Клеточная стенка | Цитология | Биология

В отличие от животных и многих простейших, у растений, бактерий и грибов, почти все клетки имеют стенку, лежащую кнаружи от цитоплазматической мембраны и обладающую повышенной прочностью. Основная функция данной структуры — опора и защита.

Клеточные стенки (или клеточные оболочки) строятся из веществ, синтезируемых самими клетками. Их химический состав различен у растений, грибов и прокариот. Кроме того, даже у одного растения у различных клеток состав стенок несколько различен.

Клеточная стенка растений состоит в основном из целлюлозы. Целлюлоза — это полисахарид, мономером которого является глюкоза.

Основу бактериальных клеточных стенок составляет вещество муреин (относится к пептидогликанам). У грамположительных бактерий в состав оболочки входят различные кислоты, а сама оболочка плотно прилегает к цитоплазматической мембране. У грамотрицательных бактерий оболочка более тонкая и не прилегает к мембране.

Между мембраной и оболочкой образуется периплазматическое пространство. Снаружи клеточная оболочка грамотрицательных прокариот окружена внешней мембраной, составленной из липополисахарида.

У грибов основным веществом клеточных стенок является хитин, а не целлюлоза.

Состав клеточной стенки растений

У растений стенка дочерних клеток образуется уже во время деления родительской. Впоследствии она называется первичной. У многих клеток позже образуется вторичная оболочка.

Первичная клеточная оболочка состоит из микрофибрилл целлюлозы, погруженных в матрикс из других полисахаридов. Отличительной особенностью волокон целлюлозы является их прочность. Молекула целлюлозы представляет собой длинную полисахаридную цепь. Отдельные молекулы соединяются друг с другом водородными связями в пучок, который называется микрофибриллой. Такие фибриллы образуют каркас клеточной стенки.

Матрикс клеточной стенки составляют полисахариды пектины и гемицеллюлозы, а также ряд других веществ (например, белков). Пектиновые вещества представляют собой группу кислых полисахаридов, их молекулы могут быть не только линейными, но и разветвленными. Гемицеллюлозы также смешанная группа полисахаридов. Длина их линейных молекул короче, чем у целлюлозы.

Оболочки соседних клеток растений соединены между собой

срединной пластинкой, состоящих из пектатов магния и кальция, для которых характерна клейкость.

В состав стенок растений входит вода (составляет более половины массы), обуславливая ряд физических и химических свойств полисахаридов.

Жесткий каркас растения во многих местах пронизан каналами (плазмодесмами), по которым цитоплазма одной клетки соединяется с цитоплазмой соседних.

Клетки мезофилла листа (а также некоторые другие) на протяжении всей своей жизни имеют только первичную стенку. У большинства же клеток на первичную оболочку с внутренней стороны отлагается вторичная стенка, составленная из дополнительных слоев целлюлозы.

Обычно в это время клетка уже дифференцирована и не растет (исключение составляют, например, клетки колленхимы).

В каждом отдельном слое вторичного утолщения микрофибриллы целлюлозы располагаются под одним углом (параллельно друг другу). Однако разные слои имеют разный угол, что обеспечивает большую прочность.

Часть клеток растений одревесневают (трахеальные элементы ксилемы, склеренхима и др.). В основе этого процесса лежит интенсивная лигнификация стенок (в небольших количествах лигнин есть во всех оболочках). Лигнин не является полисахаридом, а представляет собой сложное полимерное вещество. Отложения лигнина могут иметь различную форму (сплошную, кольцевую, спиральную, сетчатую). Он скрепляет целлюлозу, не дает ей смещаться. Лигнин не только обеспечивает прочность, но и дает дополнительную защиту от неблагоприятных физических и химических факторов.

Функции клеточной стенки

Оболочки разных клеток совместно обеспечивают всему растению и его отдельным частям механическую прочность и опору. Это функция клеточной стенки аналогична одной из функций скелета животных. Однако она не единственная.

Жесткость стенок препятствует растяжению клеток и их разрыву. В результате по физическим законам в клетки может путем осмоса поступать вода. Для травянистых растений тургоцентричность клеток является единственной их опорой.

Микрофибриллы целлюлозы ограничивают рост клеток и определяют их форму. Если микрофибриллы окольцовывают клетку, то она будет расти в длину (поперек направления волокон).

