BUNĚČNÁ STĚNA: VLASTNOSTI, FUNKCE A STRUKTURA - BIOLOGIE - 2025

Buněčná stěna je silná a odolná konstrukce, která vymezuje určité typy buněk, a je zjištěno, obklopuje plazmatickou membránu. Nepovažuje se za zeď, která brání kontaktu s vnější stranou; Je to složitá, dynamická struktura a je zodpovědná za značné množství fyziologických funkcí v organismech.

Buněčná stěna se nachází v rostlinách, houbách, bakteriích a řasách. Každá zeď má strukturu a složení typické pro skupinu. Naproti tomu je jednou z charakteristik živočišných buněk nedostatek buněčné stěny. Tato struktura je hlavně zodpovědná za dávání a udržování tvaru buněk.

Buněčná stěna působí jako ochranná bariéra v reakci na osmotické nerovnováhy, které může buněčné prostředí představovat. Kromě toho má roli v komunikaci mezi buňkami.

Obecné vlastnosti

- Buněčná stěna je silná, stabilní a dynamická bariéra, která se nachází v různých skupinách organismů.

- Přítomnost této struktury je životně důležitá pro životaschopnost buňky, její tvar a v případě škodlivých organismů se podílí na její patogenitě.

- Ačkoli se složení stěny liší v závislosti na každé skupině, hlavní funkcí je udržovat integritu buňky proti osmotickým silám, které mohou buňku roztrhnout.

- V případě mnohobuněčných organismů napomáhá tvorbě tkání a podílí se na buněčné komunikaci

Buněčná zeď v rostlinách

Struktura a složení

Buněčné stěny rostlinných buněk jsou složeny z polysacharidů a glykoproteinů uspořádaných do trojrozměrné matrice.

Nejdůležitější složkou je celulóza. Skládá se z opakujících se jednotek glukózy spojených dohromady vazbami P - 1,4. Každá molekula obsahuje asi 500 molekul glukózy.

Zbytek složek zahrnuje: homogalakturonan, rhamnogalacturonan I a II a polysacharidy hemicelulózy, jako jsou xyloglukany, glucomannan, xylan.

Stěna má také složky proteinové povahy. Arabinogalaktan je protein nalezený ve zdi a souvisí s buněčnou signalizací.

Hemicelulóza se váže vodíkovými vazbami na celulózu. Tyto interakce jsou velmi stabilní. U zbývajících složek není dosud přesně definován způsob interakce.

Můžete rozlišovat mezi primární a sekundární buněčnou stěnou. Primární je tenký a poněkud poddajný. Po zastavení růstu buněk dochází k usazování sekundární stěny, která může změnit její složení vzhledem k primární stěně nebo zůstat nezměněna a přidat pouze další vrstvy.

V některých případech je lignin součástí sekundární stěny. Například stromy mají významné množství celulózy a ligninu.

Syntéza

Proces biosyntézy stěny je složitý. Zahrnuje přibližně 2000 genů, které se podílejí na budování struktury.

Celulóza je syntetizována na plazmatické membráně, aby byla uložena přímo venku. Jeho tvorba vyžaduje několik enzymových komplexů.

Zbytek složek je syntetizován v membránových systémech umístěných uvnitř buňky (jako je Golgiho aparát) a vylučován vesikulami.

Funkce

Buněčná stěna v rostlinách má funkce analogické funkcím prováděným extracelulární matricí v živočišných buňkách, jako je udržování tvaru a struktury buněk, spojování tkání a buněčná signalizace. Níže probereme nejdůležitější funkce:

Regulovat turgor

V živočišných buňkách, kterým chybí buněčná zeď, představuje extracelulární prostředí velkou výzvu, pokud jde o osmózu.

Když je koncentrace média ve srovnání s vnitřkem buňky vyšší, voda v buňce má sklon vytékat. Naopak, když je buňka vystavena hypotonickému prostředí (vyšší koncentrace v buňce), voda vstoupí a buňka může explodovat.

