Struttura e funzione della parete cellulare

La parete cellulare è uno strato rigido e semipermeabile che circonda alcuni tipi di cellule, sia eucariotiche che procariotiche. Nella maggior parte dei casi, la parete cellulare è costituita da strati con diversi tipi di composti organici, inclusi polipeptidi (comprese alcune proteine), polisaccaridi (come cellulosa e chitina) e lipidi, nonché loro combinazioni come glicoproteine, lipoproteine e lipopolisaccaridi.

In quelle cellule che ne hanno una, la parete cellulare è sempre subito dopo la membrana cellulare che circonda e contiene il citoplasma (la membrana plasmatica). In molti casi, come nelle cellule vegetali, la parete cellulare è il rivestimento esterno che funge da interfaccia tra la cellula e lo spazio extracellulare. In altri casi, come in alcune specie di batteri, la parete cellulare è ricoperta da un altro strato chiamato capsula, o da uno strato gelatinoso.

Tipi di cellule che hanno una parete cellulare

La parete cellulare è caratteristica della maggior parte delle cellule vegetali , dei funghi , dei batteri , delle alghe e di alcuni archei . Così fa la stragrande maggioranza dei lieviti. Tuttavia, non sono presenti nelle cellule animali. Come vedremo in dettaglio in seguito, la parete cellulare svolge molte funzioni importanti, sia per la cellula che per gli organismi pluricellulari, tra cui, tra le altre:

• Protezione.
• Struttura e supporto.
• Regolazione della funzione cellulare.
• Comunicazione.
• Magazzinaggio.

struttura della parete cellulare

Sia la composizione che la struttura della parete cellulare dipendono fortemente dal tipo di cellula che ricopre. In questo senso, le cellule eucariotiche (quelle che hanno un nucleo e altri compartimenti membranosi) hanno pareti cellulari notevolmente diverse da quelle delle cellule procariotiche (che non hanno un nucleo), e anche all’interno di questi due gruppi si possono osservare differenze, come mostrato vedrà sotto.

Struttura della parete cellulare delle cellule eucariotiche

parete cellulare vegetale

La parete cellulare è una delle caratteristiche più importanti delle cellule vegetali, così come la presenza di cloroplasti e vacuoli. In queste cellule, la parete cellulare può essere costituita da due o tre strati, a seconda del particolare tipo di cellula vegetale in questione. I due strati comuni a tutte le cellule vegetali sono detti parete primaria e lamella mediana, mentre il terzo è detto parete secondaria:

Parete primaria: è formata da tre o quattro strati incrociati di microfibrille di cellulosa, un omopolimero di glucosio che è la biomolecola più abbondante in natura. Le lunghe fibre di cellulosa sono legate tra loro da molecole di emicellulosa. Insieme danno l’integrità strutturale alla parete cellulare.

Lamella mediana: è lo strato più esterno della parete cellulare della pianta, ed è composta principalmente da pectine di calcio e magnesio ed emicellulose. È uno strato molto appiccicoso che aiuta a far aderire le pareti cellulari delle cellule adiacenti l’una all’altra. La pectina, infatti, è molto abbondante nella frutta ed è ciò che conferisce alle confetture la loro consistenza gelatinosa.

Parete secondaria: si verifica nelle cellule vegetali che non crescono più, come nei tessuti legnosi. In quelle cellule vegetali che lo possiedono, questo è lo strato della parete che si trova direttamente sopra la membrana plasmatica. Questa parete contiene lignina, oltre a una percentuale maggiore di cellulosa rispetto alla parete primaria, che le conferisce grande rigidità e stabilità strutturale.

parete cellulare fungina

Solo alcuni funghi hanno una parete cellulare. In questi casi è formato principalmente da glucani, chitina e glicoproteine. Contiene anche quantità di glucosamina libera.

Chitina: forma il primo strato della parete cellulare fungina che è a diretto contatto con la membrana citoplasmatica. Questo è lo stesso polisaccaride di cui sono fatti gli esoscheletri di artropodi, in cui le unità ripetitive sono un amminozucchero chiamato N-acetil glucosamina. Le pareti delle cellule fungine contengono diverse proporzioni di chitina.

Glucani: più del 50% della massa della parete cellulare fungina corrisponde ai glucani. Sono polisaccaridi formati da unità di glucosio, che sono legate tra loro da diversi tipi di legami glicosidici. Rappresentano la parte strutturale della parete cellulare.

Mannoproteine: come la maggior parte delle pareti cellulari, anche quelle dei funghi contengono una buona percentuale di glicoproteine. In questo caso particolare, i carboidrati legati alle proteine ​​sono unità di mannosio, motivo per cui vengono chiamati mannoproteine.

parete cellulare di lievito

Circa il 30% del peso secco dei lieviti corrisponde alla parete cellulare. Questo è formato per lo più da polisaccaridi (90%), in misura minore da proteine, e solo una piccola frazione corrisponde a lipidi. Proprio come i funghi, anche le pareti delle cellule di lievito contengono due strati in cui il componente principale sono i polisaccaridi.

Struttura della parete cellulare delle cellule procariotiche

Alcune cellule procariotiche hanno una parete cellulare. Nel caso dei batteri, ci sono due diversi tipi:

Batteri Gram-positivi

I batteri Gram-positivi sono quelli che diventano viola alla colorazione di Gram. Ciò è dovuto proprio alla parete cellulare che, dopo la membrana plasmatica, presenta uno spesso strato di un tipo di polimero chiamato peptidoglicano, costituito dall’alternanza di lunghe catene di N-acetilglucosamina e acido N-acetilmuramico, interconnesse mediante catene corte di quattro peptidi.

