Для чего нужна клеточная стенка в растительной клетке
Химия, Биология, подготовка к ГИА и ЕГЭ
Клеточная стенка — это плотный полупроницаемый защитный слой, находящийся над клеточной мембраной, характерный для клеток растений, грибов, бактерий и архебактерий.
В клетках животных клеточной стенки нет
Клеточная стенка растений выполняет довольно много функций, но основная — это защитная.
Состав клеточной стенки различен в каждом типе организмов.
Основной компонент клеточной стенки растительных организмов — волокна углевода целлюлозы.
Клеточная стенка растений двух- или трехслойная. Это придает клеткам особую прочность и устойчивость (деревья ломаются только при сильном ветре)
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.
Самый внешний слой — содержит полисахариды — пектины. Это вещества, участвующие в межклеточном взаимодействии, так называемый “склеивающий” эффект.
А вообще, это известный в пищевой промышленности пектин — гелеобразователь, загуститель, стабилизатор и осветлитель, он зарегистрирован как пищевая добавка E440. В природе это вещество содержится в овощах, плодах и различных корнеплодах.
Средний, промежуточный слой — состоит из волокон целлюлозы, гелеобразного вещества и пектина.
Этот слой как раз и отвечает за прочность и гибкость растения, а также за вторичный рост.
Самый внутренний слой. Самый жесткий. Помимо целлюлозы и гелеподобного вещества содержит лигнин. Это вещество делает клеточную стенку более прочной и способствует поступлению воды в проводящую систему растения.
Функции клеточной стенки растений
Самая основная функция — формирование каркаса. Волокна целлюлозы, структурные белки и полисахариды помогают поддерживать форму клетки.
Строение и основные функции клеточной стенки растений
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:
Жесткий слой, окружающий клетки бактерий, архей, грибов ирастений, называется клеточной стенкой. Стенка находится вне пределов цитоплазмической мембраны (клеточной мембраны) ивыполняет целый ряд функций. Уживотных ибольшинства простейших клеточной стенки ненаблюдается.
Вданной статье охарактеризована клеточная стенка (строение ифункции), кратко для каждого вида клеток.
Клеточные стенки высших растений
Растительная клеточная оболочка, строение ифункции которой здесь рассматриваются, имеет многослойную структуру.
Это внешний слой (средняя пластинка), первичная клеточная стенка ивторичная клеточная стенка. Вторичная клеточная стенка имеется неувсех растений.
Основная функция клеточной стенки состоит вформировании каркаса клетки ипредотвращении еерасширения. Кроме того, клеточная стенка:
Клеточные стенки водорослей
Как иклетки высших растений, клетки водорослей имеют соответствующие стенки. Они содержат целлюлозу идругие гликопротеины.
Вклеточных стенках зеленых инекоторых видов красных водорослей встречаются манозиловые микроволокна. Авклеточных стенках бурых водорослей встречается альгиновая кислота.
Агарозы, карагинан, порфиран, фурселеран ифуноран встречаются практически вовсех видах водорослей. Группа диатомовых водорослей синтезирует свою клеточную стенку изкремнезема, что вкакой-то мере способствует быстрому росту водорослей.
Клеточные стенки грибов
Грибная клеточная стенка меняет свой состав, свойства иформу помере роста гриба.
Клеточные стенки бактерий
Бактериальные клеточные стенки, как иурастений, впервую очередь защищают ячейку отвнутреннего тургора. Упрокариот клеточная стенка отличается составом основного компонента— онсостоит изпептидогликана, размещающегося сразу зацитоплазматической мембраной.
Различают два вида бактериальных клеточных стенок, поэтому признаку бактерии делятся награмотрицательные играмположительные.
Вграмположительных бактериях клеточная стенка имеет толстый слой пептидогликана. Такая стенка имеется уопределенного типа организмов, вклетках которых формируется липотейхоевая кислота, благодаря наличию фосфодиестерных связей между мономерами которой клетка получает отрицательный электрический заряд.
Соответственно грамотрицательные бактерии имеют очень тонкий слой пептидогликана клеточной стенки иимеют вторую, внешнюю, мембрану, находящуюся снаружи отклеточной стенки икомпонующую фосфолипиды илипополисахариды насвоей внешней стороне.
