Устройство и функция на клетъчната стена

Клетъчната стена е твърд, полупропусклив слой, който обгражда определени видове клетки, както еукариотни, така и прокариотни. В повечето случаи клетъчната стена е изградена от слоеве с различни видове органични съединения, включително полипептиди (включително някои протеини), полизахариди (като целулоза и хитин) и липиди, както и комбинации от тях, като гликопротеини, липопротеини и липополизахариди.

В тези клетки, които имат такава, клетъчната стена винаги е непосредствено след клетъчната мембрана, която заобикаля и съдържа цитоплазмата (плазмената мембрана). В много случаи, като растителните клетки, клетъчната стена е външното покритие, което служи като интерфейс между клетката и извънклетъчното пространство. В други случаи, като например при някои видове бактерии, клетъчната стена е покрита от друг слой, наречен капсула, или от гелообразен слой.

Видове клетки, които имат клетъчна стена

Клетъчната стена е характерна за повечето растителни клетки , за гъбите , за бактериите , за водораслите и за някои археи . Същото правят и по-голямата част от дрождите. Те обаче не присъстват в животинските клетки. Както ще видим по-подробно по-късно, клетъчната стена изпълнява много важни функции, както за клетката, така и за многоклетъчните организми, включително, наред с други:

• защита.
• Структура и поддръжка.
• Регулиране на клетъчната функция.
• Комуникация.
• Съхранение.

структура на клетъчната стена

Както съставът, така и структурата на клетъчната стена силно зависят от вида на клетката, която покрива. В този смисъл еукариотните клетки (тези, които имат ядро ​​и други мембранни отделения) имат клетъчни стени, забележително различни от тези на прокариотните клетки (които нямат ядро) и дори в тези две групи могат да се наблюдават разлики, както е показано ще видите по-долу.

Структура на клетъчната стена на еукариотните клетки

растителна клетъчна стена

Клетъчната стена е една от най-забележителните характеристики на растителните клетки, както и наличието на хлоропласти и вакуоли. В тези клетки клетъчната стена може да бъде изградена от два или три слоя, в зависимост от конкретния вид въпросна растителна клетка. Двата слоя, общи за всички растителни клетки, се наричат ​​първична стена и средна ламела, докато третият се нарича вторична стена:

Първична стена: Образува се от между три и четири кръстосани слоя целулозни микрофибрили, глюкозен хомополимер, който е най-разпространената биомолекула в природата. Дългите целулозни влакна са свързани заедно с хемицелулозни молекули. Заедно те осигуряват структурната цялост на клетъчната стена.

Средна ламела: това е най-външният слой на растителната клетъчна стена и се състои главно от калциеви и магнезиеви пектини и хемицелулози. Това е много лепкав слой, който спомага за прилепването на клетъчните стени на съседните клетки една към друга. Всъщност пектинът е много изобилен в плодовете и е това, което придава желатиновата консистенция на конфитюрите.

Вторична стена: среща се в растителни клетки, които вече не растат, като например в дървесни тъкани. В тези растителни клетки, които го притежават, това е слоят на стената, който е точно над плазмената мембрана. Тази стена съдържа лигнин, както и по-голям дял целулоза от основната стена, което й придава голяма твърдост и структурна стабилност.

гъбична клетъчна стена

Само някои гъби имат клетъчна стена. В тези случаи той се образува главно от глюкани, хитин и гликопротеини. Също така съдържа количества свободен глюкозамин.

Хитин: Той образува първия слой на клетъчната стена на гъбичките, който е в пряк контакт с цитоплазмената мембрана. Това е същият полизахарид, от който са направени екзоскелетите на членестоноги, в който повтарящите се единици са аминозахар, наречена N-ацетил глюкозамин. Гъбичните клетъчни стени съдържат различни пропорции на хитин.

Глюкани: Повече от 50% от масата на клетъчната стена на гъбичките съответства на глюкани. Те са полизахариди, образувани от глюкозни единици, които са свързани помежду си чрез различни видове гликозидни връзки. Те представляват структурната част на клетъчната стена.

Манопротеини: Както повечето клетъчни стени, тези на гъбите също съдържат добра част от гликопротеини. В този конкретен случай въглехидратите, които са свързани с протеините, са манозни единици, поради което се наричат ​​манопротеини.

клетъчна стена на дрожди

Приблизително 30% от сухото тегло на дрождите съответства на клетъчната стена. Той се формира предимно от полизахариди (90%), в по-малка степен от протеини и само малка част съответства на липиди. Подобно на гъбите, клетъчните стени на дрождите също съдържат два слоя, в които основният компонент са полизахаридите.

Структура на клетъчната стена на прокариотните клетки

Някои прокариотни клетки имат клетъчна стена. В случай на бактерии има два различни вида:

Грам положителни бактерии

Грам-положителните бактерии са тези, които стават лилави при оцветяване по Грам. Това се дължи именно на клетъчната стена, която след плазмената мембрана има дебел слой от вид полимер, наречен пептидогликан, съставен от редуващи се дълги вериги от N-ацетилглюкозамин и N-ацетилмураминова киселина, свързани помежду си посредством къси вериги от четири пептида.

Грам-положителните клетки имат множество слоеве пептидогликан, подредени един върху друг и свързани заедно с къси олигопептиди, които придават структурна стабилност.

В допълнение към пептидогликана, който образува до 90% от клетъчната стена, те също съдържат тейтоинови киселини и множество протеини както на повърхността си, така и други, които преминават през нея изцяло.

