Budowa i funkcja ściany komórkowej

Ściana komórkowa jest sztywną, półprzepuszczalną warstwą otaczającą niektóre typy komórek, zarówno eukariotycznych, jak i prokariotycznych. W większości przypadków ściana komórkowa zbudowana jest z warstw zawierających różne rodzaje związków organicznych, w tym polipeptydy (w tym niektóre białka), polisacharydy (takie jak celuloza i chityna) oraz lipidy, a także ich kombinacje, takie jak glikoproteiny, lipoproteiny i lipopolisacharydy.

W tych komórkach, które je mają, ściana komórkowa zawsze znajduje się bezpośrednio za błoną komórkową, która otacza i zawiera cytoplazmę (błona plazmatyczna). W wielu przypadkach, takich jak komórki roślinne, ściana komórkowa jest zewnętrzną powłoką, która służy jako interfejs między komórką a przestrzenią zewnątrzkomórkową. W innych przypadkach, na przykład u niektórych gatunków bakterii, ściana komórkowa jest pokryta inną warstwą zwaną otoczką lub warstwą żelową.

Rodzaje komórek, które mają ścianę komórkową

Ściana komórkowa jest charakterystyczna dla większości komórek roślinnych , grzybów , bakterii , alg i niektórych archeonów . Podobnie postępuje zdecydowana większość drożdży. Jednak nie występują one w komórkach zwierzęcych. Jak szczegółowo zobaczymy później, ściana komórkowa spełnia wiele ważnych funkcji, zarówno dla komórki, jak i dla organizmów wielokomórkowych, w tym między innymi:

• Ochrona.
• Struktura i wsparcie.
• Regulacja funkcji komórki.
• Komunikacja.
• Składowanie.

struktura ściany komórkowej

Zarówno skład, jak i struktura ściany komórkowej silnie zależą od rodzaju komórki, którą pokrywa. W tym sensie komórki eukariotyczne (te, które mają jądro i inne błoniaste przedziały) mają ściany komórkowe znacznie różniące się od ścian komórek prokariotycznych (które nie mają jądra), i nawet w obrębie tych dwóch grup można zaobserwować różnice, jak pokazałeś zobaczę poniżej.

Budowa ściany komórkowej komórek eukariotycznych

ściana komórkowa roślin

Ściana komórkowa jest jedną z najwybitniejszych cech komórek roślinnych, podobnie jak obecność chloroplastów i wakuoli. W tych komórkach ściana komórkowa może składać się z dwóch lub trzech warstw, w zależności od konkretnego typu danej komórki roślinnej. Dwie warstwy wspólne dla wszystkich komórek roślinnych nazywane są ścianą pierwotną i blaszką środkową, a trzecia nazywana jest ścianą wtórną:

Ściana pierwotna: składa się z trzech do czterech krzyżujących się warstw mikrowłókien celulozy, homopolimeru glukozy, który jest najliczniejszą biomolekułą w przyrodzie. Długie włókna celulozowe są połączone ze sobą cząsteczkami hemicelulozy. Razem zapewniają strukturalną integralność ściany komórkowej.

Blaszka środkowa: jest najbardziej zewnętrzną warstwą ściany komórkowej roślin i składa się głównie z pektyn wapniowych i magnezowych oraz hemiceluloz. Jest to bardzo lepka warstwa, która pomaga przylegać do siebie ścianki komórkowe sąsiednich komórek. W rzeczywistości pektyny występują bardzo obficie w owocach i nadają dżemom galaretowatą konsystencję.

Ściana wtórna: występuje w komórkach roślinnych, które już nie rosną, na przykład w tkankach drzewiastych. W tych komórkach roślinnych, które ją posiadają, jest to warstwa ściany, która znajduje się bezpośrednio nad błoną plazmatyczną. Ta ściana zawiera ligninę, a także wyższy udział celulozy niż ściana pierwotna, co zapewnia jej dużą sztywność i stabilność strukturalną.

ściana komórkowa grzyba

Tylko niektóre grzyby mają ścianę komórkową. W tych przypadkach jest tworzony głównie przez glukany, chitynę i glikoproteiny. Zawiera również ilości wolnej glukozaminy.