Связанные клеточные стенки образуют апопласт, по которому передвигается вода и минеральные вещества. Плазмодесмы связывают содержимое разных клеток в единую систему — симпласт.

Стенки сосудов ксилемы, трахеид, ситовидных трубок выполняют транспортную функцию.

Наружные клеточные стенки эпидермальных клеток покрыты воском (кутикулой). С одной стороны, он препятствует испарению воды, с другой – проникновению вредных микроорганизмов.

У некоторых растений в определенных клетках оболочки видоизменяются и служат местом запаса питательных веществ.

Клеточная стенка

Клеточная стенка (оболочка) является неотъемлемым компонентом клеток растений и грибов и представляет собой продукт их жизнедеятельности. Она придает клеткам механическую прочность, защищает их содержимое от повреждений и избыточной потери воды, поддерживает форму клеток и их размер, а также препятствует разрыву клеток в гипотонической среде. Клеточная стенка участвует в поглощении и обмене различных ионов, т. е. является ионообменником. Через клеточную оболочку осуществляется транспорт веществ.

Клеточная стенка, формирующаяся во время деления клеток и их роста путем растяжения, называется первичной. После прекращения роста клетки на первичную клеточную стенку изнутри откладываются новые слои, и образуется прочная вторичная клеточная оболочка.

В состав клеточной стенки входят структурные компоненты (целлюлоза у растений и хитин у грибов), компоненты матрикса (гемицеллюлоза, пектин, белки), инкрустирующие компоненты (лигнин, суберин) и вещества, откладывающиеся на поверхности оболочки (кутин и воск).

Молекулы целлюлозы за счет водородных связей объединяются в пучки —микрофибриллы. Переплетенные микрофибриллы составляют каркас клеточной оболочки. У большинства грибов микрофибриллы клеточной стенки состоят из хитина.

Микрофибриллы погружены в матрикс клеточной стенки. Матрикс состоит из смеси различных химических веществ, среди которых преобладают полисахариды (гемицеллюлозы и пектиновые вещества).

Гемицеллюлозы — это группа полисахаридов (полимеры пен-тоз и гексоз — ксилозы, галактозы, маннозы, глюкозы и др.). Молекулы гемицеллюлоз, как и целлюлозы, имеют форму цепи, но в отличие от последней их цепи короче, менее упорядочены и сильно разветвлены. Они легче растворяются и разрушаются ферментами.

Пектиновые вещества — это полимеры, построенные из моносахаридов (арабинозы и галактозы), галактуроновой кислоты (сахарной кислоты) и метилового спирта. Длинные молекулы пектиновых веществ могут быть линейны ми или разветвленными. Молекулы пектиновых веществ содержат большое количество карбоксильных групп и поэтому способны соединяться с ионами Mg2+ и Са2-. При этом образуются клейкие, студнеобразные пектаты магния и кальция, из которых затем складываются срединные пластинки, скрепляющие стенки двух соседних клеток.

Ионы двухвалентных металлов могут обмениваться на другие катионы (Н—, К+ и т. д.). Это обусловливает катионообменную способность клеточных оболочек.

Пектиновыми веществами и пектатами богаты оболочки клеток многих плодов. Так как при их извлечении из оболочек и добавлении сахара образуются гели, пектины используют как желе-образующие вещества для изготовления мармелада и др.

Помимо углеводных компонентов, в состав матрикса клеточной стенки входит структурный белок экстенеин —гликонроте-ин, который по своему составу близок к межклеточным белкам животных —коллагенам.

На долю матрикса приходится до 60% сухого вещества клеточной оболочки. Матрикс оболочки не просто заполняет промежутки между микрофибриллами, а образует прочные химические (водородные и ковалентные) связи между макромолекулами и микрофибриллами, что обеспечивает прочность клеточной стенки, ее эластичность и пластичность.

Основным инкрустирующим веществом оболочки клеток растений является лигнин — полимер с неразветвленной молекулой, состоящей из ароматических спиртов.

Интенсивная лигнификация (пропитка слоев целлюлозы лигнином) клеточных оболочек начинается после прекращения роста клетки. Лигнин может откладываться отдельными участками — в виде колец, спиралей или сетки, как это наблюдается в оболочках клеток проводящей ткани — ксилемы, или сплошным слоем, за исключением тех мест, где осуществляются контакты между соседними клетками в виде плазмодесм.

