Cell Wall: Ορισμός, Δομή & Λειτουργία (με Διάγραμμα)

Περιεχόμενο

• Ποια είναι η λειτουργία ενός τοίχου κυττάρων;
• Τι κάνει το τοίχωμα του φυτού;
• Πίεση Turgor
• Πρωτεΐνες στο τοίχωμα του κυττάρου
• Δομή του κυτταρικού τοίχου των φυτών
• Κύριο τοίχωμα κυττάρων
• Δευτερεύον τοίχωμα κυττάρων
• Διαφορά μεταξύ πρωτογενών και δευτερευόντων τοίχων κυττάρων στα φυτά
• Η δομή των κυτταρικών τοίχων μυκητιασικών και αλγών
• Μυκητιαστικοί τοίχοι κυττάρων
• Τείχη κυττάρων σε άλγη
• Βακτηριακά κυτταρικά τοιχώματα
• Gram-Θετικά και Gram-Αρνητικά Βακτήρια
• Αντιβιοτικά και βακτήρια
• Αντιβιοτική Αντίσταση
• Οι κυψελικοί τοίχοι

Το κυτταρικό τοίχωμα είναι ένα επιπλέον στρώμα προστασίας πάνω από την κυτταρική μεμβράνη. Μπορείτε να βρείτε κυτταρικά τοιχώματα τόσο σε προκαρυωτικά όσο και σε ευκαρυωτικά, και είναι πιο κοινά σε φυτά, φύκια, μύκητες και βακτήρια.

Ωστόσο, τα ζώα και τα πρωτόζωα δεν έχουν αυτόν τον τύπο δομής. Τα κυτταρικά τοιχώματα τείνουν να είναι άκαμπτες δομές που συμβάλλουν στη διατήρηση του σχήματος του κυττάρου.

Ποια είναι η λειτουργία ενός τοίχου κυττάρων;

Το κυτταρικό τοίχωμα έχει πολλές λειτουργίες, συμπεριλαμβανομένης της διατήρησης της κυτταρικής δομής και του σχήματος. Ο τοίχος είναι άκαμπτος, έτσι προστατεύει το κελί και τα περιεχόμενά του.

Για παράδειγμα, το κυτταρικό τοίχωμα μπορεί να κρατήσει τους παθογόνους παράγοντες όπως οι ιοί των φυτών. Εκτός από τη μηχανική στήριξη, το τοίχωμα λειτουργεί ως πλαίσιο που μπορεί να εμποδίσει την επέκταση ή την άνοδο της κυψέλης πολύ γρήγορα. Πρωτεΐνες, ίνες κυτταρίνης, πολυσακχαρίτες και άλλα δομικά στοιχεία βοηθούν τον τοίχο να διατηρήσει το σχήμα του κυττάρου.

Το κυτταρικό τοίχωμα διαδραματίζει επίσης σημαντικό ρόλο στη μεταφορά. Δεδομένου ότι ο τοίχος είναι α ημιδιαπερατή μεμβράνη, επιτρέπει ορισμένες ουσίες να περάσουν, όπως πρωτεΐνες. Αυτό επιτρέπει στον τοίχο να ρυθμίζει τη διάχυση στο κελί και να ελέγχει τι εισέρχεται ή φεύγει.

Επιπλέον, η ημιδιαπερατή μεμβράνη βοηθά την επικοινωνία μεταξύ των κυττάρων επιτρέποντας στα μόρια σηματοδότησης να διέρχονται από τους πόρους.

Τι κάνει το τοίχωμα του φυτού;

Ένα κυτταρικό τοίχωμα φυτού αποτελείται κυρίως από υδατάνθρακες, όπως πηκτίνες, κυτταρίνη και ημικυτταρίνη. Έχει επίσης δομικές πρωτεΐνες σε μικρότερες ποσότητες και μερικά ορυκτά όπως το πυρίτιο. Όλα αυτά τα συστατικά είναι ζωτικά μέρη του κυτταρικού τοιχώματος.

