Содержание
Особенности, роль и строение клеточной стенки растений
Главная » Науки о природе
Время чтения 3 мин.Просмотры 12.6k.Обновлено
Клеточная стенка представляет собой жесткий, полупроницаемый защитный слой в некоторых типах клеток. Это внешнее покрытие расположено рядом с клеточной (плазматической) мембраной в большинстве клеток растений, грибов, бактерий, водорослей и некоторых археев. Тем не менее, животные клетки не имеют клеточной стенки. Она выполняет множество важных функций, включая защиту и структурную поддержку.
Особенности строение клеточной стенки зависят от вида организма. К примеру, у растений, она обычно состоит из сильных волокон углеводной полимерной целлюлозы, которая является главным компонентом хлопка и древесины, а также используется в производстве бумаги.
Структура клеточной стенки растений
Клеточная стенка растений многослойная и включает три секции: внешний слой или средняя пластинка, первичная и вторичная клеточные стенки.
Хотя все растительные клетки имеют среднюю пластинку и первичную клеточную стенку, не у всех есть вторичная клеточная стенка.
Средняя пластинка – внешней слой клеточной стенки, который содержит полисахариды, называемые пектинами. Пектины помогают в адгезии клеток, связывая стенки соседних клеток друг с другом.
Первичная клеточная стенка – слой, образованный между средней пластинкой и плазматической мембраной в растущих клетках растений. Он состоит в основном из целлюлозных микрофибрилл, содержащихся в гелеобразной матрице из гемицеллюлозных волокон и пектиновых полисахаридов. Первичная клеточная стенка обеспечивает прочность и гибкость, необходимые для роста клеток.
Вторичная клеточная стенка – слой, образованный между первичной стенкой клетки и плазматической мембраной в некоторых растительных клетках. Когда первичная клеточная стенка перестает делиться и расти, она может сгущаться, образуя вторичную клеточную стенку. Этот прочный слой укрепляет и поддерживает клетку.
Кроме целлюлозы и гемицеллюлозы, некоторые вторичные клеточные стенки включают лигнин, который усиливает их и обеспечивает водопроводимость клеток сосудистой ткани растений.
Функции клеточной стенки
Основные функции клеточной стенки заключаются в том, чтобы сформировать каркас для клетки и предотвратить ее расширение. Целлюлозное волокно, структурные белки и другие полисахариды придают клеткам форму и обеспечивают поддержку. К дополнительным функциям клеточной стенки относятся:
- Поддержка – обеспечение механической прочности и структуры, а также контроль направления роста клеток.
- Выдерживает тургорное давление – сила воздействия содержимого клетки (протопласта) на ее стенки. Это давление помогает растению оставаться жестким и прямостоящим, но может также вызвать разрушение клетки.
- Регулировка роста – посылает сигналы клеткам для входа в клеточный цикл, чтобы делится и расти.
- Регулировка диффузии – пористая структура клеточной стенки позволяет некоторым необходимым веществам, включая белки, попадать внутрь клетки, препятствуя проникновению других.
- Связь – клетки взаимодействуют между собой через плазмодесмы (поры или каналы между стенками растительных клеток, которые позволяют молекулам и сигналам связи проходить между отдельными клетками растения).
- Защита – осуществляет защиту клеток от вирусов и остальных опасных веществ или микроорганизмов, а также помогает предотвратить потерю воды.
- Хранение – хранит углеводы, которые используются для роста растений, особенно в семенах.
Гугломаг
Спрашивай! Не стесняйся!
Задать вопрос
Не все нашли? Используйте поиск по сайту
Search for:
Стенка растительной клетки: что это такое, строение и состав
В биологии есть раздел под названием клеточная биология, ранее известный как цитология, который отвечает за изучение клеток. Эти микроорганизмы, из которых состоит все живое имеют свои особенности и структуры, в зависимости от их типа. Поскольку это очень широкий и сложный предмет, сегодня мы сосредоточимся на более ботанической части: клеточной стенке растений.
Если вас интересует эта тема и вы хотите узнать больше об этой небольшой части растительных клеток, я рекомендую вам продолжить чтение. Мы объясним, какова функция растительной клетки, прежде чем говорить, что такое стенка растительной клетки. Позже мы поговорим о его устройстве и его составных частях.
