Cell Wall Features, Funktionen und Struktur

Die Zellwand Es ist eine dicke und widerstandsfähige Struktur, die bestimmte Arten von Zellen begrenzt und die Plasmamembran umgibt. Es wird nicht als eine Mauer betrachtet, die den Kontakt mit der Außenwelt vermeidet; Es ist eine dynamische, komplexe Struktur und ist verantwortlich für eine signifikante Anzahl von physiologischen Funktionen in Organismen.

Die Zellwand findet sich in Pflanzen, Pilzen, Bakterien und Algen. Jede Wand hat eine Struktur und eine typische Zusammensetzung der Gruppe. Im Gegensatz dazu ist eine der Eigenschaften von Tierzellen das Fehlen einer Zellwand. Diese Struktur ist hauptsächlich verantwortlich für die Formgebung der Zellen.

Die Zellwand wirkt als eine schützende Barriere in Reaktion auf die osmotischen Ungleichgewichte, die die zelluläre Umgebung darstellen kann. Außerdem spielt es eine Rolle bei der Kommunikation zwischen Zellen.

Index

• 1 Allgemeine Eigenschaften
• 2 Zellwand in Pflanzen
  • 2.1 Struktur und Zusammensetzung
  • 2.2 Zusammenfassung
  • 2.3 Funktion
• 3 Zellwand in Prokaryoten
  • 3.1 Struktur und Zusammensetzung in Eubakterien
  • 3.2 Struktur und Zusammensetzung in Archaea
  • 3.3 Zusammenfassung
  • 3.4 Funktionen
• 4 Zellwand in Pilzen
  • 4.1 Struktur und Zusammensetzung
  • 4.2 Synthese
  • 4.3 Funktionen
• 5 Referenzen

Allgemeine Eigenschaften

-Die Zellwand ist eine dicke, stabile und dynamische Barriere, die in verschiedenen Gruppen von Organismen gefunden wird.

-Das Vorhandensein dieser Struktur ist von entscheidender Bedeutung für die Lebensfähigkeit der Zelle, ihre Form und, im Falle von Schadorganismen, beteiligt sich an ihrer Pathogenität.

Obwohl die Zusammensetzung der Wand in Abhängigkeit von der jeweiligen Gruppe variiert, besteht die Hauptfunktion darin, die Zellintegrität gegen osmotische Kräfte zu erhalten, die die Zelle zerstören können.

-Hilft bei mehrzelligen Organismen der Bildung von Geweben und beteiligt sich an der Zellkommunikation

Zellwand in Pflanzen

Struktur und Zusammensetzung

Die Zellwände von Pflanzenzellen bestehen aus Polysacchariden und Glycoproteinen, die in einer dreidimensionalen Matrix organisiert sind.

Die wichtigste Komponente ist Cellulose. Es besteht aus wiederholten Glucoseeinheiten, die durch β-1,4-Bindungen miteinander verbunden sind. Jedes Molekül enthält etwa 500 Moleküle Glukose.

Der Rest der Komponenten umfasst: Homogalacturonan, Rhamnogalacturonan I und II und Hemicellulose-Polysaccharide, wie Xyloglucane, Glucomannane, Xylane und andere.

Die Wand hat auch Bestandteile einer Proteinnatur. Arabinogalactan ist ein Protein, das in der Wand gefunden wird und mit der Zellsignalisierung zusammenhängt.

Hemicellulose ist durch Wasserstoffbrückenbindungen an Cellulose gebunden. Diese Interaktionen sind sehr stabil. Für die übrigen Komponenten ist der Interaktionsmodus noch nicht gut definiert.

Es kann zwischen den primären und sekundären Zellwänden unterschieden werden. Die primäre ist dünn und etwas formbar. Nachdem das Zellwachstum beendet ist, tritt die sekundäre Wandablagerung auf, die ihre Zusammensetzung in Bezug auf die primäre ändern kann oder unverändert bleibt und nur zusätzliche Schichten hinzufügt.

In einigen Fällen ist Lignin eine Komponente der sekundären Wand. Zum Beispiel haben Bäume erhebliche Mengen an Cellulose und Lignin.

Synthese

Der Prozess der Biosynthese der Wand ist komplex. Es umfasst etwa 2000 Gene, die am Aufbau der Struktur beteiligt sind.

Cellulose wird in der Plasmamembran synthetisiert, um direkt auf der Außenseite abgeschieden zu werden. Seine Bildung erfordert mehrere enzymatische Komplexe.

Der Rest der Komponenten wird in membranartigen Systemen synthetisiert, die sich innerhalb der Zelle befinden (wie der Golgi-Apparat) und mittels Vesikeln ausgeschieden werden.

Funktion

Die Zellwand in Pflanzen hat analoge Funktionen zu denen, die die extrazelluläre Matrix in Tierzellen ausführt, wie die Aufrechterhaltung von Zellform und -struktur, die Verbindung von Geweben und Zellsignalisierung. Als nächstes werden wir die wichtigsten Funktionen diskutieren:

Regulieren Sie den Turgor

In Tierzellen, denen eine Zellwand fehlt, ist die extrazelluläre Umgebung eine große Herausforderung, was die Osmose betrifft.

Wenn die Konzentration des Mediums im Vergleich zum Zellinneren größer ist, tendiert das Wasser der Zelle dazu herauszutreten. Umgekehrt, wenn die Zelle einer hypotonen Umgebung ausgesetzt wird (höhere Konzentration in der Zelle), tritt Wasser ein und die Zelle kann explodieren.

Im Falle von Pflanzenzellen sind die gelösten Stoffe in der Zellumgebung niedriger als im Zellinneren. Die Zelle explodiert jedoch nicht, weil die Zellwand gedrückt wird. Dieses Phänomen verursacht das Auftreten von mechanischem Druck oder zellulärem Turgor.

