ŚCIANA KOMÓRKOWA: CHARAKTERYSTYKA, FUNKCJE I STRUKTURA - BIOLOGIA - 2025

Ściany komórkowej jest gęsty i trwała konstrukcja, która ogranicza pewnych typów komórek i znajduje się otaczająca błony komórkowej. Nie jest uważana za ścianę, która uniemożliwia kontakt z zewnętrzem; Jest złożoną, dynamiczną strukturą i odpowiada za wiele funkcji fizjologicznych w organizmach.

Ściana komórkowa znajduje się w roślinach, grzybach, bakteriach i algach. Każda ściana ma strukturę i kompozycję typową dla grupy. Z kolei jedną z cech komórek zwierzęcych jest brak ściany komórkowej. Ta struktura jest głównie odpowiedzialna za nadanie i utrzymanie kształtu komórek.

Ściana komórkowa działa jako bariera ochronna w odpowiedzi na zaburzenia równowagi osmotycznej, które może występować w środowisku komórki. Ponadto odgrywa rolę w komunikacji między komórkami.

Charakterystyka ogólna

-Ściana komórkowa to gruba, stabilna i dynamiczna bariera występująca w różnych grupach organizmów.

- Obecność tej struktury jest niezbędna dla żywotności komórki, jej kształtu, aw przypadku organizmów szkodliwych bierze udział w jej patogenności.

-Chociaż skład ściany różni się w zależności od każdej grupy, główną funkcją jest utrzymanie integralności komórki wobec sił osmotycznych, które mogą rozerwać komórkę.

-W przypadku organizmów wielokomórkowych wspomaga tworzenie się tkanek i uczestniczy w komunikacji komórkowej

Ściana komórkowa roślin

Struktura i skład

Ściany komórkowe komórek roślinnych składają się z polisacharydów i glikoprotein, zorganizowanych w trójwymiarowej macierzy.

Najważniejszym składnikiem jest celuloza. Składa się z powtarzających się jednostek glukozy, połączonych ze sobą wiązaniami β - 1,4. Każda cząsteczka zawiera około 500 cząsteczek glukozy.

Pozostałe składniki to: homogalakturonian, ramnogalakturonian I i II oraz polisacharydy hemicelulozy, takie jak między innymi ksyloglukany, glukomannan, ksylan.

Ściana zawiera również składniki o charakterze białkowym. Arabinogalaktan jest białkiem występującym w ścianie i jest powiązany z sygnalizacją komórkową.

Hemiceluloza wiąże się z celulozą poprzez wiązania wodorowe. Te interakcje są bardzo stabilne. W przypadku pozostałych komponentów tryb interakcji nie został jeszcze dobrze zdefiniowany.

Możesz odróżnić pierwotną i wtórną ścianę komórkową. Pierwotny jest cienki i nieco plastyczny. Po zatrzymaniu wzrostu komórek następuje odkładanie się ściany wtórnej, która może zmienić swój skład w stosunku do ściany pierwotnej lub pozostać niezmieniona i tylko dodać dodatkowe warstwy.

W niektórych przypadkach lignina jest składnikiem ściany wtórnej. Na przykład drzewa zawierają znaczne ilości celulozy i ligniny.

Synteza

Proces biosyntezy ścian jest złożony. Obejmuje około 2000 genów, które uczestniczą w budowie struktury.

Celuloza jest syntetyzowana na błonie komórkowej i osadzana bezpośrednio na zewnątrz. Jego powstanie wymaga kilku kompleksów enzymatycznych.

Reszta składników jest syntetyzowana w układach błoniastych znajdujących się w komórce (takich jak aparat Golgiego) i wydalana przez pęcherzyki.

Funkcjonować

Ściana komórkowa roślin pełni funkcje analogiczne do tych, które pełni macierz zewnątrzkomórkowa w komórkach zwierzęcych, takie jak utrzymywanie kształtu i struktury komórki, łączenie tkanek i sygnalizacja komórkowa. Poniżej omówimy najważniejsze funkcje:

Reguluj turgor

W komórkach zwierzęcych - pozbawionych ściany komórkowej - środowisko zewnątrzkomórkowe stanowi poważne wyzwanie pod względem osmozy.

