Zellwand: Eigenschaften, Funktionen und Struktur
Die Zellwand ist eine dicke und widerstandsfähige Struktur, die bestimmte Zelltypen begrenzt und die Plasmamembran umgibt. Es wird nicht als Wand betrachtet, die den Kontakt mit der Außenwelt vermeidet. Es ist eine dynamische, komplexe Struktur und für eine erhebliche Anzahl physiologischer Funktionen in Organismen verantwortlich.
Die Zellwand befindet sich in Pflanzen, Pilzen, Bakterien und Algen. Jede Wand hat eine Struktur und eine typische Zusammensetzung der Gruppe. Im Gegensatz dazu ist eines der Merkmale tierischer Zellen das Fehlen einer Zellwand. Diese Struktur ist hauptsächlich dafür verantwortlich, die Form der Zellen zu geben und aufrechtzuerhalten.
Die Zellwand wirkt als Schutzbarriere als Reaktion auf die osmotischen Ungleichgewichte, die die Zellumgebung aufweisen kann. Darüber hinaus spielt es eine Rolle bei der Kommunikation zwischen Zellen.
Allgemeine Eigenschaften
-Die Zellwand ist eine dicke, stabile und dynamische Barriere, die in verschiedenen Gruppen von Organismen zu finden ist.
-Das Vorhandensein dieser Struktur ist entscheidend für die Lebensfähigkeit der Zelle, ihre Form und beteiligt sich bei Schadorganismen an ihrer Pathogenität.
-Obwohl die Zusammensetzung der Wand in Abhängigkeit von der jeweiligen Gruppe variiert, besteht die Hauptfunktion darin, die zelluläre Integrität gegen osmotische Kräfte aufrechtzuerhalten, die die Zelle zum Platzen bringen können.
- Hilft bei mehrzelligen Organismen bei der Gewebebildung und ist an der Zellkommunikation beteiligt
Zellwand in Pflanzen
Struktur und Zusammensetzung
Die Zellwände von Pflanzenzellen bestehen aus Polysacchariden und Glykoproteinen, die in einer dreidimensionalen Matrix organisiert sind.
Der wichtigste Bestandteil ist Cellulose. Es besteht aus wiederholten Glucoseeinheiten, die durch β-1, 4-Bindungen miteinander verbunden sind. Jedes Molekül enthält ungefähr 500 Moleküle Glucose.
Der Rest der Komponenten schließt ein: Homogalacturonan, Rhamnogalacturonan I und II und Hemicellulosepolysaccharide wie Xyloglucane, Glucomannane, Xylane unter anderem.
Die Wand hat auch Bestandteile einer Proteinnatur. Arabinogalactan ist ein Protein, das in der Wand vorkommt und mit der Signalübertragung von Zellen zusammenhängt.
Hemicellulose wird durch Wasserstoffbrücken an Cellulose gebunden. Diese Wechselwirkungen sind sehr stabil. Für die restlichen Komponenten ist der Interaktionsmodus noch nicht genau definiert.
Es kann zwischen primären und sekundären Zellwänden unterschieden werden. Die primäre ist dünn und etwas verformbar. Nachdem das Zellwachstum aufgehört hat, tritt die Sekundärwandabscheidung auf, die ihre Zusammensetzung in Bezug auf die Primärwand ändern oder unverändert bleiben kann und nur zusätzliche Schichten hinzufügt.
In einigen Fällen ist Lignin Bestandteil der Sekundärwand. Beispielsweise enthalten Bäume erhebliche Mengen an Cellulose und Lignin.
Synthesis
Der Prozess der Biosynthese der Wand ist komplex. Es handelt sich um ungefähr 2000 Gene, die am Aufbau der Struktur beteiligt sind.
Cellulose wird in der Plasmamembran synthetisiert, um direkt auf der Außenseite abgelagert zu werden. Seine Bildung erfordert mehrere enzymatische Komplexe.
