ผนังเซลล์: ความหมาย โครงสร้าง และหน้าที่ (พร้อมไดอะแกรม)

ผนังเซลล์เป็นชั้นป้องกันเพิ่มเติมที่ด้านบนของ เยื่อหุ้มเซลล์. คุณสามารถหาผนังเซลล์ได้ทั้งสองอย่าง โปรคาริโอตและยูคาริโอตและพบมากในพืช สาหร่าย เชื้อรา และแบคทีเรีย

อย่างไรก็ตาม สัตว์และโปรโตซัวไม่มีโครงสร้างประเภทนี้ ผนังเซลล์มักจะเป็นโครงสร้างแข็งที่ช่วยรักษารูปร่างของเซลล์

ผนังเซลล์มีหน้าที่หลายอย่าง รวมถึงการบำรุงรักษาโครงสร้างและรูปร่างของเซลล์ ผนังมีความแข็ง จึงช่วยปกป้องเซลล์และส่วนประกอบภายในเซลล์

ตัวอย่างเช่น ผนังเซลล์สามารถป้องกันไม่ให้เชื้อโรคเช่นไวรัสพืชเข้ามาได้ นอกจากการรองรับทางกลแล้ว ผนังยังทำหน้าที่เป็นโครงสร้างที่สามารถป้องกันเซลล์ไม่ให้ขยายตัวหรือเติบโตเร็วเกินไป โปรตีน เส้นใยเซลลูโลส พอลิแซ็กคาไรด์ และส่วนประกอบโครงสร้างอื่นๆ ช่วยให้ผนังคงรูปของเซลล์ไว้

ผนังเซลล์ยังมีบทบาทสำคัญในการขนส่ง เนื่องจากกำแพงเป็น เมมเบรนกึ่งซึมผ่านได้ทำให้สารบางชนิดผ่านเข้าไปได้ เช่น โปรตีน ช่วยให้ผนังควบคุมการแพร่กระจายในเซลล์และควบคุมสิ่งที่เข้าหรือออก

นอกจากนี้ เมมเบรนกึ่งซึมผ่านยังช่วยสื่อสารระหว่างเซลล์โดยปล่อยให้โมเลกุลส่งสัญญาณผ่านรูพรุน

ผนังเซลล์พืชประกอบด้วยคาร์โบไฮเดรตเป็นหลัก เช่น เพกติน เซลลูโลส และเฮมิเซลลูโลส นอกจากนี้ยังมีโปรตีนโครงสร้างในปริมาณน้อยและแร่ธาตุบางชนิดเช่นซิลิกอน ส่วนประกอบทั้งหมดเหล่านี้เป็นส่วนสำคัญของผนังเซลล์

เซลลูโลสเป็นคาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อนและประกอบด้วย โมโนเมอร์กลูโคส ที่ทำเป็นโซ่ยาว โซ่เหล่านี้มารวมกันและเกิดเป็นเซลลูโลส ไมโครไฟเบอร์ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายนาโนเมตร ไมโครไฟบริลช่วยควบคุมการเติบโตของเซลล์โดยจำกัดหรือยอมให้มีการขยายตัว

สาเหตุหลักประการหนึ่งที่ทำให้เซลล์พืชมีผนังกั้นคือทนได้ แรงกดทับและนี่คือจุดที่เซลลูโลสมีบทบาทสำคัญ แรงดัน Turgor เป็นแรงที่เกิดจากภายในของเซลล์ที่ผลักออก เซลลูโลสไมโครไฟเบอร์สร้างเมทริกซ์ที่มีโปรตีน เฮมิเซลลูโลส และเพกติน เพื่อสร้างโครงสร้างที่แข็งแกร่งซึ่งสามารถต้านทานแรงกดทับ

ทั้งเฮมิเซลลูโลสและเพกตินเป็นพอลิแซ็กคาไรด์ที่มีกิ่งก้าน เฮมิเซลลูโลสมีพันธะไฮโดรเจนที่เชื่อมต่อกับเซลลูโลสไมโครไฟบริล ในขณะที่เพคตินดักจับโมเลกุลของน้ำเพื่อสร้างเจล เฮมิเซลลูโลสเพิ่มความแข็งแรงของเมทริกซ์ และเพกตินช่วยป้องกันการบีบอัด

