Cellvägg: Definition, struktur och funktion (med diagram)

Cellväggen är ett ytterligare skyddslager ovanpå cellmembranet. Du kan hitta cellväggar i båda prokaryoter och eukaryoter, och de är vanligast i växter, alger, svampar och bakterier.

Djur och protozoer har dock inte denna typ av struktur. Cellväggar tenderar att vara styva strukturer som hjälper till att bibehålla cellens form.

Cellväggen har flera funktioner, inklusive underhåll av cellstruktur och form. Väggen är stel, så den skyddar cellen och dess innehåll.

Cellväggen kan till exempel hindra patogener som växtvirus från att komma in. Förutom det mekaniska stödet fungerar väggen som ett ramverk som kan förhindra att cellen expanderar eller växer för snabbt. Proteiner, cellulosafibrer, polysackarider och andra strukturella komponenter hjälper väggen att bibehålla cellens form.

Cellväggen spelar också en viktig roll i transporten. Eftersom väggen är en halvgenomträngligt membran, det låter vissa ämnen passera igenom, såsom proteiner. Detta gör att väggen kan reglera diffusion i cellen och kontrollera vad som kommer in eller lämnar.

Dessutom hjälper det halvpermeabla membranet att kommunicera mellan celler genom att signalmolekyler passerar genom porerna.

En växtcellvägg består främst av kolhydrater, som pektiner, cellulosa och hemicellulosa. Det har också strukturella proteiner i mindre mängder och vissa mineraler som kisel. Alla dessa komponenter är viktiga delar av cellväggen.

Cellulosa är ett komplext kolhydrat och består av tusentals glukosmonomerer som bildar långa kedjor. Dessa kedjor kommer samman och bildar cellulosa mikrofibriller, som har flera nanometer i diameter. Mikrofibrillerna hjälper till att kontrollera cellens tillväxt genom att begränsa eller tillåta dess expansion.

En av de främsta anledningarna till att ha en vägg i en växtcell är att den tål turgortryck, och det är här cellulosa spelar en avgörande roll. Turgortryck är en kraft som skapas av cellens insida som skjuter ut. Cellulosamikrofibriller bildar en matris med proteinerna, hemicellulosorna och pektinerna för att ge ett starkt ramverk som kan motstå turgortryck.

Både hemicelluloser och pektiner är grenade polysackarider. Hemicelluloser har vätebindningar som förbinder dem med cellulosamikrofibrillerna, medan pektiner fångar vattenmolekyler för att skapa en gel. Hemicelluloser ökar matrisens styrka och pektiner hjälper till att förhindra kompression.

Proteinerna i cellväggen har olika funktioner. Vissa av dem ger strukturellt stöd. Andra är enzymer, som är en typ av protein som kan påskynda kemiska reaktioner.

De enzymer hjälpa till att bilda och normala modifieringar som uppstår för att bibehålla växtens cellvägg. De spelar också en roll i fruktmognad och bladförändringar.

Om du någonsin har gjort din egen sylt eller gelé, har du sett samma typer av pektiner finns i cellväggar i aktion. Pektin är ingrediensen som lagar mat för att tjockna fruktjuicer. De använder ofta de pektiner som finns naturligt i äpplen eller bär för att göra sylt eller gelé.

•••Sciencing

Växtcellväggar är treskiktade strukturer med en mellersta lamellen, primär cellvägg och sekundär cellvägg. Den mellersta lamellen är det yttersta skiktet och hjälper till med cell-till-cell-korsningar medan du håller ihop intilliggande celler (med andra ord, den sitter mellan och håller ihop cellväggarna i två celler; det är därför det kallas mellersta lamellen, även om det är det yttersta lagret).

Den mellersta lamellen fungerar som lim eller cement för växtceller eftersom det innehåller pektiner. Under celldelning, den mellersta lamellen är den första som bildas.

Den primära cellväggen utvecklas när cellen växer, så den tenderar att vara tunn och flexibel. Det bildas mellan mellersta lamellen och plasmamembran.

