Μερίδιο:
Χαρακτηριστικά κυψέλης, λειτουργίες και δομή
Το κυτταρικό τοίχωμα Είναι μια παχιά και ανθεκτική δομή που οριοθετεί ορισμένους τύπους κυττάρων και περιβάλλει τη μεμβράνη πλάσματος. Δεν θεωρείται ως τοίχος που αποφεύγει την επαφή με το εξωτερικό. Είναι μια δυναμική, σύνθετη δομή και είναι υπεύθυνη για σημαντικό αριθμό φυσιολογικών λειτουργιών στους οργανισμούς.
Το κυτταρικό τοίχωμα βρίσκεται σε φυτά, μύκητες, βακτήρια και άλγη. Κάθε τοίχος έχει δομή και τυπική σύνθεση της ομάδας. Αντίθετα, ένα από τα χαρακτηριστικά των ζωικών κυττάρων είναι η έλλειψη κυτταρικού τοιχώματος. Αυτή η δομή είναι κυρίως υπεύθυνη για την παροχή και διατήρηση του σχήματος των κυττάρων.
Το κυτταρικό τοίχωμα λειτουργεί ως προστατευτικό φράγμα σε απόκριση των οσμωτικών ανισορροπιών που μπορεί να παρουσιάσει το κυψελοειδές περιβάλλον. Επιπλέον, έχει ένα ρόλο στην επικοινωνία μεταξύ των κυττάρων.
Ευρετήριο
- 1 Γενικά χαρακτηριστικά
- 2 Κυτταρικός τοίχος στα φυτά
- 2.1 Δομή και σύνθεση
- 2.2 Περίληψη
- 2.3 Λειτουργία
- 3 Κυτταρικό τοίχωμα σε προκαρυώτες
- 3.1 Δομή και σύνθεση σε ευβακτήρια
- 3.2 Δομή και σύνθεση στην αρχαία
- 3.3 Περίληψη
- 3.4 Λειτουργίες
- 4 Κυτταρικό τοίχωμα σε μύκητες
- 4.1 Δομή και σύνθεση
- 4.2 Σύνθεση
- 4.3 Λειτουργίες
- 5 Αναφορές
Γενικά χαρακτηριστικά
-Το κυτταρικό τοίχωμα είναι ένα παχύ, σταθερό και δυναμικό φράγμα που βρίσκεται σε διάφορες ομάδες οργανισμών.
-Η παρουσία αυτής της δομής είναι ζωτικής σημασίας για τη βιωσιμότητα του κυττάρου, το σχήμα του και, στην περίπτωση των επιβλαβών οργανισμών, συμμετέχει στην παθογένεια του.
-Αν και η σύνθεση του τοιχώματος ποικίλει ανάλογα με κάθε ομάδα, η κύρια λειτουργία είναι η διατήρηση της ακεραιότητας των κυττάρων έναντι των οσμωτικών δυνάμεων που μπορούν να σκάσουν το κύτταρο.
-Στην περίπτωση των πολυκύτταρων οργανισμών, βοηθά τον σχηματισμό ιστού και συμμετέχει στην κυτταρική επικοινωνία
Κυτταρικός τοίχος στα φυτά
Δομή και σύνθεση
Τα κυτταρικά τοιχώματα των φυτικών κυττάρων αποτελούνται από πολυσακχαρίτες και γλυκοπρωτεΐνες, που οργανώνονται σε μια τρισδιάστατη μήτρα.
Το πιο σημαντικό συστατικό είναι η κυτταρίνη. Αποτελείται από επαναλαμβανόμενες μονάδες γλυκόζης, συνδεδεμένες μεταξύ τους με δεσμούς β-1,4. Κάθε μόριο περιέχει περίπου 500 μόρια γλυκόζης.
Τα άλλα συστατικά περιλαμβάνουν: homogalacturonan, ραμνογαλακτουρονάνης Ι και II και πολυσακχαρίτες ημικυτταρίνης όπως ξυλογλυκάνες, γλυκομαννάνες, ξυλάνες, κ.λπ..
