Клеточная стенка

Что такое клеточная стенка?

 

За очень немногими исключениями, все клетки окружены внеклеточным матриксом, состоящим из белков, углеводов и других веществ. Благодаря своей исключительной силе и способности контролировать форму клеток, внеклеточный матрикс эубактерий, водорослей, грибов и растений называется клеточной стенкой.

 

Клеточная стенка представляет собой дополнительный слой защиты поверх клеточной мембраны. Вы можете найти клеточные стенки как у прокариот, так и у эукариот, и они наиболее распространены у растений, водорослей, грибов и бактерий.

 

 

Зачем нужна клеточная стенка?

 

 

Клеточная стенка выполняет несколько функций, включая поддержание структуры и формы клетки. Стена жесткая, поэтому она защищает клетку и ее содержимое.

 

Например, клеточная стенка может препятствовать проникновению патогенных микроорганизмов, таких как вирусы растений. В дополнение к механической опоре стена выступает в качестве каркаса, который может препятствовать слишком быстрому расширению или росту клетки. Белки, целлюлозные волокна, полисахариды и другие структурные компоненты помогают стенке поддерживать форму клетки.

 

 

Она также играет важную роль в транспорте. Поскольку стенка представляет собой полупроницаемую мембрану, она позволяет проходить определенным веществам, таким как белки. Это позволяет стене регулировать диффузию в клетке и контролировать, что входит или выходит.

 

Кроме того, полупроницаемая мембрана помогает связи между клетками, позволяя сигнальным молекулам проходить через поры.

 

 

Из чего состоит клеточная стенка?

 

 

Клеточная стенка растения состоит в основном из углеводов, таких как пектины, целлюлоза и гемицеллюлоза. Она также содержит структурные белки в меньших количествах и некоторые минералы, такие как кремний. Все эти компоненты являются жизненно важными частями клеточной стенки.

 

Целлюлоза представляет собой сложный углевод и состоит из тысяч мономеров глюкозы, которые образуют длинные цепи. Эти цепи собираются вместе и образуют целлюлозные микрофибриллы диаметром несколько нанометров. Микрофибриллы помогают контролировать рост клетки, ограничивая или допуская ее расширение.

 

 

Тургорное давление клетки

 

 

Одна из главных причин наличия стенки в растительной клетке заключается в том, что она может противостоять тургорному давлению, и именно здесь целлюлоза играет решающую роль. Тургорское давление — это сила, создаваемая выталкивающей внутренней частью ячейки. Микрофибриллы целлюлозы образуют матрицу с белками, гемицеллюлозами и пектинами, чтобы обеспечить прочную основу, которая может противостоять тургорному давлению.

 

И гемицеллюлозы, и пектины являются разветвленными полисахаридами. Гемицеллюлозы имеют водородные связи, соединяющие их с микрофибриллами целлюлозы, в то время как пектины удерживают молекулы воды, образуя гель. Гемицеллюлозы увеличивают прочность матрицы, а пектины помогают предотвратить сжатие.

 

 

Белки в клеточной стенке

 

 

Белки в клеточной стенке выполняют разные функции. Некоторые из них обеспечивают структурную поддержку. Другие ферменты, которые являются типом белка, который может ускорить химические реакции.

 

Эти ферменты помогают формированию и нормальных изменений, которые происходят для поддержания клеточной стенки завода. Они также играют роль в созревании плодов и изменении цвета листьев.

 

 

 

Вещества клеточной стенки

 

 

 

Эукариотические организмы, такие как водоросли, грибы и высшие растения, имеют многослойные клеточные стенки, состоящие в основном из целлюлозы или хитина.

 

Целлюлоза и хитин являются полисахаридами, то есть они состоят из множества связанных молекул сахара. Целлюлоза представляет собой полимер из глюкозы, который содержит только углерод, водород и кислород, в то время как хитин представляет собой полимер из N-ацетилглюкозамина, сахар, который содержит азот также. Как целлюлоза, так и хитин являются линейными неразветвленными полимерами соответствующих сахаров, и несколько десятков этих полимеров собраны в большие кристаллоподобные кабели, называемые микрофибриллами, которые наматываются на клетки.