Chityna: Tworzy pierwszą warstwę ściany komórkowej grzyba, która ma bezpośredni kontakt z błoną cytoplazmatyczną. Jest to ten sam polisacharyd, z którego zbudowane są egzoszkielety stawonogów, w którym powtarzającymi się jednostkami jest aminocukier zwany N-acetyloglukozaminą. Ściany komórkowe grzybów zawierają różne proporcje chityny.

Glukany: Ponad 50% masy ściany komórkowej grzybów odpowiada glukanom. Są to polisacharydy utworzone przez jednostki glukozy, które są połączone ze sobą różnymi rodzajami wiązań glikozydowych. Reprezentują strukturalną część ściany komórkowej.

Mannoproteiny: Podobnie jak większość ścian komórkowych, te grzybów również zawierają znaczną ilość glikoprotein. W tym konkretnym przypadku węglowodany połączone z białkami to jednostki mannozy, dlatego nazywane są mannoproteinami.

ściana komórkowa drożdży

Około 30% suchej masy drożdży odpowiada ścianie komórkowej. Tworzą go głównie polisacharydy (90%), w mniejszym stopniu białka, a tylko niewielka część odpowiada lipidom. Podobnie jak grzyby, ściany komórkowe drożdży również zawierają dwie warstwy, w których głównym składnikiem są polisacharydy.

Budowa ściany komórkowej komórek prokariotycznych

Niektóre komórki prokariotyczne mają ścianę komórkową. W przypadku bakterii istnieją dwa różne typy:

Bakterie Gram-dodatnie

Bakterie Gram-dodatnie to te, które zabarwiają się na fioletowo w barwieniu metodą Grama. Dzieje się tak właśnie za sprawą ściany komórkowej, która po błonie plazmatycznej posiada grubą warstwę polimeru zwanego peptydoglikanem, złożoną z naprzemiennych długich łańcuchów N-acetyloglukozaminy i kwasu N-acetylomuraminowego, połączonych ze sobą krótkimi łańcuchami z czterech peptydów.

Komórki Gram-dodatnie mają wiele warstw peptydoglikanu ułożonych jedna na drugiej i połączonych ze sobą krótkimi oligopeptydami, które nadają stabilność strukturalną.

Oprócz peptydoglikanu, który tworzy do 90% ściany komórkowej, zawierają również kwasy teitonowe i liczne białka zarówno na swojej powierzchni, jak i inne, które całkowicie przez nią przechodzą.

Bakterie Gram-ujemne

Bakterie Gram-ujemne mają zupełnie inną ścianę komórkową niż bakterie Gram-dodatnie.

Mają też warstwę peptydoglikanu, ale jest ona znacznie cieńsza. Większość ściany jest utworzona przez drugą błonę fosfolipidową, która zawiera znaczną ilość polisacharydów związanych z lipidami, dlatego nazywa się ją warstwą lipopolisacharydową. Ta zewnętrzna błona zawiera również pewną ilość białka. Przestrzeń między błoną plazmatyczną a błoną zewnętrzną, w której znajduje się peptydoglikan, nazywana jest peryplazmą.

Ściana komórkowa archeonów

Niektóre archeony mają ściany podobne do bakterii Gram-dodatnich, z tym wyjątkiem, że zamiast peptydoglikanu zawierają pseudomureinę, która jest bardzo podobna do peptydoglikanu, z tym wyjątkiem, że zastępuje kwas N-acetylomuraminowy kwasem N-acetyloaminouronowym, a także wykorzystuje β-1 ,3 wiązania zamiast β-1,4 do łączenia ze sobą sacharydów, czyniąc te mikroorganizmy odpornymi na penicylinę i lizozym.

Jednak najbardziej powszechnym typem ściany komórkowej wśród archeonów jest parakrystaliczna warstwa powierzchniowa lub warstwa S. Składa się ona z połączonych ze sobą cząsteczek białka i glikoproteiny, które tworzą bardzo regularne wzory na powierzchni. Jeśli występuje, warstwa S jest zewnętrzną warstwą komórki w bezpośrednim kontakcie z otoczeniem.

funkcja ściany komórkowej

Ściana komórkowa to nie tylko powłoka, która otacza i chroni komórki. Jest to złożona organella, która ma wiele składników, które biorą udział w wielu funkcjach komórkowych, bez których komórka nie mogłaby przetrwać w swoim naturalnym środowisku. Główne funkcje ściany komórkowej to:

struktura i wsparcie

Ściana komórkowa jest najbardziej sztywną częścią komórki i zapewnia mechaniczne wsparcie dla pozostałych struktur komórkowych. W większości przypadków odpowiada za kształt komórki, ponieważ kieruje kierunkiem wzrostu komórki.

