Клетъчна стена: характеристики, функции и структура

Клетъчната стена е гъста и устойчива структура, която ограничава определени типове клетки и заобикаля плазмената мембрана. Не се счита за стена, която избягва контакт с външната страна; Тя е динамична, сложна структура и е отговорна за значителен брой физиологични функции в организмите.

Клетъчната стена се среща в растения, гъби, бактерии и водорасли. Всяка стена има структура и типичен състав на групата. Обратно, една от характеристиките на животинските клетки е липсата на клетъчна стена. Тази структура е отговорна главно за даване и поддържане на формата на клетките.

Клетъчната стена действа като защитна бариера в отговор на осмотичните дисбаланси, които клетъчната среда може да представлява. В допълнение, тя има роля в комуникацията между клетките.

Общи характеристики

Клетъчната стена е гъста, стабилна и динамична бариера, която се среща в различни групи организми.

- Наличието на тази структура е от жизненоважно значение за жизнеспособността на клетката, нейната форма и, в случай на вредни организми, участва в неговата патогенност.

- Въпреки че съставът на стената варира в зависимост от всяка група, основната функция е да се поддържа целостта на клетката срещу осмотични сили, които могат да разрушат клетката.

- В случай на многоклетъчни организми, помага за формирането на тъканите и участва в клетъчната комуникация

Клетъчна стена в растенията

Структура и състав

Клетъчните стени на растителните клетки са съставени от полизахариди и гликопротеини, организирани в триизмерна матрица.

Най-важният компонент е целулозата. Състои се от повтарящи се единици глюкоза, свързани заедно с β-1, 4 връзки. Всяка молекула съдържа около 500 молекули глюкоза.

Останалите компоненти включват: хомогалактуронан, рамногалактуронан I и II и хемицелулозни полизахариди като ксилоглюкани, глюкомананни, ксилани, между другото.

Стената също има компоненти на протеинова природа. Арабиногалактанът е протеин, който се намира в стената и е свързан с клетъчното сигнализиране.

Хемицелулозата се свързва с водородни връзки с целулоза. Тези взаимодействия са много стабилни. За останалите компоненти режимът на взаимодействие все още не е добре дефиниран.

Тя може да се различава между първичните и вторичните клетъчни стени. Първичният е тънък и малко ковък. След като клетъчният растеж спре, възниква вторичното отлагане на стената, което може да промени състава му спрямо основния или да остане непроменено и само да добави допълнителни слоеве.

В някои случаи лигнинът е компонент на вторичната стена. Например дърветата имат значителни количества целулоза и лигнин.

синтез

Процесът на биосинтеза на стената е сложен. Тя включва около 2000 гени, участващи в изграждането на структурата.

Целулозата се синтезира в плазмената мембрана, за да се депозира директно отвън. Нейното образуване изисква няколко ензимни комплекси.

Останалите компоненти се синтезират в мембранни системи, разположени вътре в клетката (като апарата на Голджи) и се екскретират с везикули.

функция

Клетъчната стена в растенията има аналогични функции с тези, които екстрацелуларният матрикс изпълнява в животински клетки, такива като поддържане на клетъчна форма и структура, свързващи тъкани и клетъчно сигнализиране. След това ще обсъдим най-важните функции:

Регулирайте тургора

В животинските клетки - които нямат клетъчна стена - извънклетъчната среда е голямо предизвикателство по отношение на осмозата.

Когато концентрацията на средата е по-висока в сравнение с вътрешността на клетката, водата в клетката излиза навън. Обратно, когато клетката е изложена на хипотонична среда (по-висока концентрация в клетката), водата влиза и клетката може да експлодира.

В случая на растителни клетки, разтворените вещества в клетъчната среда са по-ниски, отколкото в клетъчния интериор. Въпреки това, клетката не експлодира, защото клетъчната стена е натисната. Това явление причинява появата на някакво механично налягане или клетъчен тургор.

Натискът на тургора, създаден от клетъчната стена, помага на тъканите на растенията.

Връзки между клетките

Растителните клетки могат да комуникират помежду си чрез серия от "канали", наречени плазмодези. Тези начини позволяват да се свърже цитозолът на двете клетки и да се обменят материали и частици.

Тази система позволява обмен на метаболитни продукти, протеини, нуклеинови киселини и дори вирусни частици.

Сигнални пътища

В тази сложна матрица има молекули, извлечени от пектин, като олигогалактурони, които имат способността да задействат сигнални пътища като защитни отговори. С други думи, те функционират като имунна система при животните.