Der Rest der Komponenten wird in Membransystemen innerhalb der Zelle (wie der Golgi-Apparat) synthetisiert und mittels Vesikeln ausgeschieden.
Funktion
Die Zellwand in Pflanzen hat analoge Funktionen zu denen, die die extrazelluläre Matrix in tierischen Zellen ausführt, wie die Aufrechterhaltung der Zellform und -struktur, das Verbinden von Geweben und das Signalisieren von Zellen. Als nächstes werden wir die wichtigsten Funktionen diskutieren:
Regulieren Sie den Turgor
In tierischen Zellen - denen eine Zellwand fehlt - ist die extrazelluläre Umgebung eine große Herausforderung für die Osmose.
Wenn die Konzentration des Mediums im Vergleich zum Zellinneren höher ist, neigt das Wasser in der Zelle zum Austreten. Wenn die Zelle dagegen einer hypotonen Umgebung ausgesetzt ist (höhere Konzentration innerhalb der Zelle), tritt Wasser ein und die Zelle kann explodieren.
Bei Pflanzenzellen sind die in der Zellumgebung vorkommenden gelösten Stoffe geringer als im Zellinneren. Die Zelle explodiert jedoch nicht, da die Zellwand gedrückt wird. Dieses Phänomen verursacht das Auftreten von mechanischem Druck oder Zellturgor.
Der von der Zellwand erzeugte Turgordruck hilft, das Gewebe der Pflanzen steif zu halten.
Verbindungen zwischen Zellen
Pflanzenzellen können über eine Reihe von "Kanälen", die als Plasmodesmen bezeichnet werden, miteinander kommunizieren. Diese Wege ermöglichen es, das Cytosol beider Zellen zu verbinden und Materialien und Partikel auszutauschen.
Dieses System ermöglicht den Austausch von Stoffwechselprodukten, Proteinen, Nukleinsäuren und sogar viralen Partikeln.
Wegweiser
In dieser komplexen Matrix befinden sich von Pektin abgeleitete Moleküle wie Oligogalacturonide, die in der Lage sind, Signalwege als Abwehrreaktionen auszulösen. Mit anderen Worten, sie wirken als Immunsystem bei Tieren.
Obwohl die Zellwand eine Barriere gegen Krankheitserreger bildet, ist sie nicht völlig undurchdringlich. Wenn daher die Wand geschwächt wird, werden diese Verbindungen freigesetzt und "warnen" die Pflanze vor dem Angriff.
Als Reaktion darauf wird reaktiver Sauerstoff freigesetzt und es entstehen Metaboliten wie Phytoalexine, die antimikrobielle Substanzen sind.
Zellwand in Prokaryoten
Struktur und Zusammensetzung in Eubakterien
Die Zellwand von Eubakterien weist zwei Grundstrukturen auf, die sich durch die berühmte Gramfärbung unterscheiden.
Die erste Gruppe besteht aus gramnegativen Bakterien. Bei diesem Typ ist die Membran doppelt. Die Zellwand ist dünn und beidseitig von einer inneren und einer äußeren Plasmamembran umgeben. Das klassische Beispiel für ein gramnegatives Bakterium ist E. coli.
Grampositive Bakterien haben ihrerseits nur eine Plasmamembran und die Zellwand ist viel dicker. Diese sind in der Regel reich an Teich- und Mykolsäuren. Ein Beispiel ist der Erreger Staphylococcus aureus.
Der Hauptbestandteil beider Wandtypen ist Peptidoglycan, auch als Murein bekannt. Die Einheiten oder Monomere, aus denen es besteht, sind N-Acetylglucosamin und N-Acetylmuraminsäure. Es besteht aus linearen Ketten von Polysacchariden und kleinen Peptiden. Peptidoglycan bildet starke und stabile Strukturen.
Einige Antibiotika, wie Penicillin und Vancomycin, wirken, indem sie die Bildung bakterieller Zellwandbindungen verhindern. Wenn ein Bakterium seine Zellwand verliert, wird die resultierende Struktur als Sphäroplasten bezeichnet.
