Зид ћелије: дефиниција, структура и функција (са дијаграмом)

Зид ћелије је додатни заштитни слој на врху ћелијске мембране. У оба можете пронаћи ћелијске зидове прокариоти и еукариоти, а најчешћи су код биљака, алги, гљивица и бактерија.

Међутим, животиње и праживотиње немају ову врсту структуре. Зидови ћелија имају тенденцију да буду круте структуре које помажу у одржавању облика ћелије.

Ћелијски зид има неколико функција, укључујући одржавање ћелијске структуре и облика. Зид је крут, па штити ћелију и њен садржај.

На пример, ћелијски зид може спречити улазак патогена попут биљних вируса. Поред механичке потпоре, зид делује као оквир који може спречити да се ћелија пребрзо прошири или расте. Протеини, целулозна влакна, полисахариди и друге структурне компоненте помажу зиду да одржи облик ћелије.

Ћелијски зид такође игра важну улогу у транспорту. Пошто је зид а полупропустљиву мембрану, омогућава пролазак одређених супстанци, попут протеина. Ово омогућава зиду да регулише дифузију у ћелији и контролише шта улази или излази.

Поред тога, полупропусна мембрана помаже комуникацији између ћелија омогућавајући сигналним молекулима да пролазе кроз поре.

Зид биљних ћелија састоји се првенствено од угљених хидрата, попут пектина, целулозе и хемицелулозе. Такође има структурне протеине у мањим количинама и неке минерале попут силицијума. Све ове компоненте су витални делови ћелијског зида.

Целулоза је сложени угљени хидрат и састоји се од хиљада мономери глукозе који чине дуге ланце. Ови ланци се спајају и формирају целулозу микрофибриле, који су пречника неколико нанометара. Микрофибриле помажу у контроли раста ћелије ограничавајући или дозвољавајући њено ширење.

Један од главних разлога постојања зида у биљној ћелији је тај што она може да издржи притисак тургора, и ту целулоза игра пресудну улогу. Тургоров притисак је сила коју ствара унутрашњост ћелије која се избацује. Целулозне микрофибриле чине матрицу са протеинима, хемицелулозама и пектинима како би обезбедиле снажан оквир који може да се одупре притиску тургора.

И хемицелулозе и пектини су разгранати полисахариди. Хемицелулозе имају водоничне везе које их повезују са целулозним микрофибрилима, док пектини заробљавају молекуле воде да би створили гел. Хемицелулозе повећавају чврстоћу матрице, а пектини помажу у спречавању компресије.

Протеини у ћелијском зиду имају различите функције. Неки од њих пружају структурну подршку. Други су ензими, који су врста протеина који могу убрзати хемијске реакције.

Тхе ензими помажу у формирању и нормалним модификацијама које се јављају ради одржавања ћелијског зида биљке. Такође играју улогу у сазревању плодова и променама боје лишћа.

Ако сте икада направили свој џем или желе, видели сте исте врсте пектини налазе се у ћелијским зидовима у акцији. Пектин је састојак који кувари додају за згушњавање воћних сокова. Често користе пектине који се природно налазе у јабукама или бобицама за прављење џемова или желеа.

•••Научити

Зидови биљних ћелија су трослојне структуре са а средња ламела, примарни ћелијски зид и секундарни ћелијски зид. Средња ламела је најудаљенији слој и помаже у спајању ћелија-ћелија док држи суседне ћелије заједно (другим речима, она седи између и држи заједно ћелијске зидове две ћелије; због тога се назива средња ламела, иако је најудаљенији слој).

Средња ламела делује попут лепка или цемента биљне ћелије јер садржи пектине. У току ћелијске деобе, прва се формира средња ламела.

Примарни ћелијски зид се развија када ћелија расте, па има тенденцију да буде танак и флексибилан. Настаје између средње ламеле и Плазма мембране.

Састоји се од целулозних микрофибрила са хемицелулозама и пектинима. Овај слој омогућава ћелији да расте временом, али не ограничава превише раст ћелије.

