Стільникова стінка: визначення, структура та функції (зі схемою)

Клітинна стінка є додатковим захисним шаром поверх клітинна мембрана. Ви можете знайти клітинні стінки в обох прокаріоти та еукаріоти, і вони найчастіше зустрічаються у рослин, водоростей, грибів та бактерій.

Однак тварини та найпростіші не мають такого типу будови. Клітинні стінки мають тенденцію до жорстких структур, які допомагають підтримувати форму клітини.

Клітинна стінка виконує кілька функцій, включаючи підтримку клітинної структури та форми. Стінка жорстка, тому захищає клітину та її вміст.

Наприклад, клітинна стінка може утримувати патогени, такі як рослинні віруси, не потрапляти. На додаток до механічної опори стінка виконує роль каркаса, який може запобігти надмірному розширенню або зростанню клітини. Білки, целюлозні волокна, полісахариди та інші структурні компоненти допомагають стінці підтримувати форму клітини.

Клітинна стінка також відіграє важливу роль у транспорті. Оскільки стіна є напівпроникна мембрана, це дозволяє певним речовинам проходити, наприклад, білкам. Це дозволяє стінці регулювати дифузію в клітині та контролювати, що потрапляє або виходить.

Крім того, напівпроникна мембрана допомагає спілкуванню між клітинами, дозволяючи сигнальним молекулам проходити через пори.

Клітинна стінка рослин складається переважно з вуглеводів, таких як пектини, целюлоза та геміцелюлоза. Він також має структурні білки в менших кількостях і деякі мінерали, такі як кремній. Всі ці компоненти є життєво важливими частинами клітинної стінки.

Целюлоза є складним вуглеводом і складається з тисяч мономери глюкози які утворюють довгі ланцюги. Ці ланцюги об’єднуються і утворюють целюлозу мікрофібрили, які складають кілька нанометрів у діаметрі. Мікрофібрили допомагають контролювати ріст клітини, обмежуючи або дозволяючи її розширення.

Однією з основних причин наявності стінки в клітині рослини є те, що вона може витримувати тургорний тиск, і саме тут целюлоза відіграє вирішальну роль. Тургоровий тиск - це сила, що створюється внутрішньою частиною клітини, що виштовхується. Целюлозні мікрофібрили утворюють матрикс з білками, геміцелюлозами та пектинами, забезпечуючи міцний каркас, який може протистояти тиску тургору.

І геміцелюлози, і пектини є розгалуженими полісахаридами. Геміцелюлози мають водневі зв’язки, що з’єднують їх з мікрофібрилами целюлози, тоді як пектини захоплюють молекули води, створюючи гель. Геміцелюлози збільшують міцність матриксу, а пектини допомагають запобігти стисненню.

Білки в клітинній стінці виконують різні функції. Деякі з них надають структурну підтримку. Інші - це ферменти, які є типом білка, який може прискорити хімічні реакції.

ферменти допомагають формуванню та нормальним модифікаціям, які відбуваються для підтримки клітинної стінки рослини. Вони також відіграють важливу роль у дозріванні плодів та зміні кольору листя.

Якщо ви коли-небудь робили самостійно варення або желе, то ви бачили ті самі види пектини знаходяться в клітинних стінках в дії. Пектин - це інгредієнт, який кухарі додають для згущення фруктових соків. Вони часто використовують пектини, що містяться в природі в яблуках або ягодах, для приготування джемів або желе.

•••Наукове

Стінки клітин рослин - це тришарові структури з a середня ламеля, первинна клітинна стінка і вторинна клітинна стінка. Середня ламеля є самим зовнішнім шаром і допомагає у поєднанні клітин із клітинами, утримуючи сусідні клітини разом (іншими словами, вона сидить між клітинами стінок двох клітин і утримує їх разом; тому її називають середньою ламеллю, хоча вона і є самим зовнішнім шаром).

Середня ламеля діє як клей або цемент для клітини рослин оскільки містить пектини. Протягом поділ клітин, перша формується середня ламеля.

Первинна клітинна стінка розвивається, коли клітина росте, тому вона, як правило, є тонкою і гнучкою. Він утворюється між середньою пластинкою і плазматична мембрана.