Грам отрицателни бактерии

Грам-отрицателните бактерии имат много различна клетъчна стена от грам-положителните.

Те също имат пептидогликанов слой, но той е много по-тънък. По-голямата част от стената се образува от втора фосфолипидна мембрана, която съдържа значително количество липидно свързани полизахариди, поради което се нарича липополизахариден слой. Тази външна мембрана също съдържа количества протеин. Пространството между плазмената мембрана и външната мембрана, в което се намира пептидогликанът, се нарича периплазма.

Клетъчната стена на археите

Някои археи имат стени, подобни на тези на грам-положителните бактерии, с изключение на това, че вместо пептидогликан, те съдържат псевдомуреин, който е много подобен на пептидогликана, с изключение на това, че замества N-ацетилмурамовата киселина с N-ацетиламиноуронова киселина и също така използва β-1 ,3 връзки вместо β-1,4 за свързване на захариди заедно, което прави тези микроорганизми устойчиви на пеницилин и лизозим.

Въпреки това, най-често срещаният тип клетъчна стена сред археите е паракристалният повърхностен слой или слой S. Състои се от взаимосвързани протеинови и гликопротеинови молекули, които образуват силно правилни модели на повърхността. Когато присъства, S-слоят е външният слой на клетката в пряк контакт с околната среда.

функция на клетъчната стена

Клетъчната стена не е просто обвивка, която обгражда и защитава клетките. Това е сложна органела, която има множество компоненти, които участват в голям брой клетъчни функции, без които клетката не би могла да оцелее в естествената си среда. Основните функции на клетъчната стена са:

структура и поддръжка

Клетъчната стена е най-твърдата част от клетката и осигурява механична опора за останалите клетъчни структури. В повечето случаи той е отговорен за определяне на формата на клетката, тъй като насочва посоката на клетъчния растеж.

Защита срещу външни агенти

Точно както стените на къщата осигуряват опора и не позволяват на никого да влезе във вътрешността й, така и клетъчната стена блокира и предотвратява навлизането на различни патогени в клетката. По този начин стената предпазва клетката от вирусна атака, от действието на антибиотиците и от действието на протеолитичните ензими, които биха могли да разрушат клетката. Например, полилипозахаридният слой на Грам-отрицателните бактерии предпазва пептидогликановия слой срещу ензимно разграждане.

Устойчивост на тургор и осмолитичен стрес

Когато една клетка се въведе в хипотонична среда (с обща концентрация, по-ниска от тази на цитоплазмата), водата ще проникне във вътрешността й чрез осмоза, създавайки налягане и набъбвайки клетката. Това се нарича тургор. Клетъчната стена е отговорна за това клетката да може да издържи на това налягане, без да се счупи. Клетки, които нямат клетъчна стена, като еритроцитите например, бързо набъбват до спукване, когато се поставят в хипотонична среда. Тургорната устойчивост е отговорна за здравината на растителните тъкани.

регулиране на растежа

Клетъчната стена изпраща сигнали за индуциране на процеса на клетъчно делене, поради което участва в регулирането на растежа на растителните тъкани и популацията на микроорганизмите.

регулиране на дифузията

Намирайки се между плазмената мембрана (и вътрешността на клетката) и извънклетъчното пространство, всички вещества, които влизат и излизат от клетката, трябва да преминат през клетъчната стена. Поради тази причина клетъчната стена е способна да регулира дифузията както на хранителните вещества в клетката, така и на отпадъците и секретите извън клетката.

адхезия на тъканта

Целостта на тъканите е силно зависима от адхезията между съседните клетки и в много случаи тази адхезия се медиира от външния слой на клетъчната стена.

Комуникация с други клетки

В растителните тъкани клетките са свързани една с друга чрез канали, които преминават през клетъчните стени на съседни клетки, наречени плазмодесми. Тези канали позволяват директна комуникация между клетките на растителните тъкани. Клетъчната стена също съдържа рецептори, които участват в междуклетъчната комуникация, медиирана от химически сигнали.

Съхранение

Особено в клетките, които изграждат семената на растенията, клетъчната стена служи за съхраняване на големи количества въглехидрати под формата на полизахариди, които метаболизира за растеж.

животинска токсичност

В случай на грам-отрицателни бактерии, липополизахаридният слой в много случаи е отговорен за токсичните ефекти на патогенните бактерии. Например, токсичността на Salmonella и някои видове Escherichia се дължи на липид А, открит във външната мембрана на клетъчната стена.

Източници

• Понтон, Хосе. Клетъчната стена на гъбите и механизмът на действие на анидулафунгин. Rev Iberoam Micol 2008; 25: 78-82 http://www.reviberoammicol.com/2008-25/078082.pdf
• Агилар Усканга, Б.; Solis Pacheco, J.; François, J. Изследване на вариациите в състава на полизахаридите, съдържащи се в клетъчната стена на дрождите Saccharomyces Cerevisiae. e-Gnosis, бр. 3, 2005, стр. 0 https://www.redalyc.org/pdf/730/73000312.pdf
• Lodish, H, et al. „Динамичната растителна клетъчна стена.“ Молекулярна клетъчна биология . 4-то издание, WH Freeman, 2000 г., www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21709/ .
• Йънг, Кевин Д. „Бактериална клетъчна стена.“ Wiley Online Library , Wiley/Blackwell (10.1111), 19 април 2010 г., onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/9780470015902.a0000297.pub2