Cellväggens struktur och funktion

Cellväggen är ett styvt, semipermeabelt skikt som omger vissa typer av celler, både eukaryota och prokaryota. I de flesta fall består cellväggen av skikt med olika typer av organiska föreningar, inklusive polypeptider (inklusive vissa proteiner), polysackarider (som cellulosa och kitin) och lipider, såväl som kombinationer därav såsom glykoproteiner, lipoproteiner och lipopolysackarider.

I de celler som har en sådan ligger cellväggen alltid omedelbart efter cellmembranet som omger och innehåller cytoplasman (plasmamembranet). I många fall, såsom växtceller, är cellväggen det yttre höljet som fungerar som gränssnittet mellan cellen och det extracellulära utrymmet. I andra fall, som hos vissa bakteriearter, täcks cellväggen av ett annat lager som kallas kapseln, eller av ett gelliknande lager.

Typer av celler som har en cellvägg

Cellväggen är karakteristisk för de flesta växtceller , för svampar , för bakterier , för alger och för vissa arkéer . Så gör de allra flesta jästsvampar. De finns dock inte i djurceller. Som vi kommer att se i detalj senare utför cellväggen många viktiga funktioner, både för cellen och för flercelliga organismer, inklusive bland annat:

• Skydd.
• Struktur och stöd.
• Reglering av cellfunktion.
• Kommunikation.
• Lagring.

cellväggsstruktur

Både cellväggens sammansättning och struktur beror starkt på vilken typ av cell den täcker. I denna mening har eukaryota celler (de som har en kärna och andra membranösa avdelningar) cellväggar som skiljer sig anmärkningsvärt från prokaryota cellers (som inte har en kärna), och även inom dessa två grupper kan skillnader observeras, som du visar. kommer att se nedan.

Struktur av cellväggen i eukaryota celler

växtcellvägg

Cellväggen är en av de mest framstående egenskaperna hos växtceller, liksom närvaron av kloroplaster och vakuoler. I dessa celler kan cellväggen vara uppbyggd av två eller tre lager, beroende på vilken typ av växtcell det är fråga om. De två lagren som är gemensamma för alla växtceller kallas primärväggen och mellanlamellen, medan den tredje kallas sekundärväggen:

Primärvägg: Den bildas av mellan tre och fyra korsade lager av cellulosamikrofibriller, en glukoshomopolymer som är den mest förekommande biomolekylen i naturen. De långa cellulosafibrerna är sammanlänkade av hemicellulosamolekyler. Tillsammans ger de den strukturella integriteten till cellväggen.

Mellersta lamellen: det är det yttersta lagret av växtcellväggen, och den består huvudsakligen av kalcium- och magnesiumpektiner och hemicellulosa. Det är ett mycket klibbigt lager som hjälper till att fästa cellväggarna i intilliggande celler till varandra. Faktum är att pektin är mycket rikligt i frukter och är det som ger sylt deras gelatinösa konsistens.

Sekundärvägg: förekommer i växtceller som inte längre växer, såsom i vedartade vävnader. I de växtceller som har det är detta det skikt av väggen som är direkt ovanför plasmamembranet. Denna vägg innehåller lignin, samt en högre andel cellulosa än den primära väggen, vilket ger den stor styvhet och strukturell stabilitet.

svampcellvägg

Endast vissa svampar har en cellvägg. I dessa fall bildas det huvudsakligen av glukaner, kitin och glykoproteiner. Den innehåller också mängder fritt glukosamin.

Kitin: Det bildar det första lagret av svampens cellvägg som är i direkt kontakt med det cytoplasmatiska membranet. Detta är samma polysackarid som leddjurs exoskelett är gjorda av, där de upprepade enheterna är ett aminosocker som kallas N-acetylglukosamin. Svampcellväggar innehåller olika proportioner av kitin.

Glukaner: Mer än 50 % av svampens cellväggs massa motsvarar glukaner. De är polysackarider som bildas av glukosenheter, som är sammanlänkade genom olika typer av glykosidbindningar. De representerar den strukturella delen av cellväggen.

Mannoproteiner: Liksom de flesta cellväggar innehåller svampar också en bra andel glykoproteiner. I just det här fallet är kolhydraterna som är kopplade till proteinerna mannosenheter, varför de kallas mannoproteiner.

jästcellvägg

Ungefär 30 % av torrvikten hos jäst motsvarar cellväggen. Denna bildas mest av polysackarider (90%), i mindre utsträckning av proteiner, och endast en liten del motsvarar lipider. Ungefär som svampar innehåller jästcellväggar också två lager där huvudkomponenten är polysackarider.

Struktur av cellväggen hos prokaryota celler

Vissa prokaryota celler har en cellvägg. När det gäller bakterier finns det två olika typer:

Grampositiva bakterier

Gram-positiva bakterier är de som blir lila på Gram-fläckar. Detta beror just på cellväggen, som efter plasmamembranet har ett tjockt lager av en typ av polymer som kallas peptidoglykan, som består av omväxlande långa kedjor av N-acetylglukosamin och N-acetylmuraminsyra, sammanlänkade med hjälp av korta kedjor av fyra peptider.

Gram-positiva celler har flera lager av peptidoglykan staplade ovanpå varandra och sammanlänkade av korta oligopeptider som ger strukturell stabilitet.

Förutom peptidoglykan, som utgör upp till 90 % av cellväggen, innehåller de också teitoinsyror och flera proteiner både på ytan och andra som passerar genom den helt.

