Hücre Duvarı: Tanımı, Yapısı ve İşlevi (Diyagramlı)

Hücre duvarı, hücrenin üzerinde ek bir koruma katmanıdır. hücre zarı. Hücre duvarlarını her ikisinde de bulabilirsiniz. prokaryotlar ve ökaryotlarve en çok bitkilerde, alglerde, mantarlarda ve bakterilerde bulunurlar.

Ancak hayvanlar ve protozoanlar bu tip bir yapıya sahip değildir. Hücre duvarları, hücrenin şeklini korumaya yardımcı olan katı yapılar olma eğilimindedir.

Hücre duvarı, hücre yapısının ve şeklinin korunması da dahil olmak üzere çeşitli işlevlere sahiptir. Duvar serttir, bu nedenle hücreyi ve içindekileri korur.

Örneğin, hücre duvarı bitki virüsleri gibi patojenlerin girmesini engelleyebilir. Mekanik desteğe ek olarak, duvar, hücrenin çok hızlı genişlemesini veya büyümesini engelleyebilecek bir çerçeve görevi görür. Proteinler, selüloz lifleri, polisakaritler ve diğer yapısal bileşenler, duvarın hücre şeklini korumasına yardımcı olur.

Hücre duvarı da taşımada önemli bir rol oynar. Duvar bir olduğu için yarı geçirgen zar, proteinler gibi belirli maddelerin geçmesine izin verir. Bu, duvarın hücredeki difüzyonu düzenlemesine ve neyin girip neyin çıktığını kontrol etmesine izin verir.

Ek olarak, yarı geçirgen zar, sinyal moleküllerinin gözeneklerden geçmesine izin vererek hücreler arasındaki iletişime yardımcı olur.

Bir bitki hücre duvarı öncelikle pektinler, selüloz ve hemiselüloz gibi karbonhidratlardan oluşur. Ayrıca daha küçük miktarlarda yapısal proteinlere ve silikon gibi bazı minerallere sahiptir. Bu bileşenlerin tümü hücre duvarının hayati parçalarıdır.

Selüloz karmaşık bir karbonhidrattır ve binlerce glikoz monomerleri uzun zincirler oluşturur. Bu zincirler bir araya gelerek selülozu oluşturur. mikrofibrillerçapı birkaç nanometre olan. Mikrofibriller, hücrenin büyümesini sınırlayarak veya genişlemesine izin vererek büyümesini kontrol etmeye yardımcı olur.

Bir bitki hücresinde duvar olmasının ana nedenlerinden biri, dayanıklı olmasıdır. turgor basıncıve selülozun çok önemli bir rol oynadığı yer burasıdır. Turgor basıncı, hücrenin iç tarafından dışarı itilmesiyle oluşturulan bir kuvvettir. Selüloz mikrofibrilleri, turgor basıncına direnebilen güçlü bir çerçeve sağlamak için proteinler, hemiselülozlar ve pektinlerle bir matris oluşturur.

Hem hemiselülozlar hem de pektinler dallı polisakkaritlerdir. Hemiselülozlar, onları selüloz mikrofibrillerine bağlayan hidrojen bağlarına sahipken, pektinler bir jel oluşturmak için su moleküllerini yakalar. Hemiselülozlar matrisin gücünü arttırır ve pektinler sıkıştırmayı önlemeye yardımcı olur.

Hücre duvarındaki proteinler farklı işlevlere sahiptir. Bazıları yapısal destek sağlar. Diğerleri, kimyasal reaksiyonları hızlandırabilen bir protein türü olan enzimlerdir.

enzimler bitkinin hücre duvarını korumak için meydana gelen normal modifikasyonların oluşumuna yardımcı olur. Ayrıca meyve olgunlaşmasında ve yaprak rengi değişimlerinde rol oynarlar.

Daha önce kendi reçel veya jölenizi yaptıysanız, aynı türde reçelleri görmüşsünüzdür. pektinler hareket halinde hücre duvarlarında bulunur. Pektin, aşçıların meyve sularını koyulaştırmak için eklediği bileşendir. Reçellerini veya jölelerini yapmak için genellikle elmalarda veya meyvelerde doğal olarak bulunan pektinleri kullanırlar.

•••bilim

Bitki hücre duvarları üç katmanlı yapılardır. orta lamel, birincil hücre duvarı ve ikincil hücre duvarı. Orta lamel en dıştaki katmandır ve bitişik hücreleri bir arada tutarken hücreden hücreye bağlantılara yardımcı olur (başka bir deyişle, iki hücrenin hücre duvarları arasında oturur ve bir arada tutar; bu yüzden en dıştaki katman olmasına rağmen orta lamel olarak adlandırılır).

Orta lamel yapıştırıcı veya çimento gibi davranır. bitki hücreleri çünkü pektin içerir. Sırasında hücre bölünmesi, orta lamel ilk oluşandır.

Birincil hücre duvarı, hücre büyüdüğünde gelişir, bu nedenle ince ve esnek olma eğilimindedir. Orta lamel ile orta lamel arasında oluşur. hücre zarı.

