Cell Wall: ลักษณะหน้าที่และโครงสร้าง
ผนังเซลล์ เป็นโครงสร้างหนาและทนทานที่ กั้นเซลล์ บางประเภทและอยู่รอบ ๆ พังผืดในพลาสมา ไม่ถือว่าเป็นกำแพงที่หลีกเลี่ยงการสัมผัสกับภายนอก มันเป็นโครงสร้างที่ซับซ้อนและซับซ้อนและรับผิดชอบหน้าที่ทางสรีรวิทยาจำนวนมากในสิ่งมีชีวิต
ผนังเซลล์นั้นพบได้ในพืชเชื้อราแบคทีเรียและสาหร่าย ผนังแต่ละหลังมีโครงสร้างและองค์ประกอบทั่วไปของกลุ่ม ในทางตรงกันข้ามหนึ่งในลักษณะของเซลล์สัตว์คือการขาดผนังเซลล์ โครงสร้างนี้ส่วนใหญ่รับผิดชอบในการให้และรักษารูปร่างของเซลล์
ผนังเซลล์ทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันในการตอบสนองต่อความไม่สมดุลของออสโมติกที่สภาพแวดล้อมของเซลล์อาจมีอยู่ นอกจากนี้ยังมีบทบาทในการสื่อสารระหว่างเซลล์
ลักษณะทั่วไป
- ผนังเซลล์เป็นกำแพงหนามั่นคงและมีชีวิตชีวาซึ่งพบได้ในสิ่งมีชีวิตกลุ่มต่าง ๆ
- การมีอยู่ของโครงสร้างนี้มีความสำคัญต่อความมีชีวิตของเซลล์รูปร่างของมันและในกรณีของสิ่งมีชีวิตที่เป็นอันตรายมีส่วนร่วมในการเกิดโรค
- แม้ว่าองค์ประกอบของผนังจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับแต่ละกลุ่ม แต่หน้าที่หลักคือการรักษาความสมบูรณ์ของเซลล์ต่อแรงออสโมติกที่สามารถระเบิดเซลล์
- ในกรณีของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ช่วยสร้างเนื้อเยื่อและมีส่วนร่วมในการสื่อสารของเซลล์
ผนังเซลล์ในพืช
โครงสร้างและองค์ประกอบ
ผนังเซลล์ของเซลล์พืชประกอบด้วย polysaccharides และ glycoproteins ซึ่งจัดเป็นเมทริกซ์สามมิติ
องค์ประกอบที่สำคัญที่สุดคือเซลลูโลส ประกอบด้วยหน่วยของน้ำตาลกลูโคสที่ซ้ำกันซึ่งเชื่อมโยงกันด้วยพันธะβ-1, 4 แต่ละโมเลกุลประกอบด้วยกลูโคสประมาณ 500 โมเลกุล
ส่วนประกอบที่เหลือรวมถึง: homogalacturonan, rhamnogalacturonan I และ II และ hemicellulose polysaccharides เช่น xyloglucans, glucomannans, xylans, และอื่น ๆ
ผนังยังมีส่วนประกอบของโปรตีนธรรมชาติ Arabinogalactan เป็นโปรตีนที่พบในผนังและเกี่ยวข้องกับการส่งสัญญาณของเซลล์
เฮมิเซลลูโลสมีพันธะไฮโดรเจนกับเซลลูโลส ปฏิกิริยาเหล่านี้มีความเสถียรมาก สำหรับส่วนประกอบอื่น ๆ โหมดการโต้ตอบยังไม่ได้กำหนดไว้อย่างชัดเจน
มันสามารถแยกความแตกต่างระหว่างผนังเซลล์หลักและรอง หลักคือบางและค่อนข้างอ่อน หลังจากการเจริญเติบโตของเซลล์หยุดลงการสะสมของผนังที่สองเกิดขึ้นซึ่งสามารถเปลี่ยนองค์ประกอบของมันด้วยความเคารพต่อหนึ่งหลักหรือยังคงไม่เปลี่ยนแปลงและเพิ่มชั้นพิเศษเท่านั้น
ในบางกรณีลิกนินเป็นองค์ประกอบของผนังรอง ตัวอย่างเช่นต้นไม้มีเซลลูโลสและลิกนินจำนวนมาก
การสังเคราะห์
กระบวนการสังเคราะห์ทางชีวภาพของผนังนั้นซับซ้อน มันเกี่ยวข้องกับยีนประมาณ 2, 000 ยีนที่เกี่ยวข้องในการสร้างโครงสร้าง
เซลลูโลสถูกสังเคราะห์ในเมมเบรนพลาสม่าเพื่อนำไปฝากโดยตรงที่ด้านนอก การก่อตัวของมันต้องการคอมเพล็กซ์เอนไซม์หลายอย่าง
ส่วนประกอบที่เหลือถูกสังเคราะห์ในระบบเมมเบรนที่อยู่ภายในเซลล์ (เช่นอุปกรณ์ Golgi) และถูกขับออกมาด้วยถุง
ฟังก์ชัน