Индекс
- 1 Какова функция растительной клетки?
- 1.1 Что такое клеточная стенка растений?
- 2 Каково строение клеточной стенки растений?
- 3 Состав клеточной стенки растений
- 3.1 углеводы
- 3.2 белок
- 3.3 Полимеры
Какова функция растительной клетки?
Прежде чем говорить о стенке растительной клетки, давайте сначала проясним функцию растительных клеток. Они представляют собой тип эукариотических клеток, которые образуют растительные ткани в тех организмах, которые являются частью этого царства. Растения.
У них есть определенное сходство с клетками животных.
В обоих случаях это эукариотические клетки, содержащие дифференцированное ядро, цитоплазму, мембрану и наследственную генетическую информацию. также известный как ДНК. Однако между этими двумя типами клеток есть очень важное различие. Овощи обладают способностью к фотосинтезу. Это химический процесс, при котором растения используют световую энергию для синтеза органических веществ, высвобождая таким образом кислород.
Подпишитесь на наш Youtube-канал
Что такое клеточная стенка растений?
Когда мы говорим о клеточной стенке растений, мы имеем в виду жесткий и устойчивый слой, который поддерживает различные осмотические силы и рост. Его расположение — за пределами плазматической мембраны в клетках растений, а также грибов, бактерий, архей и водорослей. Функция стены защищают содержимое клеток, придают жесткость и определяют структуру растений. Кроме того, он действует как посредник между клеткой и окружающей средой.
Каково строение клеточной стенки растений?
Стенка растительной клетки состоит в общей сложности из трех основных частей с точки зрения ее структуры.
Прокомментируем их ниже:
- Первичная стена
Обычно он имеет толщину от 100 до 200 нанометров и присутствует во всех растительных клетках. Это стенка, состоящая из трех или четырех слоев микрофибрилл целлюлозы. Он идеально приспособлен к росту клеток благодаря микрофибриллам, поскольку они скользят между ними, производя продольное разделение. - Вторичная стена
Хотя это очень распространено, но не у всех растений. Вторичная стенка — это слой, прилегающий к плазматической мембране. Содержит много целлюлозы, лигнина и суберина. Кроме того, он не деформируется и не позволяет клеткам расти. Когда рост клеток заканчивается, образуется вторичная стенка. Как правило, в древесных тканях она намного толще первичной стенки. - Средняя пластина
Средняя ламель — это слой, который соединяет основные стены. Его основные компоненты — пектин и гемицеллюлоза.
Состав клеточной стенки растений
Что касается состава клеточной стенки растений, он варьируется в зависимости от типа клетки и различных таксономических групп.
Обычно, Он состоит из сети, состоящей из углеводов, белков и фосфолипидов. Все они заключены в гелеобразную матрицу, которая, в свою очередь, состоит из других белков и углеводов.
углеводы
Целлюлоза — основной компонент клеточной стенки растений. Это фибриллярный полисахарид, который организован в микрофибриллы. Этой органической биомолекуле соответствует от 15% до 30% сухого веса стенок растительных клеток. Что касается микрофибрилл целлюлозы, они связаны нефибриллярными углеводами, называемыми гемицеллюлозой.
Теме статьи:
Что такое хлорофилл
Есть еще один очень важный компонент для клеточной стенки растений: пектин. Этот нефибриллярный полисахарид богат высокогидратированной D-галактуроновой кислотой, и его разветвление неоднородно. Пектиновая матрица отвечает за пористость стены. Кроме того, он предоставляет наполнители, функция которых заключается в регулировании pH.
белок
Другой компонент клеточной стенки растений — структурные белки.
Обычно они богаты одной или двумя аминокислотами, они гликозилированы и имеют домены с повторяющимися последовательностями. Большинство этих белков имеют фибриллярную структуру, которая иммобилизована ковалентной связью между ними или углеводами. Сегодня мы знаем, что структурные белки накапливаются в стенке растительной клетки на разных этапах развития, а также в ответ на различные стрессовые условия. Это структурные белки клеточной стенки растений:
- HRGP: Богатые гидроксипролином белки, экстенсины
- PRP: Пролин-богатые белки
- GRP: Белки, богатые глицином
- AGP: Белки, богатые арабиногалактанами
В сети белков и полисахаридов также есть несколько растворимые белки:
- Ферменты, связанные с производством питательных веществ, таких как глюкозидаза.