Le cellule Gram-positive hanno più strati di peptidoglicano impilati uno sopra l’altro e collegati tra loro da brevi oligopeptidi che conferiscono stabilità strutturale.

Oltre al peptidoglicano, che forma fino al 90% della parete cellulare, contengono anche acidi teitoici e molteplici proteine ​​sia sulla loro superficie che su altre che la attraversano completamente.

Batteri Gram negativi

I batteri Gram-negativi hanno una parete cellulare molto diversa da quelli Gram-positivi.

Hanno anche uno strato di peptidoglicano, ma è molto più sottile. La maggior parte della parete è formata da una seconda membrana fosfolipidica che contiene una notevole quantità di polisaccaridi legati ai lipidi, motivo per cui è chiamata strato lipopolisaccaridico. Questa membrana esterna contiene anche quantità di proteine. Lo spazio tra la membrana plasmatica e la membrana esterna, all’interno del quale si trova il peptidoglicano, è chiamato periplasma.

La parete cellulare degli Archaea

Alcuni archaea hanno pareti simili a quelle dei batteri gram-positivi, tranne per il fatto che al posto del peptidoglicano contengono pseudomureina, che è molto simile al peptidoglicano tranne per il fatto che sostituisce l’acido N-acetilmuramico con l’acido N-acetilaminouronico e utilizza anche β-1 ,3 legami invece di β-1,4 per legare insieme i saccaridi, rendendo questi microrganismi resistenti alla penicillina e al lisozima.

Tuttavia, il tipo più comune di parete cellulare tra gli archaea è lo strato superficiale paracristallino, o strato S. È costituito da molecole proteiche e glicoproteiche interconnesse che formano modelli altamente regolari sulla superficie. Quando presente, lo strato S è lo strato esterno della cellula a diretto contatto con l’ambiente.

funzione della parete cellulare

La parete cellulare non è solo un guscio che circonda e protegge le cellule. È un organello complesso che ha più componenti che sono coinvolti in un gran numero di funzioni cellulari, senza le quali la cellula non potrebbe sopravvivere nel suo ambiente naturale. Le principali funzioni della parete cellulare sono:

struttura e sostegno

La parete cellulare è la parte più rigida della cellula e fornisce supporto meccanico per il resto delle strutture cellulari. Nella maggior parte dei casi è responsabile della determinazione della forma della cellula in quanto dirige la direzione della crescita cellulare.

Protezione dagli agenti esterni

Proprio come le pareti di una casa forniscono supporto e non consentono a nessuno di entrare al suo interno, così la parete cellulare blocca e impedisce l’ingresso di diversi agenti patogeni nella cellula. In questo modo la parete protegge la cellula dall’attacco del virus, dall’azione degli antibiotici e dall’azione degli enzimi proteolitici che potrebbero distruggere la cellula. Ad esempio, lo strato poliliposaccaridico dei batteri Gram-negativi protegge lo strato peptidoglicano dalla degradazione enzimatica.

Resistenza al turgore e allo stress osmolitico

Quando una cellula viene introdotta in un mezzo ipotonico (con una concentrazione totale inferiore a quella del citoplasma), l’acqua penetrerà al suo interno per osmosi, generando pressione e rigonfiando la cellula. Questo si chiama turgore. La parete cellulare è responsabile di garantire che la cellula possa sopportare questa pressione senza rompersi. Le cellule che non hanno una parete cellulare, come gli eritrociti, ad esempio, si gonfiano rapidamente fino a scoppiare quando vengono poste in un mezzo ipotonico. La resistenza al turgore è responsabile della compattezza dei tessuti vegetali.

regolazione della crescita

La parete cellulare invia segnali per indurre il processo di divisione cellulare, motivo per cui è coinvolta nella regolazione della crescita dei tessuti vegetali e della popolazione di microrganismi.

regolazione della diffusione

Trovandosi tra la membrana plasmatica (e l’interno della cellula) e lo spazio extracellulare, tutte le sostanze che entrano ed escono dalla cellula devono passare attraverso la parete cellulare. Per questo motivo, la parete cellulare è in grado di regolare la diffusione sia dei nutrienti all’interno della cellula che dei rifiuti e delle secrezioni all’esterno della cellula.

adesione del tessuto

L’integrità del tessuto dipende fortemente dall’adesione tra le cellule vicine e in molti casi questa adesione è mediata dallo strato esterno della parete cellulare.

Comunicazione con altre cellule

Nei tessuti vegetali, le cellule sono collegate tra loro attraverso canali che passano attraverso le pareti cellulari delle cellule vicine chiamate plasmodesmata. Questi canali consentono la comunicazione diretta tra le cellule dei tessuti vegetali. La parete cellulare contiene anche recettori coinvolti nella comunicazione intercellulare mediata da segnali chimici.

Magazzinaggio

Soprattutto nelle cellule che compongono i semi delle piante, la parete cellulare serve a immagazzinare grandi quantità di carboidrati sotto forma di polisaccaridi, che metabolizza per la crescita.

tossicità animale

Nel caso dei batteri gram-negativi, lo strato lipopolisaccaridico è, in molti casi, responsabile degli effetti tossici dei batteri patogeni. Ad esempio, la tossicità di Salmonella e di alcune specie di Escherichia è dovuta al lipide A presente nella membrana esterna della parete cellulare.

Fonti

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• Lodish, H, et al. “La parete cellulare vegetale dinamica”. Biologia Cellulare Molecolare . 4a ed., WH Freeman, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21709/ .
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