Ο τοίχος έχει επίσης συστατικά πρωτεϊνικής φύσης. Η αραβινογαλακτάνη είναι μια πρωτεΐνη που βρίσκεται στον τοίχο και σχετίζεται με την κυτταρική σηματοδότηση.
Η αιμυελτουλόζη δεσμεύεται από δεσμούς υδρογόνου προς κυτταρίνη. Αυτές οι αλληλεπιδράσεις είναι πολύ σταθερές. Η λειτουργία αλληλεπίδρασης δεν έχει καθοριστεί καλά για τα υπόλοιπα εξαρτήματα.
Μπορεί να διαφοροποιηθεί μεταξύ του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος κυτταρικού τοιχώματος. Το πρωτεύον είναι λεπτό και ελαφρώς εύπλαστο. Αφού σταματήσει η κυτταρική ανάπτυξη, παρατηρείται η δευτερεύουσα εναπόθεση τοιχώματος, η οποία μπορεί να αλλάξει τη σύνθεσή της σε σχέση με την πρωταρχική ή να παραμείνει αμετάβλητη και να προσθέσει μόνο επιπλέον στρώματα.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, η λιγνίνη είναι ένα συστατικό του δευτερεύοντος τοιχώματος. Για παράδειγμα, τα δέντρα παρουσιάζουν σημαντικές ποσότητες κυτταρίνης και λιγνίνης.
Σύνθεση
Η διαδικασία βιοσύνθεσης του τοίχου είναι πολύπλοκη. Περιλαμβάνει περίπου 2000 γονίδια που συμμετέχουν στην κατασκευή της δομής.
Η κυτταρίνη συντίθεται στη μεμβράνη του πλάσματος για να εναποτεθεί απευθείας στο εξωτερικό. Ο σχηματισμός του απαιτεί διάφορα ενζυματικά σύμπλοκα.
Τα άλλα συστατικά συντίθενται στα συστήματα μεμβρανών που βρίσκονται εντός του κυττάρου (όπως συσκευή Golgi) και αποβάλλεται μέσω κυστιδίων.
Λειτουργία
Κυτταρικού τοιχώματος σε φυτά έχει παρόμοιες λειτουργίες με εκείνες που εκτελούνται στην εξωκυτταρική μήτρα των ζωικών κυττάρων, όπως η διατήρηση της μορφής των κυττάρων και τη δομή, συνδέοντας τους ιστούς και κυτταρική σηματοδότηση. Στη συνέχεια θα συζητήσουμε τις πιο σημαντικές λειτουργίες:
Ρυθμίστε την περιστροφή
Σε ζωικά κύτταρα - τα οποία στερούνται κυτταρικού τοιχώματος - το εξωκυτταρικό περιβάλλον αποτελεί μείζονα πρόκληση όσον αφορά την όσμωση.
Όταν η συγκέντρωση του μέσου είναι υψηλότερη σε σύγκριση με το εσωτερικό του κυττάρου, το νερό στο κύτταρο τείνει να βγει. Αντιστρόφως, όταν το κύτταρο εκτίθεται σε ένα υποτονικό περιβάλλον (υψηλότερη συγκέντρωση εντός του κυττάρου) εισέρχεται νερό και το κύτταρο μπορεί να εκραγεί.
Στην περίπτωση φυτικών κυττάρων, οι διαλελυμένες ουσίες που βρίσκονται στο κυτταρικό περιβάλλον είναι χαμηλότερες από ότι στο εσωτερικό των κυττάρων. Ωστόσο, το κελί δεν εκραγεί επειδή το κυτταρικό τοίχωμα πιέζεται. Αυτό το φαινόμενο προκαλεί την εμφάνιση κάποιας μηχανικής πίεσης ή κυψελοειδούς περιστροφής.
Η πίεση που δημιουργείται από το τοίχωμα του κυττάρου βοηθά να διατηρούνται άκαμπτοι οι ιστοί των φυτών.
