Primárna bunková stena sa vyvíja, keď bunka rastie, takže býva tenká a pružná. Tvorí sa medzi strednou lamelou a plazmatická membrána.

Skladá sa z celulózových mikrofibríl s hemicelulózami a pektínmi. Táto vrstva umožňuje bunke rásť v priebehu času, ale príliš neobmedzuje jej rast.

Sekundárna bunková stena je hrubšia a tuhšia, takže poskytuje rastline väčšiu ochranu. Existuje medzi primárnou bunkovou stenou a plazmatickou membránou. Primárna bunková stena často často pomáha vytvoriť túto sekundárnu stenu po ukončení rastu bunky.

Sekundárne bunkové steny pozostávajú z celulózy, hemicelulóz a lignín. Lignin je polymér aromatického alkoholu, ktorý dodáva rastline ďalšiu podporu. Pomáha chrániť rastlinu pred útokmi hmyzu alebo patogénov. Lignín pomáha aj pri transporte vody v bunkách.

Keď porovnáte zloženie a hrúbku primárnych a sekundárnych bunkových stien v rastlinách, ľahko uvidíte rozdiely.

Po prvé, primárne steny obsahujú rovnaké množstvo celulózy, pektínov a hemicelulóz. Sekundárne bunkové steny však neobsahujú žiadny pektín a majú viac celulózy. Po druhé, celulózové mikrofibrily v stenách primárnych buniek vyzerajú náhodne, ale sú usporiadané v sekundárnych stenách.

Aj keď vedci objavili veľa aspektov fungovania bunkových stien v rastlinách, niektoré oblasti ešte potrebujú ďalší výskum.

Napríklad sa stále dozvedajú viac o skutočnosti gény podieľa sa na biosyntéze bunkovej steny. Vedci odhadujú, že sa na procese podieľa asi 2 000 génov. Ďalšou dôležitou oblasťou štúdia je to, ako funguje regulácia génov v rastlinných bunkách a ako ovplyvňuje steny.

Podobne ako rastliny, aj bunkové steny húb pozostávajú zo sacharidov. Avšak kým huby mať bunky s chitín a iné uhľohydráty, nemajú celulózu ako rastliny.

Ich bunkové steny majú tiež:

• Enzýmy
• Glukány
• Pigmenty
• Vosky 
• Ostatné látky 

Je dôležité si uvedomiť, že nie všetky huby majú bunkové steny, ale veľa z nich áno. V hubách bunková stena sedí mimo plazmatickej membrány. Chitín tvorí väčšinu bunkovej steny a je to rovnaký materiál, ktorý dodáva hmyzu jeho silu exoskeletony.

Spravidla majú plesne s bunkovými stenami tri vrstvy: chitín, glukány a bielkoviny.

Ako najvnútornejšia vrstva je chitín vláknitý a je tvorený polysacharidmi. Pomáha zvyšovať pevnosť a pevnosť bunkových stien húb. Ďalej je tu vrstva glukánov, čo sú glukózové polyméry, zosieťované chitínom. Glukány tiež pomáhajú hubám udržiavať tuhosť bunkovej steny.

Na záver existuje vrstva bielkovín, ktorá sa nazýva manoproteíny alebo mannans, ktoré majú vysokú úroveň manózový cukor. Bunková stena má tiež enzýmy a štrukturálne proteíny.

Rôzne komponenty bunkovej steny húb môžu slúžiť rôznym účelom. Napríklad enzýmy môžu pomôcť pri trávení organických materiálov, zatiaľ čo iné bielkoviny môžu pomôcť pri adhézii k životnému prostrediu.

Bunkové steny v riasy Skladajú sa z polysacharidov, ako je celulóza alebo glykoproteínov. Niektoré riasy majú vo svojich bunkových stenách polysacharidy aj glykoproteíny. Bunkové steny rias majú navyše manany, xylány, kyselinu algínovú a sulfonované polysacharidy. Bunkové steny medzi rôznymi druhmi rias sa môžu veľmi líšiť.

Mannany sú bielkoviny, ktoré vytvárajú mikrofibrily v niektorých zelených a červených riasach. Xylány sú komplexné polysacharidy a niekedy nahrádzajú celulózu v riasach. Kyselina algínová je ďalším typom polysacharidov, ktoré sa často vyskytujú v hnedých riasach. Väčšina rias však má sulfonované polysacharidy.

Diatómy sú druhom rias, ktoré žijú vo vode a pôde. Sú jedinečné, pretože ich bunkové steny sú vyrobené z oxidu kremičitého. Vedci stále skúmajú, ako na to rozsievky tvoria ich bunkové steny a ktoré proteíny tvoria tento proces.

Napriek tomu zistili, že rozsievky si vnútorne vytvárajú steny bohaté na minerály a pohybujú sa nimi mimo bunky. Tento proces tzv exocytóza, je zložitý a zahŕňa viac proteínov.