Η κυτταρίνη είναι ένας πολύπλοκος υδατάνθρακας και αποτελείται από χιλιάδες μονομερή γλυκόζης που σχηματίζουν μεγάλες αλυσίδες. Αυτές οι αλυσίδες ενώνονται και σχηματίζουν κυτταρίνη μικροϊνίδια, τα οποία έχουν διάμετρο αρκετών νανομέτρων. Τα μικροϊνίδια βοηθούν στον έλεγχο της ανάπτυξης του κυττάρου περιορίζοντας ή επιτρέποντας την επέκτασή του.

Πίεση Turgor

Ένας από τους κύριους λόγους για την ύπαρξη ενός τοίχου σε μια φυτική κυψέλη είναι ότι μπορεί να αντέξει πίεση πίεσης, και εδώ η κυτταρίνη διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο. Η πίεση της περιστροφής είναι μια δύναμη που δημιουργείται από το εσωτερικό του κυττάρου που σπρώχνει προς τα έξω. Τα μικροϊνίδια κυτταρίνης σχηματίζουν ένα πλέγμα με τις πρωτεΐνες, τις ημικυτταρίνες και τις πηκτίνες για να παράσχουν το ισχυρό πλαίσιο που μπορεί να αντισταθεί στην πίεση των περιστροφών.

Και οι δύο ημικυτταρίνες και οι πηκτίνες είναι διακλαδισμένοι πολυσακχαρίτες. Οι αιμοκυψέλες έχουν δεσμούς υδρογόνου που τις συνδέουν με τα μικροϊνίδια κυτταρίνης, ενώ οι πηκτίνες παγιδεύουν μόρια νερού για να δημιουργήσουν μια γέλη. Οι αιμοκυψελίδες αυξάνουν τη δύναμη της μήτρας και οι πηκτίνες βοηθούν στην πρόληψη της συμπίεσης.

Πρωτεΐνες στο τοίχωμα του κυττάρου

Οι πρωτεΐνες στο κυτταρικό τοίχωμα εξυπηρετούν διαφορετικές λειτουργίες. Ορισμένα από αυτά παρέχουν δομική υποστήριξη. Άλλα είναι ένζυμα, τα οποία είναι ένας τύπος πρωτεΐνης που μπορεί να επιταχύνει τις χημικές αντιδράσεις.

Τα ένζυμα βοηθούν τον σχηματισμό και τις φυσιολογικές τροποποιήσεις που συμβαίνουν για τη διατήρηση του κυτταρικού τοιχώματος των φυτών. Παίζουν επίσης ρόλο στην ωρίμανση φρούτων και στις αλλαγές χρώματος φύλλων.

Αν έχετε κάνει ποτέ τη δική σας μαρμελάδα ή ζελέ, τότε έχετε δει τους ίδιους τύπους πηκτίνες που βρίσκονται στα κυτταρικά τοιχώματα σε δράση. Η πηκτίνη είναι το συστατικό που προσθέτουν οι μάγειροι για να πυκνώσουν τους χυμούς φρούτων. Συχνά χρησιμοποιούν τις πηκτίνες που απαντώνται φυσικά στα μήλα ή στα μούρα για να κάνουν τις μαρμελάδες ή τα ζελέ.

••• Sciencing

Δομή του κυτταρικού τοίχου των φυτών

Τα τοιχώματα των φυτικών κυττάρων είναι δομές τριών επιπέδων με α μεσαίο έλασμα, κύριο τοίχωμα κυττάρου και δευτερεύον κυτταρικό τοίχωμα. Το μεσαίο έλασμα είναι το εξώτατο στρώμα και βοηθά με τις διασταυρώσεις κυττάρων-κυττάρων κρατώντας παράλληλα τα γειτονικά κύτταρα (με άλλα λόγια, κάθεται μεταξύ των και συγκρατεί τα κυτταρικά τοιχώματα των δύο κυττάρων · αυτός είναι ο λόγος που ονομάζεται μεσαίο έλασμα, είναι το εξωτερικό στρώμα).

Το μεσαίο έλασμα δρα ως κόλλα ή τσιμέντο για φυτικά κύτταρα επειδή περιέχει πηκτίνες. Κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης, η μέση έδρανο είναι η πρώτη που σχηματίζει.

