Клітинна стінка

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Клітинна стінка — досить твердий шар, що оточує клітину. Він розташовується за межами цитоплазматичної мембрани (також відомої в деяких випадках, як клітинна мембрана) та забезпечує додаткову підтримку і захист. Клітинні стінки знайдені у бактерій, архей, грибів і рослин

Якщо зруйнувати клітинну стінку за допомогою деяких ферментів, те що залишиться, тобто клітина оточена клітинною мембраною, називається протопластом. На відміну від мембран, клітинна стінка не в змозі контролювати транспорт молекул до клітини із зовнішнього середовища.

Клітинні стінки вищих рослин[ред.ред. код]

Plant cell structure svg uk.svg
Структура клітинної стінки рослинної клітини

Рослинні клітинні стінки виконують цілий ряд функцій: Вони забезпечують твердість клітини для структурної і механічної підтримки, надають форму клітині, напрям її росту і кінець кінцем морфологію всій рослині. Клітинна стінка також протидіє тургору, тобто осмотичному тиску, коли додаткова кількість води поступає до рослини. Клітинні стінки захищають проти патогенів, що проникають з навколишнього середовища, та запасають вуглеводи для рослини. Рослинні клітинні стінки будуються перш за все з вуглеводного полімеру целюлози.

Протягом цитокінезу спочатку з клітинної пластинки формується проміжна ламела, і первинна клітинна стінка розширюється усередині проміжної ламели. Фактична структура клітинної стінки не завжди чітко визначена, існують кілька моделей її структури: модель перехресних ковелентних зв'язків, модель прив'язі, модель дифузного шару і модель стратифікованого шару. Проте, первинна клітинна стінка може бути визначена як мережа волокон целюлози направлених у випадкових напрямках. Волокна утримаються разом водневими зв'язками, що забезпечує досить високу міцність. Клітини тримаються разом і розділяють желатинову мембрану, називаєму проміжна ламела, яка містить пектати (солі пектинової кислоти) магнію і кальцію. Клітини взаємодіють через плазмодесми, тобто цитоплазмені канальці, що з'єднують цитоплазми клітин крізь клітинні стінки.

У деяких типах клітин деяких рослин, після того як досягається максимальний розмір або певна точка розвитку, між рослинною клітиною і первинною стінкою формується вторинна стінка. На відміну від первинної стінки, волокна вирівнюються здебільшого в одному напрямку, і з кожним додатковим шаром їх орієнтація злегка змінюється. Клітини з вторинними клітинними стінками дуже тверді. Міжклітинна взаємодія все ще можлива через отвори у вторинній клітинній стінці, що дозволяють плазмодкрмі проникати через обидві клітинні стінки.

Основні вуглеводи, що складають первинну клітиннус стінку, це целюлоза, геміцелюлоза і пектин. Целюлозні мікроволокна зв'язуються через хеміцелюлозні мостики, формуючи целюлозно-хеміцелюлозну мережу, яка оточена матрицею пектину. Найзагальніший тип хеміцелюлози в первинній клітинній стінці — ксилоглюкан.

Рослинні клітинні стінки також містять ряд білків, найпоширеніші включають багаті на гідропролін глікопротеїни (HRGP), також відомі як екстенсіни, арабіногалактанові протеїни (AGP), багаті на гліцин протеїни (GRP) і багаті на пролін протеїни (PRP). За винятком багатих на гліцин протеїнів, все ці білки глікозильовані і містять гідроксипролін (Hyp). Кожен клас глікопротеїнів визначається характерною, часто повторюваною послідовність амінокіслот. Химерні протеїни містять два або більше областей, кожна з послідовністю від іншого класу глікопротеїнів. Більшість білків клітинної стінки перехрестно зв'язані з вуглеводами клітинної стінки і, можливо, мають структурні функції.

Вторинні клітинні стінки можуть містити лігнін і суберин, роблячи стінки твердими. Відносний склад вуглеводів, додаткових компонентів і білків залежить від виду рослини, типу і віку клітин.

Клітинні стінки водоростей[ред.ред. код]

Морські діатомові водорості

Подібно до вищих рослин, більшість водоростей, незалежно від походження, мають клітинні стінки [1]. Клітинні стінки водоростей містять целюлозу і багато інших глікопротеїнів. Додаткові полісахариди у клітинних стінках водоростей раніше часто використовували як одну з ознак для встановлення їх таксономії, але деякі незв'язані групи мають ті ж самі полісахаріди.

Інші речовини, які можуть бути знайдені у водоростевих клітинних стінках, включають спорополенін і кальцій.

Група діатомових водоростей (діатомей) синтезують клітинні стінки (також відомо як фрустули або клапани) з кремневої кислоти (особливо ортокремневої кислоти, H4SiO4). Кислота полімеризується внутріклітинно, потім стінка витісняється назовні для захисту клітини. Такі стінки вимагають менше енергії на свій синтез, даючи змогу зберегти багато енергії [2], що, можливо, частково відповідає за швидкий ріст цих організмів [3].

Клітинні стінки грибів[ред.ред. код]

Не всі види грибів мають клітинні стінки, але якщо стінка присутня, вона складається з глюкозаміну і хітину, того ж вуглеводу, що надає міцність екзоскелетам комах. Вони служать подібній меті, що і клітинні стінки рослин, надаючи грибним клітинам твердість і можливість підтримувати свою форму і запобігання осмотичному лізису. Вони також обмежують вхід молекул, потенційно отруйних для гриба, наприклад деяким фунгіцидам рослинного та штучного походження. Склад, властивості і форма грибної клітинної стінки змінюються протягом життєвого циклу і залежать від умов зростання.