ผนังเซลล์ในพืชมีหน้าที่คล้ายกับที่เซลล์นอกเซลล์ทำงานในเซลล์สัตว์เช่นการรักษารูปร่างและโครงสร้างของเซลล์การเชื่อมต่อเนื้อเยื่อและการส่งสัญญาณของเซลล์ ต่อไปเราจะหารือเกี่ยวกับฟังก์ชั่นที่สำคัญที่สุด:
ควบคุม turgor
ในเซลล์ของสัตว์ - ซึ่งไม่มีผนังเซลล์ - สภาพแวดล้อมนอกเซลล์เป็นความท้าทายที่สำคัญเท่าที่ออสโมซิสเกี่ยวข้อง
เมื่อความเข้มข้นของตัวกลางสูงขึ้นเมื่อเทียบกับการตกแต่งภายในของเซลล์น้ำในเซลล์มีแนวโน้มที่จะออกมา ในทางกลับกันเมื่อเซลล์สัมผัสกับสภาพแวดล้อม hypotonic (ความเข้มข้นสูงกว่าภายในเซลล์) น้ำเข้าสู่และเซลล์สามารถระเบิด
ในกรณีของเซลล์พืชตัวละลายที่พบในสภาพแวดล้อมของเซลล์จะต่ำกว่าภายในเซลล์ อย่างไรก็ตามเซลล์ไม่ระเบิดเนื่องจากผนังเซลล์ถูกกด ปรากฏการณ์นี้ทำให้เกิดการปรากฏตัวของความดันเชิงกลหรือเซลลูลาร์
ความดัน turgor ที่สร้างโดยผนังเซลล์ช่วยให้เนื้อเยื่อของพืชแข็ง
การเชื่อมต่อระหว่างเซลล์
เซลล์พืชสามารถสื่อสารกันผ่านชุดของ "ช่องทาง" ที่เรียกว่าพลาสม่า เส้นทางเหล่านี้อนุญาตให้เชื่อมต่อ cytosol ของทั้งเซลล์และแลกเปลี่ยนวัสดุและอนุภาค
ระบบนี้ช่วยให้สามารถแลกเปลี่ยนผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึมโปรตีนกรดนิวคลีอิกและแม้แต่อนุภาคของไวรัส
ถนนสัญญาณ
ในเมทริกซ์ที่สลับซับซ้อนนี้มีโมเลกุลที่มาจากเพกตินเช่น oligogalacturonides ซึ่งมีความสามารถในการกระตุ้นการส่งสัญญาณทางเดินเป็นการตอบโต้การป้องกัน กล่าวอีกนัยหนึ่งมันทำหน้าที่เป็นระบบภูมิคุ้มกันในสัตว์
แม้ว่าผนังเซลล์ก่อให้เกิดสิ่งกีดขวางต่อเชื้อโรค แต่ก็ไม่สามารถต้านทานได้ทั้งหมด ดังนั้นเมื่อผนังถูกทำให้อ่อนลงสารประกอบเหล่านี้จะถูกปล่อยออกมาและ "เตือน" พืชที่โจมตี
ในการตอบสนองจะมีการปล่อยออกซิเจนชนิดที่เกิดปฏิกิริยาและมีการผลิตสารเมตาโบไลต์เช่นไฟโตเอลซินซึ่งเป็นสารต้านจุลชีพ
ผนังเซลล์ในโปรคาริโอต
โครงสร้างและองค์ประกอบของแบคทีเรีย
ผนังเซลล์ของยูบอลิเซียมีโครงสร้างพื้นฐานสองแบบซึ่งแตกต่างจากคราบแกรมที่มีชื่อเสียง
กลุ่มแรกประกอบด้วยแบคทีเรียแกรมลบ ในประเภทนี้เมมเบรนเป็นสองเท่า ผนังเซลล์นั้นบางและล้อมรอบทั้งสองด้านด้วยเมมเบรนภายในและภายนอกพลาสมา ตัวอย่างคลาสสิกของแบคทีเรียลบแกรมคือ E. coli
ในส่วนของแบคทีเรียแกรมบวกจะมีเพียงเมมเบรนพลาสม่าและผนังเซลล์จะหนากว่ามาก เหล่านี้มักจะอุดมไปด้วยกรด teichoic และกรด mycolic ตัวอย่างคือเชื้อ Staphylococcus aureus
ส่วนประกอบหลักของผนังทั้งสองประเภทคือ peptidoglycan หรือที่เรียกว่ามูริน หน่วยหรือโมโนเมอร์ที่ประกอบด้วย N-acetylglucosamine และ N-acetylmuramic acid มันประกอบด้วยโซ่เชิงเส้นของโพลีแซคคาไรด์และเปปไทด์ขนาดเล็ก Peptidoglycan สร้างโครงสร้างที่แข็งแกร่งและมั่นคง
ยาปฏิชีวนะบางชนิดเช่น penicillin และ vancomycin ทำหน้าที่ป้องกันการก่อตัวของผนังเซลล์ของแบคทีเรีย เมื่อแบคทีเรียสูญเสียผนังเซลล์โครงสร้างที่เป็นที่รู้จักก็คือ spheroplasts
โครงสร้างและองค์ประกอบในอาร์เคีย