Gdy stężenie pożywki jest wyższe w porównaniu do wnętrza komórki, woda ma tendencję do wypływania z komórki. I odwrotnie, gdy komórka jest wystawiona na działanie hipotonicznego środowiska (wyższe stężenie w komórce), woda dostaje się do środka i komórka może eksplodować.

W przypadku komórek roślinnych, substancji rozpuszczonych w środowisku komórkowym jest mniej niż we wnętrzu komórki. Jednak komórka nie eksploduje, ponieważ ściana komórki jest pod ciśnieniem. Zjawisko to powoduje pojawienie się określonego ciśnienia mechanicznego lub turgoru komórkowego.

Ciśnienie turgoru wytwarzane przez ścianę komórkową pomaga utrzymać sztywność tkanek roślinnych.

Połączenia komórkowe

Komórki roślinne są w stanie komunikować się ze sobą poprzez szereg „kanałów” zwanych plazmodesmami. Szlaki te łączą cytozole obu komórek i wymieniają materiały i cząsteczki.

System ten umożliwia wymianę produktów przemiany materii, białek, kwasów nukleinowych, a nawet cząstek wirusów.

Trasy sygnalizacyjne

W tej złożonej macierzy znajdują się cząsteczki pochodzące z pektyny, takie jak oligogalakturonidy, które mają zdolność wyzwalania szlaków sygnałowych jako odpowiedzi obronnych. Innymi słowy, działają jak układ odpornościowy zwierząt.

Chociaż ściana komórkowa tworzy barierę przed patogenami, nie jest całkowicie nieprzenikniona. Dlatego też, gdy ściana jest osłabiona, związki te uwalniają się i „ostrzegają” roślinę o ataku.

W odpowiedzi dochodzi do uwolnienia reaktywnych form tlenu i powstają metabolity, takie jak fitoaleksyny, które są substancjami przeciwdrobnoustrojowymi.

Ściana komórkowa u prokariotów

Struktura i skład eubakterii

Ściana komórkowa eubakterii ma dwie podstawowe struktury, które można odróżnić słynnym barwieniem Grama.

Pierwsza grupa składa się z bakterii Gram-ujemnych. W tym typie membrana jest podwójna. Ściana komórkowa jest cienka i otoczona z obu stron wewnętrzną i zewnętrzną błoną plazmatyczną. Klasycznym przykładem bakterii Gram-ujemnych jest E. coli.

Z kolei bakterie Gram-dodatnie mają jedynie błonę plazmatyczną, a ściana komórkowa jest znacznie grubsza. Są one zwykle bogate w kwasy teichojowe i mikolowe. Przykładem jest patogen Staphylococcus aureus.

Głównym składnikiem obu typów ścian jest peptydoglikan, zwany także mureiną. Jednostki lub monomery, które go tworzą to N-acetyloglukozamina i kwas N-acetylomuraminowy. Składa się z liniowych łańcuchów polisacharydów i małych peptydów. Peptydoglikan tworzy mocne i stabilne struktury.

Niektóre antybiotyki, takie jak penicylina i wankomycyna, działają zapobiegając tworzeniu się wiązań w ścianie komórkowej bakterii. Kiedy bakteria traci swoją ścianę komórkową, powstała w ten sposób struktura nazywana jest sferoplastem.

Struktura i skład archeonów

Archaea różnią się składem ścianek od bakterii, głównie dlatego, że nie zawierają peptydoglikanu. Niektóre archeony mają warstwę pseudopeptydoglikanu lub pseudomureiny.

Polimer ten ma grubość 15–20 nm i jest podobny do peptydoglikanu. Składniki polimeru to kwas lN-acetylotalozaminuronowy połączony z N-acetyloglukozaminą.

Zawierają szereg rzadkich lipidów, takich jak grupy izoprenowe związane z glicerolem oraz dodatkową warstwę glikoprotein, zwaną warstwą S. Warstwa ta jest często związana z błoną komórkową.

