Cellevæg: Definition, struktur og funktion (med diagram)

Indhold

• Hvad er funktionen af ​​en cellevæg?
• Hvad udgør plantecellevæggen?
• Turgor-tryk
• Proteiner i cellevæggen
• Struktur af plantecellevæggen
• Primær cellevæg
• Sekundær cellevæg
• Forskel mellem primære og sekundære cellevægge i planter
• Strukturen af ​​svampe- og algecellevægge
• Svampe-cellevægge
• Cellevægge i alger
• Bakterielle cellevægge
• Gram-Positive og Gram-Negative Bakterier
• Antibiotika og bakterier
• Antibiotikaresistens
• Cell Walls Matter

Cellevæggen er et yderligere lag af beskyttelse øverst på cellemembranen. Du kan finde cellevægge i både prokaryoter og eukaryoter, og de er mest almindelige i planter, alger, svampe og bakterier.

Dyr og protozoaner har imidlertid ikke denne type struktur. Cellevægge har en tendens til at være stive strukturer, der hjælper med at bevare cellens form.

Hvad er funktionen af ​​en cellevæg?

Cellevæggen har flere funktioner, herunder vedligeholdelse af cellestruktur og -form. Væggen er stiv, så den beskytter cellen og dens indhold.

For eksempel kan cellevæggen forhindre patogener som plantevirus i at komme ind. Ud over den mekaniske understøtning fungerer væggen som en ramme, der kan forhindre cellen i at ekspandere eller vokse for hurtigt. Proteiner, cellulosefibre, polysaccharider og andre strukturelle komponenter hjælper væggen med at bevare cellens form.

Cellevæggen spiller også en vigtig rolle i transporten. Da muren er en semi-permeabel membran, giver det mulighed for, at visse stoffer passerer gennem, såsom proteiner. Dette gør det muligt for væggen at regulere diffusion i cellen og kontrollere, hvad der kommer ind eller forlader.

Derudover hjælper den semi-permeable membran kommunikation mellem celler ved at lade signalmolekyler passere gennem porerne.

Hvad udgør plantecellevæggen?

En plantecellevæg består primært af kulhydrater som pectiner, cellulose og hemicellulose. Det har også strukturelle proteiner i mindre mængder og nogle mineraler såsom silicium. Alle disse komponenter er vitale dele af cellevæggen.

Cellulose er et komplekst kulhydrat og består af tusinder af glukosemonomerer der danner lange kæder. Disse kæder mødes og danner cellulose microfibrils, som er flere nanometer i diameter. Mikrofibrillerne hjælper med at kontrollere væksten af ​​cellen ved at begrænse eller tillade dens ekspansion.

Turgor-tryk

En af hovedårsagerne til at have en mur i en plantecelle er, at den kan modstå turgor tryk, og det er her cellulose spiller en afgørende rolle. Turgor-tryk er en kraft, der skabes ved, at cellen indskubber ud. Cellulosemikrofibriller danner en matrix med proteiner, hæmicelluloser og pektiner for at give den stærke ramme, der kan modstå turgortryk.

Både hæmicelluloser og pektiner er forgrenede polysaccharider. Hemicelluloser har brintbindinger, der forbinder dem til cellulosemikrofibrillerne, mens pektiner fælder vandmolekyler for at skabe en gel. Hæmicelluloser øger matrixens styrke, og pektiner hjælper med at forhindre kompression.

Proteiner i cellevæggen

Proteinerne i cellevæggen tjener forskellige funktioner. Nogle af dem yder strukturel støtte. Andre er enzymer, som er en type proteiner, der kan fremskynde kemiske reaktioner.

Enzymerne hjælper med at danne og normale modifikationer, der forekommer for at opretholde planternes cellevæg. De spiller også en rolle i frugtmodning og bladfarveændringer.

Hvis du nogensinde har lavet din egen marmelade eller gelé, så har du set de samme typer pektiner fundet i cellevægge i aktion. Pektin er den ingrediens, som kokke føjer til at fortykkes frugtjuicer. De bruger ofte pektiner, der naturligt findes i æbler eller bær for at fremstille deres syltetøj eller gelé.

••• Sciencing

Struktur af plantecellevæggen

Plantecellevægge er trelagsstrukturer med en midterste lamella, primær cellevæg og sekundær cellevæg. Den midterste lamella er det yderste lag og hjælper med celle-til-celle-forbindelser, mens de holder tilstødende celler sammen (med andre ord, den sidder mellem og holder cellevæggene sammen i to celler; det er derfor, det kaldes den midterste lamella, selvom det er det yderste lag).