โปรตีนในผนังเซลล์ทำหน้าที่ต่างกัน บางคนให้การสนับสนุนโครงสร้าง บางชนิดคือเอ็นไซม์ซึ่งเป็นโปรตีนชนิดหนึ่งที่สามารถเร่งปฏิกิริยาเคมีได้

ดิ เอนไซม์ ช่วยในการสร้างและการดัดแปลงตามปกติที่เกิดขึ้นเพื่อรักษาผนังเซลล์ของพืช พวกเขายังมีส่วนร่วมในการสุกของผลและการเปลี่ยนแปลงสีของใบ

หากคุณเคยทำแยมหรือเยลลี่กินเอง คุณคงเคยเห็น types แบบเดียวกัน เพกติน พบในผนังเซลล์ในการทำงาน เพกตินเป็นส่วนผสมที่ปรุงเพื่อเพิ่มความเข้มข้นของน้ำผลไม้ พวกเขามักจะใช้เพกตินที่พบตามธรรมชาติในแอปเปิ้ลหรือผลเบอร์รี่เพื่อทำแยมหรือเยลลี่

•••วิทยาศาสตร์

ผนังเซลล์พืชเป็นโครงสร้างสามชั้นที่มี a แผ่นตรงกลาง, ผนังเซลล์ปฐมภูมิ และ ผนังเซลล์ทุติยภูมิ. แผ่นชั้นกลางเป็นชั้นนอกสุดและช่วยในการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์กับเซลล์ในขณะที่จับเซลล์ที่อยู่ติดกันเข้าด้วยกัน (กล่าวอีกนัยหนึ่งคือตั้งอยู่ระหว่างและยึดผนังเซลล์ของสองเซลล์เข้าด้วยกัน จึงเรียกว่าแผ่นชั้นกลาง แม้ว่าจะอยู่ชั้นนอกสุดก็ตาม)

แผ่นชั้นกลางทำหน้าที่เหมือนกาวหรือซีเมนต์สำหรับ เซลล์พืช เพราะมีเพคติน ระหว่าง การแบ่งเซลล์, แผ่นตรงกลางเป็นแผ่นแรกที่ก่อตัว

ผนังเซลล์ปฐมภูมิพัฒนาขึ้นเมื่อเซลล์เติบโต จึงมีแนวโน้มที่จะบางและยืดหยุ่นได้ มันก่อตัวระหว่างแผ่นตรงกลางและ and เมมเบรนพลาสม่า.

ประกอบด้วยเซลลูโลสไมโครไฟเบอร์ที่มีเฮมิเซลลูโลสและเพกติน เลเยอร์นี้ช่วยให้เซลล์เติบโตเมื่อเวลาผ่านไป แต่ไม่ได้จำกัดการเติบโตของเซลล์มากเกินไป

ผนังเซลล์ทุติยภูมินั้นหนาและแข็งกว่า ดังนั้นจึงให้การปกป้องพืชได้มากกว่า อยู่ระหว่างผนังเซลล์ปฐมภูมิและเยื่อหุ้มพลาสมา บ่อยครั้งที่ผนังเซลล์ปฐมภูมิช่วยสร้างผนังทุติยภูมินี้หลังจากที่เซลล์เติบโตเสร็จสิ้น

ผนังเซลล์ทุติยภูมิ ประกอบด้วย เซลลูโลส เฮมิเซลลูโลส และ ลิกนิน. ลิกนินเป็นพอลิเมอร์ของอะโรมาติกแอลกอฮอล์ที่ให้การสนับสนุนเพิ่มเติมสำหรับพืช ช่วยปกป้องพืชจากการถูกแมลงหรือเชื้อโรคโจมตี ลิกนินยังช่วยลำเลียงน้ำในเซลล์อีกด้วย

เมื่อคุณเปรียบเทียบองค์ประกอบและความหนาของผนังเซลล์ปฐมภูมิและทุติยภูมิในพืช จะเห็นความแตกต่างได้ง่าย