Hemiselüloz ve pektin içeren selüloz mikrofibrillerinden oluşur. Bu katman, hücrenin zamanla büyümesine izin verir, ancak hücrenin büyümesini aşırı derecede kısıtlamaz.

İkincil hücre duvarı daha kalın ve daha sert olduğundan bitki için daha fazla koruma sağlar. Birincil hücre duvarı ile plazma zarı arasında bulunur. Çoğu zaman, birincil hücre duvarı, hücrenin büyümesi bittikten sonra bu ikincil duvarın oluşturulmasına yardımcı olur.

Sekonder hücre duvarları selüloz, hemiselüloz ve lignin. Lignin, bitki için ek destek sağlayan bir aromatik alkol polimeridir. Bitkiyi böceklerin veya patojenlerin saldırılarına karşı korumaya yardımcı olur. Lignin ayrıca hücrelerde su taşınmasına da yardımcı olur.

Bitkilerdeki birincil ve ikincil hücre duvarlarının bileşimini ve kalınlığını karşılaştırdığınızda, farklılıkları görmek kolaydır.

İlk olarak, birincil duvarlar eşit miktarda selüloz, pektin ve hemiselüloz içerir. Ancak ikincil hücre duvarları pektin içermez ve daha fazla selüloz içerir. İkincisi, birincil hücre duvarlarındaki selüloz mikrofibrilleri rastgele görünür, ancak ikincil duvarlarda organize edilirler.

Bilim adamları, bitkilerde hücre duvarlarının nasıl işlediğinin birçok yönünü keşfetmiş olsalar da, bazı alanlarda hala daha fazla araştırmaya ihtiyaç var.

Örneğin, hala gerçek hakkında daha fazla şey öğreniyorlar. genler hücre duvarının biyosentezinde yer alır. Araştırmacılar, süreçte yaklaşık 2.000 genin yer aldığını tahmin ediyor. Bir diğer önemli çalışma alanı, bitki hücrelerinde gen düzenlemesinin nasıl çalıştığı ve duvarı nasıl etkilediğidir.

Bitkilere benzer şekilde mantarların hücre duvarları da karbonhidratlardan oluşur. Ancak, süre mantarlar ile hücrelere sahip olmak kitin ve diğer karbonhidratlar, bitkilerde olduğu gibi selüloz içermezler.

Hücre duvarlarında ayrıca şunlar bulunur:

• enzimler
• glukanlar
• pigmentler
• mumlar 
• Diğer maddeler 

Tüm mantarların hücre duvarlarına sahip olmadığını, ancak çoğunun olduğunu not etmek önemlidir. Mantarlarda hücre duvarı plazma zarının dışında bulunur. Kitin, hücre duvarının çoğunu oluşturur ve böceklere güçlerini veren aynı malzemedir. dış iskeletler.

Genel olarak, hücre duvarlı mantarlar üç katman: kitin, glukanlar ve proteinler.

En içteki katman olan kitin liflidir ve polisakkaritlerden oluşur. Mantar hücre duvarlarının sert ve güçlü olmasına yardımcı olur. Daha sonra, kitin ile çapraz bağlanan glikoz polimerleri olan bir glukan tabakası vardır. Glukanlar ayrıca mantarların hücre duvarı sertliğini korumasına yardımcı olur.

Son olarak, adı verilen bir protein tabakası vardır. mannoproteinler veya mannandüzeyi yüksek olan mannoz şekeri. Hücre duvarında ayrıca enzimler ve yapısal proteinler bulunur.

Mantar hücre duvarının farklı bileşenleri farklı amaçlara hizmet edebilir. Örneğin, enzimler organik maddelerin sindirilmesine yardımcı olabilirken, diğer proteinler ortamdaki yapışmaya yardımcı olabilir.

içindeki hücre duvarları yosun selüloz veya glikoproteinler gibi polisakkaritlerden oluşur. Bazı alglerin hücre duvarlarında hem polisakkaritler hem de glikoproteinler bulunur. Ayrıca alg hücre duvarlarında mannan, ksilan, alginik asit ve sülfonatlı polisakkaritler bulunur. Farklı alg türleri arasındaki hücre duvarları büyük ölçüde değişebilir.

Mannans, bazı yeşil ve kırmızı alglerde mikrofibriller oluşturan proteinlerdir. Ksilanlar karmaşık polisakkaritlerdir ve bazen alglerde selülozun yerini alırlar. Alginik asit, genellikle kahverengi alglerde bulunan başka bir polisakkarit türüdür. Bununla birlikte, çoğu alg, sülfonatlı polisakkaritlere sahiptir.

Diatomlar, suda ve toprakta yaşayan bir tür algdir. Hücre duvarları silikadan yapıldığı için benzersizdirler. Araştırmacılar hala nasıl olduğunu araştırıyorlar diatomlar hücre duvarlarını ve hangi proteinlerin süreci oluşturduğunu belirler.

Bununla birlikte diatomların mineralce zengin duvarlarını içeride oluşturduklarını ve onları hücre dışına taşıdıklarını belirlemişlerdir. adı verilen bu süreç ekzositoz, karmaşıktır ve birden fazla protein içerir.