Уважаемые читатели, хотелосьбы знать былали вам полезна информация, описывающая строение ифункции клеточной оболочки, кратко, ноемко характеризующая разные виды клеток.
Познание мира
Клеточная стенка: виды, характеристики и функции
Клетка — основная единица жизни. Каждое существо, которое считается живым, имеет по крайней мере одну клетку в структуре своего тела, от самого основного прокариота до человеческого существа, которое состоит из 30 миллионов миллионов клеток (84% из них — эритроциты).
Каждая клетка должна иметь возможность питаться, расти, размножаться, дифференцироваться, передавать сигналы, распознавать окружающую среду и развиваться, то есть ее геном должен изменяться от поколения к поколению.
Помимо этих функций, следует отметить, что клетка имеет в своей структуре ДНК в виде хромосом, которая может быть свободной в цитоплазме (прокариоты) или заключенной в ядерную мембрану (эукариоты). Эта ДНК содержит всю информацию, необходимую для синтеза белков, которые составляют 80% дегидратированной протоплазмы клетки. Посредством процессов транскрипции и трансляции информация, содержащаяся в генах, преобразуется в цепочку аминокислот, базовых единиц всего белкового материала.
Чтобы все эти процессы имели место, клетка должна обеспечивать внутренний гомеостатический баланс, то есть он должен оставаться относительно постоянным, несмотря на изменения окружающей среды. Плазматическая мембрана отделяет эту единицу от остальной среды и регулирует вход и выход веществ, но есть и другие вспомогательные структуры, которые способствуют защите и целостности клетки.
Что такое клеточная стенка?
Клеточную стенку можно определить как внеклеточный матрикс, окружающий все клетки растений. Однако он также присутствует у большинства прокариот, грибов и других живых существ, которые обычно считаются «эволюционно простыми».
С другой стороны, клетки животных не имеют клеточной стенки, и их единственное ограничение по отношению к окружающей среде — это плазматическая мембрана.
Несмотря на то, что во всех клетках именно плазматическая мембрана отграничивает внутреннюю часть клетки от внешней, различные таксоны живых существ решили покрыть эти структурные единицы нерастворимой матрицей секретируемых макромолекул. Эта матрица или внеклеточная стенка не только обеспечивает структурную поддержку клеток и различных тканей, но также позволяет поддерживать клетку в окружающей среде, формировать адгезии и особые взаимодействия и определяет функциональность различных линий в пределах одного и того же живого существа.
Состав клеточной стенки варьируется между различными таксонами живых существ, которые ее представляют.
Клеточная стенка у бактерий
У бактерий клетка соответствует всему телу. По этой причине эти микроорганизмы обычно имеют особые структуры (такие как реснички, жгутики и фимбрии), которых у остальных многоклеточных существ нет в большинстве тканей. Бактерии должны приспосабливаться к единственному клеточному телу, чтобы выполнять все свои жизненно важные функции.
Стенка бактериальной клетки состоит из пептидогликана (муреина), который, в свою очередь, состоит из полисахаридных цепей, связанных между собой необычными пептидами, содержащими D-аминокислоты. Химический состав является важным отличием стенок в разных царствах, поскольку состав грибов состоит из хитина, а у растений — из целлюлозы. Однако посылка и функциональность у всех этих таксонов схожи.
Клеточная стенка грибов
Помимо хитина или хитозана, клеточная стенка грибов также содержит глюканы, полимеры глюкозы, которые служат для соединения различных цепей хитина. Наконец, эта структура также содержит ферменты, необходимые для синтеза и разрушения стенки, и представляет собой структурные белки.
Клеточная стенка растений
Клеточная стенка растений является наиболее известной на общем уровне, поскольку она обычно используется в качестве основного различия между клеткой царства животных и растений. Самая важная функция этого твердого и устойчивого внеклеточного матрикса — поддерживать осмотическое давление клеточной среды, являющееся результатом разницы концентраций во внутренней и внешней среде.
