세포벽의 구조와 기능

세포벽은 특정 유형의 세포(진핵 및 원핵 모두)를 둘러싸는 단단한 반투과성 층입니다. 대부분의 경우, 세포벽은 폴리펩타이드(일부 단백질 포함), 다당류(예: 셀룰로오스 및 키틴), 지질 및 당단백질, 지단백질과 같은 이들의 조합을 포함하는 다양한 유형의 유기 화합물로 층으로 구성됩니다. 및 리포폴리사카라이드.

세포벽이 있는 세포에서 세포벽은 항상 세포질을 둘러싸고 포함하는 세포막(원형질막) 바로 뒤에 있습니다. 식물 세포와 같은 많은 경우에 세포벽은 세포와 세포외 공간 사이의 인터페이스 역할을 하는 외부 덮개입니다. 일부 박테리아 종과 같은 다른 경우에는 세포벽이 캡슐이라고 하는 다른 층이나 젤 같은 층으로 덮여 있습니다.

세포벽이 있는 세포의 종류

세포벽은 대부분의 식물 세포 , 균류 , 박테리아 , 조류 및 일부 고세균 의 특징입니다 . 대다수의 효모도 마찬가지입니다. 그러나 동물 세포에는 존재하지 않습니다. 나중에 자세히 살펴보겠지만, 세포벽은 세포와 다세포 유기체 모두에 대해 다음과 같은 많은 중요한 기능을 수행합니다.

• 보호.
• 구조 및 지원.
• 세포 기능의 조절.
• 의사소통.
• 저장.

세포벽 구조

세포벽의 구성과 구조는 그것이 덮고 있는 세포의 유형에 크게 의존합니다. 이런 의미에서 진핵 세포(핵과 다른 막 구획을 가진 세포)는 세포벽이 핵이 없는 원핵 세포와 현저하게 다르며, 이 두 그룹 내에서도 다음과 같이 차이점을 관찰할 수 있습니다. 아래에서 볼 것입니다.

진핵 세포의 세포벽 구조

식물 세포벽

세포벽은 엽록체와 액포의 존재와 마찬가지로 식물 세포의 가장 두드러진 특징 중 하나입니다. 이 세포에서 세포벽은 해당 식물 세포의 특정 유형에 따라 2개 또는 3개의 층으로 구성될 수 있습니다. 모든 식물 세포에 공통적인 두 층을 일차벽과 중간판이라고 하고 세 번째 층을 이차벽이라고 합니다.

1차 벽: 자연에서 가장 풍부한 생체 분자인 글루코스 단일 중합체인 셀룰로오스 미세섬유의 3~4개의 교차 층으로 형성됩니다. 긴 셀룰로오스 섬유는 헤미셀룰로오스 분자에 의해 함께 연결됩니다. 함께 그들은 세포벽에 구조적 무결성을 제공합니다.

중간판: 식물 세포벽의 가장 바깥쪽 층이며 주로 칼슘과 마그네슘 펙틴과 헤미셀룰로오스로 구성됩니다. 인접한 세포의 세포벽을 서로 접착하는 데 도움이 되는 매우 끈적끈적한 층입니다. 사실, 펙틴은 과일에 매우 풍부하며 잼에 젤라틴 같은 일관성을 부여합니다.

이차벽: 나무 조직과 같이 더 이상 자라지 않는 식물 세포에서 발생합니다. 그것을 소유한 식물 세포에서 이것은 원형질막 바로 위에 있는 벽의 층입니다. 이 벽은 1차 벽보다 더 높은 비율의 셀룰로오스뿐만 아니라 리그닌을 함유하고 있어 뛰어난 강성과 구조적 안정성을 제공합니다.

곰팡이 세포벽

일부 균류만 세포벽을 가지고 있습니다. 이 경우 주로 글루칸, 키틴 및 당 단백질에 의해 형성됩니다. 그것은 또한 많은 양의 유리 글루코사민을 함유하고 있습니다.

키틴: 세포질 막과 직접 접촉하는 곰팡이 세포벽의 첫 번째 층을 형성합니다. 이것은 절지동물의 외골격을 구성하는 것과 동일한 다당류이며 반복 단위는 N-아세틸 글루코사민이라고 하는 아미노당입니다. 곰팡이 세포벽은 다양한 비율의 키틴을 포함합니다.

글루칸: 곰팡이 세포벽 질량의 50% 이상이 글루칸에 해당합니다. 이들은 서로 다른 유형의 글리코시드 결합에 의해 함께 연결된 글루코스 단위에 의해 형성된 다당류입니다. 그들은 세포벽의 구조적 부분을 나타냅니다.

만노단백질(Mannoproteins): 대부분의 세포벽과 마찬가지로 균류에도 상당량의 당단백질이 포함되어 있습니다. 이 특별한 경우에 단백질에 연결된 탄수화물은 만노스 단위이며, 이것이 만노단백질이라고 불리는 이유입니다.

효모 세포벽

효모 건조 중량의 약 30%는 세포벽에 해당합니다. 이것은 대부분 다당류(90%)에 의해 형성되며, 단백질에 의해 더 적게 형성되며, 단지 작은 부분만이 지질에 해당합니다. 곰팡이와 마찬가지로 효모 세포벽도 다당류를 주성분으로 하는 두 개의 층을 포함합니다.

원핵 세포의 세포벽 구조

일부 원핵 세포에는 세포벽이 있습니다. 박테리아의 경우 두 가지 유형이 있습니다.