Ochrona przed czynnikami zewnętrznymi

Tak jak ściany domu stanowią podporę i nie pozwalają nikomu wejść do jego wnętrza, tak ściana komórkowa blokuje i zapobiega przedostawaniu się różnych patogenów do wnętrza komórki. W ten sposób ściana chroni komórkę przed atakiem wirusa, przed działaniem antybiotyków oraz przed działaniem enzymów proteolitycznych, które mogłyby zniszczyć komórkę. Na przykład warstwa poliliposacharydowa bakterii Gram-ujemnych chroni warstwę peptydoglikanu przed degradacją enzymatyczną.

Odporność na turgor i stres osmolityczny

Gdy komórka zostanie wprowadzona do ośrodka hipotonicznego (o całkowitym stężeniu niższym niż w cytoplazmie), woda wniknie do jej wnętrza na zasadzie osmozy, wytwarzając ciśnienie i pęczniejąc komórkę. Nazywa się to turgorem. Ściana komórkowa jest odpowiedzialna za zapewnienie, że komórka może wytrzymać to ciśnienie bez pękania. Komórki, które nie mają ściany komórkowej, takie jak na przykład erytrocyty, szybko pęcznieją aż do pęknięcia po umieszczeniu w podłożu hipotonicznym. Odporność na turgor odpowiada za jędrność tkanek roślinnych.

regulacja wzrostu

Ściana komórkowa wysyła sygnały indukujące proces podziału komórki, dlatego bierze udział w regulacji wzrostu tkanek roślinnych i populacji mikroorganizmów.

regulacja dyfuzji

Znajdując się pomiędzy błoną plazmatyczną (i wnętrzem komórki) a przestrzenią zewnątrzkomórkową, wszystkie substancje wchodzące i wychodzące z komórki muszą przejść przez ścianę komórkową. Z tego powodu ściana komórkowa jest w stanie regulować dyfuzję zarówno składników odżywczych do komórki, jak i odpadów i wydzielin na zewnątrz komórki.

przyczepność tkaniny

Integralność tkanki w dużym stopniu zależy od adhezji między sąsiednimi komórkami, aw wielu przypadkach w tej adhezji pośredniczy zewnętrzna warstwa ściany komórkowej.

Komunikacja z innymi komórkami

W tkankach roślinnych komórki są połączone ze sobą kanałami przechodzącymi przez ściany komórkowe sąsiednich komórek zwanych plazmodesmatami. Kanały te umożliwiają bezpośrednią komunikację między komórkami tkanek roślinnych. Ściana komórkowa zawiera również receptory zaangażowane w komunikację międzykomórkową, w której pośredniczą sygnały chemiczne.

Składowanie

Zwłaszcza w komórkach, z których składają się nasiona roślin, ściana komórkowa służy do przechowywania dużych ilości węglowodanów w postaci polisacharydów, które metabolizuje do wzrostu.

toksyczność dla zwierząt

W przypadku bakterii Gram-ujemnych warstwa lipopolisacharydowa w wielu przypadkach odpowiada za toksyczne działanie bakterii chorobotwórczych. Na przykład toksyczność Salmonelli i niektórych gatunków Escherichia wynika z lipidu A znajdującego się w zewnętrznej błonie ściany komórkowej.

Źródła

• Ponton, Jose. Ściana komórkowa grzybów i mechanizm działania anidulafunginy. Rev Iberoam Micol 2008; 25: 78-82 http://www.reviberoammicol.com/2008-25/078082.pdf
• Aguilar Uscanga, B.; Solis Pacheco, J.; François, J. Badanie zmienności składu polisacharydów zawartych w ścianie komórkowej drożdży Saccharomyces Cerevisiae. e-Gnosis, no. 3, 2005, s. 0 https://www.redalyc.org/pdf/730/73000312.pdf
• Lodish, H, i in. „Dynamiczna ściana komórkowa roślin”. Biologia komórki molekularnej . Wyd. 4, WH Freeman, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21709/ .
• Young, Kevin D. „Ściana komórkowa bakterii”. Wiley Online Library , Wiley/Blackwell (10.1111), 19 kwietnia 2010, onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/9780470015902.a0000297.pub2