Συνδέσεις μεταξύ κυττάρων
Τα φυτικά κύτταρα είναι σε θέση να επικοινωνούν μεταξύ τους μέσω μιας σειράς "καναλιών" που ονομάζονται πλασμοδείγματα. Αυτές οι οδοί επιτρέπουν τη σύνδεση του κυτοσόλιου και των δύο κυττάρων και ανταλλαγής υλικών και σωματιδίων.
Αυτό το σύστημα επιτρέπει την ανταλλαγή μεταβολικών προϊόντων, πρωτεϊνών, νουκλεϊνικών οξέων και ακόμη και ιικών σωματιδίων.
Σηματοδότηση δρόμων
Σε αυτή την συστοιχία υπάρχουν περίπλοκα μόρια που προέρχονται πηκτίνη, όπως oligogalacturonides, οι οποίες έχουν την ικανότητα να ενεργοποιούν τα μονοπάτια σηματοδότησης και αποκρίσεις άμυνας. Με άλλα λόγια, λειτουργούν σαν το ανοσοποιητικό σύστημα στα ζώα.
Αν και το κυτταρικό τοίχωμα αποτελεί εμπόδιο κατά των παθογόνων, δεν είναι εντελώς αδιαπέραστο. Επομένως, όταν αποδυναμωθεί ο τοίχος, αυτές οι ενώσεις απελευθερώνονται και "προειδοποιούν" το εργοστάσιο της επίθεσης.
Σε απόκριση, συμβαίνει η απελευθέρωση αντιδραστικών ειδών οξυγόνου και παράγονται μεταβολίτες, όπως οι φυτοαλεξίνες, οι οποίες είναι αντιμικροβιακές ουσίες.
Κυτταρικό τοίχωμα σε προκαρυώτες
Δομή και σύνθεση σε ευβακτήρια
Το κυτταρικό τοίχωμα των ευβακτηρίων έχει δύο θεμελιώδεις δομές, οι οποίες διαφοροποιούνται από τη διάσημη κηλίδα Gram.
Η πρώτη ομάδα αποτελείται από βακτήρια αρνητικά κατά Gram. Σε αυτόν τον τύπο η μεμβράνη είναι διπλή. Το κυτταρικό τοίχωμα είναι λεπτό και περιβάλλεται και στις δύο πλευρές από μια εσωτερική και μια εξωτερική μεμβράνη πλάσματος. Το κλασικό παράδειγμα ενός Gram αρνητικού βακτηρίου είναι Ε. Coli.
Από την πλευρά της, τα θετικά κατά Gram βακτηρίδια έχουν μόνο μεμβράνη πλάσματος και το κυτταρικό τοίχωμα είναι πολύ παχύτερο. Αυτά είναι συνήθως πλούσια σε τεϊκοϊκά οξέα και μυκολικά οξέα. Ένα παράδειγμα είναι ο παθογόνος παράγοντας Staphylococcus aureus.
Το κύριο συστατικό και των δύο τύπων τοιχωμάτων είναι η πεπτιδογλυκάνη, γνωστή και ως μουρεΐνη. Οι μονάδες ή τα μονομερή που το συνθέτουν είναι Ν-ακετυλογλυκοζαμίνη και Ν-ακετυλομουραμικό οξύ. Αποτελείται από γραμμικές αλυσίδες πολυσακχαριτών και μικρών πεπτιδίων. Η πεπτιδογλυκάνη σχηματίζει ισχυρές και σταθερές δομές.
Ορισμένα αντιβιοτικά, όπως η πενικιλίνη και η βανκομυκίνη, δρουν παρεμποδίζοντας το σχηματισμό δεσμών βακτηριακών κυτταρικών τοιχωμάτων. Όταν ένα βακτήριο χάνει το κυτταρικό του τοίχωμα, η προκύπτουσα δομή είναι γνωστή ως σφαιροπλάστης.