Gramnegativa bakterier

Gramnegativa bakterier har en helt annan cellvägg än grampositiva.

De har också ett peptidoglykanlager, men det är mycket tunnare. Större delen av väggen bildas av ett andra fosfolipidmembran som innehåller en betydande mängd lipidbundna polysackarider, varför det kallas för lipopolysackaridskiktet. Detta yttre membran innehåller också mängder av protein. Utrymmet mellan plasmamembranet och det yttre membranet, inom vilket peptidoglykanen finns, kallas periplasman.

Archaeas cellvägg

Vissa arkéer har väggar som liknar de hos gram-positiva bakterier, förutom att de istället för peptidoglykan innehåller pseudomurein, som är mycket likt peptidoglykan förutom att det ersätter N-acetylmuraminsyra med N-acetylaminouronsyra och även använder β-1 ,3-kopplingar istället för β-1,4 för att länka samman sackarider, vilket gör dessa mikroorganismer resistenta mot penicillin och lysozym.

Den vanligaste typen av cellvägg bland archaea är dock det parakristallina ytskiktet, eller S-skiktet. Det består av sammankopplade protein- och glykoproteinmolekyler som bildar mycket regelbundna mönster på ytan. När det är närvarande är S-skiktet det yttre skiktet av cellen i direkt kontakt med omgivningen.

cellväggsfunktion

Cellväggen är inte bara ett skal som omger och skyddar celler. Det är en komplex organell som har flera komponenter som är involverade i ett stort antal cellulära funktioner, utan vilka cellen inte skulle kunna överleva i sin naturliga miljö. Cellväggens huvudfunktioner är:

struktur och stöd

Cellväggen är den styvare delen av cellen och ger mekaniskt stöd för resten av cellstrukturerna. I de flesta fall är det ansvarigt för att bestämma formen på cellen eftersom den styr celltillväxtens riktning.

Skydd mot yttre agens

Precis som väggarna i ett hus ger stöd och inte tillåter någon att komma in i dess inre, så blockerar cellväggen och förhindrar att olika patogener kommer in i cellen. På så sätt skyddar väggen cellen från virusangrepp, från inverkan av antibiotika och från inverkan av proteolytiska enzymer som kan förstöra cellen. Till exempel skyddar polyliposackaridskiktet av gramnegativa bakterier peptidoglykanskiktet mot enzymatisk nedbrytning.

Motståndskraft mot turgor och osmolytisk stress

När en cell introduceras i ett hypotoniskt medium (med en total koncentration lägre än cytoplasmans), kommer vattnet att penetrera dess inre genom osmos, generera tryck och svälla cellen. Detta kallas turgor. Cellväggen ansvarar för att cellen kan motstå detta tryck utan att gå sönder. Celler som inte har en cellvägg, såsom erytrocyter, till exempel, sväller snabbt till att spricka när de placeras i ett hypotont medium. Turgorresistens är ansvarig för fastheten hos växtvävnader.

tillväxtreglering

Cellväggen skickar signaler för att inducera celldelningsprocessen, vilket är anledningen till att den är involverad i att reglera tillväxten av växtvävnader och populationen av mikroorganismer.

diffusionsreglering

Eftersom det ligger mellan plasmamembranet (och det inre av cellen) och det extracellulära utrymmet måste alla ämnen som kommer in i och lämnar cellen passera genom cellväggen. Av denna anledning är cellväggen kapabel att reglera diffusionen av både näringsämnen in i cellen och avfall och sekret ut ur cellen.

tyg vidhäftning

Vävnadsintegritet är starkt beroende av vidhäftningen mellan närliggande celler, och i många fall förmedlas denna vidhäftning av det yttre lagret av cellväggen.

Kommunikation med andra celler

I växtvävnader är celler anslutna till varandra genom kanaler som passerar genom cellväggarna i angränsande celler som kallas plasmodesmata. Dessa kanaler tillåter direkt kommunikation mellan cellerna i växtvävnader. Cellväggen innehåller också receptorer som är involverade i intercellulär kommunikation medierad av kemiska signaler.

Lagring

Speciellt i cellerna som utgör frön av växter tjänar cellväggen till att lagra stora mängder kolhydrater i form av polysackarider, som den metaboliserar för tillväxt.

djurtoxicitet

När det gäller gramnegativa bakterier är lipopolysackaridskiktet i många fall ansvarigt för de toxiska effekterna av patogena bakterier. Till exempel beror toxiciteten hos Salmonella och vissa Escherichia -arter på lipid A som finns i cellväggens yttre membran.

Källor

• Ponton, José. Svamparnas cellvägg och verkningsmekanismen för anidulafungin. Rev Iberoam Micol 2008; 25: 78-82 http://www.reviberoammamicol.com/2008-25/078082.pdf
• Aguilar Uscanga, B.; Solis Pacheco, J.; François, J. Studie av variationen i sammansättningen av polysackariderna som finns i cellväggen hos jästen Saccharomyces Cerevisiae. e-Gnosis, nej. 3, 2005, sid. 0 https://www.redalyc.org/pdf/730/73000312.pdf
• Lodish, H, et al. ”Den dynamiska växtcellväggen.” Molekylär cellbiologi . 4:e upplagan, WH Freeman, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21709/ .
• Young, Kevin D. ”Bakteriell cellvägg.” Wiley Online Library , Wiley/Blackwell (10.1111), 19 april 2010, onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/9780470015902.a0000297.pub2