Κύριο τοίχωμα κυττάρων

Το κύριο κυτταρικό τοίχωμα αναπτύσσεται όταν μεγαλώνει το κύτταρο, επομένως τείνει να είναι λεπτό και εύκαμπτο. Δημιουργείται μεταξύ της μεσαίας και της μεμβράνη πλάσματος.

Αποτελείται από μικροϊνίδια κυτταρίνης με ημικυτταρίνες και πηκτίνες. Αυτό το στρώμα επιτρέπει στο κύτταρο να αναπτυχθεί με την πάροδο του χρόνου αλλά δεν περιορίζει υπερβολικά την ανάπτυξη των κυττάρων.

Δευτερεύον τοίχωμα κυττάρων

Το δευτερεύον κυτταρικό τοίχωμα είναι παχύτερο και πιο άκαμπτο, έτσι ώστε να παρέχει μεγαλύτερη προστασία για το φυτό. Υπάρχει μεταξύ του κυτταρικού τοιχώματος και της μεμβράνης πλάσματος. Συχνά, το κύριο τοίχωμα κυττάρων συμβάλλει στην δημιουργία αυτού του δευτερεύοντος τοιχώματος μετά την ολοκλήρωση της ανάπτυξης του κυττάρου.

Τα δευτερεύοντα κυτταρικά τοιχώματα αποτελούνται από κυτταρίνη, ημικυτταρίνες και λιγνίνη. Η λιγνίνη είναι ένα πολυμερές αρωματικής αλκοόλης που παρέχει πρόσθετη υποστήριξη για το φυτό. Βοηθά στην προστασία του φυτού από προσβολές από έντομα ή παθογόνα. Η λιγνίνη βοηθά επίσης στην μεταφορά νερού στα κύτταρα.

Διαφορά μεταξύ πρωτογενών και δευτερευόντων τοίχων κυττάρων στα φυτά

Όταν συγκρίνετε τη σύνθεση και το πάχος των πρωτογενών και δευτερευόντων κυτταρικών τοιχωμάτων στα φυτά, είναι εύκολο να δείτε τις διαφορές.

Πρώτον, οι πρωτεύοντες τοίχοι έχουν ίσες ποσότητες κυτταρίνης, πηκτίνες και ημικυτταρίνες. Ωστόσο, τα δευτερεύοντα κυτταρικά τοιχώματα δεν έχουν πηκτίνη και έχουν περισσότερη κυτταρίνη. Δεύτερον, τα μικροϊνίδια κυτταρίνης σε τοιχώματα των πρωτογενών κυττάρων φαίνονται τυχαία, αλλά οργανώνονται σε δευτερεύοντες τοίχους.

Αν και οι επιστήμονες έχουν ανακαλύψει πολλές πτυχές του τρόπου λειτουργίας των τοιχωμάτων των κυττάρων στα φυτά, ορισμένες περιοχές εξακολουθούν να χρειάζονται περισσότερη έρευνα.

Για παράδειγμα, μαθαίνουν ακόμα περισσότερα για τα πραγματικά γονίδια που εμπλέκονται στη βιοσύνθεση του κυτταρικού τοιχώματος. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι περίπου 2.000 γονίδια συμμετέχουν στη διαδικασία. Ένας άλλος σημαντικός τομέας μελέτης είναι το πώς λειτουργεί η γονιδιακή ρύθμιση στα φυτικά κύτταρα και πώς επηρεάζει τον τοίχο.

Η δομή των κυτταρικών τοίχων μυκητιασικών και αλγών

Παρόμοια με τα φυτά, τα κυτταρικά τοιχώματα των μυκήτων αποτελούνται από υδατάνθρακες. Ωστόσο, ενώ οι μύκητες έχουν κύτταρα με χιτίνη και άλλοι υδατάνθρακες, δεν έχουν κυτταρίνη όπως τα φυτά.