- Ферменты, связанные с метаболизмом стенок. Пример: ксилоглюканотрансферазы, пероксидазы, лакказы.
- Белки, связанные с защитой
- Транспортные белки
Полимеры
Есть и другие полимеры, входящие в состав клеточной стенки растений. После целлюлозы наиболее распространенным компонентом является лигнин. Это жесткий аморфный полимер, который является результатом объединения фенилпропиловых спиртов и различных кислот. Обычно он накапливается на второстепенных стенах. Однако иногда они могут появляться в средней пластинке мертвой или некротической ткани.
Теме статьи:
Гиббереллины
Кутин и суберин — другие полимеры клеточной стенки растений. Они состоят из длинноцепочечных жирных кислот, связывание которых друг с другом создает жесткую трехмерную сеть. Оба полимера обычно накапливаются на вторичных стенах, но они также могут проявляться на первичных стенах в исключительных случаях.
Остается выделить воск. Они не обеспечивают жесткости, но да, водонепроницаемость. Кутин и суберин также обеспечивают небольшую гидроизоляцию, но не настолько.
В биологии в целом клетки — это целый мир, который до сих пор исследуется. Мы говорили здесь только о части растительных клеток, но есть еще кое-что, что нужно узнать.
Содержание статьи соответствует нашим принципам редакционная этика. Чтобы сообщить об ошибке, нажмите здесь.
Основы клеточных стенок растений
Основы клеточных стенок растений
| Обзор |
| Исследования клеточных стенок растений в CCRC проводятся шестью независимыми финансируемые группы. Эти группы изучают различные темы, включая основные структура и трехмерные конформации стеновых компонентов, взаимодействие стеновых компонентов и биосинтез стеновых компонентов.  Кроме тогомы изучаем роль клеточной стенки как источника биологически активных молекул, в качестве барьера для патогенов растений и в качестве источника биотоплива. Нажмите на ссылку, чтобы получить информацию: | |
Что такое первичная клеточная стенка Состав и архитектура первичной стенки Стенки вторичных ячеек | Методы, используемые в CCRC для исследования стен Избранные ссылки |
Что такое первичная клеточная стенка Растущие клетки растений окружены богатой полисахаридами первичной Растения различаются по форме и размеру. Эти различия возникают из-за разного |
Симпласт — еще одна уникальная особенность растений.Некоторые функции основной стены:
|
| Первичные оболочки являются основным структурным компонентом пищевых продуктов растительного происхождения. Созревание фруктов и овощей связано с изменениями стенок строение и состав. Напитки растительного происхождения часто содержат значительные количества полисахаридов стенки.  Некоторые пристеночные полисахариды связывают тяжелые металлы,стимулируют иммунную систему или регулируют уровень холестерина в сыворотке. Стеновые полисахариды используются в коммерческих целях в качестве жевательной резинки. гели и стабилизаторы. Таким образом, строение клеточной стенки и организация представляет интерес для ученого-растения, пищевой промышленности промышленность и диетолог. |
Состав и архитектура первичных стенок Первичные стенки, изолированные от тканей и клеток высших растений, состоят
|
Кроме того, стенки содержат белки (экспансины).