Bakteri hücre duvarında peptidoglikanlar bulunur. Peptidoglikan veya mürein şekerler ve amino asitlerden ağ tabakasında oluşan, hücrenin şeklini ve yapısını korumasını sağlayan eşsiz bir moleküldür.

Bakterilerde hücre duvarı, plazma zarının dışında bulunur. Duvar sadece hücrenin şeklini yapılandırmaya yardımcı olmakla kalmaz, aynı zamanda hücrenin tüm içeriğinin patlamasını ve dökülmesini önlemeye de yardımcı olur.

Genel olarak bakterileri gram pozitif veya gram negatif kategorilere ayırabilirsiniz ve her türün biraz farklı hücre duvarı vardır. Gram pozitif bakteriler, hücre duvarındaki peptidoglikanlarla reaksiyona girmek için boyaların kullanıldığı Gram boyama testi sırasında mavi veya mor boyayabilir.

Öte yandan, gram negatif bakteriler bu tip testlerle mavi veya mor boyanamaz. Bugün, mikrobiyologlar bakteri türünü belirlemek için hala Gram boyamayı kullanıyorlar. Hem gram-pozitif hem de gram-negatif bakterilerin peptidoglikanlara sahip olduğuna dikkat etmek önemlidir, ancak ekstra bir dış zar, gram-negatif bakterilerin lekelenmesini önler.

Gram pozitif bakteriler, peptidoglikan katmanlarından oluşan kalın hücre duvarlarına sahiptir. Gram pozitif bakteriler, bu hücre duvarı ile çevrili bir plazma zarına sahiptir. Bununla birlikte, gram negatif bakteriler, onları korumak için yeterli olmayan ince peptidoglikan hücre duvarlarına sahiptir.

Bu nedenle gram negatif bakterilerde ek bir katman bulunur. lipopolisakkaritler (LPS) işlevi gören endotoksin. Gram negatif bakterilerin iç ve dış plazma zarı vardır ve ince hücre duvarları zarlar arasındadır.

İnsan ve bakteri hücreleri arasındaki farklar, kullanımı mümkün kılar. antibiyotikler tüm hücrelerini öldürmeden vücudunda. İnsanların hücre duvarları olmadığından, antibiyotikler gibi ilaçlar bakterilerdeki hücre duvarlarını hedef alabilir. Hücre duvarının bileşimi, bazı antibiyotiklerin nasıl çalıştığı konusunda rol oynar.

Örneğin, yaygın bir beta-laktam antibiyotik olan penisilin, bakterilerdeki peptidoglikan zincirleri arasındaki bağlantıları oluşturan enzimi etkileyebilir. Bu, koruyucu hücre duvarını yok etmeye yardımcı olur ve bakterilerin büyümesini durdurur. Ne yazık ki, antibiyotikler vücuttaki hem yararlı hem de zararlı bakterileri öldürebilir.

Glikopeptit adı verilen başka bir antibiyotik grubu, peptidoglikanların oluşmasını engelleyerek hücre duvarlarının sentezini hedefler. Glikopeptit antibiyotik örnekleri arasında vankomisin ve teikoplanin bulunur.

Antibiyotik direnci, bakteriler değiştiğinde meydana gelir ve bu da ilaçları daha az etkili hale getirir. Dirençli bakteriler hayatta kaldığı için çoğalabilir ve çoğalabilirler. bakteri olur antibiyotiklere dirençli farklı yollarla.

Örneğin hücre duvarlarını değiştirebilirler. Antibiyotiği hücrelerinden çıkarabilir veya ilaçlara direnç içeren genetik bilgileri paylaşabilirler.

Bazı bakterilerin penisilin gibi beta-laktam antibiyotiklere direnç göstermelerinin bir yolu, beta-laktamaz adı verilen bir enzim yapmaktır. Enzim, ilacın çekirdek bileşeni olan ve karbon, hidrojen, nitrojen ve oksijenden oluşan beta-laktam halkasına saldırır. Ancak ilaç üreticileri beta-laktamaz inhibitörleri ekleyerek bu direnci engellemeye çalışmaktadır.

Hücre duvarları bitkiler, algler, mantarlar ve bakteriler için koruma, destek ve yapısal yardım sunar. Prokaryotların ve ökaryotların hücre duvarları arasında büyük farklılıklar olmasına rağmen, çoğu organizmanın hücre duvarları plazma zarlarının dışındadır.

Diğer bir benzerlik, çoğu hücre duvarının, hücrelerin şeklini korumasına yardımcı olan sertlik ve güç sağlamasıdır. Patojenlerden veya yırtıcılardan korunma da farklı organizmalar arasındaki birçok hücre duvarının ortak noktasıdır. Birçok organizmanın protein ve şekerlerden oluşan hücre duvarları vardır.

Prokaryotların ve ökaryotların hücre duvarlarını anlamak insanlara çeşitli şekillerde yardımcı olabilir. Daha iyi ilaçlardan daha güçlü mahsullere kadar, hücre duvarı hakkında daha fazla bilgi edinmek birçok potansiyel fayda sağlar.