Складається з целюлозних мікрофібрил з геміцелюлозами та пектинами. Цей шар дозволяє клітині рости з часом, але не надто обмежує ріст клітини.

Вторинна клітинна стінка товщі і жорсткіша, тому вона забезпечує більший захист рослини. Він існує між первинною клітинною стінкою і плазматичною мембраною. Часто первинна клітинна стінка насправді допомагає створити цю вторинну стінку після закінчення росту клітини.

Вторинні клітинні стінки складаються з целюлози, геміцелюлози та лігнін. Лігнін - це полімер ароматичного спирту, який забезпечує додаткову підтримку рослини. Це допомагає захистити рослину від нападів комах або патогенних мікроорганізмів. Лігнін також допомагає при транспортуванні води в клітинах.

Порівнюючи склад і товщину первинної та вторинної клітинних стінок рослин, легко помітити відмінності.

По-перше, первинні стінки мають однакову кількість целюлози, пектинів та геміцелюлоз. Однак вторинні клітинні стінки не мають пектину і містять більше целюлози. По-друге, целюлозні мікрофібрили у стінках первинних клітин виглядають випадковими, але вони організовані у вторинних стінках.

Незважаючи на те, що вчені виявили багато аспектів функціонування клітинних стінок у рослин, деякі області все ж потребують додаткових досліджень.

Наприклад, вони все ще дізнаються більше про фактичне гени бере участь у біосинтезі клітинної стінки. За підрахунками дослідників, у процесі бере участь близько 2000 генів. Іншим важливим напрямком дослідження є те, як працює регуляція генів у рослинних клітинах і як вона впливає на стінку.

Подібно до рослин, клітинні стінки грибів складаються з вуглеводів. Однак поки грибки мають клітини з хітин та інших вуглеводів, вони не мають целюлози, як рослини.

Їх клітинні стінки також мають:

• Ферменти
• Глюкани
• Пігменти
• Віск 
• Інші речовини 

Важливо відзначити, що не всі гриби мають клітинні стінки, але багато з них мають. У грибів клітинна стінка знаходиться поза плазматичної мембрани. Хітин становить більшу частину клітинної стінки, і це той самий матеріал, який надає комахам міцність екзоскелети.

Загалом, гриби з клітинними стінками мають три шари: хітин, глюкани та білки.

Як внутрішній шар, хітин волокнистий і складається з полісахаридів. Це допомагає зробити клітинні стінки грибів жорсткими та міцними. Далі йде шар глюканів, які є полімерами глюкози, зшиваючи з хітином. Глюкани також допомагають грибкам підтримувати жорсткість клітинної стінки.

Нарешті, є шар білків, який називається маннопротеїни або маннани, які мають високий рівень манозний цукор. У клітинній стінці також є ферменти та структурні білки.

Різні компоненти клітинної стінки гриба можуть служити різним цілям. Наприклад, ферменти можуть сприяти перетравленню органічних матеріалів, тоді як інші білки можуть сприяти адгезії в навколишньому середовищі.

Клітинні стінки в водорості складаються з полісахаридів, таких як целюлоза, або глікопротеїди. У деяких водоростях у клітинних стінках є і полісахариди, і глікопротеїни. Крім того, клітинні стінки водоростей містять маннани, ксилани, альгінову кислоту та сульфовані полісахариди. Клітинні стінки різних типів водоростей можуть сильно відрізнятися.

Маннани - це білки, які утворюють мікрофібрили в деяких зелених і червоних водоростях. Ксилани - це складні полісахариди, які іноді замінюють целюлозу в водоростях. Альгінова кислота - це ще один тип полісахаридів, який часто зустрічається в бурих водоростях. Однак більшість водоростей мають сульфовані полісахариди.

Діатомові водорості - різновид водоростей, що мешкають у воді та ґрунті. Вони унікальні, оскільки їх клітинні стінки зроблені з діоксиду кремнію. Дослідники досі розслідують, як діатомових водоростей утворюють їх клітинні стінки і з яких білків складається процес.

Тим не менше, вони визначили, що діатомові водорості утворюють їх багаті мінералами стінки всередині і виводять їх за межі клітини. Цей процес, т.зв. екзоцитоз, є складним і включає кілька білків.