Организация и взаимодействие компонентов стены не известны с |
| Ковалентно-сшитая модель Питер Альбершейм и его коллеги в 1973 г. предположили, что матричные полимеры стенки | |
Эта модель была подвергнута сомнению из-за отсутствия доказательств| Модель троса | Модель диффузного слоя | Модель стратифицированного слоя |
| Молекулы ксилоглюкана связаны водородными связями с микрофибриллами целлюлозы и сшивают их. Целлюлозно-ксилоглюкановая сеть вплетена в нековалентно сшитую пектиновую сеть. | Молекулы ксилоглюкана связаны водородными связями с поверхностью микрофибрилл целлюлозы но не связывайте их напрямую.  Плотно связанный ксилоглюкан окруженслоем менее прочно связанных полисахаридов. Целлюлоза и ксилоглюкан погружены в пектиновую матрицу. | Молекулы ксилоглюкана связаны водородными связями с микрофибриллами целлюлозы и сшивают их. Ламеллы целлюлозы-ксилоглюкана разделены прослойками пектиновых полисахаридов. |
Для получения полного описания
|
Стенки вторичных ячеек Растения образуют два типа клеточных стенок, различающихся по функциям и составу. Эволюция проводящих тканей с жесткими вторичными клеточными стенками была критическим адаптивным событием в истории наземных растений, поскольку это облегчало транспортировку воды и питательных веществ и позволяло интенсивному вертикальному росту. Второстепенные стены также имеют большое влияние на жизнь человека, так как они являются основным компонентом древесины и источником питания для скота. Кроме того, вторичные стены могут помочь уменьшить нашу зависимость от нефти, поскольку они составляют большую часть возобновляемой биомассы, которую можно преобразовать в топливо. |
Первичные стенки окружают растущие и делящиеся растительные клетки. Эти стенки обеспечивают механическую прочность, но также должны расширяться, чтобы клетка могла расти и делиться. Гораздо более толстая и прочная вторичная стенка (см. рисунок справа), на долю которой приходится большая часть углеводов в биомассе, откладывается после прекращения роста клетки. Вторичные стенки волокон ксилемы, трахеид и склероидов дополнительно укрепляются за счет включения лигнина.
Тем не менее, необходимо решить многочисленные технические проблемы, чтобы обеспечить эффективное использование вторичных стен для производства энергии и в сельском хозяйстве. Первичные и вторичные стенки содержат целлюлозу, гемицеллюлозу и пектин, хотя и в разных пропорциях. Примерно равные количества пектина и гемицеллюлозы присутствуют в первичных стенках двудольных растений, тогда как гемицеллюлоза более распространена в злаках (например, в просе). Вторичные стенки древесных тканей и трав состоят преимущественно из целлюлозы, лигнина и гемицеллюлозы (ксилан, глюкуроноксилан, арабиноксилан или глюкоманнан). Волокна целлюлозы встроены в сеть из гемицеллюлозы и лигнина. Сшивание этой сети, как полагают, приводит к удалению воды из стенки и образованию гидрофобного композита, который ограничивает доступ гидролитических ферментов и вносит основной вклад в структурные характеристики вторичных стенок. Ксилан, на долю которого приходится до 30% массы вторичных стенок в древесине и травах, способствует стойкости этих стенок к ферментативной деградации. Высокое содержание ксилана в древесной массе увеличивает экономические и экологические затраты на отбеливание при производстве бумаги. Таким образом, снижение содержания ксилана во вторичных стенках и изменение структуры ксилана, молекулярной массы, легкости экстрагируемости и восприимчивости к ферментативной фрагментации являются ключевыми целями генетического улучшения растений. Однако прогресс в этих областях ограничен нашим неполным пониманием механизмов биосинтеза ксилана. |
Ксиланы имеют основу из 1,4-связанных остатков β-D-ксилозила с короткими [α-D-глюкозилуроновой кислотой (GlcA), 4-O-метил-α-D-глюкозилуроновой кислотой (MeGlcA), α-L-арабинозил, O-ацетил, ферулоил или кумароил] боковые цепи (см. Синтез ксилана требует скоординированного действия многочисленных ферментов, в том числе гликозилтрансфераз (ГТ), которые удлиняют основную цепь и добавляют остатки боковой цепи (см. рисунок слева справа). Ни один из этих GTs не был очищен и биохимически охарактеризован, хотя было идентифицировано несколько генов-кандидатов. Мало что известно о факторах, которые регулируют биосинтез полисахаридов вторичной стенки, и о механизмах, которые контролируют сборку этих полисахаридов в функциональную стенку. Более того, механизмы, необходимые для инициации и прекращения синтеза ксилана и для контроля длины цепи ксилана, еще не идентифицированы. |
рисунок).Методы, используемые в CCRC для исследования стен Нас интересуют несколько аспектов первичных и второстепенных стен, включая:
Мы используем следующие растения и суспензионные культуры |
| Растения | Культивируемые клетки | ||
| Арабидопсис | Арабидопсис | ||
| Помидор | Помидор | ||
| Табак | Платан | ||
| Лемна | Рис | ||
| Папоротники | Соя | ||
| Хвощи | Грейпфрут | ||
| Ликоподы | Physcomitrella (мох) | ||
| Мхи | Anthoceros (роголистник) | ||
| Печеночники | Хара (зеленые водоросли) | ||
| Роголистники | Coleochaete (зеленые водоросли) |
Первичные структуры полисахаридов стенок Высвобождаются пектиновые полисахариды (RG-I, RG-II и олигогалактурониды) Олигосахариды ксилоглюкана солюбилизированы путем обработки стенок эндоглюканзой. Затем солюбилизированные полисахариды очищают методом эксклюзионной по размеру и Первичная последовательность полисахарида известна, если: |
Высокомолекулярный пектинКонформация и взаимодействие стеночных полисахаридов Эти исследования включают широкое использование двумерной ЯМР-спектроскопии и методов компьютерного молекулярного моделирования. Биосинтез пектиновых полисахаридов Нами разработаны методы очистки и анализа ферментов, участвующих в биосинтезе пектина, и ферментов, участвующих в образовании различных нуклеотидных сахаров. Кроме того, мы используем молекулярные методы для клонирования и экспрессии многочисленных ферментов, участвующих в биосинтезе клеточной стенки. Дополнительную информацию можно получить, нажав на Биосинтез |
Мы также выращиваем растения в среде, обогащенной 13 C, для получения полисахаридов, меченных изотопами, которые можно охарактеризовать с помощью 13 C ЯМР-спектроскопии. Дополнительную информацию можно получить, нажав на Xyloglucan.Избранные ссылки Keegstra et al (1973) Структура клеточных стенок растений. III. Модель Albersheim (1976) Первичная клеточная стенка. В Plant Biochemistry (Bonner and Varner eds), 3-е издание, Academic Press, Нью-Йорк, стр. 225-274. Selvendran и ONeill (1985) Выделение и анализ клеточных стенок из растительного материала. В Methods of Biochemica l Analysis (Glick ed) Vol 32, John Wiley pp 25-133. Carpita and Gibeaut (1993) Структурные модели стенок первичных клеток при цветении Cosgrove (2001) Структура стены и ослабление стены. Взгляд назад и вперед. Завод Физио л., 125 , 131-134. Эбрингерова (2006) Структурное разнообразие и потенциал применения гемицеллюлоз. Макромол Симп 232 , 1-12. Ragauskus et al (2006) Путь вперед для биотоплива и биоматериалов. |
Завод Физиол ., 51 , 188-196.| Наверх |
Клеточная стенка – определение, функция и структура
Определение клеточной стенки
Клеточная стенка – это внешний слой, окружающий определенные клетки, который находится за пределами клеточной мембраны. Все клетки имеют клеточные мембраны, но обычно только растения, грибы, водоросли, большинство бактерий и археи имеют клетки с клеточными стенками. Клеточная стенка обеспечивает прочность и структурную поддержку клетки и может в некоторой степени контролировать, какие типы и концентрации молекул входят в клетку и выходят из нее. Материалы, из которых состоит клеточная стенка, различаются в зависимости от типа организма. Клеточная стенка эволюционировала много раз у разных групп организмов.
Функции клеточной стенки
Клеточная стенка выполняет несколько различных функций. Он гибкий, но обеспечивает прочность клетки, что помогает защитить клетку от физического повреждения. Он также придает клетке форму и позволяет организму поддерживать определенную форму в целом. Клеточная стенка также может обеспечивать защиту от патогенов, таких как бактерии, которые пытаются проникнуть в клетку. Структура клеточной стенки позволяет проходить через нее множеству мелких молекул, но не более крупным молекулам, которые могли бы нанести вред клетке.
Структура клеточной стенки
Клеточная стенка растений
Основным компонентом клеточной стенки растений является целлюлоза, углевод, образующий длинные волокна и придающий клеточной стенке жесткость. Волокна целлюлозы группируются вместе, образуя пучки, называемые микрофибриллами. Другие важные углеводы включают гемицеллюлозу, пектин и лигинин. Эти углеводы образуют сеть вместе со структурными белками, формируя клеточную стенку. Растительные клетки, находящиеся в процессе роста, имеют тонкие первичные клеточные стенки. Когда клетки полностью вырастают, у них развиваются вторичные клеточные стенки. Вторичная клеточная стенка представляет собой толстый слой, который формируется на внутренней стороне первичной клеточной стенки. Именно этот слой обычно имеют в виду, говоря о клеточной стенке растения. Между растительными клетками есть еще один слой, называемый средней пластинкой; он богат пектином и помогает растительным клеткам склеиваться.
