Celična stena: opredelitev, zgradba in funkcija (z diagramom)

Celična stena je dodatna zaščitna plast na vrhu celična membrana. V obeh najdete celične stene prokarionti in evkarionti, najpogostejši pa so pri rastlinah, algah, glivah in bakterijah.

Vendar živali in praživali nimajo tovrstne zgradbe. Celične stene so ponavadi toge strukture, ki pomagajo ohranjati obliko celice.

Celična stena ima več funkcij, vključno z vzdrževanjem celične strukture in oblike. Stena je toga, zato ščiti celico in njeno vsebino.

Na primer, celična stena lahko prepreči vstop patogenom, kot so rastlinski virusi. Poleg mehanske opore deluje stena kot ogrodje, ki lahko prepreči prehitro širjenje ali rast celice. Beljakovine, celulozna vlakna, polisaharidi in drugi strukturni sestavni deli pomagajo steni ohranjati obliko celice.

Tudi celična stena ima pomembno vlogo pri transportu. Ker je stena a polprepustna membrana, omogoča prehod nekaterih snovi, na primer beljakovin. To omogoča steni, da uravnava difuzijo v celici in nadzoruje, kaj vstopi ali zapusti.

Poleg tega polprepustna membrana pomaga komunikaciji med celicami, tako da signalnim molekulam prehaja skozi pore.

Rastlinsko celično steno sestavljajo predvsem ogljikovi hidrati, kot so pektini, celuloza in hemiceluloza. Ima tudi strukturne beljakovine v manjših količinah in nekatere minerale, kot je silicij. Vse te komponente so vitalni deli celične stene.

Celuloza je kompleksen ogljikov hidrat in je sestavljen iz tisoč monomeri glukoze ki tvorijo dolge verige. Te verige se združijo in tvorijo celulozo mikrofibrile, ki so premera več nanometrov. Mikrofibrile pomagajo nadzorovati rast celice tako, da omejijo ali dovolijo njeno širitev.

Eden glavnih razlogov za zid v rastlinski celici je ta, da lahko zdrži turgor tlakin tu ima celuloza ključno vlogo. Turgorjev tlak je sila, ki jo ustvari notranjost celice, ki potiska ven. Celulozne mikrofibrile tvorijo matriks z beljakovinami, hemicelulozami in pektini, da zagotovijo močan okvir, ki se lahko upira turgorjevemu pritisku.

Tako hemiceluloze kot pektini so razvejani polisaharidi. Hemiceluloze imajo vodikove vezi, ki jih povezujejo s celuloznimi mikrofibrilami, medtem ko pektini ujamejo molekule vode in ustvarijo gel. Hemiceluloze povečajo trdnost matriksa, pektini pa pomagajo preprečiti stiskanje.

Beljakovine v celični steni imajo različne funkcije. Nekateri nudijo strukturno podporo. Drugi so encimi, ki so vrsta beljakovin, ki lahko pospešijo kemične reakcije.

The encimi pomagajo pri tvorbi in normalnih spremembah, ki se pojavijo za vzdrževanje rastlinske celične stene. Prav tako igrajo vlogo pri zorenju plodov in spremembi barve listov.

Če ste kdaj naredili svojo marmelado ali žele, ste videli iste vrste pektini najdemo v celičnih stenah v akciji. Pektin je sestavina, ki jo kuharji dodajo zgoščenim sadnim sokom. Za pripravo marmelad ali želejev pogosto uporabljajo pektine, ki jih naravno najdemo v jabolkih ali jagodah.

•••Učenje

Rastlinske celične stene so troslojne strukture z a srednja lamela, primarna celična stena in sekundarna celična stena. Srednja lamela je najbolj zunanja plast in pomaga pri stikih med celicami, medtem ko drži sosednje celice skupaj (z drugimi besedami, sedi med celicami in drži celice dveh celic; zato se imenuje srednja lamela, čeprav je najbolj zunanja plast).

Srednja lamela deluje kot lepilo ali cement za rastlinske celice ker vsebuje pektine. Med delitev celic, prva nastane srednja lamela.

Primarna celična stena se razvije, ko celica raste, zato je ponavadi tanka in prožna. Nastane med srednjo lamelo in plazemska membrana.

Sestavljen je iz celuloznih mikrofibrilov s hemicelulozami in pektini. Ta plast omogoča celici, da raste skozi čas, vendar ne omejuje pretirano rasti celice.