Лигнин скрепляет целлюлозные волокна и действует как очень твердый и жесткий каркас, усиливающий прочность клеточных стенок на растяжение и сжатие. Он же обеспечивает клеткам дополнительную защиту от физических и химических воздействий, снижает водопроницаемость. Содержание лигнина в оболочке достигает 30%. Инкрустация им клеточных оболочек приводит к их одревеснению, которое часто влечет за собой отмирание живого содержимого клетки.

Лигнин в сочетании с целлюлозой придает особые свойства древесине, которые делают ее незаменимым строительным материалом.

На клеточную оболочку могут откладываться также жиропо-добные вещества — суберин, кутин и воск.

Суберин откладывается на оболочку изнутри и делает ее практически непроницаемой для воды и растворов. В результате протопласт клетки отмирает и клетка заполняется воздухом. Такой процесс называется опробковением. Наблюдается опробковение оболочки клеток в покровных тканях многолетних древесных растений — перидерме, корке, а также в эндодерме корня.

Поверхность эпидермальных клеток растений защищена гидрофобными веществами — кутином и восками. Предшественники этих соединений секретируются из цитоплазмы на поверхность, где и происходит их полимеризация. Слой кутина обычно пронизан полисахаридными компонентами (целлюлозой и пектином) и образует кутикулу. Воск часто откладывается в кристаллической форме на поверхности частей растений (листьев, плодов), образуя восковой налет.

Кутикула и восковой налет защищают клетки от повреждений и проникновения инфекции, уменьшают испарение воды с поверхности органов.

В оболочках эпидермальных клеток некоторых растений (злаков, осок и др.) накапливается большое количество минеральных веществ (минерализация), в первую очередь карбоната кальция и кремнезема. При минерализации листья и стебли растений становятся жесткими, твердыми и в меньшей степени поедаются животными.

Таким образом, клеточная стенка играет важную роль в жизни клеток растений и грибов и выполняет ряд специфических функций.

Источник : Н.А. Лемеза Л.В.Камлюк Н.Д. Лисов «Пособие по биологии для поступающих в ВУЗы»

Хитин: «скрытая фигура» в клеточной стенке грибов

Обзор

. 2020;425:83-111.

дои: 10.1007/82_2019_184.

Ханна Э.

Браун 1 , Шеннон К. Эшер 2 , Дж. Эндрю Олспо 3

Принадлежности

  • 1 Медицинский факультет, Департамент молекулярной генетики и микробиологии, Медицинский факультет Университета Дьюка, 303 Sands Research Building, DUMC, 102359, Дарем, 27710, Северная Каролина, США.
  • 2 Кафедра микробиологии и иммунологии, Медицинский факультет Тулейнского университета, Новый Орлеан, Луизиана, США.
  • 3 Медицинский факультет, Кафедра молекулярной генетики и микробиологии, Медицинский факультет Университета Дьюка, 303 Sands Research Building, DUMC, 102359, Дарем, 27710, Северная Каролина, США. andrew. [email protected].
  • PMID: 31807896
  • DOI: 10.1007/82_2019_184

Обзор

Hannah E Brown et al. Курр Топ Микробиол Иммунол. 2020.

. 2020;425:83-111.

дои: 10.1007/82_2019_184.

Авторы

Ханна Э. Браун 1 , Шеннон К. Эшер 2 , Дж. Эндрю Олспо 3

Принадлежности

  • 1 Медицинский факультет, Кафедра молекулярной генетики и микробиологии, Медицинский факультет Университета Дьюка, 303 Sands Research Building, DUMC, 102359, Дарем, 27710, Северная Каролина, США.
  • 2 Кафедра микробиологии и иммунологии, Медицинский факультет Тулейнского университета, Новый Орлеан, Луизиана, США.
  • 3 Медицинский факультет, Кафедра молекулярной генетики и микробиологии, Медицинский факультет Университета Дьюка, 303 Sands Research Building, DUMC, 102359, Дарем, 27710, Северная Каролина, США. [email protected].
  • PMID: 31807896
  • DOI: 10.1007/82_2019_184

Абстрактный

Хитин и хитозан являются двумя родственными полисахаридами, которые обеспечивают важную структурную стабильность клеточных стенок грибов.