Інші еукаріоти[ред.ред. код]

Ооміцети, патогени рослин схожі на гриби, також мають целюлозні клітинні стінки. До недавнього часу за цю ознаку їх відносили до грибів, структурні та молекулярні свідоцтва змусили віднести їх до гетероконтів, як і бурі водорості [4].

Клітинні стінки бактерій[ред.ред. код]

Структура клітинної стінки двох основних типів бактерій

Як в інших організмах, бактеріальні клітинні стінки забезпечують структурну цілісність клітинам. У прокаріотів, первинна функція клітинної стінки — захистити осередок від внутрішнього тургору, викликаним високою концентрацією білків і іншіх молекули усередині клітини порівняно з навколишнім середовищем. Бактерійна клітинна стінка відрізняється від інших тим, що її основним компонентом є пептидоглікан, шар якого розміщується негайно за межами цитоплазматичної мембрани. Пептидоглікан відповідає за твердість стінки і придання форми клітині. Він відносно пористий і не заважає потоку розчинних молекул кріль нього. Існує два основних типи бактеріальних клітинних стінок, за цією ознакою бактерії поділяються на грам-негативні і грам-позитивні.

Грам-позитивні бактерії[ред.ред. код]

Грам-позитивні бактерії характеризується присутністю дуже товстого шару пептидоглікану, який відповідає за утримання фарбника крістал-віолет протягом процедури фарбування за Грамом. Така стінка знаходиться винятково в організмах, що належать до типів Actinobacteria (або грам-позитивні організми з високим вмістом G+C) і Firmicutes (або грам-позитивні організми з низьким вмістом G+C). Бактерії в межах типу Deinococcus-Thermus також можуть позитивно фарбуватися за Грамом, але містять деякі структури клітинної стінки, типові від грам-негативних організмів. В клітинну стінку грам-позитивних бактерій вбудовані полимерні спирти, тейхоєва кислота, деякі з яких зв'язуються з ліпідами, формуючи ліпотейхоєву кислоту. Ци речовини відповідають за з'єднання пептидоглікану з цитоплазматичною мембраною. Тейхоєва кислота надає клітині негативний електричний заряд завдяки наявністі фосфодіестерних зв'язків між мономерами тейхоєвої кислоти.

Грам-негативні бактерії[ред.ред. код]

Діаграма типових грам-негативних бактерій, з тонкою клітинною стінкою, затиснутою між червоною зовнішньою мембраною та тонкою зеленою плазматичною мембраною

На відміну від грам-позитивних бактерій, грам-негативні бактерії містять дуже тонкий шар пептидоглікану, що відповідає за нездатність клітинних стінок утримувати фарбник крістал-віолет протягом процедури фарбування за Грамом. На додаток до шару пептидогліканів, грам-негативні бактерій мають другу, так звану зовнішню мембрану, що знаходиться назовні від клітинної стінки та компонує фосфоліпіди та ліпополісахаріди на своїй зовнішній стороні. Негативно заряджені ліпополісахаріди також надають клітині негативний електричний заряд. Хімічна структура ліпополісахарідів зовнішньої мембрани часто унікальна для окремих штамів бактерій і часто відповідає за реакцію антигенів з представниками цих штамів.

Як будь-який подвійний шар фосфоліпідів, зовнішня мембрана досить непроникна для всіх заряджених молекул. Проте, білкові канали (порини) присутні в зовнішній мембрані, дозволяють пасивний транспорт багатьох іонів, цукру і амінокислот через зовнішню мембрану. Таким чином, ці молекули присутні у периплазмі, шарі між зовнішньою і цитоплазматичною мембранами. Периплазма містить шар пептидоглікану і багато білків, шо відповідають за гідроліз і прийом позаклітинних сигналів. Важається, що перівлазма гелеподібна, а не рідка, через високий вміст білків і пептидоглікану. Сигнали та живільні речовини з периплазми попадають до цитоплазми клітини використовуючи транспортні білки в цитоплізматичній мембрані.

Клітинні стінки архей[ред.ред. код]

Хоча вони і не унікальні, клітинні стінки архей дещо відрізняються від бактеріальних. Наприклад, клітинні стінки більшості архей утворені зовнішніми шарами білків або S-шаром. S-шари розповсюджені в бактеріях, де вони служать єдиним компонентом клітинної стінки в деяких організмах (наприклад в Planctomyces) або зовнішнім шаром в багатьох організмах з пептидогліканами. За винятком однієї групи метаногенів, археї не мають пептидогліканної стінки. Навіть в даному випадку, пептидоглікани дуже відрізняється від типу, знайденого в бактеріях.

Посилання[ред.ред. код]

  1. Sendbusch, P. S. (2003). Cell Walls of Algae. Botany Online
  2. Raven, J. A. (1983). The transport and function of silicon in plants. Biol. Rev. 58, 179—207
  3. Furnas, M. J. (1990). In situ growth rates of marine phytoplankton : Approaches to measurement, community and species growth rates. J. Plankton Res. 12, 1117—1151
  4. Interactions between Plants and Fungi: the Evolution of their Parasitic and Symbiotic Relations, P. v. Sengbusch, accessed 8 December 2006