Клітинна стінка: визначення, структура та функції (з діаграмою)

Клітинна стінка є додатковим шаром захисту поверх клітинної мембрани.

Однак тварини та найпростіші не мають такого типу структури.

Яка функція клітинної стінки?

Клітинна стінка виконує кілька функцій, включаючи підтримку структури та форми клітини. Стіна жорстка, тому вона захищає клітину та її вміст.

Наприклад, клітинна стінка може перешкоджати проникненню патогенних мікроорганізмів, таких як віруси рослин. На додаток до механічної опори стіна виступає як каркас, який може перешкоджати занадто швидкому розширенню або зростанню клітини. клітини.

Клітинна стінка також відіграє важливу роль у транспорті. напівпроникну мембрану, вона дозволяє проходити певним речовинам, таким як білки. Це дозволяє стіні регулювати дифузію у клітині та контролювати, що входить чи виходить.

Крім того, напівпроникна мембрана допомагає зв'язку між клітинами, дозволяючи сигнальним молекул проходити через пори.

Що робить клітинну стінку рослини?

Клітинна стінка рослини складається в основному з вуглеводів, таких як пектини, целюлоза та геміцелюлоза. Він також містить структурні білки в менших кількостях і деякі мінерали, такі як кремній.Усі ці компоненти є життєво важливими частинами клітинної стінки.

Целюлоза є складним вуглеводом і складається з тисяч мономерів глюкози, які утворюють довгі ланцюги. Ці ланцюги збираються разом і утворюють целюлозні мікрофібрили діаметром кілька нанометрів. Мікрофібрили допомагають контролювати зростання клітини, обмежуючи чи допускаючи її розширення.

Тургор Тиск

Одна з головних причин наявності стінки у рослинній клітці полягає в тому, що вона може протистояти. тургорному тискуі саме тут целюлоза грає вирішальну роль. Тургорський тиск - це сила, що створюється внутрішньою частиною комірки, що виштовхує. Мікрофібрили целюлози утворюють матрицю з білками, геміцелюлозами та пектинами, щоб забезпечити міцну основу, яка може протистояти тургорному тиску.

І геміцелюлози, і пектин є розгалуженими полісахаридами. Геміцелюлози мають водневі зв'язки, що з'єднують їх з мікрофібрил целюлози, в той час як пектини утримують молекули води, утворюючи гель. Геміцелюлози збільшують міцність матриці, а пектини допомагають запобігти стиску.

Білки у клітинній стінці

Білки у клітинній стінці виконують різні функції. Деякі їх забезпечують структурну підтримку. Інші ферменти є типом білка, який може прискорити хімічні реакції.

Ферменти допомагають формуванню та нормальним модифікаціям, які відбуваються для підтримки клітинної стінки рослини. Вони також відіграють роль у дозріванні плодів та зміні кольору листя.

Якщо ви коли-небудь робили своє власне варення або желе, ви бачили ті ж типи пектинів, які виявлені у клітинних стінках у дії.Пектин - це інгредієнт, який готує добавка до згущених фруктових соків. Вони часто використовують пектини, які природно містяться в яблуках або ягодах, для приготування джемів або желе.

Структура рослинної клітинної стінки

Стінки рослинних клітин являють собою тришарові структури із середньою платівкою, первинною клітинною стінкою та вторинною клітинною стінкою. Середня пластинка є зовнішнім шаром і допомагає в міжклітинних сполуках, утримуючи сусідні клітини разом (іншими словами, вона розташовується між клітинними стінками двох клітин і утримує їх разом; саме тому вона називається середньою пластинкою, хоча це самий зовнішній шар).

Середня платівка діє як клей або цемент для рослинних клітин, тому що вона містить пектини. Під час поділу клітини формується перша середня платівка.

Первинна клітинна стінка

Первинна клітинна стінка розвивається, коли клітина росте, тому вона має тенденцію бути тонкою та гнучкою. Він утворюється між середньою платівкою та плазматичною мембраною.