Эти молекулы, часто встроенные глубоко в структуру клеточной стенки, закрепляют другие компоненты на клеточной поверхности. Направленная хитином организация слоев клеточной стенки позволяет клетке гриба эффективно контролировать и взаимодействовать с внешней средой. Для грибковых патогенов это взаимодействие включает поддержание клеточных стратегий, позволяющих избежать чрезмерного обнаружения врожденной иммунной системой хозяина. В свою очередь, млекопитающие и растения-хозяева разработали свои собственные стратегии обработки хитина грибов, в результате чего образуются хитиновые фрагменты различного молекулярного размера. Зависящие от размера различия в поведении молекул хитина разного размера при активации иммунной системы помогают объяснить, как хитин и родственные хитоолигомеры могут как ингибировать, так и активировать иммунитет хозяина. Кроме того, хитин и хитозан в последнее время используются во многих биомедицинских целях, включая адресную доставку лекарств и разработку вакцин.

Похожие статьи

  • Гликозилфосфатидилинозитоловый якорь необходим для локализации в мембране, но необязателен для ассоциации хитиндеацетилазы 2 клеточной стенки у Cryptococcus neoformans.

    Гилберт Н.М., Бейкер Л.Г., Шпехт К.А., Лодж Дж.К. Гилберт Н.М. и соавт. мБио. 21 февраля 2012 г.; 3(1):e00007-12. doi: 10.1128/mBio.00007-12. Печать 2012. мБио. 2012. PMID: 22354955 Бесплатная статья ЧВК.

  • Моноклональное антитело, которое специфически связывает хитозан in vitro и in situ на клеточных стенках грибов.

    Шуберт М., Агдур С., Фишер Р., Ольбрих Ю., Шинкель Х., Шилберг С. Шуберт М. и др. J Microbiol Biotechnol. 2010 авг; 20 (8): 1179-84. doi: 10.4014/jmb. 1001.02023. J Microbiol Biotechnol. 2010. PMID: 20798578

  • In-vitro обнаружение фитопатогенных грибковых клеточных стенок поликлональными сыворотками, полученными против наночастиц триметилхитозана.

    Джоши Х., Малик А., Аггарвал С., Мунде М., Майтра С.С., Адлаха Н., Бхатнагар Р. Джоши Х. и др. Int J Наномедицина. 20 декабря 2019 г.; 14:10023-10033. дои: 10.2147/IJN.S220488. Электронная коллекция 2019. Int J Наномедицина. 2019. PMID: 31908457 Бесплатная статья ЧВК.

  • Использование компонентов клеточной стенки грибов в вакцинах.

    Левитц С.М., Хуанг Х., Острофф Г.Р., Шпехт, Калифорния. Левитц С.М. и соавт. Семин иммунопатол. 2015 март; 37(2):199-207. doi: 10. 1007/s00281-014-0460-6. Epub 2014 18 ноября. Семин иммунопатол. 2015. PMID: 25404118 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.

  • Клеточная стенка грибов: структура, биосинтез и функция.

    Gow NAR, Latge JP, Munro CA. Гоу НАР и др. Микробиологический спектр. 2017 май;5(3). doi: 10.1128/microbiolspec.FUNK-0035-2016. Микробиологический спектр. 2017. PMID: 28513415 Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

Цитируется

  • Хитиназа участвует в развитии плодовых тел лекарственных грибов Кордицепс военный .

    Zhang ZJ, Yin YY, Cui Y, Zhang YX, Liu BY, Ma YC, Liu YN, Liu GQ. Чжан З.Дж. и др. Жизнь (Базель). 2023 12 марта; 13 (3): 764. doi: 10.3390/life13030764. Жизнь (Базель). 2023. PMID: 36983919 Бесплатная статья ЧВК.

  • Биоматериалы на основе хитозана: взгляд на химию, свойства, устройства и их биомедицинские применения.

    Петрони С., Тальяро И., Антонини С., Д’Ариенцо М., Орсини С.Ф., Мано Дж.Ф., Бранкато В., Борхес Дж., Чиполла Л. Петрони С. и др. Мар Наркотики. 2023 24 февраля; 21 (3): 147. дои: 10.3390/md21030147. Мар Наркотики. 2023. PMID: 36976196 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.

  • Конвергентная и дивергентная роли глюкозочувствительной киназы SNF4 в Candida tropicalis .

    Ke CL, Lew SQ, Hsieh Y, Chang SC, Lin CH. Ке С.Л. и соавт. Вирулентность. 2023 Декабрь;14(1):2175914. дои: 10.1080/21505594.2023.2175914. Вирулентность. 2023. PMID: 36745535 Бесплатная статья ЧВК.