ประการแรก ผนังปฐมภูมิมีเซลลูโลส เพกติน และเฮมิเซลลูโลสในปริมาณเท่ากัน อย่างไรก็ตาม ผนังเซลล์ทุติยภูมิไม่มีเพคตินและมีเซลลูโลสมากกว่า ประการที่สอง ไมโครไฟบริลเซลลูโลสในผนังเซลล์ปฐมภูมิมีลักษณะสุ่ม แต่ถูกจัดเรียงในผนังทุติยภูมิ

แม้ว่านักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบหลายแง่มุมว่าผนังเซลล์ทำงานอย่างไรในพืช แต่บางพื้นที่ยังต้องการการวิจัยเพิ่มเติม

ตัวอย่างเช่น พวกเขายังคงเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับความจริง ยีน เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ทางชีวภาพของผนังเซลล์ นักวิจัยประเมินว่ายีนประมาณ 2,000 ตัวมีส่วนร่วมในกระบวนการนี้ ประเด็นสำคัญอีกประการหนึ่งของการศึกษาคือการควบคุมยีนทำงานอย่างไรในเซลล์พืชและผลกระทบต่อผนังอย่างไร

ผนังเซลล์ของเห็ดราประกอบด้วยคาร์โบไฮเดรตเช่นเดียวกับพืช อย่างไรก็ตาม ในขณะที่ เชื้อรา มีเซลล์ด้วย ไคติน และคาร์โบไฮเดรตอื่นๆ พวกมันไม่มีเซลลูโลสเหมือนพืช

ผนังเซลล์ของพวกมันยังมี:

• เอนไซม์
• กลูแคน
• รงควัตถุ
• แว็กซ์ 
• สารอื่นๆ 

สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าไม่ใช่เชื้อราทั้งหมดที่มีผนังเซลล์ แต่หลายเชื้อรามี ในเชื้อรา ผนังเซลล์ตั้งอยู่นอกเยื่อหุ้มพลาสมา ไคตินเป็นส่วนประกอบส่วนใหญ่ของผนังเซลล์ และเป็นวัสดุชนิดเดียวกันที่ทำให้แมลงแข็งแรง โครงกระดูกภายนอก.

โดยทั่วไปเชื้อราที่มีผนังเซลล์มี สามชั้น: ไคติน กลูแคน และโปรตีน

ในฐานะที่เป็นชั้นในสุด ไคตินเป็นเส้นใยและประกอบด้วยพอลิแซ็กคาไรด์ ช่วยทำให้ผนังเซลล์ของเชื้อราแข็งแรงและแข็งแรง ถัดไป มีชั้นของกลูแคนซึ่งเป็นกลูโคสโพลีเมอร์ เชื่อมขวางกับไคติน กลูแคนยังช่วยให้เชื้อรารักษาความแข็งแกร่งของผนังเซลล์

ในที่สุดก็มีชั้นของโปรตีนที่เรียกว่า แมนโนโปรตีน หรือ มานนันส์ซึ่งมีระดับสูงของ น้ำตาลแมนโนส. ผนังเซลล์ยังมีเอ็นไซม์และโปรตีนโครงสร้างอีกด้วย

ส่วนประกอบต่าง ๆ ของผนังเซลล์ของเชื้อราสามารถตอบสนองวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น เอนไซม์สามารถช่วยย่อยสารอินทรีย์ได้ ในขณะที่โปรตีนอื่นๆ อาจช่วยในการยึดเกาะในสิ่งแวดล้อม

ผนังเซลล์ใน สาหร่าย ประกอบด้วยพอลิแซ็กคาไรด์ เช่น เซลลูโลส หรือไกลโคโปรตีน สาหร่ายบางชนิดมีทั้งพอลิแซ็กคาไรด์และไกลโคโปรตีนในผนังเซลล์ นอกจากนี้ ผนังเซลล์ของสาหร่ายยังมีแมนแนน ไซแลน กรดอัลจินิก และโพลีแซคคาไรด์ที่มีซัลโฟเนต ผนังเซลล์ของสาหร่ายประเภทต่างๆ อาจแตกต่างกันอย่างมาก