Δομή και σύνθεση στην αρχαία
Οι αρχάδες διαφέρουν στη σύνθεση του τοίχου σε σχέση με τα βακτήρια, κυρίως επειδή δεν περιέχουν πεπτιδογλυκάνη. Κάποια αρχάδια έχουν ένα στρώμα ψευδοπεπτιδογλυκάνης ή ψευδομουρεϊνης.
Αυτό το πολυμερές έχει πάχος 15-20 nm και είναι παρόμοιο με πεπτιδογλυκάνη. Τα συστατικά του πολυμερούς είναι 1-Ν-ακετυλοταλοσαμινουρονικό οξύ συνδεδεμένο με Ν-ακετυλογλυκοζαμίνη.
Περιέχουν έναν αριθμό ασυνήθιστων λιπιδίων όπως ομάδες ισοπρένιο επισυνάπτονται σε γλυκερόλη και ένα επιπλέον στρώμα των γλυκοπρωτεϊνών, που ονομάζεται στρώμα S. Αυτό το στρώμα συνδέεται συχνά με τη μεμβράνη πλάσματος.
Τα λιπίδια είναι διαφορετικά από τα βακτηρίδια. Στα ευκαρυωτικά και τα βακτηρίδια, οι δεσμοί που βρέθηκαν είναι τύπου εστέρα, ενώ στην αρχαία είναι τύπου αιθέρα. Ο σκελετός της γλυκερόλης είναι χαρακτηριστικός αυτού του τομέα.
Υπάρχουν κάποια είδη αρχαίων, όπως Ferroplasma Acidophilum και Θερμοπλάσμα spp., τα οποία δεν έχουν κυτταρικό τοίχωμα, παρά το γεγονός ότι ζουν σε ακραίες περιβαλλοντικές συνθήκες.
Τόσο τα ευβακτήρια όσο και τα αρχάδια παρουσιάζουν ένα μεγάλο στρώμα πρωτεϊνών, όπως οι συγκολλητίνες, που βοηθούν αυτούς τους μικροοργανισμούς να αποικίζουν διαφορετικά περιβάλλοντα.
Σύνθεση
Σε Gram-αρνητικά βακτήρια τα συστατικά του τοιχώματος συντίθενται στο κυτταρόπλασμα ή στην εσωτερική μεμβράνη. Η κατασκευή του τοίχου γίνεται στο εξωτερικό του κελύφους.
Ο σχηματισμός πεπτιδογλυκάνης αρχίζει στο κυτταρόπλασμα, όπου λαμβάνει χώρα σύνθεση, οι πρόδρομοι νουκλεοτιδίων των συστατικών του τοιχώματος.
Στη συνέχεια, η σύνθεση συνεχίζεται στη κυτταροπλασματική μεμβράνη, όπου συντίθενται οι ενώσεις της λιπιδικής φύσης.
Η διαδικασία σύνθεσης τελειώνει μέσα στην κυτταροπλασματική μεμβράνη, όπου λαμβάνει χώρα ο πολυμερισμός των μονάδων πεπτιδογλυκάνης. Διαφορετικά ένζυμα συμμετέχουν σε αυτή τη διαδικασία.
Λειτουργίες
Όπως το κυτταρικό τοίχωμα στα φυτά, αυτή τη δομή σε βακτήρια παρόμοιες λειτουργίες για την προστασία αυτών των μονοκύτταρων οργανισμών λύσης έναντι οσμωτικό στρες.
Η εξωτερική μεμβράνη Gram-αρνητικών βακτηριδίων βοηθά τη μετατόπιση των πρωτεϊνών και των διαλυμένων ουσιών, και την μεταγωγή σήματος. Προστατεύει επίσης τον οργανισμό από παθογόνους παράγοντες και παρέχει κυτταρική σταθερότητα.