Bakteriálna bunková stena obsahuje peptidoglykány. Peptidoglykán alebo mureín je jedinečná molekula, ktorá sa skladá z cukrov a aminokyselín v sieťovej vrstve a pomáha bunke udržiavať jej tvar a štruktúru.

Bunková stena v baktériách existuje mimo plazmatickej membrány. Stena pomáha nielen konfigurovať tvar bunky, ale tiež pomáha zabrániť prasknutiu a rozliatiu celého obsahu bunky.

Všeobecne môžete baktérie rozdeliť do grampozitívnych alebo gramnegatívnych kategórií a každý typ má mierne odlišnú bunkovú stenu. Grampozitívne baktérie sa môžu počas testu farbenia podľa Grama sfarbiť na modro alebo fialovo, pričom na reagovanie s peptidoglykánmi v bunkovej stene sa používajú farbivá.

Na druhej strane, pri tomto type testu nemožno gramnegatívne baktérie zafarbiť na modro alebo fialovo. Mikrobiológovia dodnes používajú Gramovo farbenie na identifikáciu typu baktérií. Je dôležité si uvedomiť, že grampozitívne aj gramnegatívne baktérie majú peptidoglykány, ale vonkajšia membrána zabraňuje zafarbeniu gramnegatívnych baktérií.

Grampozitívne baktérie majú silné bunkové steny vyrobené z vrstiev peptidoglykánov. Grampozitívne baktérie majú jednu plazmatickú membránu obklopenú touto bunkovou stenou. Avšak gramnegatívne baktérie majú tenké bunkové steny peptidoglykánov, ktoré ich na ochranu nestačia.

To je dôvod, prečo majú gramnegatívne baktérie ďalšiu vrstvu lipopolysacharidy (LPS), ktoré slúžia ako endotoxín. Gramnegatívne baktérie majú vnútornú a vonkajšiu plazmatickú membránu a tenké bunkové steny sú medzi membránami.

Rozdiely medzi ľudskými a bakteriálnymi bunkami umožňujú použitie antibiotiká vo vašom tele bez toho, aby ste zabili všetky svoje bunky. Pretože ľudia nemajú bunkové steny, lieky ako antibiotiká môžu byť zamerané na bunkové steny baktérií. Zloženie bunkovej steny hrá úlohu v tom, ako fungujú niektoré antibiotiká.

Napríklad penicilín, bežné betalaktámové antibiotikum, môže ovplyvňovať enzým, ktorý vytvára väzby medzi peptidoglykánovými reťazcami v baktériách. To pomáha ničiť ochrannú bunkovú stenu a zastavuje množenie baktérií. Antibiotiká bohužiaľ môžu zabíjať užitočné aj škodlivé baktérie v tele.

Ďalšia skupina antibiotík nazývaná glykopeptidy sa zameriava na syntézu bunkových stien zastavením tvorby peptidoglykánov. Príklady glykopeptidových antibiotík zahŕňajú vankomycín a teikoplanín.

Antibiotická rezistencia nastáva pri zmene baktérií, čo spôsobuje, že lieky sú menej účinné. Pretože odolné baktérie prežijú, môžu sa množiť a množiť. Baktérie sa stávajú odolný voči antibiotikám rôznymi spôsobmi.

Môžu napríklad meniť svoje bunkové steny. Môžu presunúť antibiotikum zo svojich buniek alebo môžu zdieľať genetické informácie, ktoré zahŕňajú odolnosť voči týmto liekom.

Jedným zo spôsobov, ako niektoré baktérie odolávajú betalaktámovým antibiotikám, ako je penicilín, je výroba enzýmu nazývaného betalaktamáza. Enzým napáda beta-laktámový kruh, ktorý je hlavnou zložkou liečiva, a pozostáva z uhlíka, vodíka, dusíka a kyslíka. Výrobcovia liekov sa však snažia tejto rezistencii zabrániť pridaním inhibítorov beta-laktamázy.

Bunkové steny poskytujú ochranu, podporu a štrukturálnu pomoc pre rastliny, riasy, huby a baktérie. Aj keď existujú veľké rozdiely medzi bunkovými stenami prokaryotov a eukaryotov, väčšina organizmov má svoje bunkové steny mimo plazmatických membrán.

Ďalšou podobnosťou je, že väčšina bunkových stien poskytuje tuhosť a pevnosť, ktoré pomáhajú bunkám udržiavať svoj tvar. Ochrana pred patogénmi alebo predátormi je tiež niečo, čo má veľa bunkových stien medzi rôznymi organizmami spoločné. Mnoho organizmov má bunkové steny zložené z bielkovín a cukrov.

Pochopenie bunkových stien prokaryotov a eukaryotov môže ľuďom pomôcť rôznymi spôsobmi. Dozvedieť sa viac o bunkovej stene ponúka veľa potenciálnych výhod, od lepších liekov po silnejšie plodiny.