Когда внеклеточная среда является гипотонической (в ней концентрация растворенных веществ ниже, чем в клетке), вода проникает в клетку, вызывая ее набухание. С химической точки зрения ищется баланс между гипотоническим внешним раствором и гипертонической цитоплазмой, то есть оба становятся изотоническими при обмене жидкостей. Без клеточных стенок (которые выдерживают давление, в несколько раз превышающее атмосферное), растительные клетки набухают из-за попадания воды и в конечном итоге взрываются.
Чтобы выдерживать такое давление, клеточная стенка должна быть прочной и жесткой. Кроме того, у неё есть три разных слоя:
В растущей первичной клеточной стенке наиболее важными синтетическими материалами являются целлюлоза (полимер, состоящий из более чем 10 000 мономеров глюкозы), гемицеллюлоза (в основном типа ксилоглюкана) и пектин. Следует отметить, что, как ни странно, целлюлоза является наиболее распространенным биополимером на Земле, поскольку растения содержат 80% биомассы всей планеты (в виде молекул углерода) в своих тканях, около 450 гигатонн.
В среде растительной клетки фибриллы целлюлозы встроены в матрицу, которая состоит из белков и двух уже названных полисахаридов, гемицеллюлозы и пектина. В то время как распределение этих трех полисахаридов однородно в первичной стенке, во вторичной стенке 80% из них соответствуют целлюлозе, отсюда ее жесткость и прочность.
В дополнение к этой жизненно важной работе, клеточная стенка растений (особенно вторичная) также действует как «перегородка» для построения тканей, поскольку ее твердость, малая пластичность и возможность объединения с соседними структурами придают этому внеклеточному матриксу все преимущества, необходимые для поддержания порядка в тканях. Без клеточной стенки жизнь растений, прокариот и грибов была бы невозможна.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Клеточная стенка
Что такое клеточная стенка?
За очень немногими исключениями, все клетки окружены внеклеточным матриксом, состоящим из белков, углеводов и других веществ. Благодаря своей исключительной силе и способности контролировать форму клеток, внеклеточный матрикс эубактерий, водорослей, грибов и растений называется клеточной стенкой.
Клеточная стенка представляет собой дополнительный слой защиты поверх клеточной мембраны. Вы можете найти клеточные стенки как у прокариот, так и у эукариот, и они наиболее распространены у растений, водорослей, грибов и бактерий.
Зачем нужна клеточная стенка?
Клеточная стенка выполняет несколько функций, включая поддержание структуры и формы клетки. Стена жесткая, поэтому она защищает клетку и ее содержимое.
Она также играет важную роль в транспорте. Поскольку стенка представляет собой полупроницаемую мембрану, она позволяет проходить определенным веществам, таким как белки. Это позволяет стене регулировать диффузию в клетке и контролировать, что входит или выходит.
Кроме того, полупроницаемая мембрана помогает связи между клетками, позволяя сигнальным молекулам проходить через поры.
Из чего состоит клеточная стенка?
Клеточная стенка растения состоит в основном из углеводов, таких как пектины, целлюлоза и гемицеллюлоза. Она также содержит структурные белки в меньших количествах и некоторые минералы, такие как кремний. Все эти компоненты являются жизненно важными частями клеточной стенки.
Целлюлоза представляет собой сложный углевод и состоит из тысяч мономеров глюкозы, которые образуют длинные цепи. Эти цепи собираются вместе и образуют целлюлозные микрофибриллы диаметром несколько нанометров. Микрофибриллы помогают контролировать рост клетки, ограничивая или допуская ее расширение.
Тургорное давление клетки
Одна из главных причин наличия стенки в растительной клетке заключается в том, что она может противостоять тургорному давлению, и именно здесь целлюлоза играет решающую роль. Тургорское давление — это сила, создаваемая выталкивающей внутренней частью ячейки. Микрофибриллы целлюлозы образуют матрицу с белками, гемицеллюлозами и пектинами, чтобы обеспечить прочную основу, которая может противостоять тургорному давлению.