Archaea แตกต่างกันในองค์ประกอบของผนังที่เกี่ยวกับแบคทีเรียส่วนใหญ่เป็นเพราะพวกเขาไม่ได้มี peptidoglycan อาร์เคียบางคนมีชั้นของ pseudopeptidoglycan หรือ pseudomurein
พอลิเมอร์นี้มีความหนา 15-20 นาโนเมตรและคล้ายกับ peptidoglycan ส่วนประกอบของพอลิเมอร์คือกรด N-acetyl-ketaluronic ที่จับกับ N-Acetylglucosamine
พวกเขามีชุดของไขมันที่หายากเช่นกลุ่มไอโซพรีนที่ติดกับกลีเซอรอลและชั้นของไกลโคโปรตีนที่เรียกว่าเลเยอร์ S ชั้นนี้มักจะเกี่ยวข้องกับพลาสมาเมมเบรน
ไขมันแตกต่างจากในแบคทีเรีย ในยูคาริโอตและแบคทีเรียพันธะที่พบนั้นเป็นประเภทเอสเตอร์ในขณะที่ในอาร์เคียนั้นเป็นอีเธอร์ โครงกระดูกของกลีเซอรอลเป็นเรื่องปกติของโดเมนนี้
มีอาร์เคียบางชนิดเช่น Ferroplasma Acidophilum และ Thermoplasma spp. ซึ่งไม่มีผนังเซลล์ถึงแม้ว่าพวกมันจะอาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
ทั้งยูคาแบคทีเรียและอาร์เคียมีโปรตีนเป็นชั้น ๆ อย่างเช่นกาวซึ่งช่วยให้จุลินทรีย์เหล่านี้ตั้งสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน
การสังเคราะห์
ในแบคทีเรียแกรมลบส่วนประกอบของผนังจะถูกสังเคราะห์ในไซโตพลาสซึมหรือในเยื่อหุ้มชั้นใน การสร้างกำแพงเกิดขึ้นที่ด้านนอกของเซลล์
การก่อตัวของ peptidoglycan เริ่มต้นขึ้นในไซโตพลาสซึมซึ่งการสังเคราะห์นิวคลีโอไทด์ของส่วนประกอบของผนังเกิดขึ้น
ต่อจากนั้นการสังเคราะห์ยังคงดำเนินต่อไปในเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมที่ซึ่งสารประกอบของไขมันธรรมชาติถูกสังเคราะห์ขึ้น
กระบวนการสังเคราะห์นั้นจะสิ้นสุดลงภายในเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมซึ่งจะเกิดการรวมตัวของหน่วย peptidoglycan เอนไซม์ต่าง ๆ เข้าร่วมในกระบวนการนี้
ฟังก์ชั่น
เช่นเดียวกับผนังเซลล์ในพืชโครงสร้างนี้ในแบคทีเรียทำหน้าที่คล้ายกันเพื่อปกป้องสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวเหล่านี้จากการสลายในการเผชิญกับความเครียดออสโมติก
เยื่อหุ้มชั้นนอกของแบคทีเรียแกรมลบช่วยให้การเคลื่อนย้ายของโปรตีนและตัวถูกละลายและการส่งสัญญาณ นอกจากนี้ยังปกป้องสิ่งมีชีวิตจากเชื้อโรคและให้ความเสถียรของเซลล์
ผนังเซลล์ในรา
โครงสร้างและองค์ประกอบ
ผนังเซลล์ส่วนใหญ่ในเชื้อรามีองค์ประกอบและโครงสร้างคล้ายกัน พวกมันเกิดจากโพลีเมอร์คาร์โบไฮเดรตเหมือนเจลซึ่งพันกันกับโปรตีนและส่วนประกอบอื่น ๆ
องค์ประกอบที่โดดเด่นของผนังเชื้อราคือไคติน มันทำปฏิกิริยากับกลูแคนเพื่อสร้างเมทริกซ์ที่มีเส้นใย แม้ว่ามันจะเป็นโครงสร้างที่แข็งแกร่ง แต่ก็มีความยืดหยุ่นในระดับหนึ่ง
การสังเคราะห์
การสังเคราะห์องค์ประกอบหลัก - ไคตินและกลูแคน - เกิดขึ้นในพลาสมาเมมเบรน
ส่วนประกอบอื่น ๆ ถูกสังเคราะห์ในอุปกรณ์ Golgi และในเอนโดพลาสซึมเรติเคิล โมเลกุลเหล่านี้จะถูกพาไปยังเซลล์ภายนอกโดยใช้วิธีขับถ่ายผ่านถุง
ฟังก์ชั่น
ผนังเซลล์ของเชื้อราจะกำหนด morphogenesis ความมีชีวิตของเซลล์และการเกิดโรค จากมุมมองทางนิเวศวิทยาจะกำหนดประเภทของสภาพแวดล้อมที่เชื้อราบางชนิดสามารถมีชีวิตอยู่ได้หรือไม่