Cellevegg: Definisjon, struktur og funksjon (med diagram)

Innhold

• Hva er funksjonen til en cellevegg?
• Hva utgjør plantecellveggen?
• Turgor Pressure
• Proteiner i celleveggen
• Strukturen av plantecelleveggen
• Primær cellevegg
• Sekundær cellevegg
• Forskjellen mellom primære og sekundære cellevegger i planter
• Strukturen av soppvegger og alger
• Soppvegger
• Cellevegger i alger
• Bakterielle cellevegger
• Gram-Positive og Gram-Negative Bakterier
• Antibiotika og bakterier
• Antibiotikaresistens
• Cell Walls Matter

Celleveggen er et ekstra lag med beskyttelse på toppen av cellemembranen. Du kan finne cellevegger i både prokaryoter og eukaryoter, og de er mest vanlige i planter, alger, sopp og bakterier.

Dyr og protozoaner har imidlertid ikke denne typen struktur. Cellevegger har en tendens til å være stive strukturer som hjelper til med å opprettholde formen på cellen.

Hva er funksjonen til en cellevegg?

Celleveggen har flere funksjoner, inkludert vedlikehold av cellestruktur og form. Veggen er stiv, slik at den beskytter cellen og dens innhold.

For eksempel kan celleveggen forhindre patogener som plantevirus i å komme inn. I tillegg til den mekaniske støtten fungerer veggen som et rammeverk som kan forhindre at cellen ekspanderer eller vokser for raskt. Proteiner, cellulosefibre, polysakkarider og andre strukturelle komponenter hjelper veggen med å opprettholde cellens form.

Celleveggen spiller også en viktig rolle i transporten. Siden veggen er en halvgjennomtrengelig membran, gjør det mulig for visse stoffer å passere gjennom, for eksempel proteiner. Dette gjør at veggen kan regulere diffusjon i cellen og kontrollere hva som kommer inn eller forlater.

I tillegg hjelper den halvgjennomtrengelige membranen kommunikasjon mellom celler ved å la signalmolekyler passere gjennom porene.

Hva utgjør plantecellveggen?

En plantecellevegg består hovedsakelig av karbohydrater, som pektiner, cellulose og hemicellulose. Den har også strukturelle proteiner i mindre mengder og noen mineraler som silisium. Alle disse komponentene er viktige deler av celleveggen.

Cellulose er et sammensatt karbohydrat og består av tusenvis av glukosemonomerer som danner lange kjeder. Disse kjedene kommer sammen og danner cellulose mikrofibriller, som er flere nanometer i diameter. Mikrofibrillene hjelper til med å kontrollere veksten av cellen ved å begrense eller tillate dens utvidelse.

Turgor Pressure

En av hovedårsakene til å ha en vegg i en plantecelle er at den tåler turgortrykk, og det er her cellulose spiller en avgjørende rolle. Turgortrykk er en kraft som skapes ved at innsiden av cellen skyver ut. Cellulosemikrofibriller danner en matrise med proteiner, hemicelluloser og pektiner for å gi den sterke rammen som kan motstå turgortrykk.

Både hemicelluloser og pektiner er forgrenede polysakkarider. Hemicelluloser har hydrogenbindinger som forbinder dem til cellulosemikrofibrillene, mens pektiner feller vannmolekyler for å lage en gel. Hemicelluloser øker matrisenes styrke, og pektiner hjelper til med å forhindre kompresjon.

Proteiner i celleveggen

Proteinene i celleveggen har forskjellige funksjoner. Noen av dem gir strukturell støtte. Andre er enzymer, som er en type proteiner som kan fremskynde kjemiske reaksjoner.

Enzymene hjelper til med å danne og normale modifikasjoner som skjer for å opprettholde plantenes cellevegg. De spiller også en rolle i fruktmodning og bladfargeendringer.

Hvis du noen gang har laget din egen syltetøy eller gelé, så har du sett de samme typene pectins funnet i cellevegger i aksjon. Pektin er ingrediensen som kokker tilfører for å tykke fruktjuicer. De bruker ofte pektinene som er naturlig funnet i epler eller bær for å lage syltetøy eller gelé.

••• Sciencing

Strukturen av plantecelleveggen

Plantecellevegger er trelagsstrukturer med en midtre lamella, primær cellevegg og sekundær cellevegg. Den midterste lamellen er det ytterste laget og hjelper til med celle-til-celle-koblinger mens du holder tilgrensende celler sammen (med andre ord, den sitter mellom og holder celleveggene til to celler sammen; dette er grunnen til at den kalles den midterste lamellen, selv om det er det ytterste laget).