Den midterste lamella fungerer som lim eller cement til planteceller, fordi den indeholder pektiner. Under celledeling er den midterste lamella den første, der dannes.

Primær cellevæg

Den primære cellevæg udvikler sig, når cellen vokser, så den har en tendens til at være tynd og fleksibel. Det dannes mellem den midterste lamella og plasma membran.

Det består af cellulosemikrofibriller med hæmicelluloser og pektiner. Dette lag giver cellen mulighed for at vokse over tid, men begrænser ikke overdreven cellernes vækst.

Sekundær cellevæg

Den sekundære cellevæg er tykkere og mere stiv, så den giver større beskyttelse for planten. Det findes mellem den primære cellevæg og plasmamembranen. Ofte hjælper den primære cellevæg faktisk med at skabe denne sekundære væg, når cellen er færdig med at vokse.

Sekundære cellevægge består af cellulose, hemicelluloser og lignin. Lignin er en polymer af aromatisk alkohol, der giver yderligere støtte til planten. Det hjælper med at beskytte planten mod angreb fra insekter eller patogener. Lignin hjælper også med vandtransport i cellerne.

Forskel mellem primære og sekundære cellevægge i planter

Når du sammenligner sammensætningen og tykkelsen af ​​primære og sekundære cellevægge i planter, er det let at se forskellene.

For det første har primære vægge lige store mængder cellulose, pektiner og hæmicelluloser. Sekundære cellevægge har imidlertid ikke noget pektin og har mere cellulose. For det andet ser cellulosemikrofibrillerne i de primære cellevægge tilfældige ud, men de er organiserede i sekundære vægge.

Selvom forskere har opdaget mange aspekter af, hvordan cellevægge fungerer i planter, har nogle områder stadig brug for mere forskning.

For eksempel lærer de stadig mere om de faktiske gener, der er involveret i biosyntesen af ​​cellevæggen. Forskere estimerer, at ca. 2.000 gener deltager i processen. Et andet vigtigt studieområde er, hvordan genregulering fungerer i plantecellerne, og hvordan det påvirker væggen.

Strukturen af ​​svampe- og algecellevægge

Ligesom planter består cellevægge af svampe af kulhydrater. Mens svampe har celler med kitin og andre kulhydrater, de har ikke cellulose, som planter gør.

Deres cellevægge har også:

Det er vigtigt at bemærke, at ikke alle svampe har cellevægge, men at mange af dem har det. I svampe sidder cellevæggen uden for plasmamembranen. Chitin udgør det meste af cellevæggen, og det er det samme materiale, der giver insekter deres stærke eksoskeletter.

Svampe-cellevægge

Generelt har svampe med cellevægge tre lag: chitin, glukaner og proteiner.

Som det inderste lag er chitin fibrøst og består af polysaccharider. Det hjælper med at gøre svampens cellevægge stive og stærke. Dernæst er der et lag af glukaner, som er glukosepolymerer, der tværbinder med chitin. Glukanerne hjælper også svampene med at opretholde deres cellevægsstivhed.

Endelig er der et lag proteiner kaldet mannoproteiner eller mannaner, som har et højt niveau på mannose sukker. Cellevæggen har også enzymer og strukturelle proteiner.

Forskellige komponenter i svampecellevæggen kan tjene forskellige formål. F.eks. Kan enzymer hjælpe med fordøjelsen af ​​organiske materialer, mens andre proteiner kan hjælpe med vedhæftning i miljøet.

Cellevægge i alger

Cellevæggene i alger består af polysaccharider, som cellulose eller glycoproteiner. Nogle alger har både polysaccharider og glycoproteiner i deres cellevægge. Derudover har algecellevægge mannaner, xylaner, alginsyre og sulfonerede polysaccharider. Cellevæggene mellem forskellige typer alger kan variere meget.

Mannans er proteiner, der fremstiller mikrofibriller i nogle grønne og røde alger. Xylans er komplekse polysaccharider og erstatter undertiden cellulose i alger. Algininsyre er en anden type polysaccharid, der ofte findes i brune alger. De fleste alger har imidlertid sulfonerede polysaccharider.

Diatomer er en type alger, der lever i vand og jord. De er unikke, fordi deres cellevægge er lavet af silica. Forskere undersøger stadig hvordan kiselalger danner deres cellevægge, og hvilke proteiner, der udgør processen.