Секундарни ћелијски зид је дебљи и крутији, тако да пружа већу заштиту биљци. Постоји између примарног ћелијског зида и плазматске мембране. Често примарни ћелијски зид заправо помаже у стварању овог секундарног зида након што ћелија заврши са растом.

Секундарни ћелијски зидови састоје се од целулозе, хемицелулоза и лигнин. Лигнин је полимер ароматичног алкохола који пружа додатну подршку биљци. Помаже у заштити биљке од напада инсеката или патогена. Лигнин такође помаже у транспорту воде у ћелијама.

Када упоредите састав и дебљину примарних и секундарних ћелијских зидова биљака, лако је уочити разлике.

Прво, примарни зидови имају једнаке количине целулозе, пектина и хемицелулоза. Међутим, секундарни ћелијски зидови немају пектин и имају више целулозе. Друго, микрофибрили целулозе у зидовима примарних ћелија изгледају случајно, али су организовани у секундарним зидовима.

Иако су научници открили многе аспекте како ћелијски зидови функционишу у биљкама, неким областима је ипак потребно више истраживања.

На пример, још увек уче више о стварном гени укључени у биосинтезу ћелијског зида. Истраживачи процењују да у процесу учествује око 2.000 гена. Још једно важно подручје проучавања је како регулација гена делује у биљним ћелијама и како утиче на зид.

Слично биљкама, ћелијски зидови гљива састоје се од угљених хидрата. Међутим, док гљивице имају ћелије са хитин и остали угљени хидрати, немају целулозу као биљке.

Њихови ћелијски зидови такође имају:

• Ензими
• Глуцани
• Пигменти
• Воскови 
• Остале супстанце 

Важно је напоменути да све гљиве немају ћелијске зидове, али многе од њих имају. Код гљивица, ћелијски зид се налази изван плазматске мембране. Хитин чини већи део ћелијског зида и то је исти материјал који инсектима даје јаку снагу егзоскелети.

Генерално, гљиве са ћелијским зидовима имају три слоја: хитин, глукани и протеини.

Као најдубљи слој, хитин је влакнаст и састоји се од полисахарида. Помаже да ћелијски зидови гљивица постану крути и чврсти. Даље, постоји слој глукана, који су полимери глукозе, умрежени са хитином. Глукани такође помажу гљивама да одрже крутост ћелијског зида.

Коначно, постоји слој протеина који се назива маннопротеини или маннанс, који имају висок ниво манозни шећер. Ћелијски зид такође има ензиме и структурне протеине.

Различите компоненте гљивичног ћелијског зида могу служити различитим сврхама. На пример, ензими могу помоћи у варењу органских материјала, док други протеини могу помоћи у адхезији у животној средини.

Зидови ћелија у алге састоје се од полисахарида, попут целулозе или гликопротеина. Неке алге имају и полисахариде и гликопротеине у ћелијским зидовима. Поред тога, у ћелијским зидовима алги налазе се манани, ксилани, алгинска киселина и сулфонирани полисахариди. Зидови ћелија међу различитим врстама алги могу се веома разликовати.

Манани су протеини који стварају микрофибриле у неким зеленим и црвеним алгама. Ксилани су сложени полисахариди и понекад замењују целулозу у алгама. Алгинска киселина је друга врста полисахарида која се често налази у смеђим алгама. Међутим, већина алги има сулфониране полисахариде.

Дијатомеји су врста алги које живе у води и тлу. Јединствени су јер су њихови ћелијски зидови направљени од силицијум диоксида. Истраживачи још истражују како дијатомеји формирају своје ћелијске зидове и који протеини чине процес.

Ипак, утврдили су да дијатомеји изнутра формирају зидове богате минералима и премештају их ван ћелије. Овај процес, тзв егзоцитоза, је сложен и укључује више протеина.

