Содержание
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.
Нечто подобное происходит с защитой от внешних стрессоров. Хотя у нас есть целая ткань, предназначенная для подкладки и защиты (кожа), бактериям нужны другие менее требовательные структуры (например, клеточные стенки), которые покрывают мембрану и позволяют клеточной единице сохранять свою целостность. Помимо защиты внешнего вида, бактериальная стенка предотвращает взрыв или деформацию клетки из-за тургора (набухание из-за изменений концентрации между средой и цитоплазмой).
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
В биологии термин «гриб» или «грибы» используется для обозначения таксона эукариотических организмов, который включает плесень, дрожжи и живые существа, производящие грибы. Они могут выглядеть как растения, но отличаются от них тем, что являются гетеротрофами, то есть получают органическое вещество непосредственно из окружающей среды и не могут фотосинтезировать.
Следует отметить, что клеточная стенка грибов состоит из хитина. Это соединение представляет собой тип углевода, который, в свою очередь, образован субъединицами β- (1,4) -N-ацетилглюкозамина (у базидиомицетов и аскомицетов), хотя у зигомицетов он присутствует в форме -β- (1 , 4) -N-ацетилглюкозамин).
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:
- Первичная клеточная стенка: это тонкий и гибкий слой, который развивается по мере роста растительной клетки.
- Вторичная клеточная стенка: когда клетка перестает расти и первичная клеточная стенка полностью сформирована, вторичная клеточная стенка начинает синтезироваться. Этот слой не встречается во всех типах клеток одного и того же организма.
- Средняя пластинка: это слой пектинов кальция и магния, который соединяет две клеточные стенки соседних клеток.
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.
Как вы могли заметить, работа клеточной стенки выходит далеко за рамки царства растений. Бактерии (кроме микоплазм) и грибы также обладают им, и, хотя их состав различается, логика одна и та же: не допустить, чтобы клетка подверглась механическому стрессу или не взорвалась из-за осмотического дисбаланса.
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.