Struktur und Zusammensetzung in Archaeen
Die Archaeen unterscheiden sich in der Zusammensetzung der Wand in Bezug auf Bakterien, hauptsächlich weil sie kein Peptidoglycan enthalten. Einige Archaeen besitzen eine Schicht aus Pseudopeptidoglycan oder Pseudomurein.
Dieses Polymer hat eine Dicke von 15 bis 20 nm und ähnelt Peptidoglycan. Die Komponenten des Polymers sind an N-Acetylglucosamin gebundene N-Acetylketaluronsäure.
Sie enthalten eine Reihe seltener Lipide, wie Isopren-Gruppen, die an Glycerin gebunden sind, und eine zusätzliche Schicht von Glycoproteinen, die als S-Schicht bezeichnet wird. Diese Schicht ist häufig mit der Plasmamembran verbunden.
Lipide sind anders als bei Bakterien. In den Eukaryoten und Bakterien sind die gefundenen Bindungen vom Estertyp, während sie in den Archaeen vom Ethertyp sind. Das Gerüst von Glycerin ist typisch für diese Domäne.
Es gibt einige Arten von Archaeen wie Ferroplasma Acidophilum und Thermoplasma spp., Die trotz extremer Umweltbedingungen keine Zellwand aufweisen.
Sowohl Eubakterien als auch Archaeen haben eine große Schicht von Proteinen, wie z. B. Adhäsinen, die diesen Mikroorganismen helfen, verschiedene Umgebungen zu besiedeln.
Synthesis
Bei gramnegativen Bakterien werden die Bestandteile der Wand im Zytoplasma oder in der inneren Membran synthetisiert. Der Aufbau der Wand erfolgt an der Außenseite der Zelle.
Die Bildung von Peptidoglycan beginnt im Zytoplasma, wo die Nukleotidsynthese der Bestandteile der Wand stattfindet.
Anschließend wird die Synthese in der cytoplasmatischen Membran fortgesetzt, wo die Verbindungen der Lipidnatur synthetisiert werden.
Der Synthesevorgang endet innerhalb der cytoplasmatischen Membran, wo die Polymerisation der Peptidoglycan-Einheiten stattfindet. An diesem Prozess sind verschiedene Enzyme beteiligt.
Funktionen
Wie die Zellwand in Pflanzen erfüllt diese Struktur in Bakterien ähnliche Funktionen, um diese einzelligen Organismen vor der Lyse bei osmotischem Stress zu schützen.
Die äußere Membran von gramnegativen Bakterien unterstützt die Translokation von Proteinen und gelösten Stoffen sowie die Signalübertragung. Es schützt den Organismus auch vor Krankheitserregern und sorgt für Zellstabilität.
Zellwand in Pilzen
Struktur und Zusammensetzung
Die Mehrheit der Zellwände in Pilzen hat eine ziemlich ähnliche Zusammensetzung und Struktur. Sie bestehen aus gelartigen Kohlenhydratpolymeren, die mit Proteinen und anderen Bestandteilen verwickelt sind.
Der charakteristische Bestandteil der Pilzwand ist Chitin. Es interagiert mit Glucanen, um eine faserige Matrix zu bilden. Obwohl es eine starke Struktur ist, hat es ein gewisses Maß an Flexibilität.
Synthesis
Die Synthese der Hauptkomponenten Chitin und Glucane erfolgt in der Plasmamembran.
Andere Komponenten werden im Golgi-Apparat und im endoplasmatischen Retikulum synthetisiert. Diese Moleküle werden durch Ausscheidung über Vesikel nach außen transportiert.
Funktionen
Die Zellwand der Pilze bestimmt ihre Morphogenese, ihre Lebensfähigkeit und ihre Pathogenität. Aus ökologischer Sicht bestimmt es die Art der Umgebung, in der ein bestimmter Pilz leben kann oder nicht.
