CELIČNA STENA: ZNAČILNOSTI, FUNKCIJE IN ZGRADBA - BIOLOGIJA - 2025

Celična stena je debela in odporna struktura, ki omejuje nekatere vrste celic in se nahaja okoli plazemsko membrano. Ne šteje se za steno, ki preprečuje stik z zunanjostjo; Je zapletena, dinamična struktura in je odgovorna za veliko število fizioloških funkcij v organizmih.

Celično steno najdemo v rastlinah, glivah, bakterijah in algah. Vsaka stena ima strukturo in sestavo, značilno za skupino. V nasprotju s tem je ena od značilnosti živalskih celic pomanjkanje celične stene. Ta struktura je v glavnem odgovorna za dajanje in vzdrževanje oblike celic.

Celična stena deluje kot zaščitna ovira kot odgovor na osmotska neravnovesja, ki jih lahko predstavlja celično okolje. Poleg tega ima vlogo pri komunikaciji med celicami.

Splošne značilnosti

-Celična stena je gosta, stabilna in dinamična ovira, ki jo najdemo v različnih skupinah organizmov.

- Prisotnost te strukture je ključnega pomena za sposobnost preživetja celice, njeno obliko in v primeru škodljivih organizmov sodeluje pri njeni patogenosti.

-Čeprav sestava stene se razlikuje glede na posamezno skupino, je glavna funkcija ohranjanje celovitosti celice pred osmotskimi silami, ki lahko celico porušijo.

-V primeru večceličnih organizmov pomaga pri tvorbi tkiv in sodeluje pri celični komunikaciji

Celična stena v rastlinah

Struktura in sestava

Celične stene rastlinskih celic so sestavljene iz polisaharidov in glikoproteinov, ki so organizirani v tridimenzionalni matriki.

Najpomembnejša komponenta je celuloza. Sestavljen je iz ponavljajočih se enot glukoze, ki jih med seboj povezujejo β - 1,4 vezi. Vsaka molekula vsebuje približno 500 molekul glukoze.

Preostale komponente vključujejo: homogalakturonan, rhamnogalacturonan I in II ter polisaharide hemiceluloze, kot so ksiloglukani, glukomanan, ksilan.

Stena ima tudi sestavine proteinske narave. Arabinogalactan je protein, ki ga najdemo v steni in je povezan s celično signalizacijo.

Hemikeluloza se preko vodikovih vezi veže na celulozo. Te interakcije so zelo stabilne. Za ostale komponente način interakcije še ni natančno opredeljen.

Razlikujete lahko med primarno in sekundarno celično steno. Primarna je tanka in nekoliko gnojna. Ko se rast celic ustavi, pride do odlaganja sekundarne stene, ki lahko spremeni svojo sestavo glede na primarno steno ali ostane nespremenjena in doda le dodatne plasti.

V nekaterih primerih je lignin sestavni del sekundarne stene. Na primer, drevesa vsebujejo velike količine celuloze in lignina.

Sinteza

Postopek stenske biosinteze je kompleksen. Vključuje približno 2000 genov, ki sodelujejo pri gradnji strukture.

Celuloza se sintetizira na plazemski membrani in se odloži neposredno zunaj. Za njegovo tvorbo je potrebnih več encimskih kompleksov.

Preostali sestavni deli se sintetizirajo v membranskih sistemih, ki se nahajajo znotraj celice (na primer Golgijev aparat) in izločajo skozi vezikle.

Funkcija

Celična stena rastlin ima funkcije, podobne tistim, ki jih izvaja zunajcelični matriks v živalskih celicah, kot so vzdrževanje oblike in strukture celic, povezovanje tkiv in celična signalizacija. Spodaj bomo obravnavali najpomembnejše funkcije:

Uravnajte turgor

V živalskih celicah - ki nimajo celične stene - je zunajtelesno okolje velik izziv v smislu osmoze.