Sekundarna celična stena je debelejša in bolj toga, zato rastlini zagotavlja večjo zaščito. Obstaja med primarno celično steno in plazemsko membrano. Pogosto primarna celična stena dejansko pomaga ustvariti to sekundarno steno po končani rasti celice.

Sekundarne celične stene so sestavljene iz celuloze, hemiceluloz in lignin. Lignin je polimer aromatičnega alkohola, ki daje dodatno podporo rastlini. Pomaga zaščititi rastlino pred napadi žuželk ali patogenov. Lignin pomaga tudi pri prenosu vode v celicah.

Ko primerjamo sestavo in debelino primarnih in sekundarnih celičnih sten v rastlinah, je enostavno videti razlike.

Prvič, primarne stene imajo enake količine celuloze, pektinov in hemiceluloz. Vendar sekundarne celične stene nimajo pektina in imajo več celuloze. Drugič, celulozne mikrofibrile v primarnih celičnih stenah so videti naključno, vendar so organizirane v sekundarnih stenah.

Čeprav so znanstveniki odkrili številne vidike delovanja celičnih sten v rastlinah, nekatera področja še vedno potrebujejo več raziskav.

Na primer, še vedno se učijo več o dejanskem geni sodeluje pri biosintezi celične stene. Raziskovalci ocenjujejo, da v procesu sodeluje približno 2000 genov. Drugo pomembno področje preučevanja je delovanje genske regulacije v rastlinskih celicah in vpliv na steno.

Podobno kot pri rastlinah so celične stene gliv sestavljene iz ogljikovih hidratov. Vendar, medtem ko glive imajo celice z hitin in drugih ogljikovih hidratov nimajo celuloze kot rastline.

Njihove celične stene imajo tudi:

• Encimi
• Glukani
• Pigmenti
• Voski 
• Druge snovi 

Pomembno je omeniti, da nimajo vse glive celičnih sten, vendar jih ima veliko. Pri glivah celična stena stoji zunaj plazemske membrane. Hitin tvori večino celične stene in je isti material, ki daje žuželkam močno moč eksoskeleti.

Na splošno imajo glive s celičnimi stenami tri plasti: hitin, glukani in beljakovine.

Kot najbolj notranji sloj je hitin vlaknat in je sestavljen iz polisaharidov. Pomaga narediti celične stene gliv toge in močne. Nato je plast glukanov, ki so polimeri glukoze, zamrežena s hitinom. Glukani glivam pomagajo tudi pri ohranjanju togosti celičnih sten.

Končno obstaja plast beljakovin, imenovana manoproteini ali mannani, ki imajo visoko raven manozni sladkor. Celična stena ima tudi encime in strukturne beljakovine.

Različne komponente glivične celične stene lahko služijo različnim namenom. Na primer, encimi lahko pomagajo pri prebavi organskih snovi, medtem ko lahko drugi proteini pomagajo pri oprijemu v okolju.

Celične stene v alg so sestavljeni iz polisaharidov, kot so celuloza ali glikoproteini. Nekatere alge imajo v celičnih stenah polisaharide in glikoproteine. Poleg tega imajo celične stene alg še monane, ksilane, alginsko kislino in sulfonirane polisaharide. Celične stene med različnimi vrstami alg se lahko zelo razlikujejo.

Manani so beljakovine, ki tvorijo mikrofibrile v nekaterih zelenih in rdečih algah. Ksilani so kompleksni polisaharidi in včasih nadomestijo celulozo v algah. Alginska kislina je še ena vrsta polisaharidov, ki jo pogosto najdemo v rjavih algah. Vendar ima večina alg sulfonirane polisaharide.

Diatomeji so vrsta alg, ki živijo v vodi in tleh. Edinstveni so, ker so njihove celične stene izdelane iz kremena. Raziskovalci še vedno preiskujejo, kako diatomejev tvorijo njihove celične stene in katere beljakovine tvorijo postopek.

Kljub temu so ugotovili, da diatomeji znotraj tvorijo njihove z minerali bogate stene in jih premikajo zunaj celice. Ta postopek, imenovan eksocitoza, je zapleten in vključuje več beljakovin.