 

 

Целлюлоза клеточной стенки

 

 

Целлюлоза состоит из нескольких тысяч молекул глюкозы , соединенных друг с другом. Химические связи между отдельными субъединицами глюкозы дают каждой молекуле целлюлозы плоскую лентообразную структуру, которая позволяет соседним молекулам латерально объединяться в микрофибриллы длиной от двух до семи микрометров. Целлюлозные волокна синтезируются ферментами, плавающими в клеточной мембране.и расположены в конфигурации розетки.

 

Кажется, что каждая розетка способна «закрутить» микрофибриллу в клеточную стенку. Во время этого процесса, когда новые субъединицы глюкозы добавляются к растущему концу фибрилл, розетка проталкивается вокруг клетки на поверхности клеточной мембраны, и ее целлюлозная фибрилла оборачивается вокруг протопласта. Таким образом, каждая растительная клетка может рассматриваться как составляющая свой собственный целлюлозно-фибрильный кокон.

 

Целлюлоза состоит из молекул глюкозы, соединенных между собой.

В отличие от других компонентов клеточной стенки, которые синтезируются в организме Гольджи (органелле, которая производит, сортирует и транспортирует различные макромолекулы внутри клетки), целлюлоза синтезируется на поверхности клетки растения. В плазматическую мембрану растения встроен фермент, называемый синтетазой целлюлозы, который синтезирует целлюлозу.

 

Когда целлюлоза синтезируется, она самопроизвольно образует микрофибриллы, которые осаждаются на поверхности клетки. Поскольку фермент синтетазы целлюлозы находится в плазматической мембране, новые целлюлозные микрофибриллы откладываются под более старые целлюлозные микрофибриллы. Таким образом, самые старые целлюлозные микрофибриллы находятся на внешней стороне стенки, в то время как более новые микрофибриллы находятся на внутренней стороне стенки.

 

 

Функции клеточной стенки

 

 

Клеточные стенки обеспечивают жесткость и защиту. Для многоклеточных организмов клеточная стенка также связывает разные клетки вместе. Растения используют клеточную стенку как часть своей системы для поддержания формы и жесткости.

 

 

Она придает растению актуальную форму, действует как привратник, потому что она определяет, что может входить и выходить из ячейки, чтобы обеспечить защиту. Это похоже на внешние кирпичи замка, только, в этом замке есть отверстия. Эти отверстия делают клетку уязвимой, но они важны для ее функционирования.

 

 

Красное дерево и одуванчик имеют клеточные стенки снаружи всех своих клеток. Клеточные стенки предназначены для того, чтобы дать растениям форму и поддержку; однако клеточные стенки действуют и конструируются немного по-другому, чтобы удовлетворить потребности конкретного растения.

Например, 100-футовому дереву красного дерева нужна очень прочная и жесткая клеточная стенка растения, чтобы оно могло вырасти до своей большой высоты и не упасть на ветру. С другой стороны, маленький желтый одуванчик в поле должен иметь большую пластичность, чтобы он мог сгибаться, а не ломаться, когда ветер дует.

 

 

Вы когда-нибудь забывали поливать цветы? Возможно, они не смогут говорить, но они дадут вам знать, когда захотят пить, и начнут опускаться. Их форма по-прежнему поддерживается клеточной стенкой, так что, как только вы поливаете растение, оно может снова подняться. С другой стороны, если вы слишком много дали им воды, клеточная стенка также предотвращает перенасыщение водой, она защищает клетку от чрезмерного расширения.

 

Клеточная стенка защищает растение и клетки от многих насекомых и патогенных микроорганизмов, которые могут нанести вред растению, но клеточная стенка имеет свои уязвимые участки. По всей клеточной стенке есть отверстия, называемые плазмодесмами. Это отверстия, которые позволяют питательным веществам проникать в клетку, а также отходам, выходящим из клетки. Эти маленькие отверстия могут вызвать потерю клеткой воды, и именно тогда растение начнет опускаться. Но как только растение сможет выпить, оно вернется к своей правильной форме.