Ko je koncentracija medija višja v primerjavi z notranjostjo celice, voda teče ven iz celice. Ko pa je celica izpostavljena hipotoničnemu okolju (večja koncentracija v celici), voda vstopi in celica lahko eksplodira.

V primeru rastlinskih celic je topljencev, ki jih najdemo v celičnem okolju, manj kot v celici. Vendar celica ne eksplodira, ker je celična stena pod pritiskom. Ta pojav povzroča pojav določenega mehanskega tlaka ali celičnega turgorja.

Pritisk turgora, ki ga ustvari celična stena, pomaga ohranjati rastlinska tkiva.

Celične povezave

Rastlinske celice so sposobne medsebojno komunicirati prek vrste "kanalov", imenovanih plazmodesmati. Te poti povezujejo citosol obeh celic in izmenjujejo materiale in delce.

Ta sistem omogoča izmenjavo presnovnih produktov, beljakovin, nukleinskih kislin in celo virusnih delcev.

Signalizacijske poti

V tej zapleteni matrici so molekule, pridobljene iz pektina, kot so oligogalakturonidi, ki lahko sprožijo signalne poti kot obrambne odzive. Z drugimi besedami, delujejo kot imunski sistem pri živalih.

Čeprav celična stena tvori oviro proti patogenom, ni povsem neopazna. Ko se stena oslabi, se te spojine sprostijo in "opozorijo" rastlino na napad.

Kot odgovor se pojavi sproščanje reaktivnih kisikovih vrst in nastajajo presnovki, kot so fitoaleksini, ki so protimikrobne snovi.

Celična stena v prokariotih

Struktura in sestava evbakterij

Celična stena evbakterij ima dve temeljni strukturi, ki ju razlikuje znameniti madež po Gramu.

Prvo skupino sestavljajo Gram negativne bakterije. Pri tej vrsti je membrana dvojna. Celična stena je tanka in je na obeh straneh obdana z notranjo in zunanjo plazemsko membrano. Klasičen primer gram-negativne bakterije je E. coli.

Gram pozitivne bakterije imajo samo plazemsko membrano in celična stena je veliko debelejša. Običajno so bogate s teihoičnimi in mikoličnimi kislinami. Primer je patogen Staphylococcus aureus.

Glavna sestavina obeh vrst sten je peptidoglikan, znan tudi kot murein. Enote ali monomeri, ki ga sestavljajo, so N-acetilglukozamin in N-acetilmuraminska kislina. Sestavljen je iz linearnih verig polisaharidov in majhnih peptidov. Peptidoglikan tvori močne in stabilne strukture.

Nekateri antibiotiki, kot sta penicilin in vankomicin, delujejo tako, da preprečujejo nastanek vezi v bakterijski celični steni. Ko bakterija izgubi celično steno, je dobljena struktura znana kot sferoplast.

Struktura in sestava v arhajih

Arheje se po sestavi stene razlikujejo od bakterij, predvsem zato, ker ne vsebujejo peptidoglikana. Nekatere arheje imajo plast psevdopeptidoglikana ali psevdomureina.

Ta polimer je debel 15–20 nm in je podoben peptidoglikanu. Sestavni deli polimera so lN-acetiltalosaminuronska kislina, povezana z N-acetilglukozaminom.

Vsebujejo številne redke lipide, kot so izoprenske skupine, vezane na glicerol in dodatna plast glikoproteinov, imenovana plast S. Ta plast je pogosto povezana s plazemsko membrano.

Lipidi so drugačni kot pri bakterijah. Pri evkariotih in bakterijah najdemo vezi estrskega tipa, v arhejah pa eterskega tipa. Hrbtenica glicerola je značilna za to domeno.

Obstajajo nekatere vrste arhej, na primer Ferroplasma Acidophilum in Thermoplasma spp., Ki nimajo celične stene, čeprav živijo v ekstremnih okoljskih razmerah.