Den midterste lamellen fungerer som lim eller sement for planteceller fordi den inneholder pektiner. Under celledeling er den midterste lamellen den første som dannes.

Primær cellevegg

Den primære celleveggen utvikler seg når cellen vokser, så den har en tendens til å være tynn og fleksibel. Det dannes mellom den midterste lamellen og plasmamembran.

Den består av cellulosemikrofibriller med hemicelluloser og pektiner. Dette laget lar cellen vokse over tid, men begrenser ikke altfor cellens vekst.

Sekundær cellevegg

Den sekundære celleveggen er tykkere og mer stiv, så den gir mer beskyttelse for planten. Det eksisterer mellom den primære celleveggen og plasmamembranen. Ofte hjelper den primære celleveggen faktisk med å lage denne sekundære veggen etter at cellen er ferdig med å vokse.

Sekundære cellevegger består av cellulose, hemicelluloser og lignin. Lignin er en polymer av aromatisk alkohol som gir ekstra støtte for planten. Det beskytter planten mot angrep fra insekter eller patogener. Lignin hjelper også med vanntransport i cellene.

Forskjellen mellom primære og sekundære cellevegger i planter

Når du sammenligner sammensetningen og tykkelsen av primære og sekundære cellevegger i planter, er det lett å se forskjellene.

For det første har primærvegger like mengder cellulose, pektiner og hemicelluloser. Sekundære cellevegger har imidlertid ikke noe pektin og har mer cellulose. For det andre ser cellulosemikrofibriller i primære cellevegger tilfeldige ut, men de er organisert i sekundære vegger.

Selv om forskere har oppdaget mange aspekter av hvordan cellevegger fungerer i planter, trenger noen områder fortsatt mer forskning.

For eksempel lærer de fortsatt mer om de faktiske genene som er involvert i biosyntesen av celleveggen. Forskere anslår at omtrent 2000 gener deltar i prosessen. Et annet viktig studieområde er hvordan genregulering fungerer i plantecellene og hvordan det påvirker veggen.

Strukturen av soppvegger og alger

I likhet med planter består celleveggene til sopp av karbohydrater. Imidlertid, mens sopp har celler med kitin og andre karbohydrater, de har ikke cellulose som planter gjør.

Deres cellevegger har også:

Det er viktig å merke seg at ikke alle sopp har cellevegger, men mange av dem har det. I sopp sitter celleveggen utenfor plasmamembranen. Chitin utgjør det meste av celleveggen, og det er det samme materialet som gir insekter deres sterke eksoskeletter.

Soppvegger

Generelt har sopp med cellevegger tre lag: kitin, glukaner og proteiner.

Som det innerste laget er kitin fibrøst og består av polysakkarider. Det hjelper med å gjøre soppens cellevegger stive og sterke. Deretter er det et lag med glukaner, som er glukosepolymerer, som tverrbinder med kitin. Glukanene hjelper også soppene med å opprettholde celleveggenes stivhet.

Endelig er det et lag med proteiner som kalles mannoproteins eller mannaner, som har et høyt nivå på mannosesukker. Celleveggen har også enzymer og strukturelle proteiner.

Ulike komponenter i soppcelleveggen kan tjene forskjellige formål. For eksempel kan enzymer hjelpe til med fordøyelsen av organiske materialer, mens andre proteiner kan hjelpe med vedheft i miljøet.

Cellevegger i alger

Celleveggene i alger består av polysakkarider, som cellulose eller glykoproteiner. Noen alger har både polysakkarider og glykoproteiner i celleveggene. I tillegg har algecellevegger mannaner, xylaner, alginsyre og sulfonerte polysakkarider. Celleveggene mellom forskjellige typer alger kan variere veldig.

Mannans er proteiner som lager mikrofibriller i noen grønne og røde alger. Xylans er komplekse polysakkarider og erstatter noen ganger cellulose i alger. Alger er en annen type polysakkarid som ofte finnes i brune alger. Imidlertid har de fleste alger sulfonerte polysakkarider.

Kiselalger er en type alger som lever i vann og jord. De er unike fordi celleveggene er laget av silika. Forskere undersøker fortsatt hvordan kiselalger danne celleveggene deres og hvilke proteiner som utgjør prosessen.