Lipidy są inne niż u bakterii. U eukariotów i bakterii znalezione wiązania są typu estrowego, podczas gdy u archeonów są typu eterowego. Szkielet glicerolu jest typowy dla tej domeny.

Istnieją gatunki archeonów, takie 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 w kolonizacji różnych środowisk.

Synteza

U bakterii Gram-ujemnych składniki ściany są syntetyzowane w cytoplazmie lub w błonie wewnętrznej. Konstrukcja ściany występuje na zewnątrz komórki.

Tworzenie peptydoglikanu rozpoczyna się w cytoplazmie, gdzie zachodzi synteza prekursorów nukleotydów składników ściany.

Następnie synteza przebiega dalej w błonie cytoplazmatycznej, gdzie syntetyzowane są związki o charakterze lipidowym.

Proces syntezy kończy się wewnątrz błony cytoplazmatycznej, gdzie zachodzi polimeryzacja jednostek peptydoglikanu. W tym procesie uczestniczą różne enzymy.

cechy

Podobnie jak ściana komórkowa roślin, ta struktura bakterii pełni podobne funkcje, chroniąc te jednokomórkowe organizmy przed lizą przed stresem osmotycznym.

Zewnętrzna błona bakterii Gram-ujemnych pomaga w translokacji białek i substancji rozpuszczonych oraz w transdukcji sygnału. Chroni także organizm przed patogenami i zapewnia stabilność komórkową.

Ściana komórkowa grzybów

Struktura i skład

Większość ścian komórkowych grzybów ma dość podobny skład i strukturę. Powstają z żelopodobnych polimerów węglowodanowych, przeplatanych białkami i innymi składnikami.

Charakterystycznym składnikiem ściany grzyba jest chityna. Oddziałuje z glukanami, tworząc włóknistą macierz. Chociaż jest to mocna konstrukcja, wykazuje pewien stopień elastyczności.

Synteza

W błonie komórkowej zachodzi synteza głównych składników - chityny i glukanów.

Inne składniki są syntetyzowane w aparacie Golgiego i retikulum endoplazmatycznym. Cząsteczki te są przenoszone na zewnątrz komórki w drodze wydalania przez pęcherzyki.

cechy

Ściana komórkowa grzybów determinuje ich morfogenezę, żywotność komórek i chorobotwórczość. Z ekologicznego punktu widzenia określa rodzaj środowiska, w którym dany grzyb może lub nie może żyć.

Bibliografia

1. Albers, SV i Meyer, BH (2011). Koperta komórek archeonów. Nature Reviews Microbiology, 9 (6), 414–426.
2. Cooper, G. (2000). Komórka: podejście molekularne. Wydanie 2. Sinauer Associates.
3. Forbes, BA (2009). Diagnostyka mikrobiologiczna. Panamerican Medical Ed.
4. Gow, NA, Latge, JP i Munro, Kalifornia (2017). Ściana komórkowa grzybów: budowa, biosynteza i funkcja. Spektrum mikrobiologiczne 5 (3)
5. Keegstra, K. (2010). Ściany komórkowe roślin. Plant physiology, 154 (2), 483–486.
6. Koebnik, R., Locher, KP, & Van Gelder, P. (2000). Struktura i funkcja bakteryjnych białek błony zewnętrznej: beczki w pigułce. Molecular microbiology, 37 (2), 239–253.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2000). Czwarta edycja Molecular Cell Biology. National Center for Biotechnology Information, Bookshelf.
8. Scheffers, DJ i Pinho, MG (2005). Synteza ściany komórkowej bakterii: nowe wnioski z badań lokalizacyjnych. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 69 (4), 585–607.
9. Showalter, AM (1993). Struktura i funkcja białek ściany komórkowej roślin. The Plant Cell, 5 (1), 9–23.
10. Valent, BS i Albersheim, P. (1974). Struktura ścian komórkowych roślin: Na wiązaniu ksyloglukanu z włóknami celulozowymi. Plant Physiology, 54 (1), 105–108.
11. Vallarino, JG i Osorio, S. (2012). Sygnalizacyjna rola oligogalakturonidów pochodzących z degradacji ściany komórkowej. Sygnalizacja i zachowanie roślin, 7 (11), 1447–1449.