Τα κυτταρικά τοιχώματά τους έχουν επίσης:

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι δεν έχουν όλοι οι μύκητες κυτταρικά τείχη, αλλά πολλοί από αυτούς κάνουν. Σε μύκητες, το κυτταρικό τοίχωμα βρίσκεται έξω από τη μεμβράνη πλάσματος. Η χυτίνη αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος του κυτταρικού τοιχώματος και είναι το ίδιο υλικό που δίνει στα έντομα τους ισχυρούς εξωσκληρυντές.

Μυκητιαστικοί τοίχοι κυττάρων

Σε γενικές γραμμές, μύκητες με κυτταρικά τοιχώματα έχουν τρία στρώματα: χιτίνη, γλυκάνες και πρωτεΐνες.

Ως το εσώτατο στρώμα, η χιτίνη είναι ινώδης και αποτελείται από πολυσακχαρίτες. Βοηθάει να καταστούν οι τοίχοι κυττάρων μυκήτων άκαμπτοι και ισχυροί. Στη συνέχεια, υπάρχει ένα στρώμα γλυκανών, τα οποία είναι πολυμερή γλυκόζης, με σταυροσύνδεση με χιτίνη. Οι γλυκάνες επίσης βοηθούν τους μύκητες να διατηρούν την ακαμψία των κυτταρικών τοιχωμάτων τους.

Τέλος, υπάρχει ένα στρώμα πρωτεϊνών που ονομάζεται μαννοπρωτεΐνες ή μαννάνες, τα οποία έχουν υψηλό επίπεδο ζάχαρη μαννόζης. Το κυτταρικό τοίχωμα έχει επίσης ένζυμα και δομικές πρωτεΐνες.

Τα διάφορα συστατικά του κυτταρικού τοιχώματος των μυκήτων μπορούν να εξυπηρετήσουν διαφορετικούς σκοπούς. Για παράδειγμα, τα ένζυμα μπορούν να βοηθήσουν στην πέψη οργανικών υλικών, ενώ άλλες πρωτεΐνες μπορούν να βοηθήσουν στην πρόσφυση στο περιβάλλον.

Τείχη κυττάρων σε άλγη

Τα κυτταρικά τοιχώματα των φυκών αποτελούνται από πολυσακχαρίτες, όπως η κυτταρίνη ή οι γλυκοπρωτεΐνες. Ορισμένα άλγη έχουν τόσο πολυσακχαρίτες όσο και γλυκοπρωτεΐνες στα κυτταρικά τοιχώματά τους. Επιπλέον, τα τοιχώματα κυττάρων φυκών έχουν μαννάνια, ξυλάνια, αλγινικό οξύ και σουλφονωμένους πολυσακχαρίτες. Τα κυτταρικά τοιχώματα μεταξύ των διαφορετικών τύπων φυκιών μπορούν να ποικίλουν σημαντικά.

Οι μαννάνες είναι πρωτεΐνες που κάνουν μικροϊνίδια σε μερικά πράσινα και κόκκινα άλγη. Οι ξυλάνες είναι πολύπλοκες πολυσακχαρίτες και μερικές φορές αντικαθιστούν την κυτταρίνη σε άλγη. Το αλγινικό οξύ είναι ένας άλλος τύπος πολυσακχαρίτη που απαντάται συχνά σε καφέ άλγη. Ωστόσο, τα περισσότερα άλγη έχουν σουλφονωμένους πολυσακχαρίτες.

Τα διατόμια είναι ένας τύπος άλγης που ζει στο νερό και στο έδαφος. Είναι μοναδικά επειδή τα κυτταρικά τοιχώματα τους είναι φτιαγμένα από σίλικα. Οι ερευνητές εξακολουθούν να ερευνούν πώς διατομών σχηματίζουν τα κυτταρικά τοιχώματα τους και τις πρωτεΐνες που αποτελούν τη διαδικασία.

Παρ 'όλα αυτά, έχουν αποφασίσει ότι οι διατομίες σχηματίζουν τα εσωτερικά τους πλούσια σε μεταλλικά τοιχώματα και τα μετακινούν έξω από το κελί. Αυτή η διαδικασία, που ονομάζεται εξωκυττάρωση, είναι πολύπλοκη και περιλαμβάνει πολλαπλές πρωτεΐνες.