Tako evbakterije kot arheje vsebujejo veliko plast beljakovin, kot so adheini, ki pomagajo tem mikroorganizmom pri kolonizaciji različnih okolij.

Sinteza

V gram negativnih bakterijah se sestavni deli stene sintetizirajo v citoplazmi ali notranji membrani. Gradnja stene se zgodi na zunanji strani celice.

Tvorba peptidoglikana se začne v citoplazmi, kjer pride do sinteze predhodnikov nukleotidov komponent stene.

Nato se sinteza nadaljuje v citoplazemski membrani, kjer se sintetizirajo spojine lipidne narave.

Proces sinteze se konča znotraj citoplazemske membrane, kjer pride do polimerizacije peptidoglikanskih enot. V tem procesu sodelujejo različni encimi.

Lastnosti

Tako kot celična stena v rastlinah tudi ta struktura v bakterijah izvaja podobne funkcije, da te enocelične organizme zaščiti pred lizo pred osmotskim stresom.

Zunanja membrana Gram negativnih bakterij pomaga pri translokaciji beljakovin in topil ter pri pretvorbi signala. Prav tako ščiti telo pred patogeni in zagotavlja celično stabilnost.

Celična stena v glivah

Struktura in sestava

Večina celičnih sten v glivah ima dokaj podobno sestavo in strukturo. Nastanejo iz gel podobnih ogljikohidratnih polimerov, prepletenih z beljakovinami in drugimi komponentami.

Prepoznavna sestavina glivične stene je hitin. V interakciji z glukani ustvarja vlaknato matrico. Čeprav je močna struktura, kaže določeno mero prožnosti.

Sinteza

V plazemski membrani se pojavlja sinteza glavnih komponent - hitina in glukanov.

Ostale komponente se sintetizirajo v Golgijevem aparatu in v endoplazmatskem retikulu. Te molekule se zunaj celice prenašajo z izločanjem skozi vezikle.

Lastnosti

Celična stena gliv določa njihovo morfogenezo, sposobnost preživetja celic in patogenost. Z ekološkega vidika določa vrsto okolja, v katerem lahko določena gliva živi ali ne more živeti.

Reference

1. Albers, SV, in Meyer, BH (2011). Ovojnica arhealne celice. Nature Review Microbiology, 9 (6), 414–426.
2. Cooper, G. (2000). Celica: Molekularni pristop. 2. izdaja Sinauer Associates.
3. Forbes, BA (2009). Mikrobiološka diagnoza. Panamerican Medical Ed.
4. Gow, NA, Latge, JP, in Munro, CA (2017). Stena glivičnih celic: zgradba, biosinteza in delovanje. Mikrobiološki spekter 5 (3)
5. Keegstra, K. (2010). Rastlinske celične stene. Fiziologija rastlin, 154 (2), 483–486.
6. Koebnik, R., Locher, KP, in Van Gelder, P. (2000). Struktura in delovanje bakterijskih beljakovin zunanjih membran: sodi v lupini. Molekularna mikrobiologija, 37 (2), 239–253.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2000). Molekularna celična biologija, 4. izdaja. Nacionalni center za informacije o biotehnologiji, knjižna polica.
8. Scheffers, DJ, & Pinho, MG (2005). Sinteza bakterijske celične stene: nova spoznanja iz lokalizacijskih študij. Mikrobiološka in molekularna biologija, 69 (4), 585–607.
9. Showalter, AM (1993). Struktura in delovanje beljakovin rastlinske celične stene. Rastlinska celica, 5 (1), 9–23.
10. Valent, BS in Albersheim, P. (1974). Struktura rastlinskih celičnih sten: O vezavi ksiloglukana na celulozna vlakna. Fiziologija rastlin, 54 (1), 105–108.
11. Vallarino, JG, & Osorio, S. (2012). Signalna vloga oligogalakturonidov, pridobljenih med razgradnjo celične stene. Rastlinska signalizacija in obnašanje, 7 (11), 1447–1449.