Den består av cellulosamikrofibriller med hemicelluloser och pektiner. Detta lager gör att cellen kan växa över tiden men begränsar inte cellens tillväxt alltför mycket.

Den sekundära cellväggen är tjockare och styvare, så det ger mer skydd för växten. Den finns mellan den primära cellväggen och plasmamembranet. Ofta hjälper den primära cellväggen faktiskt till att skapa denna sekundära vägg efter att cellen är klar.

Sekundära cellväggar består av cellulosa, hemicelluloser och lignin. Lignin är en polymer av aromatisk alkohol som ger ytterligare stöd för växten. Det hjälper till att skydda växten från attacker av insekter eller patogener. Lignin hjälper också till med vattentransport i cellerna.

När man jämför kompositionen och tjockleken på primära och sekundära cellväggar i växter är det lätt att se skillnaderna.

För det första har primära väggar lika stora mängder cellulosa, pektiner och hemicelluloser. Men sekundära cellväggar har inget pektin och har mer cellulosa. För det andra ser cellulosamikrofibrillerna i primära cellväggar slumpvis ut, men de är organiserade i sekundära väggar.

Även om forskare har upptäckt många aspekter av hur cellväggar fungerar i växter behöver vissa områden fortfarande mer forskning.

Till exempel lär de sig fortfarande mer om det faktiska gener involverad i biosyntesen av cellväggen. Forskare uppskattar att cirka 2000 gener deltar i processen. Ett annat viktigt studieområde är hur genreglering fungerar i växtcellerna och hur det påverkar väggen.

På samma sätt som växter består svamparnas cellväggar av kolhydrater. Men medan svampar har celler med kitin och andra kolhydrater, de har inte cellulosa som växter har.

Deras cellväggar har också:

• Enzymer
• Glukaner
• Pigment
• Vaxar 
• Andra ämnen 

Det är viktigt att notera att inte alla svampar har cellväggar, men många av dem har det. I svampar sitter cellväggen utanför plasmamembranet. Kitin utgör det mesta av cellväggen, och det är samma material som ger insekter deras starka exoskelett.

I allmänhet har svampar med cellväggar tre lager: kitin, glukaner och proteiner.

Som det innersta skiktet är kitin fibröst och består av polysackarider. Det hjälper till att göra svampcellväggarna styva och starka. Därefter finns det ett lager glukaner, som är glukospolymerer, tvärbindning med kitin. Glukanerna hjälper också svamparna att bibehålla sin cellväggsstyvhet.

Slutligen finns det ett lager av proteiner som kallas mannoproteiner eller mannans, som har en hög nivå av mannossocker. Cellväggen har också enzymer och strukturella proteiner.

Olika komponenter i svampcellväggen kan tjäna olika syften. Till exempel kan enzymer hjälpa till med matsmältningen av organiska material, medan andra proteiner kan hjälpa till vidhäftning i miljön.

Cellväggarna i alger består av polysackarider, som cellulosa eller glykoproteiner. Vissa alger har både polysackarider och glykoproteiner i sina cellväggar. Dessutom har algcellväggar mannaner, xylaner, alginsyra och sulfonerade polysackarider. Cellväggarna mellan olika typer av alger kan variera kraftigt.

Mannaner är proteiner som gör mikrofibriller i vissa gröna och röda alger. Xylaner är komplexa polysackarider och ersätter ibland cellulosa i alger. Algininsyra är en annan typ av polysackarid som ofta finns i bruna alger. De flesta alger har dock sulfonerade polysackarider.

Kiselalger är en typ av alger som lever i vatten och jord. De är unika eftersom deras cellväggar är gjorda av kiseldioxid. Forskare undersöker fortfarande hur kiselalger bildar sina cellväggar och vilka proteiner som utgör processen.

Ändå har de bestämt att kiselalger bildar sina mineralrika väggar internt och flyttar dem utanför cellen. Denna process, kallad exocytos, är komplex och involverar flera proteiner.

