Ściana komórkowa: charakterystyka, funkcje i struktura
Ściana komórkowa jest grubą i odporną strukturą, która ogranicza pewne typy komórek i otacza błonę plazmatyczną. Nie jest uważany za ścianę, która unika kontaktu z zewnętrzem; Jest to dynamiczna, złożona struktura i odpowiada za znaczną liczbę funkcji fizjologicznych w organizmach.
Ściana komórkowa znajduje się w roślinach, grzybach, bakteriach i glonach. Każda ściana ma strukturę i typowy skład grupy. Natomiast jedną z cech komórek zwierzęcych jest brak ściany komórkowej. Ta struktura jest głównie odpowiedzialna za nadawanie i utrzymywanie kształtu komórek.
Ściana komórkowa działa jako bariera ochronna w odpowiedzi na zaburzenia równowagi osmotycznej, które może występować w środowisku komórkowym. Ponadto odgrywa rolę w komunikacji między komórkami.
Ogólna charakterystyka
- Ściana komórkowa jest grubą, stabilną i dynamiczną barierą występującą w różnych grupach organizmów.
- Obecność tej struktury ma zasadnicze znaczenie dla żywotności komórki, jej kształtu i, w przypadku organizmów szkodliwych, uczestniczy w jej patogenności.
- Chociaż skład ściany zmienia się w zależności od każdej grupy, główną funkcją jest utrzymanie integralności komórkowej przeciwko siłom osmotycznym, które mogą rozerwać komórkę.
-W przypadku organizmów wielokomórkowych pomaga w tworzeniu tkanki i uczestniczy w komunikacji komórkowej
Ściana komórkowa w roślinach
Struktura i skład
Ściany komórkowe komórek roślinnych składają się z polisacharydów i glikoprotein, zorganizowanych w trójwymiarowej matrycy.
Najważniejszym składnikiem jest celuloza. Składa się z powtarzających się jednostek glukozy połączonych wiązaniami β-1, 4. Każda cząsteczka zawiera około 500 cząsteczek glukozy.
Pozostałe składniki obejmują: homogalakturonan, ramnogalakturonan I i II oraz polisacharydy hemicelulozowe, takie jak między innymi ksyloglukany, glukomannany, ksylany.
Ściana ma również składniki o charakterze białkowym. Arabinogalaktan jest białkiem występującym w ścianie i jest związany z sygnalizacją komórkową.
Hemiceluloza jest związana wiązaniami wodorowymi z celulozą. Te interakcje są bardzo stabilne. Dla pozostałych komponentów tryb interakcji nie jest jeszcze dobrze zdefiniowany.
Można go rozróżnić między pierwotną i wtórną ścianą komórki. Podstawowa jest cienka i nieco plastyczna. Po zatrzymaniu wzrostu komórek następuje odkładanie się wtórnej ściany, która może zmienić jej skład względem pierwotnego lub pozostać niezmieniona i tylko dodać dodatkowe warstwy.
W niektórych przypadkach lignina jest składnikiem ściany wtórnej. Na przykład drzewa mają znaczne ilości celulozy i ligniny.
Synteza
Proces biosyntezy ściany jest złożony. Obejmuje około 2000 genów zaangażowanych w budowę struktury.
Celuloza jest syntetyzowana w błonie plazmatycznej w celu osadzenia bezpośrednio na zewnątrz. Jego tworzenie wymaga kilku kompleksów enzymatycznych.
Reszta składników jest syntetyzowana w układach błonowych znajdujących się wewnątrz komórki (jak aparat Golgiego) i wydalanych za pomocą pęcherzyków.
Funkcja
Ściana komórkowa w roślinach ma analogiczne funkcje do tych, które macierz zewnątrzkomórkowa działa w komórkach zwierzęcych, takich jak utrzymywanie kształtu i struktury komórki, łączenie tkanek i sygnalizacja komórkowa. Następnie omówimy najważniejsze funkcje:
Reguluj turgor
W komórkach zwierzęcych - w których nie ma ściany komórkowej - środowisko pozakomórkowe stanowi poważne wyzwanie, jeśli chodzi o osmozę.
Gdy stężenie medium jest wyższe w porównaniu do wnętrza komórki, woda w komórce ma tendencję do wychodzenia. I odwrotnie, kiedy komórka jest wystawiona na działanie hipotonicznego środowiska (wyższe stężenie w komórce), woda wchodzi i komórka może eksplodować.
W przypadku komórek roślinnych substancje rozpuszczone znajdujące się w środowisku komórki są niższe niż we wnętrzu komórki. Jednak komórka nie eksploduje, ponieważ ścianka komórki jest wciśnięta. Zjawisko to powoduje pojawienie się pewnego nacisku mechanicznego lub turgoru komórkowego.
Ciśnienie turgoru wytwarzane przez ścianę komórkową pomaga utrzymać sztywność tkanek roślinnych.
Połączenia między komórkami
Komórki roślinne są w stanie komunikować się ze sobą za pomocą szeregu „kanałów” zwanych plazmodami. Te drogi umożliwiają połączenie cytozolu obu komórek i wymianę materiałów i cząstek.
System ten umożliwia wymianę produktów metabolicznych, białek, kwasów nukleinowych, a nawet cząstek wirusowych.