Κυτταρικό τοίχωμα σε μύκητες
Δομή και σύνθεση
Η πλειονότητα των κυτταρικών τοιχωμάτων στους μύκητες έχει μια παρόμοια σύνθεση και δομή. Αυτά σχηματίζονται από πολυμερή υδατανθράκων τύπου πηκτής, εμπλεγμένα με πρωτεΐνες και άλλα συστατικά.
Το χαρακτηριστικό συστατικό του μυκητιακού τοιχώματος είναι η χιτίνη. Αλληλεπιδρά με γλυκάνες για να δημιουργήσει ένα ινώδες πλέγμα. Αν και είναι μια ισχυρή δομή, έχει ένα ορισμένο βαθμό ευελιξίας.
Σύνθεση
Η σύνθεση των κύριων συστατικών - χιτίνη και γλυκάνες - εμφανίζεται στη μεμβράνη πλάσματος.
Άλλα συστατικά συντίθενται στη συσκευή Golgi και στο ενδοπλασματικό δίκτυο. Αυτά τα μόρια λαμβάνονται στο κυψελοειδές εξωτερικό μέσω έκκρισης μέσω κυψελίδων.
Λειτουργίες
Το κυτταρικό τοίχωμα των μυκήτων καθορίζει τη μορφογένεση, τη κυτταρική βιωσιμότητα και την παθογονικότητα του. Από οικολογική άποψη, καθορίζει το είδος του περιβάλλοντος στο οποίο μπορεί να ζει κάποιος μύκητας ή όχι.
Αναφορές
- Albers, S. V., & Meyer, Β. Η. (2011). Το φάκελο των αρχαίων κυττάρων. Φύση Κριτικές Μικροβιολογία, 9(6), 414-426.
- Cooper, G. (2000). Το κύτταρο: μια μοριακή προσέγγιση. 2η έκδοση. Sinauer Associates.
- Forbes, Β. Α. (2009). Μικροβιολογική διάγνωση. Ed. Panamericana Medical.
- Gow, Ν.Α., Latge, J. Ρ., & Munro, C.A. (2017). Το μυϊκό κυτταρικό τοίχωμα: δομή, βιοσύνθεση και λειτουργία. Μικροβιολογικό φάσμα 5(3)
- Keegstra, Κ. (2010). Τα τοιχώματα φυτικών κυττάρων. Φυσιολογία φυτών, 154(2), 483-486.
- Koebnik, R., Locher, Κ. Ρ., & Van Gelder, Ρ. (2000). Δομή και λειτουργία των βακτηριακών πρωτεϊνών της εξωτερικής μεμβράνης: βαρέλια με λίγα λόγια. Μοριακή μικροβιολογία, 37(2), 239-253.
- Lodish, H., Berk, Α, Zipursky, L. S., Matsudaira, Ρ, Baltimore, D., & Darnell, J. (2000). Μοριακή κυτταρική βιολογία 4η έκδοση. Εθνικό Κέντρο Βιοτεχνολογικών Πληροφοριών, Βιβλιοθήκη.
- Scheffers, D.J., & Pinho, Μ. G. (2005). Σύνθεση βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος: νέες ιδέες από μελέτες εντοπισμού. Μικροβιολογία και ανασκοπήσεις μοριακής βιολογίας, 69(4), 585-607.
- Showalter, Α. Μ. (1993). Δομή και λειτουργία πρωτεϊνών τοιχωμάτων φυτικών κυττάρων. Το φυτικό κύτταρο, 5(1), 9-23.
- Valent, Β. S. & Albersheim, Ρ. (1974). Η δομή των κυτταρικών τοιχωμάτων των φυτών: Στη σύνδεση της ξυλογλυκάνης με τις ίνες κυτταρίνης. Φυσιολογία φυτών, 54(1), 105-108.
- Vallarino, J. G., & Osorio, S. (2012). Σηματοδοτικός ρόλος ολιγογαλακτουρονιδίων που παράγεται κατά την αποικοδόμηση κυτταρικού τοιχώματος. Σηματοδότηση και συμπεριφορά εγκαταστάσεων, 7(11), 1447-1449.