Der von der Zellwand erzeugte Turgordruck hält das Pflanzengewebe starr.

Verbindungen zwischen Zellen

Pflanzenzellen können über eine Reihe von "Kanälen", die Plasmodesmen genannt werden, miteinander kommunizieren. Diese Routen erlauben 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.

Straßen signalisieren

In dieser komplexen Matrix befinden sich Moleküle aus Pektin, wie Oligogalacturonide, die Signalwege als Abwehrreaktionen auslösen können. Mit anderen Worten, sie funktionieren wie das Immunsystem von Tieren.

Obwohl die Zellwand eine Barriere gegen Krankheitserreger bildet, ist sie nicht völlig undurchdringlich. Wenn die Mauer geschwächt ist, werden diese Verbindungen freigesetzt und "warnen" die Pflanze vor dem Angriff.

Als Reaktion tritt die Freisetzung von reaktiven Sauerstoffspezies auf und Metabolite werden erzeugt, wie beispielsweise Phytoalexine, die antimikrobielle Substanzen sind.

Zellwand in Prokaryoten

Struktur und Zusammensetzung in Eubakterien

Die Zellwand der Eubakterien hat zwei Grundstrukturen, die sich durch die berühmte Gram-Färbung unterscheiden.

Die erste Gruppe besteht aus Gram-negativen Bakterien. Bei diesem Typ ist die Membran doppelt vorhanden. Die Zellwand ist dünn und ist auf beiden Seiten von einer inneren und einer äußeren Plasmamembran umgeben. Das klassische Beispiel eines Gram-negativen Bakteriums ist E. coli.

Gram-positive Bakterien haben ihrerseits nur eine Plasmamembran und die Zellwand ist viel dicker. Diese sind gewöhnlich reich an Teichonsäuren und Mykolsäuren. Ein Beispiel ist der Krankheitserreger Staphylococcus aureus.

Die Hauptkomponente beider Arten von Wänden ist Peptidoglykan, auch bekannt als Murein. Die Einheiten oder Monomere, aus denen er 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 von bakteriellen Zellwandbindungen verhindern. Wenn ein Bakterium seine Zellwand verliert, ist die resultierende Struktur als Sphäroplasten bekannt.

Struktur und Zusammensetzung in Archaea

Archaea unterscheiden sich in der Zusammensetzung der Wand in Bezug auf Bakterien, hauptsächlich weil sie kein Peptidoglykan enthalten. Einige Archaea besitzen eine Schicht von Pseudopeptidoglycan oder Pseudomurein.

Dieses Polymer hat eine Dicke von 15 bis 20 nm und ähnelt Peptidoglycan. Die Komponenten des Polymers sind 1-N-Acetylketaluronsäure, die an N-Acetylglucosamin gebunden ist.

Sie enthalten eine Reihe von seltenen Lipiden, wie Isoprengruppen, die an Glycerin gebunden sind, und eine zusätzliche Schicht von Glycoproteinen, die sogenannte S-Schicht, die oft mit der Plasmamembran assoziiert ist.

Lipide sind anders als in Bakterien. In Eukaryoten und Bakterien sind die gefundenen Bindungen vom Estertyp, während sie in den Archaeen vom Ethertyp sind. Das Skelett von Glycerin ist typisch für diese Domäne.

Es gibt einige Arten von Archaea, wie z Ferroplasma acidophilum und Thermoplasma spp., die trotz extremer Umweltbedingungen keine Zellwand haben.

Sowohl Eubakterien als auch Archaea haben eine große Schicht von Proteinen, wie Adhäsine, die diesen Mikroorganismen dabei helfen, verschiedene Umgebungen zu besiedeln.

Synthese

Bei gramnegativen Bakterien werden die Bestandteile der Wand im Zytoplasma oder in der inneren Membran synthetisiert. Die Konstruktion der Wand findet auf der Außenseite der Zelle statt.

Die Bildung von Peptidoglykan beginnt im Zytoplasma, wo die Nukleotidsynthese der Bestandteile der Wand auftritt.

Anschließend wird die Synthese in der cytoplasmatischen Membran fortgesetzt, wo die Verbindungen der Lipidnatur synthetisiert werden.

Der Synthesevorgang endet in der Cytoplasmamembran, wo die Polymerisation der Peptidoglycan-Einheiten stattfindet. An diesem Prozess sind verschiedene Enzyme beteiligt.

Funktionen

Wie die Zellwand in Pflanzen, hat diese Struktur in Bakterien ähnliche Funktionen, um diese einzelligen Organismen vor der Lyse bei osmotischem Stress zu schützen.

Die äußere Membran von Gram-negativen Bakterien hilft bei der Translokation von Proteinen und gelösten Stoffen sowie bei der Signaltransduktion. Es schützt auch den Organismus vor Krankheitserregern und bietet zelluläre Stabilität.

Zellwand in Pilzen

Struktur und Zusammensetzung

Die Mehrheit der Zellwände in Pilzen hat eine ziemlich ähnliche Zusammensetzung und Struktur. Sie werden aus gelartigen Kohlenhydratpolymeren gebildet, die mit Proteinen und anderen Komponenten verschränkt sind.

Die markante Komponente der Pilzwand ist Chitin. Es interagiert mit Glucanen, um eine faserige Matrix zu schaffen. Obwohl es eine starke Struktur ist, hat es eine gewisse Flexibilität.

Synthese

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 zur Zellumgebung transportiert.

Funktionen

Die Zellwand der Pilze bestimmt ihre Morphogenese, ihre Zelllebensfähigkeit und ihre Pathogenität. Aus ökologischer Sicht bestimmt es die Art der Umgebung, in der ein bestimmter Pilz leben kann oder nicht.

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