И гемицеллюлозы, и пектины являются разветвленными полисахаридами. Гемицеллюлозы имеют водородные связи, соединяющие их с микрофибриллами целлюлозы, в то время как пектины удерживают молекулы воды, образуя гель. Гемицеллюлозы увеличивают прочность матрицы, а пектины помогают предотвратить сжатие.
Белки в клеточной стенке
Белки в клеточной стенке выполняют разные функции. Некоторые из них обеспечивают структурную поддержку. Другие ферменты, которые являются типом белка, который может ускорить химические реакции.
Эти ферменты помогают формированию и нормальных изменений, которые происходят для поддержания клеточной стенки завода. Они также играют роль в созревании плодов и изменении цвета листьев.
Вещества клеточной стенки
Целлюлоза и хитин являются полисахаридами, то есть они состоят из множества связанных молекул сахара. Целлюлоза представляет собой полимер из глюкозы, который содержит только углерод, водород и кислород, в то время как хитин представляет собой полимер из N-ацетилглюкозамина, сахар, который содержит азот также. Как целлюлоза, так и хитин являются линейными неразветвленными полимерами соответствующих сахаров, и несколько десятков этих полимеров собраны в большие кристаллоподобные кабели, называемые микрофибриллами, которые наматываются на клетки.
Целлюлоза клеточной стенки
Кажется, что каждая розетка способна «закрутить» микрофибриллу в клеточную стенку. Во время этого процесса, когда новые субъединицы глюкозы добавляются к растущему концу фибрилл, розетка проталкивается вокруг клетки на поверхности клеточной мембраны, и ее целлюлозная фибрилла оборачивается вокруг протопласта. Таким образом, каждая растительная клетка может рассматриваться как составляющая свой собственный целлюлозно-фибрильный кокон.
Целлюлоза состоит из молекул глюкозы, соединенных между собой.
В отличие от других компонентов клеточной стенки, которые синтезируются в организме Гольджи (органелле, которая производит, сортирует и транспортирует различные макромолекулы внутри клетки), целлюлоза синтезируется на поверхности клетки растения. В плазматическую мембрану растения встроен фермент, называемый синтетазой целлюлозы, который синтезирует целлюлозу.
Когда целлюлоза синтезируется, она самопроизвольно образует микрофибриллы, которые осаждаются на поверхности клетки. Поскольку фермент синтетазы целлюлозы находится в плазматической мембране, новые целлюлозные микрофибриллы откладываются под более старые целлюлозные микрофибриллы. Таким образом, самые старые целлюлозные микрофибриллы находятся на внешней стороне стенки, в то время как более новые микрофибриллы находятся на внутренней стороне стенки.
Функции клеточной стенки
Клеточные стенки обеспечивают жесткость и защиту. Для многоклеточных организмов клеточная стенка также связывает разные клетки вместе. Растения используют клеточную стенку как часть своей системы для поддержания формы и жесткости.
Она придает растению актуальную форму, действует как привратник, потому что она определяет, что может входить и выходить из ячейки, чтобы обеспечить защиту. Это похоже на внешние кирпичи замка, только, в этом замке есть отверстия. Эти отверстия делают клетку уязвимой, но они важны для ее функционирования.
Красное дерево и одуванчик имеют клеточные стенки снаружи всех своих клеток. Клеточные стенки предназначены для того, чтобы дать растениям форму и поддержку; однако клеточные стенки действуют и конструируются немного по-другому, чтобы удовлетворить потребности конкретного растения.
Например, 100-футовому дереву красного дерева нужна очень прочная и жесткая клеточная стенка растения, чтобы оно могло вырасти до своей большой высоты и не упасть на ветру. С другой стороны, маленький желтый одуванчик в поле должен иметь большую пластичность, чтобы он мог сгибаться, а не ломаться, когда ветер дует.
Вы когда-нибудь забывали поливать цветы? Возможно, они не смогут говорить, но они дадут вам знать, когда захотят пить, и начнут опускаться. Их форма по-прежнему поддерживается клеточной стенкой, так что, как только вы поливаете растение, оно может снова подняться. С другой стороны, если вы слишком много дали им воды, клеточная стенка также предотвращает перенасыщение водой, она защищает клетку от чрезмерного расширения.