Бактеріальна клітинна стінка має пептидоглікани. Пептидоглікан або муреїн це унікальна молекула, яка складається з цукрів та амінокислот у сітчастому шарі, і це допомагає клітині підтримувати свою форму та структуру.

Клітинна стінка бактерій існує поза плазматичної мембрани. Стіна не тільки допомагає конфігурувати форму клітини, але також допомагає запобігти розриву клітини та розливанню всього її вмісту.

Загалом можна розділити бактерії на грампозитивні або грамнегативні категорії, і кожен тип має дещо іншу клітинну стінку. Грампозитивні бактерії можуть забарвитись у синій або фіолетовий колір під час тесту на фарбування за Грамом, який використовує барвники для реакції з пептидогліканами в клітинній стінці.

З іншого боку, грамнегативні бактерії не можуть бути забарвлені в синій або фіолетовий колір за допомогою цього типу тесту. Сьогодні мікробіологи все ще використовують фарбування за Грамом для виявлення виду бактерій. Важливо зазначити, що як грампозитивні, так і грамнегативні бактерії мають пептидоглікани, але додаткова зовнішня мембрана запобігає забрудненню грамнегативних бактерій.

Грампозитивні бактерії мають товсті клітинні стінки, зроблені із шарів пептидогліканів. Грампозитивні бактерії мають одну плазматичну мембрану, оточену цією клітинною стінкою. Однак грамнегативні бактерії мають тонкі клітинні стінки пептидогліканів, яких недостатньо для їх захисту.

Ось чому грамнегативні бактерії мають додатковий шар ліпополісахариди (LPS), які служать як ендотоксин. Грамнегативні бактерії мають внутрішню і зовнішню плазматичну мембрану, а тонкі клітинні стінки знаходяться між мембранами.

Відмінності між клітинами людини та бактерій дають можливість використовувати антибіотики у вашому тілі, не вбиваючи всі ваші клітини. Оскільки у людей немає клітинних стінок, такі ліки, як антибіотики, можуть націлювати клітинні стінки на бактерії. Склад клітинної стінки відіграє важливу роль у роботі деяких антибіотиків.

Наприклад, пеніцилін, загальний бета-лактамний антибіотик, може впливати на фермент, який утворює зв'язки між ланцюгами пептидоглікану у бактерій. Це допомагає зруйнувати захисну клітинну стінку і зупиняє розвиток бактерій. На жаль, антибіотики можуть вбивати як корисні, так і шкідливі бактерії в організмі.

Інша група антибіотиків, що називається глікопептидами, націлена на синтез клітинних стінок, зупиняючи утворення пептидогліканів. Приклади глікопептидних антибіотиків включають ванкоміцин та тейкопланін.

Стійкість до антибіотиків трапляється при зміні бактерій, що робить препарати менш ефективними. Оскільки стійкі бактерії виживають, вони можуть розмножуватися і розмножуватися. Бактерії стають стійкий до антибіотиків по-різному.

Наприклад, вони можуть змінити свої клітинні стінки. Вони можуть перемістити антибіотик зі своїх клітин або поділитися генетичною інформацією, яка включає стійкість до ліків.

Одним із способів протистояння деяких бактерій бета-лактамним антибіотикам, таким як пеніцилін, є утворення ферменту, який називається бета-лактамаза. Фермент атакує бета-лактамне кільце, яке є основним компонентом препарату, і складається з вуглецю, водню, азоту та кисню. Однак виробники ліків намагаються запобігти цій стійкості, додаючи інгібітори бета-лактамази.

Клітинні стінки забезпечують захист, підтримку та структурну допомогу рослинам, водоростям, грибкам та бактеріям. Хоча існують основні відмінності між клітинними стінками прокаріотів та еукаріотів, більшість організмів мають клітинні стінки поза мембранами плазми.

Інша подібність полягає в тому, що більшість клітинних стінок забезпечують жорсткість і міцність, що допомагає клітинам підтримувати свою форму. Захист від патогенних мікроорганізмів або хижаків - це також спільне для багатьох клітинних стінок різних організмів. У багатьох організмів клітинні стінки складаються з білків і цукрів.

Розуміння клітинних стінок прокаріотів та еукаріотів може допомогти людям різними способами. Від кращих ліків до міцніших культур, дізнаючись більше про клітинну стінку, ви отримуєте багато потенційних переваг.