Він складається з целюлозних мікрофібрил з геміцелюлозами та пектинами. Цей шар дозволяє клітині рости з часом, але не надто обмежує зростання клітини.

Вторинна клітинна стінка

Вторинна клітинна стінка більш товста і жорсткіша, тому вона забезпечує великий захист рослини. Він існує між первинною клітинною стінкою та плазматичною мембраною. Часто первинна клітинна стінка фактично допомагає створити цю вторинну стінку після того, як клітина закінчує рости.

Вторинні клітинні стінки складаються з целюлози, геміцелюлози та лігніну. Лігнін є полімером ароматичного спирту, що забезпечує додаткову підтримку рослини. Це допомагає захистити рослину від нападів комах чи патогенних мікроорганізмів. Лігнін також допомагає з водним транспортом у клітинах.

Різниця між первинними та вторинними клітинними стінками в рослинах

Коли ви порівнюєте склад і товщину первинних і вторинних клітинних стінок рослин, легко побачити відмінності.

По-перше, первинні стінки містять однакову кількість целюлози, пектинів та геміцелюлоз. Однак вторинні клітинні стінки не містять пектину і містять більше клітковини. По-друге, целюлозні мікрофібрили у стінках первинних клітин виглядають випадковими, але вони організовані у вторинні стінки.

Хоча вчені виявили багато аспектів функціонування клітинних стінок у рослин, деякі області все ще потребують додаткових досліджень.

Наприклад, вони все ще дізнаються більше про фактичні гени, залучені до біосинтезу клітинної стінки. Дослідники вважають, що у цьому процесі беруть участь близько 2000 генів. Інша важлива сфера дослідження - як генна регуляція працює в клітинах рослин і як вона впливає на стінку.

Структура клітинних стінок грибів та водоростей

Як і рослин, клітинні стінки грибів складаються з вуглеводів. Однак, хоча гриби мають клітини з хітином та іншими вуглеводами, у них немає клітковини, як у рослин.

Їхні клітинні стінки також мають:

• Ферменти
• глюкани
• Пігменти
• Віски
• Інші речовини

Не всі гриби мають клітинні стінки, але багато з них мають. У грибів клітинна стінка знаходиться поза плазматичною мембраною.Хітін складає більшу частину клітинної стінки, і це той же матеріал, який дає комахам свої сильні екзоскелети.

Грибкові клітинні стінки

Загалом гриби з клітинними стінками мають три шари: хітин, глюкани та білки.

Як внутрішній шар, хітин є волокнистим і складається з полісахаридів. Це допомагає зробити стінки клітин грибів жорсткими та міцними. Далі йде шар глюканів, які є полімерами глюкози, що зшиваються з хітином. Глюкани також допомагають грибам підтримувати жорсткість клітинної стінки.

Нарешті, існує шар білків, званих маннопротеїни або маннани, які мають високий рівень маннозного цукру. Клітинна стінка також містить ферменти та структурні білки.

Різні компоненти грибкової клітинної стінки можуть бути різним цілям. Наприклад, ферменти можуть допомогти перетравленню органічних речовин, тоді як інші білки можуть допомогти адгезії у навколишньому середовищі.

Клітинні стінки у водоростях

Клітинні стінки водоростей складаються з полісахаридів, таких як целюлоза або глікопротеїни. Деякі водорості містять як полісахариди, так і глікопротеїни у клітинних стінках. Крім того, у клітинних стінках водоростей містяться маннани, ксилани, альгінова кислота та сульфовані полісахариди. Клітинні стінки різних видів водоростей можуть сильно відрізнятися.

Маннани - це білки, які утворюють мікрофібрили в деяких зелених і червоних водоростях. Ксилани є складними полісахаридами та іноді замінюють целюлозу у водоростях. Альгінова кислота - це інший тип полісахаридів, що часто зустрічається у бурих водоростях. Однак більшість водоростей мають сульфовані полісахариди.