En bakteriecellvägg har peptidoglykaner. Peptidoglycan eller murein är en unik molekyl som består av sockerarter och aminosyror i ett maskskikt, och det hjälper cellen att behålla sin form och struktur.

Cellväggen i bakterier finns utanför plasmamembranet. Väggen hjälper inte bara till att konfigurera cellens form, men det hjälper också till att förhindra att cellen spricker och släpper ut hela dess innehåll.

I allmänhet kan du dela upp bakterier i grampositiva eller gramnegativa kategorier, och varje typ har en något annan cellvägg. Grampositiva bakterier kan fläcka blått eller violett under ett Gram-färgningstest, som använder färgämnen för att reagera med peptidoglykanerna i cellväggen.

Å andra sidan kan gramnegativa bakterier inte färgas blått eller violett med denna typ av test. Idag använder mikrobiologer fortfarande Gram-färgning för att identifiera typen av bakterier. Det är viktigt att notera att både grampositiva och gramnegativa bakterier har peptidoglykaner, men ett extra yttre membran förhindrar färgning av gramnegativa bakterier.

Grampositiva bakterier har tjocka cellväggar gjorda av lager av peptidoglykaner. Grampositiva bakterier har ett plasmamembran omgivet av denna cellvägg. Gramnegativa bakterier har dock tunna cellväggar av peptidoglykaner som inte räcker för att skydda dem.

Det är därför gramnegativa bakterier har ytterligare ett lager lipopolysackarider (LPS) som fungerar som en endotoxin. Gramnegativa bakterier har ett inre och yttre plasmamembran och de tunna cellväggarna ligger mellan membranen.

Skillnaderna mellan mänskliga och bakterieceller gör det möjligt att använda antibiotika i din kropp utan att döda alla dina celler. Eftersom människor inte har cellväggar kan mediciner som antibiotika rikta sig mot cellväggar i bakterier. Cellväggens sammansättning spelar en roll i hur vissa antibiotika fungerar.

Till exempel kan penicillin, ett vanligt beta-laktamantibiotikum, påverka enzymet som bildar länkarna mellan peptidoglykansträngar i bakterier. Detta hjälper till att förstöra den skyddande cellväggen och hindrar bakterierna från att växa. Tyvärr kan antibiotika döda både hjälpsamma och skadliga bakterier i kroppen.

En annan grupp av antibiotika som kallas glykopeptider riktar sig mot syntesen av cellväggar genom att förhindra att peptidoglykaner bildas. Exempel på glykopeptidantibiotika innefattar vankomycin och teikoplanin.

Antibiotikaresistens händer när bakterier förändras, vilket gör läkemedlen mindre effektiva. Eftersom de resistenta bakterierna överlever kan de reproducera och föröka sig. Bakterier blir resistent mot antibiotika på olika sätt.

De kan till exempel byta cellväggar. De kan flytta antibiotikan ut ur sina celler, eller de kan dela genetisk information som inkluderar resistens mot drogerna.

Ett sätt som vissa bakterier motstår beta-laktamantibiotika som penicillin är att göra ett enzym som kallas beta-laktamas. Enzymet angriper beta-laktamringen, som är en kärnkomponent i läkemedlet, och består av kol, väte, kväve och syre. Men läkemedelsproducenter försöker förhindra denna resistens genom att tillsätta beta-laktamashämmare.

Cellväggar erbjuder skydd, stöd och strukturell hjälp för växter, alger, svampar och bakterier. Även om det finns stora skillnader mellan cellväggarna i prokaryoter och eukaryoter, har de flesta organismer sina cellväggar utanför plasmamembranen.

En annan likhet är att de flesta cellväggar ger styvhet och styrka som hjälper cellerna att behålla sin form. Skydd mot patogener eller rovdjur är också något som många cellväggar bland olika organismer har gemensamt. Många organismer har cellväggar som består av proteiner och sockerarter.

Att förstå cellväggarna hos prokaryoter och eukaryoter kan hjälpa människor på olika sätt. Från bättre läkemedel till starkare grödor, lärande mer om cellväggen erbjuder många potentiella fördelar.