  • Биосинтез хитина у видов Aspergillus .

    Брауэр В.С., Пессони А.М., Фрейташ М.С., Кавальканти-Нето М.П., ​​Рис ЛНА, Алмейда Ф. Брауэр В.С. и соавт. J Fungi (Базель). 2023 6 января; 9(1):89. doi: 10.3390/jof

    89. J Fungi (Базель). 2023. PMID: 36675910 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.

  • Хитиназная биоконверсия хитиновых отходов для разработки продуктов с добавленной стоимостью хитоолигосахаридов.

    Таокаев С., Криангкрай В. Таокаев С. и соавт. Биология (Базель). 2023 5 января; 12 (1): 87. doi: 10.3390/biology12010087. Биология (Базель). 2023. PMID: 36671779Бесплатная статья ЧВК. Обзор.

Просмотреть все статьи «Цитируется по»

Типы публикаций

термины MeSH

вещества

Какие клеточные стенки состоят из хитина?

Обновлено 15 апреля 2019 г.

А. П. Ментцер

Что общего между микозом, хлебными дрожжами и сморчками? Это все виды грибов.

Царство грибов включает разнообразную группу организмов, которая включает дрожжей, плесени и грибов . Как и клетки растений, клетки грибов защищены клеточной стенкой. В отличие от растений, клеточные стенки грибов состоят из хитина — материала, содержащегося в экзоскелетах насекомых.

TL;DR (слишком длинно, не читал)

Грибы — единственные организмы, клеточные стенки которых состоят из хитина.

Три домена жизни

Живые существа можно разделить на три основных домена: эукариоты — эукариоты и бактерии и археи — прокариоты. Грибы являются эукариотами , и их клетки имеют сходство с членами других царств Домена Эукария, включая растения, животных и простейших.

Прокариоты относятся к доменам Archaea и Bacteria. Это одноклеточные организмы с простой клеточной структурой. Следующие не являются эукариотами:

  • Полезные бактерии, например, те, что находятся в пищеварительном тракте.
  • Болезнетворные бактерии, такие как Streptococcus.
  • Бактериальные разрушители.
  • Археи, обитающие в экстремальных средах обитания, таких как жерла океана, вулканы или области с повышенной кислотностью или щелочностью.

Анатомия гриба

Грибы могут быть одноклеточными или состоять из многих клеток. Некоторые виды грибов, такие как дрожжи, являются одноклеточными организмами, но большинство грибов являются многоклеточными организмами, образующими сеть нитей, называемых 9. 0129 гиф . Нитчатые грибы включают плесени и грибы .

Эти виды грибов создают сложную сеть нитевидных структур, которые остаются скрытыми от глаз, поскольку они распространяются по почве, тканям или разлагающемуся органическому материалу. Обычно видна только репродуктивная или плодоносящая часть гриба.

Грибы и пушистые пятна, которые растут на гниющих фруктах или старом хлебе, являются примерами репродуктивной части грибов. Плодовое тело выделяет споры, позволяющие грибку размножаться.

Строительные блоки клеточных стенок

Клеточные стенки не являются уникальными для грибов и растений; бактерии и растительноподобные протисты также имеют клеточные стенки. Хитин является химическим компонентом клеточных стенок грибов .

Растения и растительноподобные протисты имеют клеточные стенки, состоящие из целлюлозы , а бактериальные клеточные стенки состоят из пептидогликана . Все эти материалы клеточных стенок, включая хитин, состоят из молекул углеводов, называемых 90–129 полисахаридами 9.0130 .

Клеточная стенка защищает грибы и позволяет им выживать в неблагоприятных условиях, таких как сильная жара, холод и недостаток воды. Грибы стали более устойчивыми к засухе благодаря эволюции более эффективных барьеров клеточных стенок, сделанных из хитина.

Свойства хитина

Хитин представляет собой эластичный материал, нерастворимый в воде. Растения, бактерии и простейшие не способны производить хитин. Однако некоторые животные могут производить хитин. Членистоногие, такие как моллюски и насекомые, используют хитин для изготовления экзоскелетов.

Хитин предлагает линию защиты от организмов, которые пытаются питаться грибами. Одноклеточным организмам, таким как протисты и бактерии, трудно переваривать пищу. Некоторые из этих простейших включают амёб, инфузорий и жгутиковых, которые живут среди грибов и называются простейшими .