Бактеријски ћелијски зид има пептидогликане. Пептидогликан или муреин је јединствени молекул који се састоји од шећера и аминокиселина у мрежном слоју и помаже ћелији да одржи свој облик и структуру.

Ћелијски зид бактерија постоји изван плазматске мембране. Зид не само да помаже у конфигурацији облика ћелије, већ такође спречава да ћелија пукне и просипа сав њен садржај.

Генерално, можете поделити бактерије у грам-позитивне или грам-негативне категорије, а свака врста има мало другачији ћелијски зид. Грам-позитивне бактерије могу да обоје плаво или љубичасто током Грамовог теста бојења, који користи боје за реакцију са пептидогликанима у ћелијском зиду.

С друге стране, грам негативне бактерије не могу да се обоје плавом или љубичастом бојом овом врстом теста. Данас микробиолози и даље користе бојење по Граму да би идентификовали врсту бактерија. Важно је напоменути да и грам-позитивне и грам-негативне бактерије имају пептидогликане, али додатна спољна мембрана спречава бојење грам-негативних бактерија.

Грам-позитивне бактерије имају дебеле ћелијске зидове направљене од слојева пептидогликана. Грам-позитивне бактерије имају једну плаземску мембрану окружену овим ћелијским зидом. Међутим, грам негативне бактерије имају танке ћелијске зидове пептидогликана који нису довољни да их заштите.

Због тога грам-негативне бактерије имају додатни слој липополисахариди (ЛПС) који служе као ендотоксин. Грам-негативне бактерије имају унутрашњу и спољну плаземску мембрану, а танки ћелијски зидови налазе се између мембрана.

Разлике између ћелија човека и бактерија омогућавају употребу антибиотици у вашем телу без убијања свих ћелија. С обзиром да људи немају ћелијске зидове, лекови попут антибиотика могу циљати ћелијске зидове у бактеријама. Састав ћелијског зида игра улогу у деловању неких антибиотика.

На пример, пеницилин, уобичајени бета-лактамски антибиотик, може утицати на ензим који формира везе између ланаца пептидогликана у бактеријама. Ово помаже у уништавању заштитног ћелијског зида и зауставља раст бактерија. Нажалост, антибиотици могу убити и корисне и штетне бактерије у телу.

Друга група антибиотика која се назива гликопептиди циља на синтезу ћелијских зидова заустављањем стварања пептидогликана. Примери гликопептидних антибиотика укључују ванкомицин и теикопланин.

Отпорност на антибиотике се дешава када се бактерије промене, што лекове чини мање ефикасним. Пошто отпорне бактерије опстају, могу се размножавати и размножавати. Бактерије постају отпоран на антибиотике на различите начине.

На пример, могу да промене ћелијске зидове. Они могу да иселе антибиотик из својих ћелија или могу да деле генетске информације које укључују резистенцију на лекове.

Један од начина на који се неке бактерије опиру бета-лактамским антибиотицима попут пеницилина је стварање ензима званог бета-лактамаза. Ензим напада бета-лактамски прстен, који је суштинска компонента лека, а састоји се од угљеника, водоника, азота и кисеоника. Међутим, произвођачи лекова покушавају да спрече ову резистенцију додавањем инхибитора бета-лактамазе.

Ћелијски зидови нуде заштиту, подршку и структурну помоћ биљкама, алгама, гљивицама и бактеријама. Иако постоје велике разлике између ћелијских зидова прокариота и еукариота, већина организама има ћелијске зидове изван плазматских мембрана.

Друга сличност је та што већина ћелијских зидова пружа крутост и чврстоћу што помаже ћелијама да одрже свој облик. Заштита од патогена или предатора такође је нешто што је заједничко многим ћелијским зидовима различитих организама. Многи организми имају ћелијске зидове који се састоје од протеина и шећера.

Разумевање ћелијских зидова прокариота и еукариота може помоћи људима на разне начине. Од бољих лекова до јачих усева, сазнавање више о ћелијском зиду нуди пуно потенцијалних користи.