Діатомові водорості є типом водоростей, які живуть у воді та грунті. Вони унікальні, тому що їхні клітинні стінки виготовлені з кварцу. Дослідники досі досліджують, як діатомові водорості утворюють клітинні стінки та які білки становлять процес.

Тим не менш, вони визначили, що діатомові водорості формують свої багаті мінералами стінки всередині та виводять їх за межі клітини. Цей процес, званий екзоцитозом, є складним і включає кілька білків.

Бактеріальні клітинні стінки

Бактеріальна клітинна стінка має пептидоглікани. Пептидоглікан або мурейн - це унікальна молекула, що складається з цукрів та амінокислот у сітчастому шарі, яка допомагає клітині зберігати свою форму та структуру.

Клітинна стінка у бактерій існує поза плазматичною мембраною. Стіна не тільки допомагає налаштувати форму комірки, але також допомагає запобігти розриву комірки і розливу всього її вмісту.

Грампозитивні та грамнегативні бактерії

В цілому, ви можете розділити бактерії на грампозитивні або грамнегативні категорії, і кожен тип має трохи відмінну клітинну стінку. Грампозитивні бактерії можуть забарвлювати в синій або фіолетовий кольори під час тесту на забарвлення за Грамом, в якому використовуються барвники для реакції з пептидогліканами в клітинній стінці.

З іншого боку, грамнегативні бактерії не можуть бути пофарбовані в синій чи фіолетовий кольори за допомогою цього типу тесту. Сьогодні мікробіологи досі використовують фарбування за Грамом для визначення типу бактерій.Важливо, що як грампозитивні, так і грамнегативні бактерії мають пептидоглікани, але додаткова зовнішня мембрана запобігає фарбуванню грамнегативних бактерій.

Грампозитивні бактерії мають товсті клітинні стінки, що складаються із шарів пептидогліканів. Грампозитивні бактерії мають одну плазматичну мембрану, оточену цією клітинною стінкою. Однак грамнегативні бактерії мають тонкі клітинні стінки пептидогліканів, яких недостатньо для їх захисту.

Ось чому грамнегативні бактерії мають додатковий шар ліпополісахаридів (LPS), які служать ендотоксином. Грамнегативні бактерії мають внутрішню та зовнішню плазматичну мембрану, а тонкі клітинні стінки знаходяться між мембранами.

Антибіотики та бактерії

Відмінності між людськими та бактеріальними клітинами дозволяють використовувати антибіотики у вашому організмі, не вбиваючи усі ваші клітини. Оскільки люди не мають клітинних стінок, такі ліки, як антибіотики, можуть впливати на клітинні стінки бактерій. Склад клітинної стінки відіграє роль тому, як працюють деякі антибіотики.

Наприклад, пеніцилін, поширений бета-лактамний антибіотик, може впливати на фермент, який утворює зв'язки між ланцюгами пептидоглікану в бактеріях. Це допомагає зруйнувати захисну клітинну стінку та зупиняє зростання бактерій. На жаль, антибіотики можуть вбивати як корисні, і шкідливі бактерії в організмі.

Інша група антибіотиків, яка називається глікопептидами, націлена на синтез клітинних стінок шляхом зупинки утворення пептидогліканів. Приклади глікопептидних антибіотиків включають ванкоміцин та тейкопланін.

Стійкість до антибіотиків

Стійкість до антибіотиків виникає, коли бактерії змінюються, що робить ліки менш ефективними. Оскільки стійкі бактерії виживають, вони можуть розмножуватися та розмножуватися. Бактерії стають стійкими до антибіотиків по-різному.

Наприклад, вони можуть змінити свої клітинні стінки. Вони можуть виводити антибіотик зі своїх клітин або ділитися генетичною інформацією, що включає стійкість до ліків.