Въпреки че клетъчната стена образува бариера срещу патогените, тя не е напълно непроницаема. Следователно, когато стената е отслабена, тези съединения се освобождават и "предупреждават" растението за атаката.

В отговор се появява освобождаването на реактивни кислородни видове и се произвеждат метаболити, като фитоалексини, които са антимикробни вещества.

Клетъчна стена в прокариоти

Структура и състав на еубактериите

Клетъчната стена на еубактериите има две фундаментални структури, които се различават от известното оцветяване по Грам.

Първата група се състои от Грам-отрицателни бактерии. В този тип мембраната е двойна. Клетъчната стена е тънка и е заобиколена от двете страни от вътрешна и външна плазмена мембрана. Класическият пример на грам отрицателна бактерия е Е. coli.

От своя страна, грампозитивните бактерии имат само плазмена мембрана и клетъчната стена е много по-дебела. Те обикновено са богати на тейхоеви киселини и миколови киселини. Пример за това е патогенът Staphylococcus aureus.

Основният компонент на двата вида стени е пептидогликанът, известен също като муреин. Единиците или мономерите, които го съставляват, са N-ацетилглюкозамин и N-ацетилмураминова киселина. Състои се от линейни вериги от полизахариди и малки пептиди. Пептидогликанът образува силни и стабилни структури.

Някои антибиотици, като пеницилин и ванкомицин, действат като предотвратяват образуването на връзки на бактериални клетъчни стени. Когато бактерията загуби своята клетъчна стена, получената структура е известна като сферопласти.

Структура и състав в археите

Археите се различават по състава на стената по отношение на бактериите, главно защото не съдържат пептидогликан. Някои археи притежават слой от псевдопептидогликан или псевдомуреин.

Този полимер има дебелина 15-20 nm и е подобен на пептидогликан. Компонентите на полимера са N-ацетил-кеталуронова киселина, свързана с N-ацетилглюкозамин.

Те съдържат редица редки липиди, като изопренови групи, прикрепени към глицерола, и допълнителен слой гликопротеини, наречен S слой, който често се свързва с плазмената мембрана.

Липидите са различни от бактериите. При еукариотите и бактериите намерените връзки са от естерен вид, докато в археите те са от етерен тип. Скелетът на глицерола е типичен за този домейн.

Има някои видове археи, като Ferroplasma Acidophilum и Thermoplasma spp., Които нямат клетъчна стена, въпреки факта, че живеят в екстремни условия на околната среда.

И двете еубактерии и археи имат голям слой протеини, като адхезини, които помагат на тези микроорганизми да колонизират различни среди.

синтез

При грам-отрицателните бактерии компонентите на стената се синтезират в цитоплазмата или във вътрешната мембрана. Конструкцията на стената се осъществява от външната страна на клетката.

Образуването на пептидогликан започва в цитоплазмата, където се получава нуклеотидният синтез на компонентите на стената.

Впоследствие, синтезата продължава в цитоплазмената мембрана, където се синтезират съединенията с липидна природа.

Процесът на синтез завършва вътре в цитоплазмената мембрана, където се осъществява полимеризацията на пептидогликановите единици. В този процес участват различни ензими.

функции

Подобно на клетъчната стена в растенията, тази структура в бактериите изпълнява подобни функции за защита на тези едноклетъчни организми от лизис в лицето на осмотичния стрес.

Външната мембрана на Грам-отрицателните бактерии спомага за транслокацията на протеините и разтворените вещества и сигналната трансдукция. Той също така предпазва организма от патогени и осигурява клетъчна стабилност.

Клетъчна стена в гъбички

Структура и състав

По-голямата част от клетъчните стени в гъбичките имат сравнително сходен състав и структура. Те се образуват от гелообразни въглехидратни полимери, заплетени с протеини и други компоненти.

Отличителният компонент на гъбичната стена е хитинът. Той взаимодейства с глюкани, за да създаде влакнеста матрица. Въпреки че е силна структура, тя има определена степен на гъвкавост.

синтез

Синтезът на основните компоненти - хитин и глюкани - се среща в плазмената мембрана.

Други компоненти се синтезират в апарата на Голджи и в ендоплазмения ретикулум. Тези молекули се отвеждат към клетъчната външност чрез екскреция чрез везикули.

функции

Клетъчната стена на гъбите определя нейната морфогенеза, нейната клетъчна жизнеспособност и нейната патогенност. От екологична гледна точка тя определя вида на средата, в която дадена гъбичка може да живее или не.