V případě rostlinných buněk jsou rozpuštěné látky nalezené v buněčném prostředí méně než v buněčném vnitřku. Buňka však nevybije, protože buněčná zeď je pod tlakem. Tento jev způsobuje výskyt určitého mechanického tlaku nebo buněčného turgoru.

Turgorový tlak vytvářený buněčnou stěnou pomáhá udržovat tuhé tkáně rostlin.

Spojení buněk

Rostlinné buňky jsou schopné vzájemně komunikovat prostřednictvím řady "kanálů" zvaných plasmodesmata. Tyto dráhy spojují cytosol jak buněk, tak výměnných materiálů a částic.

Tento systém umožňuje výměnu metabolických produktů, proteinů, nukleových kyselin a dokonce i virových částic.

Signalizační trasy

V této složité matrici jsou molekuly odvozené od pektinu, jako jsou oligogalakturonidy, které mají schopnost vyvolat signální dráhy jako obranné reakce. Jinými slovy, fungují jako imunitní systém u zvířat.

I když buněčná stěna tvoří bariéru proti patogenům, není zcela neproniknutelná. Proto, když je zeď oslabena, jsou tyto sloučeniny uvolněny a „varují“ rostlinu útoku.

V reakci na to dochází k uvolňování reaktivních druhů kyslíku a produkují se metabolity, jako jsou fytoalexiny, které jsou antimikrobiálními látkami.

Buněčná zeď v prokaryotech

Struktura a složení v eubakteriích

Buněčná stěna eubakterií má dvě základní struktury, které se odlišují známým Gramovým mořením.

První skupinu tvoří gramnegativní bakterie. U tohoto typu je membrána dvojitá. Buněčná stěna je tenká a je na obou stranách obklopena vnitřní a vnější plazmatickou membránou. Klasickým příkladem gramnegativní bakterie je E. coli.

Gram pozitivní bakterie mají pouze plazmatickou membránu a buněčná stěna je mnohem silnější. Ty jsou obvykle bohaté na kyseliny teichoové a kyseliny mykolové. Příkladem je patogen Staphylococcus aureus.

Hlavní složkou obou typů stěn je peptidoglykan, také známý jako murein. Jednotkami nebo monomery, které jej tvoří, jsou N-acetylglukosamin a kyselina N-acetylmuramová. Skládá se z lineárních řetězců polysacharidů a malých peptidů. Peptidoglykan tvoří silné a stabilní struktury.

Některá antibiotika, jako je penicilin a vankomycin, působí tak, že brání vytváření vazeb v bakteriální buněčné stěně. Když bakterie ztratí svou buněčnou stěnu, je výsledná struktura známa jako sféroplast.

Struktura a složení v archaea

Archaea se liší od složení stěny od bakterií, hlavně proto, že neobsahují peptidoglykan. Některé archaea mají vrstvu pseudopeptidoglykanu nebo pseudomureinu.

Tento polymer má tloušťku 15–20 nm a je podobný peptidoglykanu. Složky polymeru jsou kyselina 1N-acetyltalosaminuronová navázaná na N-acetylglukosamin.

Obsahují řadu vzácných lipidů, jako jsou izoprenové skupiny vázané na glycerol a další vrstvu glykoproteinů, nazývanou vrstva S. Tato vrstva je často spojena s plazmovou membránou.

Lipidy se liší od bakterií. V eukaryotech a bakteriích jsou nalezené vazby esterového typu, zatímco v archaea jsou etherového typu. Páteř glycerolu je pro tuto doménu typická.

Existují některé druhy archaea, jako je Ferroplasma Acidophilum a Thermoplasma spp., Které nemají buněčnou zeď, přestože žijí v extrémních podmínkách prostředí.