Клеточная стенка защищает растение и клетки от многих насекомых и патогенных микроорганизмов, которые могут нанести вред растению, но клеточная стенка имеет свои уязвимые участки. По всей клеточной стенке есть отверстия, называемые плазмодесмами. Это отверстия, которые позволяют питательным веществам проникать в клетку, а также отходам, выходящим из клетки. Эти маленькие отверстия могут вызвать потерю клеткой воды, и именно тогда растение начнет опускаться. Но как только растение сможет выпить, оно вернется к своей правильной форме.
Структура растительной клеточной стенки
Стенки растительных клеток представляют собой трехслойные структуры со средней пластинкой, первичной клеточной стенкой и вторичной клеточной стенкой. Средняя пластинка является самым внешним слоем и помогает в межклеточных соединениях, удерживая соседние клетки вместе (другими словами, она располагается между клеточными стенками двух клеток и удерживает их вместе; именно поэтому она называется средней пластинкой, хотя это самый внешний слой).
Средняя пластинка действует как клей или цемент для растительных клеток, потому что она содержит пектины. Во время деления клетки формируется первая средняя пластинка.
Первичная клеточная стенка
Развивается когда клетка растет, поэтому она имеет тенденцию быть тонкой и гибкой. Она образуется между средней пластинкой и плазматической мембраной.
Она состоит из целлюлозных микрофибрилл с гемицеллюлозами и пектинами. Этот слой позволяет клетке расти со временем, но не слишком ограничивает рост клетки.
Вторичная клеточная стенка
Более толстая и более жесткая, поэтому она обеспечивает большую защиту растения. Она существует между первичной стенкой и плазматической мембраной. Часто первичная стенка фактически помогает создать эту вторичную стенку после того, как клетка заканчивает расти.
Вторичные клеточные стенки состоят из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Лигнин является полимером ароматического спирта, который обеспечивает дополнительную поддержку растения. Это помогает защитить растение от нападений насекомых или патогенных микроорганизмов. Лигнин также помогает с водным транспортом в клетках.
Разница между первичными и вторичными клеточными стенками в растениях
Когда вы сравниваете состав и толщину первичных и вторичных клеточных стенок у растений, легко увидеть различия.
Во-первых, первичные стенки содержат одинаковое количество целлюлозы, пектинов и гемицеллюлоз. Однако вторичные стенки не содержат пектина и содержат больше клетчатки. Во-вторых, целлюлозные микрофибриллы в стенках первичных клеток выглядят случайными, но они организованы во вторичные стенки.
Хотя ученые обнаружили много аспектов функционирования клеточных стенок у растений, некоторые области все еще нуждаются в дополнительных исследованиях.
Например, они все еще узнают больше о фактических генах, вовлеченных в биосинтез клеточной стенки. Исследователи считают, что в этом процессе принимают участие около 2000 генов. Другая важная область исследования — как генная регуляция работает в клетках растений и как она влияет на стенку.
Клеточная стенка грибов
Клеточные стенки грибов содержат хитин, который является производным глюкозы, похожим по структуре на целлюлозу. Слои хитина очень жесткие; хитин — это та же молекула, которая содержится в жестких экзоскелетах животных, таких как насекомые и ракообразные.
Глюканы, которые являются другими полимерами глюкозы, также обнаруживаются в клеточной стенке гриба вместе с липидами и белками. У грибов есть белки, названные гидрофобинами в их клеточных стенках. Обнаруженные только в грибах, гидрофобины придают клеткам силу, помогают им прилипать к поверхности и помогают контролировать движение воды в клетки. У грибов клеточная стенка является наиболее внешним слоем и окружает клеточную мембрану.
Клеточная стенка бактерий
Бактериальная стенка имеет пептидогликаны.
Пептидогликан или мурейн — это уникальная молекула, которая состоит из сахаров и аминокислот в сетчатом слое и помогает клетке сохранять свою форму и структуру.
Клеточная стенка у бактерий существует вне плазматической мембраны. Стена не только помогает настроить форму ячейки, но также помогает предотвратить разрыв ячейки и разлив всего ее содержимого.