Один із способів, яким деякі бактерії опираються бета-лактамним антибіотикам, таким як пеніцилін, полягає у створенні ферменту, званого бета-лактамазою. Фермент атакує бета-лактамне кільце, яке є основним компонентом препарату і складається з вуглецю, водню, азоту та кисню. Проте виробники ліків намагаються запобігти цій резистентності, додаючи інгібітори бета-лактамази.

Клітинні стіни Матерія

Клітинні стінки забезпечують захист, підтримку та структурну допомогу для рослин, водоростей, грибків та бактерій. Хоча існують значні відмінності між клітинними стінками прокаріотів та еукаріотів, більшість організмів мають свої клітинні стінки поза плазматичними мембранами.

Інша подібність полягає в тому, що більшість клітинних стінок забезпечують жорсткість та міцність, які допомагають клітинам зберігати свою форму. Захист від патогенних мікроорганізмів або хижаків - це те, що поєднує багато клітинних стінок різних організмів. У багатьох організмів клітинні стінки складаються з білків та цукрів.

Розуміння клітинних стінок прокаріотів і еукаріотів може допомогти людям різними способами. Від більш якісних ліків до сильніших культур вивчення клітинної стінки дає багато потенційних переваг.

Центросома: визначення, структура та функції (з діаграмою)

Центросома є частиною майже всіх рослинних і тваринних клітин, яка включає пару центріолей, які являють собою структури, що складаються з масиву з дев'яти триплетів мікротрубочок. Ці мікротрубочки відіграють ключову роль як у цілісності клітин (цитоскелеті), так і в розподілі та розмноженні клітин.

Хлоропласт: визначення, структура та функції (з діаграмою)

Хлоропласти в рослинах та водоростях виробляють їжу та поглинають вуглекислий газ у процесі фотосинтезу, який створює вуглеводи, такі як цукри та крохмаль. Активними компонентами хлоропласту є тилакоїди, які містять хлорофіл, та строма, де відбувається вуглецева фіксація.

Цитоплазма: визначення, структура та функції (з діаграмою)

Цитоплазма є гелеподібним матеріалом, який становить більшу частину внутрішньої частини біологічних клітин. У прокаріотів це практично все всередині клітинної мембрани; у еукаріотів він містить все всередині клітинної мембрани, зокрема, органели. Цитозоль є компонентом матриці.

Структура та функція клітинної стінки

Це мікроскопічне зображення клітин листка моху, що показує клітинні стінки (між клітинами) та хлоропласти (зелені).

Алан Філліпс/E+/Getty Images

Клітинна стінка є жорстким напівпроникним захисним шаром у деяких типах клітин. Це зовнішнє покриття розташоване поруч із клітинною мембраною (плазматичною мембраною) у більшості клітин рослин, грибів, бактерій, водоростей та деяких архей. Проте клітини тварин немає клітинної стінки. Клітинна стінка виконує безліч важливих функцій у клітині, включаючи захист, структуру та підтримку.

Склад клітинної стінки варіюється в залежності від організму. У рослин клітинна стінка складається в основному із міцних волокон вуглеводного полімеру целюлози . Целюлоза є основним компонентом бавовняного волокна та деревини та використовується у виробництві паперу. Стінки бактеріальних клітин складаються з полімеру цукру та амінокислоти, званого пептидогліканом . Основними компонентами клітинних стінок грибів є хітін , глюкани та білки.

Структура клітинної стінки рослин

Клітинна стінка рослин багатошарова і складається із трьох відділів. З зовнішнього шару клітинної стінки ці шари ідентифікуються як середня платівка, первинна клітинна стінка і вторинна клітинна стінка. Хоча всі рослинні клітини мають середню платівку та первинну клітинну стінку, не всі мають вторинну клітинну стінку.