แมนแนนเป็นโปรตีนที่สร้างไมโครไฟบริลในสาหร่ายสีเขียวและสีแดง ไซแลนเป็นโพลีแซ็กคาไรด์ที่ซับซ้อนและบางครั้งก็แทนที่เซลลูโลสในสาหร่าย กรดอัลจินิกเป็นโพลีแซ็กคาไรด์อีกชนิดหนึ่งที่มักพบในสาหร่ายสีน้ำตาล อย่างไรก็ตาม สาหร่ายส่วนใหญ่มีซัลโฟเนตพอลิแซ็กคาไรด์

ไดอะตอมเป็นสาหร่ายชนิดหนึ่งที่อาศัยอยู่ในน้ำและดิน มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวเพราะผนังเซลล์ทำจากซิลิกา นักวิจัยยังคงตรวจสอบวิธีการ ไดอะตอม สร้างผนังเซลล์และโปรตีนใดประกอบขึ้นเป็นกระบวนการ

อย่างไรก็ตาม พวกเขาได้พิจารณาแล้วว่าไดอะตอมสร้างผนังที่อุดมด้วยแร่ธาตุภายในและเคลื่อนตัวออกนอกเซลล์ กระบวนการนี้เรียกว่า เอ็กโซไซโทซิสมีความซับซ้อนและเกี่ยวข้องกับโปรตีนหลายชนิด

ผนังเซลล์แบคทีเรียมี peptidoglycans เปปติโดไกลแคนหรือ มูริน เป็นโมเลกุลเฉพาะที่ประกอบด้วยน้ำตาลและกรดอะมิโนในชั้นตาข่าย และช่วยให้เซลล์รักษารูปร่างและโครงสร้าง

ผนังเซลล์ในแบคทีเรียมีอยู่นอกเยื่อหุ้มพลาสมา ผนังไม่เพียงแต่ช่วยกำหนดรูปร่างของเซลล์ แต่ยังช่วยป้องกันไม่ให้เซลล์ระเบิดและหกเนื้อหาทั้งหมดของเซลล์

โดยทั่วไป คุณสามารถแบ่งแบคทีเรียออกเป็นประเภทแกรมบวกหรือแกรมลบ และแต่ละประเภทมีผนังเซลล์ที่แตกต่างกันเล็กน้อย แบคทีเรียแกรมบวกสามารถย้อมสีน้ำเงินหรือสีม่วงในระหว่างการทดสอบการย้อมแกรม ซึ่งใช้สีย้อมเพื่อทำปฏิกิริยากับเปปติโดไกลแคนในผนังเซลล์

ในทางกลับกัน แบคทีเรียแกรมลบไม่สามารถย้อมเป็นสีน้ำเงินหรือม่วงด้วยการทดสอบประเภทนี้ ทุกวันนี้ นักจุลชีววิทยายังคงใช้การย้อมสีแกรมเพื่อระบุชนิดของแบคทีเรีย สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าทั้งแบคทีเรียแกรมบวกและแกรมลบมี peptidoglycans แต่เยื่อหุ้มชั้นนอกพิเศษป้องกันการย้อมสีของแบคทีเรียแกรมลบ

แบคทีเรียแกรมบวกมีผนังเซลล์หนาที่ทำจากชั้นของ peptidoglycans แบคทีเรียแกรมบวกมีเมมเบรนพลาสม่าหนึ่งแผ่นล้อมรอบด้วยผนังเซลล์นี้ อย่างไรก็ตาม แบคทีเรียแกรมลบมีผนังเซลล์บาง ๆ ของ peptidoglycans ซึ่งไม่เพียงพอต่อการปกป้องพวกมัน

นี่คือเหตุผลที่แบคทีเรียแกรมลบมีชั้นเพิ่มเติมของ additional ไลโปโพลีแซคคาไรด์ (LPS) ที่ทำหน้าที่เป็น สารพิษ. แบคทีเรียแกรมลบมีเยื่อหุ้มพลาสมาภายในและภายนอก และผนังเซลล์บางๆ อยู่ระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์