Sygnalizowanie dróg
W tej skomplikowanej matrycy znajdują się cząsteczki pochodzące z pektyny, takie jak oligogalakturonidy, które mają zdolność wyzwalania ścieżek sygnałowych jako odpowiedzi obronnych. Innymi słowy, działają one jako układ odpornościowy u zwierząt.
Chociaż ściana komórkowa tworzy barierę dla patogenów, nie jest całkowicie nieprzenikniona. Dlatego, gdy ściana jest osłabiona, związki te są uwalniane i „ostrzegają” roślinę o ataku.
W odpowiedzi pojawia się uwalnianie reaktywnych form tlenu i wytwarzane są metabolity, takie jak fitoaleksyny, które są substancjami przeciwbakteryjnymi.
Ściana komórkowa u prokariotów
Struktura i skład w eubakteriach
Ściana komórkowa eubakterii ma dwie podstawowe struktury, które są odróżniane przez słynne barwienie metodą Grama.
Pierwsza grupa składa się z bakterii Gram-ujemnych. W tym typie membrana jest podwójna. Ściana komórkowa jest cienka i jest otoczona z obu stron wewnętrzną i zewnętrzną błoną plazmatyczną. Klasycznym przykładem bakterii Gram-ujemnej jest E. coli.
Ze swej strony bakterie Gram-dodatnie mają tylko błonę plazmatyczną, a ściana komórkowa jest znacznie grubsza. Są one zwykle bogate w kwasy teichoiczne i kwasy mikolowe. Przykładem jest patogen Staphylococcus aureus.
Głównym składnikiem obu typów ścian jest peptydoglikan, znany również jako murein. Jednostkami lub monomerami, które go tworzą, są N-acetyloglukozamina i kwas N-acetylomuraminowy. Składa się z liniowych łańcuchów polisacharydów i małych peptydów. Peptydoglikan tworzy silne i stabilne struktury.
Niektóre antybiotyki, takie jak penicylina i wankomycyna, działają zapobiegając tworzeniu się bakteryjnych wiązań ścian komórkowych. Gdy bakteria traci ścianę komórkową, powstająca struktura jest znana jako sferoplasty.
Struktura i skład archeonów
Archeony różnią się składem ściany w odniesieniu do bakterii, głównie dlatego, że nie zawierają peptydoglikanu. Niektóre archeony posiadają warstwę pseudopeptydoglikanu lub pseudomureiny.
Ten polimer ma grubość 15-20 nm i jest podobny do peptydoglikanu. Składnikami polimeru są kwas N-acetyloketaluronowy związany z N-acetyloglukozaminą.
Zawierają szereg rzadkich lipidów, takich jak grupy izoprenowe przyłączone do glicerolu i dodatkowa warstwa glikoprotein, zwana warstwą S. Ta warstwa jest często związana z błoną plazmatyczną.
Lipidy są inne niż u bakterii. W eukariotach i bakteriach znalezione wiązania są typu estrowego, podczas gdy w archeach są typu eterowego. Szkielet glicerolu jest typowy dla tej dziedziny.
Istnieją pewne gatunki archeonów, takich jak Ferroplasma Acidophilum i Thermoplasma spp., Które nie mają ściany komórkowej, mimo że żyją w ekstremalnych warunkach środowiskowych.
Zarówno eubakterie, jak i archeony mają dużą warstwę białek, takich jak adhezyny, które pomagają tym mikroorganizmom kolonizować różne środowiska.
Synteza
W bakteriach Gram-ujemnych składniki ściany syntetyzowane są w cytoplazmie lub w błonie wewnętrznej. Konstrukcja ściany występuje na zewnątrz komórki.
Tworzenie peptydoglikanu rozpoczyna się w cytoplazmie, gdzie zachodzi synteza nukleotydów składników ściany.
Następnie synteza jest kontynuowana w błonie cytoplazmatycznej, gdzie syntetyzowane są związki o charakterze lipidowym.
Proces syntezy kończy się wewnątrz błony cytoplazmatycznej, w której zachodzi polimeryzacja jednostek peptydoglikanu. Różne enzymy biorą udział w tym procesie.
Funkcje
Podobnie jak ściana komórkowa w roślinach, ta struktura bakterii spełnia podobne funkcje, aby chronić te jednokomórkowe organizmy przed lizą w obliczu stresu osmotycznego.
Zewnętrzna błona bakterii Gram-ujemnych pomaga w translokacji białek i substancji rozpuszczonych oraz transdukcji sygnału. Chroni również organizm przed patogenami i zapewnia stabilność komórkową.
Ściana komórkowa w grzybach
Struktura i skład
Większość ścian komórkowych grzybów ma dość podobny skład i strukturę. Tworzą się z żelopodobnych polimerów węglowodanowych, uwikłanych w białka i inne składniki.
Charakterystycznym elementem ściany grzyba jest chityna. Oddziałuje z glukanami, tworząc włóknistą matrycę. Chociaż jest to silna struktura, ma pewien stopień elastyczności.
Synteza
Synteza głównych składników - chityny i glukanów - zachodzi w błonie plazmatycznej.
Inne składniki są syntetyzowane w aparacie Golgiego iw retikulum endoplazmatycznym. Cząsteczki te są przenoszone na zewnątrz komórki przez wydalanie przez pęcherzyki.
Funkcje
Ściana komórkowa grzybów określa jej morfogenezę, żywotność komórek i jej patogenność. Z ekologicznego punktu widzenia określa rodzaj środowiska, w którym dany grzyb może żyć lub nie.