• Середня платівка: цей зовнішній шар клітинної стінки містить полісахариди, які називаються пектинами. Пектини сприяють клітинній адгезії, допомагаючи клітинним стінкам сусідніх клітин зв'язуватися один з одним.
• Первинна клітинна стінка: цей шар утворюється між середньою платівкою і плазматичною мембраною в рослинних клітинах, що ростуть. Він в основному складається з мікрофібрил целюлози, що містяться в гелеподібній матриці з волокон геміцелюлози та пектинових полісахаридів. Первинна клітинна стінка забезпечує міцність і гнучкість, необхідні зростання клітин.
• Вторинна клітинна стінка: цей шар утворюється між первинною клітинною стінкою та плазматичною мембраною в деяких рослинних клітинах. Як тільки первинна клітинна стінка перестає ділитися і рости, вона може товщати, утворюючи вторинну клітинну стінку. Цей жорсткий шар зміцнює та підтримує клітину.На додаток до целюлози та геміцелюлози деякі вторинні клітинні стінки містять лігнін. Лігнін зміцнює клітинну стінку та сприяє провідності води в клітинах судинної тканини рослин.

Функція клітинної стінки рослин

На цьому мікрознімку показана рослинна клітина та її внутрішні органели. Клітинна стінка виглядає як тонкий шар між клітинами і ядром, що є круглою органелою, що виступає, з меншим червоним ядерцем.

Доктор Джеремі Берджесс/Science Photo Library/Getty Images

Основна роль клітинної стінки полягає у формуванні каркасу клітини для запобігання надмірному розширенню. Волокна целюлози, структурні білки та інші полісахариди допомагають підтримувати форму та форму клітини. Додаткові функції клітинної стінки включають:

• Підтримка: клітинна стінка забезпечує механічну міцність та підтримку. Він також контролює напрямок росту клітин.
• Витримувати тургорний тиск: тургорний тиск - Це сила, що діє на клітинну стінку, коли вміст клітини притискає плазматичну мембрану до клітинної стінки. Цей тиск допомагає рослині залишатися жорсткою і прямостою, але також може призвести до розриву клітини.
• Регулювати зростання: Кліткова стінка посилає клітині сигнали для входу в клітинний цикл, щоб ділитися і рости.
• Регулювати дифузію: Кліткова стінка пориста, що дозволяє деяким речовинам, у тому числі білкам, проходити в клітину, не пропускаючи інші речовини.
• Комунікація: клітини спілкуються одна з одною через плазмодесми (пори або канали між стінками рослинних клітин, які дозволяють молекулам та комунікаційним сигналам проходити між окремими рослинними клітинами).
• Захист: Клітинна стінка забезпечує бар'єр для захисту від вірусів рослин та інших патогенів. Це також допомагає запобігти втраті води.
• Зберігання: Клітинна стінка зберігає вуглеводи для використання в рості рослин, особливо в насінні.

Структури рослинних клітин та органели

Ця мікрофотографія зрізу рослинної клітки показує її внутрішню структуру. Усередині клітинної стінки знаходяться хлоропласти (темно-зелені), місце фотосинтезу та ядро ​​(помаранчеве), яке містить генетичну інформацію клітини.

Д-р Девід Фернесс, Кільський університет / Science Photo Library / Getty Images

Клітинна стінка рослин підтримує та захищає внутрішні структури та органели. Ці так звані «крихітні органи» виконують необхідні функції підтримки життя клітин. Органели та структури, які можна знайти в типовій рослинній клітині, включають:

• Клітинна (плазмова) мембрана. Ця мембрана оточує цитоплазму клітини і містить у собі її вміст.
• Клітинна стінка: зовнішнє покриття клітини, яке захищає рослинну клітину і надає їй форму, це клітинна стінка.
• Центріолі: ці клітинні структури організують складання мікротрубочок під час клітинного поділу.
• Хлоропласти. Місцями фотосинтезу у рослинній клітині є хлоропласти.
• Цитоплазма: це гелеподібна речовина всередині клітинної мембрани підтримує та підвішує органели.
• Цитоскелет: Цитоскелет є мережею волокон по всій цитоплазмі.
• Ендоплазматичний ретикулум: ця органела є розгалуженою мережею мембран, що складається як з областей з рибосомами (шорсткий ER), так і з областей без рибосом (гладкий ER).
• Комплекс Гольджі: ця органела відповідає за виробництво, зберігання та доставку певних клітинних продуктів.
• Лізосоми: ці мішечки ферментів перетравлюють клітинні макромолекули.
• Мікротрубочки: ці порожнисті стрижні переважно допомагають підтримувати і формувати клітину.
• Мітохондрії: ці органели генерують енергію для клітини за допомогою дихання.
• Ядро: ця велика, пов'язана з мембраною структура всередині клітини, містить спадкову інформацію клітини.
• Ядрішко: ця кільцева структура всередині ядра допомагає у синтезі рибосом.
• Нуклеопори: ці крихітні отвори в ядерній мембрані дозволяють нуклеїновим кислотам і білкам переміщатися в ядро ​​з нього.
• Пероксисоми: ці крихітні структури пов'язані однією мембраною і містять ферменти, які виробляють перекис водню як побічний продукт.
• Plasmodesmata : ці пори або канали між стінками рослинних клітин дозволяють молекулам та комунікаційним сигналам проходити між окремими рослинними клітинами.
• Рибосоми: що складаються з РНК і білків, рибосоми відповідають за збирання білків.
• Вакуоль: ця зазвичай велика структура в рослинній клітині допомагає підтримувати клітину і бере участь у різних клітинних функціях, включаючи зберігання, детоксикацію, захист та зростання.

Клітинна стінка бактерій

Це схема типової прокаріотичної бактеріальної клітини. Алі Зіфан (власна робота) / Wikimedia Commons /CC BY-SA 4.0

На відміну від клітин рослин, клітинна стінка прокаріотичних бактерій складається з пептидоглікану . Ця молекула є унікальною для складу клітинної стінки бактерій. Пептидоглікан є полімером, що складається з подвійних цукрів і амінокислот (білкових субодиниць).Ця молекула надає жорсткості клітинної стінки і допомагає надати бактеріям форму. Молекули пептидоглікану утворюють шари, які оточують і захищають бактеріальну плазматичну мембрану.

Клітинна стінка грампозитивних бактерій містить кілька шарів пептидоглікану. Ці складені шари підвищують товщину клітинної стінки. У грамнегативних бактерій Клітинна стінка не така товста, тому що вона містить набагато менший відсоток пептидоглікану. Клітинна стінка грамнегативних бактерій містить зовнішній шар ліпополісахаридів (ЛПС). Шар LPS оточує шар пептидоглікану і діє як ендотоксин (отрута) у патогенних бактеріях (хвороботворних бактеріях). Шар LPS також захищає грамнегативні бактерії від деяких антибіотиків, таких як пеніциліни.

Ключові моменти клітинної стінки

• Клітинна стінка є зовнішньою захисною мембраною у багатьох клітинах, включаючи рослини, гриби, водорості та бактерії. Клітини тварин немає клітинної стінки.
• Основні функції клітинної стінки полягають у забезпеченні структури, підтримки та захисту клітини.
• Клітинна стінка рослин складається здебільшого з целюлози і у багатьох рослин складається з трьох шарів. Три шари - це середня платівка, первинна клітинна стінка та вторинна клітинна стінка.
• Стіни бактеріальних клітин складаються з пептидоглікану. Грампозитивні бактерії мають товстий пептидоглікановий шар, а грамнегативні бактерії мають тонкий пептидоглікановий шар.

Джерела

• Лодіш, Х. та ін. "Динамічна клітинна стінка рослин". Молекулярно-клітинна біологія . 4-те вид., WH Freeman, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21709/.
• Янг, Кевін Д. "Бактеріальна клітинна стінка". Інтернет-бібліотека Wiley, Wiley/Blackwell (10.1111), 19 квітня 2010 р.