Jak eubakterie, tak archaea mají velkou vrstvu proteinů, jako jsou adheziny, které pomáhají těmto mikroorganismům kolonizovat různá prostředí.

Syntéza

U gramnegativních bakterií jsou komponenty stěny syntetizovány v cytoplazmě nebo ve vnitřní membráně. Konstrukce stěny nastává na vnější straně buňky.

Tvorba peptidoglykanu začíná v cytoplazmě, kde dochází k syntéze nukleotidových prekurzorů složek stěny.

Následně syntéza pokračuje v cytoplazmatické membráně, kde se syntetizují sloučeniny lipidové povahy.

Proces syntézy končí uvnitř cytoplazmatické membrány, kde dochází k polymerizaci peptidoglykanových jednotek. Na tomto procesu se podílejí různé enzymy.

Funkce

Podobně jako buněčná zeď v rostlinách, tato struktura v bakteriích plní podobné funkce, aby chránila tyto jednobuněčné organismy před lýzou proti osmotickému stresu.

Vnější membrána gramnegativních bakterií pomáhá při translokaci proteinů a solutů a při přenosu signálu. Chrání také tělo před patogeny a zajišťuje buněčnou stabilitu.

Buněčná stěna v houbách

Struktura a složení

Většina buněčných stěn hub má poměrně podobné složení a strukturu. Jsou tvořeny z gelových sacharidových polymerů, které jsou propleteny s proteiny a dalšími složkami.

Charakteristickou součástí houbové stěny je chitin. Interaguje s glukány a vytváří vláknitou matrici. Přestože se jedná o silnou strukturu, vykazuje určitou míru flexibility.

Syntéza

V plazmatické membráně dochází k syntéze hlavních složek - chitinu a glukanů.

Ostatní komponenty jsou syntetizovány v Golgiho aparátu a v endoplazmatickém retikulu. Tyto molekuly jsou přenášeny mimo buňku prostřednictvím vylučování vesikulami.

Funkce

Buněčná stěna hub určuje jejich morfogenezi, životaschopnost buněk a patogenitu. Z ekologického hlediska určuje typ prostředí, ve kterém určitá houba může nebo nemůže žít.

Reference

1. Albers, SV a Meyer, BH (2011). Obálka buněk archaealu. Nature Reviews Microbiology, 9 (6), 414–426.
2. Cooper, G. (2000). Buňka: molekulární přístup. 2. vydání. Sinauer Associates.
3. Forbes, BA (2009). Mikrobiologická diagnostika. Panamerican Medical Ed.
4. Gow, NA, Latge, JP a Munro, CA (2017). Buněčná stěna houb: struktura, biosyntéza a funkce. Mikrobiologické spektrum 5 (3)
5. Keegstra, K. (2010). Rostlinné buněčné stěny. Fyziologie rostlin, 154 (2), 483–486.
6. Koebnik, R., Locher, KP, a Van Gelder, P. (2000). Struktura a funkce bakteriálních bílkovin vnější membrány: sudy v kostce. Molekulární mikrobiologie, 37 (2), 239–253.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2000). Molekulární buněčná biologie, 4. vydání. Národní centrum pro biotechnologické informace, polička.
8. Scheffers, DJ a Pinho, MG (2005). Syntéza buněčných stěn bakterií: nové poznatky z lokalizačních studií. Recenze mikrobiologie a molekulární biologie, 69 (4), 585–607.
9. Showalter, AM (1993). Struktura a funkce proteinů buněčné stěny rostlin. The Plant Cell, 5 (1), 9–23.
10. Valent, BS, a Albersheim, P. (1974). Struktura buněčných stěn rostlin: Na vazbě xyloglukanu na celulózová vlákna. Plant Physiology, 54 (1), 105-108.
11. Vallarino, JG a Osorio, S. (2012). Signální role oligogalakturonidů získaných během degradace buněčné stěny. Signalizace a chování rostlin, 7 (11), 1447–1449.