Ikke desto mindre har de bestemt, at kiselalter danner deres mineralrige vægge internt og bevæger dem uden for cellen. Denne proces, kaldet exocytose, er kompleks og involverer flere proteiner.

Bakterielle cellevægge

En bakteriecellevæg har peptidoglycaner. Peptidoglycan eller murein er et unikt molekyle, der består af sukkerarter og aminosyrer i et maskelag, og det hjælper cellen med at bevare sin form og struktur.

Cellevæggen i bakterier findes uden for plasmamembranen. Væggen hjælper ikke kun med at konfigurere formen på cellen, men det hjælper også med at forhindre, at cellen sprænger og spilder alt dets indhold.

Gram-Positive og Gram-Negative Bakterier

Generelt kan du opdele bakterier i gram-positive eller gram-negative kategorier, og hver type har en lidt anden cellevæg. Gram-positive bakterier kan plette blå eller violette under en Gram-farvningstest, der bruger farvestoffer til at reagere med peptidoglycanerne i cellevæggen.

På den anden side kan gramnegative bakterier ikke farves blå eller violet ved denne type test. I dag bruger mikrobiologer stadig Gram-farvning til at identificere bakterietypen. Det er vigtigt at bemærke, at både gram-positive og gram-negative bakterier har peptidoglycaner, men en ekstra ydre membran forhindrer farvning af gram-negative bakterier.

Gram-positive bakterier har tykke cellevægge lavet af lag med peptidoglycaner. Gram-positive bakterier har en plasmamembran omgivet af denne cellevæg. Gramnegative bakterier har imidlertid tynde cellevægge af peptidoglykaner, som ikke er nok til at beskytte dem.

Derfor har gramnegative bakterier et yderligere lag af lipopolysaccharider (LPS), der tjener som en endotoksin. Gram-negative bakterier har en indre og ydre plasmamembran, og de tynde cellevægge er i mellem membranerne.

Antibiotika og bakterier

Forskellene mellem humane og bakterieceller gør det muligt at bruge antibiotika i din krop uden at dræbe alle dine celler. Da folk ikke har cellevægge, kan medicin som antibiotika målrette cellevægge hos bakterier. Cellevæggenes sammensætning spiller en rolle i, hvordan nogle antibiotika fungerer.

For eksempel kan penicillin, et almindeligt beta-lactam-antibiotikum, påvirke enzymet, der danner bindingerne mellem peptidoglycan-strenge i bakterier. Dette hjælper med at ødelægge den beskyttende cellevæg og forhindrer bakterierne i at vokse. Desværre kan antibiotika dræbe både nyttige og skadelige bakterier i kroppen.

En anden gruppe antibiotika kaldet glycopeptider er målrettet mod syntese af cellevægge ved at forhindre dannelse af peptidoglycaner. Eksempler på glycopeptidantibiotika inkluderer vancomycin og teicoplanin.

Antibiotikaresistens

Antibiotikaresistens sker, når bakterier ændrer sig, hvilket gør lægemidlerne mindre effektive. Da de resistente bakterier overlever, kan de formere sig og formere sig. Bakterier bliver resistent over for antibiotika på forskellige måder.

For eksempel kan de ændre deres cellevægge. De kan flytte antibiotikumet ud af deres celler, eller de kan dele genetisk information, der inkluderer resistens mod lægemidlerne.

Én måde nogle bakterier modstår beta-lactam antibiotika som penicillin er at fremstille et enzym kaldet beta-lactamase. Enzymet angriber beta-lactamringen, som er en kernekomponent i lægemidlet, og består af kulstof, brint, nitrogen og ilt. Imidlertid forsøger lægemiddelfabrikanter at forhindre denne resistens ved at tilføje beta-lactamaseinhibitorer.

Cell Walls Matter

Cellevægge tilbyder beskyttelse, støtte og strukturel hjælp til planter, alger, svampe og bakterier. Selvom der er store forskelle mellem cellevæggene i prokaryoter og eukaryoter, har de fleste organismer deres cellevægge uden for plasmamembranerne.

En anden lighed er, at de fleste cellevægge giver stivhed og styrke, der hjælper cellerne med at bevare deres form. Beskyttelse mod patogener eller rovdyr er også noget, som mange cellevægge blandt forskellige organismer har til fælles. Mange organismer har cellevægge, der består af proteiner og sukkerarter.

At forstå cellevæggene i prokaryoter og eukaryoter kan hjælpe mennesker på forskellige måder. Fra bedre medicin til stærkere afgrøder, at lære mere om cellevæggen giver en masse mulige fordele.