Βακτηριακά κυτταρικά τοιχώματα

Ένα βακτηριακό κυτταρικό τοίχωμα έχει πεπτιδογλυκάνες. Peptidoglycan ή murein είναι ένα μοναδικό μόριο που αποτελείται από σάκχαρα και αμινοξέα σε ένα στρώμα πλέγματος και βοηθά το κύτταρο να διατηρήσει το σχήμα και τη δομή του.

Το κυτταρικό τοίχωμα στα βακτήρια υπάρχει έξω από τη μεμβράνη πλάσματος. Όχι μόνο ο τοίχος συμβάλλει στη διαμόρφωση του σχήματος του κελιού, αλλά επίσης βοηθάει στην αποτροπή της έκρηξης και της διάχυσης ολόκληρου του περιεχομένου του.

Gram-Θετικά και Gram-Αρνητικά Βακτήρια

Γενικά, μπορείτε να διαιρέσετε τα βακτηρίδια σε κατηγορίες gram-θετικών ή αρνητικών κατά Gram, και κάθε τύπος έχει ένα ελαφρώς διαφορετικό κυτταρικό τοίχωμα. Τα θετικά κατά Gram βακτήρια μπορούν να λεκιάσουν μπλε ή ιώδη κατά τη διάρκεια μιας δοκιμασίας χρώσης Gram, η οποία χρησιμοποιεί χρωστικές ουσίες για να αντιδράσει με τις πεπτιδογλυκάνες στο κυτταρικό τοίχωμα.

Από την άλλη πλευρά, τα gram-αρνητικά βακτήρια δεν μπορούν να υποβληθούν σε χρώση μπλε ή βιολετί με αυτόν τον τύπο δοκιμής. Σήμερα, οι μικροβιολόγοι εξακολουθούν να χρησιμοποιούν βαφή Gram για να προσδιορίσουν τον τύπο των βακτηριδίων. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι τόσο τα θετικά κατά gram όσο και τα gram αρνητικά βακτηρίδια έχουν πεπτιδογλυκάνες, αλλά μια επιπλέον εξωτερική μεμβράνη εμποδίζει τη χρώση gram-αρνητικών βακτηριδίων.

Τα θετικά κατά Gram βακτήρια έχουν χοντρά κυτταρικά τοιχώματα κατασκευασμένα από στρώματα πεπτιδογλυκάνων. Τα θετικά κατά Gram βακτήρια έχουν μία μεμβράνη πλάσματος που περιβάλλεται από αυτό το κυτταρικό τοίχωμα. Ωστόσο, τα αρνητικά κατά Gram βακτήρια έχουν λεπτές κυτταρικές τοιχοί πεπτιδογλυκανών που δεν επαρκούν για την προστασία τους.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα αρνητικά κατά Gram βακτήρια έχουν ένα επιπλέον στρώμα λιποπολυσακχαρίτες (LPS) που χρησιμεύουν ως ενδοτοξίνη. Τα αρνητικά κατά Gram βακτηρίδια έχουν εσωτερική και εξωτερική μεμβράνη πλάσματος και τα λεπτά τοιχώματα κυττάρων βρίσκονται μεταξύ των μεμβρανών.

Αντιβιοτικά και βακτήρια

Οι διαφορές μεταξύ ανθρώπινων και βακτηριακών κυττάρων καθιστούν δυνατή τη χρήση αντιβιοτικά στο σώμα σας χωρίς να σκοτώσετε όλα τα κύτταρα σας. Δεδομένου ότι οι άνθρωποι δεν έχουν κυτταρικά τοιχώματα, τα φάρμακα όπως τα αντιβιοτικά μπορούν να στοχεύσουν τα κυτταρικά τοιχώματα στα βακτήρια. Η σύνθεση του κυτταρικού τοιχώματος παίζει ρόλο στον τρόπο με τον οποίο λειτουργούν ορισμένα αντιβιοτικά.