ความแตกต่างระหว่างเซลล์มนุษย์และเซลล์แบคทีเรียทำให้สามารถใช้ได้ ยาปฏิชีวนะ ในร่างกายของคุณโดยไม่ฆ่าเซลล์ทั้งหมดของคุณ เนื่องจากผู้คนไม่มีผนังเซลล์ ยาเช่นยาปฏิชีวนะจึงสามารถกำหนดเป้าหมายผนังเซลล์ในแบคทีเรียได้ องค์ประกอบของผนังเซลล์มีบทบาทในการทำงานของยาปฏิชีวนะบางชนิด

ตัวอย่างเช่น เพนิซิลลินซึ่งเป็นยาปฏิชีวนะเบต้า-แลคตัมทั่วไป อาจส่งผลต่อเอ็นไซม์ที่สร้างการเชื่อมโยงระหว่างสายเปปติโดไกลแคนในแบคทีเรีย ซึ่งจะช่วยทำลายผนังเซลล์ป้องกันและยับยั้งไม่ให้แบคทีเรียเติบโต น่าเสียดายที่ยาปฏิชีวนะสามารถฆ่าเชื้อแบคทีเรียที่เป็นประโยชน์และเป็นอันตรายในร่างกายได้

ยาปฏิชีวนะอีกกลุ่มหนึ่งที่เรียกว่าไกลโคเปปไทด์มุ่งเป้าไปที่การสังเคราะห์ผนังเซลล์โดยหยุดการสร้างเปปติโดไกลแคน ตัวอย่างของยาปฏิชีวนะไกลโคเปปไทด์ ได้แก่ vancomycin และ teicoplanin

การดื้อยาปฏิชีวนะเกิดขึ้นเมื่อแบคทีเรียเปลี่ยนแปลง ซึ่งทำให้ยามีประสิทธิภาพน้อยลง เนื่องจากแบคทีเรียที่ดื้อยาสามารถดำรงอยู่ได้ จึงขยายพันธุ์และเพิ่มจำนวนได้ แบคทีเรียกลายเป็น ดื้อต่อยาปฏิชีวนะ ในทางที่แตกต่าง.

ตัวอย่างเช่น พวกมันสามารถเปลี่ยนผนังเซลล์ได้ พวกเขาสามารถย้ายยาปฏิชีวนะออกจากเซลล์ของพวกเขาหรือพวกเขาสามารถแบ่งปันข้อมูลทางพันธุกรรมที่มีความต้านทานต่อยา

วิธีหนึ่งที่แบคทีเรียบางชนิดต้านทานยาปฏิชีวนะเบต้า-แลกแทม เช่น เพนิซิลลิน คือการสร้างเอนไซม์ที่เรียกว่าเบตา-แลคทาเมส เอนไซม์โจมตีวงแหวนเบต้า-แลคแทม ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของยา และประกอบด้วยคาร์บอน ไฮโดรเจน ไนโตรเจน และออกซิเจน อย่างไรก็ตาม ผู้ผลิตยาพยายามป้องกันการดื้อยานี้โดยการเพิ่มสารยับยั้งเบต้า-แลคทาเมส

ผนังเซลล์ให้การปกป้อง สนับสนุน และช่วยโครงสร้างสำหรับพืช สาหร่าย เชื้อรา และแบคทีเรีย แม้ว่าจะมีความแตกต่างที่สำคัญระหว่างผนังเซลล์ของโปรคาริโอตและยูคาริโอต แต่สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่มีผนังเซลล์อยู่นอกเยื่อหุ้มพลาสมา

ความคล้ายคลึงกันอีกประการหนึ่งคือผนังเซลล์ส่วนใหญ่ให้ความแข็งแกร่งและความแข็งแรงที่ช่วยให้เซลล์คงรูปร่างไว้ การป้องกันจากเชื้อโรคหรือสัตว์กินเนื้อเป็นสิ่งที่ผนังเซลล์จำนวนมากในสิ่งมีชีวิตต่างๆ มีเหมือนกัน สิ่งมีชีวิตจำนวนมากมีผนังเซลล์ประกอบด้วยโปรตีนและน้ำตาล

การทำความเข้าใจผนังเซลล์ของโปรคาริโอตและยูคาริโอตสามารถช่วยผู้คนได้หลายวิธี จากยาที่ดีกว่าไปจนถึงพืชผลที่แข็งแรง การเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับผนังเซลล์มีประโยชน์มากมาย