Bakterijska celična stena vsebuje peptidoglikane. Peptidoglikan oz murein je edinstvena molekula, ki je sestavljena iz sladkorjev in aminokislin v mrežasti plasti in pomaga celici, da ohrani svojo obliko in strukturo.

Celična stena bakterij obstaja zunaj plazemske membrane. Stena ne le pomaga pri konfiguraciji oblike celice, temveč tudi preprečuje, da bi celica počila in razlila vso vsebino.

Na splošno lahko bakterije razdelite na gram pozitivne ali gram negativne kategorije in vsaka vrsta ima nekoliko drugačno celično steno. Gram-pozitivne bakterije lahko obarvajo modro ali vijolično med testom po Gramu, ki z barvili reagira s peptidoglikani v celični steni.

Po drugi strani pa pri tej vrsti testa gramnegativne bakterije ni mogoče obarvati modro ali vijolično. Danes mikrobiologi še vedno uporabljajo barvanje po Gramu za prepoznavanje vrste bakterij. Pomembno je omeniti, da imajo tako pozitivne kot gram negativne bakterije peptidoglikane, vendar dodatna zunanja membrana preprečuje obarvanje gramnegativnih bakterij.

Gram-pozitivne bakterije imajo debele celične stene, narejene iz plasti peptidoglikanov. Gram-pozitivne bakterije imajo eno plazemsko membrano, obdano s to celično steno. Vendar imajo gramnegativne bakterije tanke celične stene peptidoglikanov, ki pa niso dovolj za njihovo zaščito.

Zato imajo gram negativne bakterije dodatno plast lipopolisaharidi (LPS), ki služijo kot endotoksin. Gram negativne bakterije imajo notranjo in zunanjo plazemsko membrano, tanke celične stene pa so med membrano.

Razlike med človeškimi in bakterijskimi celicami omogočajo uporabo antibiotiki v telesu, ne da bi pri tem ubil vse vaše celice. Ker ljudje nimajo celičnih sten, lahko zdravila, kot so antibiotiki, ciljajo na celične stene v bakterijah. Sestava celične stene ima vlogo pri delovanju nekaterih antibiotikov.

Na primer, penicilin, pogost betalaktamski antibiotik, lahko vpliva na encim, ki tvori povezave med verigami peptidoglikana v bakterijah. To pomaga uničiti zaščitno celično steno in preprečuje rast bakterij. Na žalost lahko antibiotiki uničijo tako koristne kot škodljive bakterije v telesu.

Druga skupina antibiotikov, imenovana glikopeptidi, cilja na sintezo celičnih sten, tako da ustavi nastajanje peptidoglikanov. Primeri glikopeptidnih antibiotikov vključujejo vankomicin in teikoplanin.

Odpornost na antibiotike se zgodi, ko se bakterije spremenijo, zaradi česar so zdravila manj učinkovita. Ker odporne bakterije preživijo, se lahko razmnožujejo in razmnožujejo. Bakterije postanejo odporen na antibiotike na različne načine.

Lahko na primer spremenijo svoje celične stene. Antibiotik lahko premaknejo iz svojih celic ali pa si izmenjujejo genetske informacije, ki vključujejo odpornost na zdravila.

Nekatere bakterije se upirajo beta-laktamskim antibiotikom, kot je penicilin, tako da tvorijo encim, imenovan beta-laktamaza. Encim napada beta-laktamski obroč, ki je jedro sestavine zdravila in je sestavljen iz ogljika, vodika, dušika in kisika. Proizvajalci zdravil pa skušajo to odpornost preprečiti z dodajanjem zaviralcev beta-laktamaze.

Celične stene nudijo zaščito, podporo in strukturno pomoč rastlinam, algam, glivam in bakterijam. Čeprav obstajajo velike razlike med celičnimi stenami prokariontov in evkariontov, ima večina organizmov celične stene zunaj plazemskih membran.

Druga podobnost je, da večina celičnih sten zagotavlja togost in trdnost, ki celicam pomaga ohranjati obliko. Zaščita pred patogeni ali plenilci je tudi nekaj skupnega mnogim celičnim stenam med različnimi organizmi. Številni organizmi imajo celične stene, sestavljene iz beljakovin in sladkorjev.

Razumevanje celičnih sten prokariontov in evkariontov lahko ljudem pomaga na različne načine. Od boljših zdravil do močnejših pridelkov, spoznavanje celične stene ponuja veliko potencialnih koristi.