Клеточные стенки растительных клеток помогают им поддерживать тургорное давление, то есть давление клеточной мембраны, прижимающейся к клеточной стенке. В идеале клетки растений должны содержать много воды, что приводит к высокой тургорности. В то время как клетка без клеточной стенки, такая как животная клетка, может набухнуть и лопнуть, если в нее диффундирует слишком много воды, растениям необходимо находиться в гипотонических растворах (внутри больше воды, чем снаружи, что приводит к попаданию большого количества воды в клетку). сохраняют тургорное давление и свою структурную форму. Клеточная стенка эффективно удерживает воду, поэтому клетка не лопается. При потере тургорного давления растение начинает увядать. Тургорное давление — это то, что придает растительным клеткам характерную квадратную форму; клетки заполнены водой, поэтому они заполняют доступное пространство и прижимаются друг к другу.
На этой диаграмме растительной клетки зеленым цветом показана клеточная стенка, окружающая содержимое клетки.
Клеточные стенки водорослей
Водоросли представляют собой разнообразную группу, и разнообразие их клеточных стенок отражает это. Некоторые водоросли, такие как зеленые водоросли, имеют клеточные стенки, сходные по структуре с растительными. Другие водоросли, такие как бурые и красные водоросли, содержат целлюлозу наряду с другими полисахаридами или фибриллами. Диатомовые водоросли имеют клеточные стенки, состоящие из кремниевой кислоты. Другие важные молекулы в клеточных стенках водорослей включают маннаны, ксиланы и альгиновую кислоту.
Клеточные стенки грибов
Клеточные стенки грибов содержат хитин, производное глюкозы, по структуре сходное с целлюлозой. Слои хитина очень прочные; хитин — это та же молекула, которая содержится в жестком экзоскелете животных, таких как насекомые и ракообразные. Глюканы, которые являются другими полимерами глюкозы, также обнаружены в клеточной стенке грибов вместе с липидами и белками. В клеточных стенках грибов есть белки, называемые гидрофобинами. Обнаруженные только у грибов, гидрофобины придают клеткам силу, помогают им прикрепляться к поверхностям и помогают контролировать движение воды в клетки. У грибов клеточная стенка является самым внешним слоем и окружает клеточную мембрану.
Клеточные стенки бактерий и архей
Клеточные стенки бактерий обычно содержат полисахаридный пептидогликан, который является пористым и пропускает небольшие молекулы. Вместе клеточная мембрана и клеточная стенка называются клеточной оболочкой. Клеточная стенка является неотъемлемой частью выживания многих бактерий. Он обеспечивает механическую структуру одноклеточным бактериям, а также защищает их от внутреннего тургорного давления. Бактерии имеют более высокую концентрацию молекул, таких как белки, внутри себя по сравнению с окружающей их средой, поэтому клеточная стенка препятствует проникновению воды в клетку. Различия в толщине клеточных стенок также делают возможным окрашивание по Граму. Окрашивание по Граму используется для общей идентификации бактерий; бактерии с толстой клеточной стенкой являются грамположительными, а бактерии с более тонкой клеточной стенкой — грамотрицательными.
Хотя археи во многом похожи на бактерии, стенки почти всех архей не содержат пептидогликана. У архей есть несколько различных типов клеточных стенок. Некоторые состоят из псевдопептидогликана, некоторые из полисахаридов, некоторые из гликопротеинов, а третьи из белков поверхностного слоя (называемого S-слоем, который также можно найти у бактерий).
- Клеточная мембрана – Мембрана снаружи всех клеток, которая отделяет их от внешней среды.
- Тургорное давление – Давление воды внутри клеток.
- Хитин – полисахарид, который является основным компонентом клеточных стенок грибов, а также наружного скелета некоторых животных, таких как насекомые.
Тест
1. Какова функция клеточной стенки?
A. Для поддержания тургорного давления
B. Для поддержки клетки
C. Для контроля того, какие молекулы входят и выходят из клетки
D. Все вышеперечисленное
Ответ на вопрос №1
D верно. Все это функции клеточной стенки.
2. Клетки какой группы организмов лишены клеточной стенки?
A. Археи
B. Бактерии
C. Животные
D. Грибы
Правильный ответ на вопрос № 2