그람양성균

그람 양성 박테리아는 그람 염색에서 보라색으로 변하는 박테리아입니다. 세포벽은 원형질막 뒤에 짧은 사슬로 연결된 N-아세틸글루코사민과 N-아세틸무라믹산의 교대로 긴 사슬로 구성된 펩티도글리칸이라고 하는 고분자 유형의 두꺼운 층을 가지고 있기 때문입니다. 4가지 펩타이드.

그람 양성 세포는 여러 층의 펩티도글리칸이 층층이 쌓이고 구조적 안정성을 부여하는 짧은 올리고펩티드에 의해 서로 연결되어 있습니다.

세포벽의 최대 90%를 형성하는 펩티도글리칸 외에도 표면과 표면을 완전히 통과하는 다른 단백질에는 테이토산과 여러 단백질이 포함되어 있습니다.

그램 음성 박테리아

그람 음성 박테리아는 그람 양성 박테리아와 매우 다른 세포벽을 가지고 있습니다.

그들은 또한 펩티도글리칸 층을 가지고 있지만 훨씬 더 얇습니다. 대부분의 벽은 상당한 양의 지질 결합 다당류를 포함하는 두 번째 인지질 막에 의해 형성되며 이것이 이것이 지질 다당류 층이라고 불리는 이유입니다. 이 외막에는 단백질도 포함되어 있습니다. 펩티도글리칸이 발견되는 원형질막과 외막 사이의 공간을 주변세포질(periplasm)이라고 합니다.

Archaea의 세포벽

일부 고세균은 펩티도글리칸 대신 슈도무레인을 함유하고 있다는 점을 제외하고는 그람 양성 박테리아와 유사한 벽을 가지고 있습니다. ,3 당류를 함께 연결하는 β-1,4 대신 연결, 이러한 미생물이 페니실린 및 리소자임에 내성이 있게 합니다.

그러나 고세균에서 가장 흔한 유형의 세포벽은 표면에 매우 규칙적인 패턴을 형성하는 상호 연결된 단백질과 당단백질 분자로 구성된 파라결정질 표면층 또는 S층입니다. 존재할 때마다 S층은 환경과 직접 접촉하는 세포의 외부층입니다.

세포벽 기능

세포벽은 단순히 세포를 둘러싸고 보호하는 껍질이 아닙니다. 그것은 세포가 자연 환경에서 생존할 수 없는 수많은 세포 기능에 관여하는 여러 구성 요소를 가진 복잡한 소기관입니다. 세포벽의 주요 기능은 다음과 같습니다.

구조 및 지원

세포벽은 세포의 가장 단단한 부분이며 세포 구조의 나머지 부분을 기계적으로 지지합니다. 대부분의 경우 세포 성장의 방향을 지시하면서 세포의 모양을 결정하는 역할을 합니다.

외부 에이전트로부터 보호

집의 벽이 지지대를 제공하고 아무도 그 내부로 들어가는 것을 허용하지 않는 것처럼 세포벽은 다양한 병원균이 세포 안으로 들어오는 것을 차단하고 방지합니다. 이러한 방식으로 세포벽은 바이러스 공격, 항생 물질의 작용 및 세포를 파괴할 수 있는 단백질 분해 효소의 작용으로부터 세포를 보호합니다. 예를 들어, 그람 음성 박테리아의 폴리리포사카라이드 층은 효소 분해로부터 펩티도글리칸 층을 보호합니다.

turgor 및 삼투압 스트레스에 대한 내성

세포가 저장성 배지(세포질보다 총 농도가 낮은)에 도입되면 물은 삼투압에 의해 세포 내부로 침투하여 압력을 생성하고 세포를 팽창시킵니다. 이것을 터거라고 합니다. 세포벽은 세포가 깨지지 않고 이 압력을 견딜 수 있도록 하는 역할을 합니다. 예를 들어 적혈구와 같이 세포벽이 없는 세포는 저장성 배지에 넣으면 빠르게 부풀어 터집니다. Turgor 저항은 식물 조직의 견고성을 담당합니다.

성장 조절

세포벽은 세포 분열 과정을 유도하는 신호를 보내며, 이것이 식물 조직의 성장과 미생물의 개체수 조절에 관여하는 이유입니다.

확산 조절

원형질막(및 세포 내부)과 세포외 공간 사이에 있기 때문에 세포에 들어가고 나가는 모든 물질은 세포벽을 통과해야 합니다. 이러한 이유로 세포벽은 영양분의 세포 내로의 확산과 노폐물 및 세포 밖으로의 분비물 모두를 조절할 수 있습니다.

직물 접착

조직 무결성은 인접 세포 간의 접착력에 크게 의존하며 많은 경우 이 접착력은 세포벽의 외부 층에 의해 매개됩니다.

다른 세포와의 통신

식물 조직에서 세포는 plasmodesmata라고 하는 이웃 세포의 세포벽을 통과하는 채널을 통해 서로 연결됩니다. 이 채널은 식물 조직의 세포 간에 직접적인 통신을 허용합니다. 세포벽은 또한 화학 신호에 의해 매개되는 세포간 통신에 관여하는 수용체를 포함합니다.

저장

특히 식물의 종자를 구성하는 세포에서 세포벽은 많은 양의 탄수화물을 다당류 형태로 저장하는 역할을 하며 이를 대사하여 성장시킨다.

동물 독성

그람음성균의 경우 리포폴리사카라이드 층은 많은 경우 병원균의 독성 효과를 담당합니다. 예를 들어, Salmonella 와 일부 Escherichia 종 의 독성은 세포벽의 외막에서 발견되는 지질 A 때문입니다.

출처

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