 

 

Структура растительной клеточной стенки

 

 

Стенки растительных клеток представляют собой трехслойные структуры со средней пластинкой, первичной клеточной стенкой и вторичной клеточной стенкой. Средняя пластинка является самым внешним слоем и помогает в межклеточных соединениях, удерживая соседние клетки вместе (другими словами, она располагается между клеточными стенками двух клеток и удерживает их вместе; именно поэтому она называется средней пластинкой, хотя это самый внешний слой).

 

Средняя пластинка действует как клей или цемент для растительных клеток, потому что она содержит пектины. Во время деления клетки формируется первая средняя пластинка.

 

 

Первичная клеточная стенка

 

 

Развивается когда клетка растет, поэтому она имеет тенденцию быть тонкой и гибкой. Она образуется между средней пластинкой и плазматической мембраной.

 

Она состоит из целлюлозных микрофибрилл с гемицеллюлозами и пектинами. Этот слой позволяет клетке расти со временем, но не слишком ограничивает рост клетки.

 

 

Вторичная клеточная стенка

 

 

Более толстая и более жесткая, поэтому она обеспечивает большую защиту растения. Она существует между первичной стенкой и плазматической мембраной. Часто первичная стенка фактически помогает создать эту вторичную стенку после того, как клетка заканчивает расти.

 

Вторичные клеточные стенки состоят из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Лигнин является полимером ароматического спирта, который обеспечивает дополнительную поддержку растения. Это помогает защитить растение от нападений насекомых или патогенных микроорганизмов. Лигнин также помогает с водным транспортом в клетках.

 

Разница между первичными и вторичными клеточными стенками в растениях

Когда вы сравниваете состав и толщину первичных и вторичных клеточных стенок у растений, легко увидеть различия.

 

Во-первых, первичные стенки содержат одинаковое количество целлюлозы, пектинов и гемицеллюлоз. Однако вторичные стенки не содержат пектина и содержат больше клетчатки. Во-вторых, целлюлозные микрофибриллы в стенках первичных клеток выглядят случайными, но они организованы во вторичные стенки.

 

Хотя ученые обнаружили много аспектов функционирования клеточных стенок у растений, некоторые области все еще нуждаются в дополнительных исследованиях.

 

Например, они все еще узнают больше о фактических генах, вовлеченных в биосинтез клеточной стенки. Исследователи считают, что в этом процессе принимают участие около 2000 генов. Другая важная область исследования — как генная регуляция работает в клетках растений и как она влияет на стенку.

 

 

Клеточная стенка грибов

 

 

 

Клеточные стенки грибов содержат хитин, который является производным глюкозы, похожим по структуре на целлюлозу. Слои хитина очень жесткие; хитин — это та же молекула, которая содержится в жестких экзоскелетах животных, таких как насекомые и ракообразные.

 

 

Глюканы, которые являются другими полимерами глюкозы, также обнаруживаются в клеточной стенке гриба вместе с липидами и белками. У грибов есть белки, названные гидрофобинами в их клеточных стенках. Обнаруженные только в грибах, гидрофобины придают клеткам силу, помогают им прилипать к поверхности и помогают контролировать движение воды в клетки. У грибов клеточная стенка является наиболее внешним слоем и окружает клеточную мембрану.

 

 

 

Клеточная стенка бактерий

 

 

 

Бактериальная стенка имеет пептидогликаны.

Пептидогликан или мурейн — это уникальная молекула, которая состоит из сахаров и аминокислот в сетчатом слое и помогает клетке сохранять свою форму и структуру.

 

Клеточная стенка у бактерий существует вне плазматической мембраны. Стена не только помогает настроить форму ячейки, но также помогает предотвратить разрыв ячейки и разлив всего ее содержимого.