Για παράδειγμα, η πενικιλίνη, ένα κοινό αντιβιοτικό βήτα-λακτάμης, μπορεί να επηρεάσει το ένζυμο που σχηματίζει τους δεσμούς μεταξύ κλώνων πεπτιδογλυκάνης στα βακτήρια. Αυτό βοηθά στην καταστροφή του προστατευτικού κυτταρικού τοιχώματος και σταματά την ανάπτυξη των βακτηρίων. Δυστυχώς, τα αντιβιοτικά μπορούν να σκοτώσουν τόσο χρήσιμα όσο και επιβλαβή βακτήρια στο σώμα.

Μια άλλη ομάδα αντιβιοτικών που ονομάζονται γλυκοπεπτίδια στοχεύει στη σύνθεση των κυτταρικών τοιχωμάτων, σταματώντας τη δημιουργία πεπτιδογλυκανών. Παραδείγματα αντιβιοτικών γλυκοπεπτιδίου περιλαμβάνουν βανκομυκίνη και τεϊκοπλανίνη.

Αντιβιοτική Αντίσταση

Η αντίσταση στα αντιβιοτικά συμβαίνει όταν αλλάζουν τα βακτήρια, γεγονός που καθιστά τα φάρμακα λιγότερο αποτελεσματικά. Δεδομένου ότι τα ανθεκτικά βακτήρια επιβιώνουν, μπορούν να αναπαραχθούν και να πολλαπλασιαστούν. Τα βακτήρια γίνονται ανθεκτικό στα αντιβιοτικά με διαφορετικούς τρόπους.

Για παράδειγμα, μπορούν να αλλάξουν τα κυτταρικά τείχη τους. Μπορούν να μεταφέρουν το αντιβιοτικό από τα κύτταρα τους ή μπορούν να μοιράζονται γενετικές πληροφορίες που περιλαμβάνουν αντοχή στα φάρμακα.

Ένας τρόπος με τον οποίο ορισμένα βακτήρια αντιστέκονται στα αντιβιοτικά βήτα-λακτάμης, όπως η πενικιλίνη, είναι να κάνουν ένα ένζυμο που ονομάζεται βήτα-λακταμάση. Το ένζυμο επιτίθεται στον δακτύλιο βήτα-λακτάμης, το οποίο είναι ένα βασικό συστατικό του φαρμάκου και αποτελείται από άνθρακα, υδρογόνο, άζωτο και οξυγόνο. Ωστόσο, οι κατασκευαστές φαρμάκων προσπαθούν να αποτρέψουν αυτή την αντίσταση με την προσθήκη αναστολέων β-λακταμάσης.

Οι κυψελικοί τοίχοι

Τα τοιχώματα των κυττάρων προσφέρουν προστασία, υποστήριξη και δομική βοήθεια για τα φυτά, τα φύκια, τους μύκητες και τα βακτηρίδια. Αν και υπάρχουν μεγάλες διαφορές μεταξύ των κυτταρικών τοιχωμάτων των προκαρυωτικών και των ευκαρυωτικών, οι περισσότεροι οργανισμοί έχουν τα κυτταρικά τους τοιχώματα έξω από τις μεμβράνες πλάσματος.

Μια άλλη ομοιότητα είναι ότι τα περισσότερα κυτταρικά τοιχώματα παρέχουν ακαμψία και δύναμη που βοηθούν τα κύτταρα να διατηρούν το σχήμα τους. Η προστασία από παθογόνα ή αρπακτικά ζώα είναι επίσης κάτι που πολλά κοινά κύτταρα μεταξύ των διαφόρων οργανισμών έχουν κοινό. Πολλοί οργανισμοί έχουν κυτταρικά τοιχώματα που αποτελούνται από πρωτεΐνες και σάκχαρα.

Η κατανόηση των κυτταρικών τοίχων των προκαρυωτικών και των ευκαρυωτικών μπορεί να βοηθήσει τους ανθρώπους με διάφορους τρόπους. Από τα καλύτερα φάρμακα μέχρι τις ισχυρότερες καλλιέργειες, η μάθηση για το κυτταρικό τοίχωμα προσφέρει πολλά πιθανά οφέλη.