Likevel har de bestemt at kiselalter danner sine mineralrike vegger internt og flytter dem utenfor cellen. Denne prosessen, kalt eksocytose, er sammensatt og involverer flere proteiner.

Bakterielle cellevegger

En bakteriecellevegg har peptidoglykaner. Peptidoglycan eller murein er et unikt molekyl som består av sukker og aminosyrer i et nettlag, og det hjelper cellen å opprettholde sin form og struktur.

Celleveggen i bakterier eksisterer utenfor plasmamembranen. Veggen hjelper ikke bare med å konfigurere formen på cellen, men den hjelper også til å forhindre at cellen sprenges og søler alt innholdet.

Gram-Positive og Gram-Negative Bakterier

Generelt kan du dele bakterier i gram-positive eller gram-negative kategorier, og hver type har en litt annen cellevegg. Gram-positive bakterier kan farge blått eller fiolett under en Gram-fargingstest, som bruker fargestoffer for å reagere med peptidoglykanene i celleveggen.

På den annen side kan ikke gramnegative bakterier farges blå eller fiolett med denne typen tester. I dag bruker mikrobiologer fremdeles Gram-farging for å identifisere bakterietypen. Det er viktig å merke seg at både gram-positive og gram-negative bakterier har peptidoglykaner, men en ekstra ytre membran forhindrer farging av gram-negative bakterier.

Gram-positive bakterier har tykke cellevegger laget av lag med peptidoglykaner. Gram-positive bakterier har en plasmamembran omgitt av denne celleveggen. Gramnegative bakterier har imidlertid tynne cellevegger av peptidoglykaner som ikke er nok til å beskytte dem.

Dette er grunnen til at gramnegative bakterier har et ekstra lag med lipopolysakkarider (LPS) som fungerer som et endotoksin. Gram-negative bakterier har en indre og ytre plasmamembran, og de tynne celleveggene er i mellom membranene.

Antibiotika og bakterier

Forskjellene mellom humane og bakterieceller gjør det mulig å bruke antibiotika i kroppen din uten å drepe alle cellene dine. Siden folk ikke har cellevegger, kan medisiner som antibiotika målrette cellevegger hos bakterier. Sammensetningen av celleveggen spiller en rolle i hvordan noen antibiotika fungerer.

For eksempel kan penicillin, et vanlig beta-laktamantibiotikum, påvirke enzymet som danner båndene mellom peptidoglykanstrenger i bakterier. Dette bidrar til å ødelegge den beskyttende celleveggen og hindrer bakteriene i å vokse. Dessverre kan antibiotika drepe både nyttige og skadelige bakterier i kroppen.

En annen gruppe antibiotika kalt glykopeptider er rettet mot syntesen av cellevegger ved å stoppe dannelse av peptidoglykaner. Eksempler på glykopeptidantibiotika inkluderer vankomycin og teicoplanin.

Antibiotikaresistens

Antibiotikaresistens skjer når bakterier endres, noe som gjør medisinene mindre effektive. Siden de resistente bakteriene overlever, kan de reprodusere seg og formere seg. Bakterier blir resistent mot antibiotika på forskjellige måter.

For eksempel kan de bytte cellevegger. De kan flytte antibiotikumet ut av cellene sine, eller de kan dele genetisk informasjon som inkluderer resistens mot medisinene.

En måte noen bakterier motstår beta-laktamantibiotika som penicillin er å lage et enzym kalt beta-laktamase. Enzymet angriper beta-laktamringen, som er en kjernekomponent i stoffet, og består av karbon, hydrogen, nitrogen og oksygen. Legemiddelprodusenter prøver imidlertid å forhindre denne resistensen ved å tilsette beta-laktamasehemmere.

Cell Walls Matter

Cellevegger gir beskyttelse, støtte og strukturell hjelp for planter, alger, sopp og bakterier. Selv om det er store forskjeller mellom celleveggene til prokaryoter og eukaryoter, har de fleste organismer sine cellevegger utenfor plasmamembranene.

En annen likhet er at de fleste cellevegger gir stivhet og styrke som hjelper cellene å opprettholde sin form. Beskyttelse mot patogener eller rovdyr er også noe som mange cellevegger blant forskjellige organismer har til felles. Mange organismer har cellevegger som består av proteiner og sukker.

Å forstå celleveggene til prokaryoter og eukaryoter kan hjelpe mennesker på en rekke måter. Fra bedre medisiner til sterkere avlinger, det å lære mer om celleveggen gir mange potensielle fordeler.