BUNKOVÁ STENA: VLASTNOSTI, FUNKCIE A ŠTRUKTÚRA - BIOLÓGIE - 2026

Bunková stena je silná a odolná konštrukcia, ktorá vymedzuje určité typy buniek, a je zistené, obklopuje plazmatickú membránu. Nepovažuje sa za stenu, ktorá bráni kontaktu s vonkajšou stranou; Je to zložitá, dynamická štruktúra a je zodpovedná za významné množstvo fyziologických funkcií v organizmoch.

Bunková stena sa nachádza v rastlinách, hubách, baktériách a riasach. Každá stena má štruktúru a zloženie typické pre skupinu. Naopak, jednou z charakteristík živočíšnych buniek je nedostatok bunkovej steny. Táto štruktúra je zodpovedná hlavne za dávanie a udržiavanie tvaru buniek.

Bunková stena pôsobí ako ochranná bariéra v reakcii na osmotické nerovnováhy, ktoré môže predstavovať bunkové prostredie. Okrem toho má úlohu pri komunikácii medzi bunkami.

Všeobecné charakteristiky

- Bunková stena je silná, stabilná a dynamická bariéra, ktorá sa nachádza v rôznych skupinách organizmov.

- Prítomnosť tejto štruktúry je životne dôležitá pre životaschopnosť bunky, jej tvar a v prípade škodlivých organizmov sa podieľa na jej patogenite.

- Aj keď sa zloženie steny mení v závislosti od každej skupiny, hlavnou funkciou je udržiavanie integrity bunky proti osmotickým silám, ktoré môžu bunku roztrhnúť.

- V prípade mnohobunkových organizmov pomáha pri tvorbe tkanív a podieľa sa na bunkovej komunikácii

Bunková stena v rastlinách

Štruktúra a zloženie

Bunkové steny rastlinných buniek sú zložené z polysacharidov a glykoproteínov, usporiadaných do trojrozmernej matrice.

Najdôležitejšou zložkou je celulóza. Skladá sa z opakujúcich sa jednotiek glukózy, ktoré sú vzájomne spojené p-1,4 väzbami. Každá molekula obsahuje asi 500 molekúl glukózy.

Medzi ostatné zložky patria: homogalakturonan, rhamnogalacturonan I a II a polysacharidy hemicelulózy, ako sú xyloglukány, glukomanan, xylán.

Stena má tiež zložky proteínovej povahy. Arabinogalaktán je proteín nachádzajúci sa v stene a súvisí s bunkovou signalizáciou.

Hemicelulóza sa viaže vodíkovými väzbami na celulózu. Tieto interakcie sú veľmi stabilné. Pokiaľ ide o ostatné komponenty, spôsob interakcie ešte nie je dobre definovaný.

Môžete rozlišovať medzi primárnou a sekundárnou bunkovou stenou. Primárne je tenké a trochu poddajné. Po zastavení rastu buniek dôjde k depozícii sekundárnej steny, ktorá môže zmeniť svoje zloženie vzhľadom na primárnu stenu alebo zostať nezmenená a pridať iba ďalšie vrstvy.

V niektorých prípadoch je lignín súčasťou sekundárnej steny. Napríklad stromy majú významné množstvo celulózy a lignínu.

syntéza

Proces biosyntézy steny je zložitý. Zahŕňa približne 2000 génov, ktoré sa podieľajú na konštrukcii štruktúry.

Celulóza sa syntetizuje na plazmovej membráne, ktorá sa ukladá priamo von. Jeho tvorba vyžaduje niekoľko enzýmových komplexov.

Zvyšok zložiek sa syntetizuje v membránových systémoch umiestnených v bunke (ako je Golgiho aparát) a vylučuje sa vezikulami.

funkcie

Bunková stena v rastlinách má funkcie analogické funkciám, ktoré vykonáva extracelulárna matrica v živočíšnych bunkách, ako je udržiavanie tvaru a štruktúry bunky, spájanie tkanív a signalizácia buniek. Ďalej uvádzame najdôležitejšie funkcie:

Regulovať turgor

V živočíšnych bunkách, ktorým chýba bunková stena, predstavuje extracelulárne prostredie hlavnú výzvu z hľadiska osmózy.

Keď je koncentrácia média vyššia v porovnaní s vnútrajškom bunky, voda má tendenciu tečať z bunky. Naopak, keď je bunka vystavená hypotonickému prostrediu (vyššia koncentrácia v bunke), voda vstúpi a bunka môže explodovať.

V prípade rastlinných buniek sú rozpustené látky nachádzajúce sa v bunkovom prostredí menšie ako vo vnútri buniek. Bunka však nevybuchuje, pretože bunková stena je pod tlakom. Tento jav spôsobuje výskyt určitého mechanického tlaku alebo bunkového turgoru.

Turgorový tlak, ktorý vytvára bunková stena, pomáha udržiavať tuhé tkanivá rastlín.

Bunkové spojenia

Rastlinné bunky sú schopné navzájom komunikovať prostredníctvom série "kanálov" nazývaných plazmodesmata. Tieto dráhy spájajú cytosol buniek a výmenných materiálov a častíc.

Tento systém umožňuje výmenu metabolických produktov, proteínov, nukleových kyselín a dokonca aj vírusových častíc.

Signalizačné trasy

V tejto zložitej matrici sú molekuly odvodené od pektínu, ako napríklad oligogalakturonidy, ktoré majú schopnosť vyvolať signálne dráhy ako obranné reakcie. Inými slovami, fungujú ako imunitný systém u zvierat.

Aj keď bunková stena tvorí bariéru proti patogénom, nie je úplne nepreniknuteľná. Preto, keď je stena oslabená, tieto zlúčeniny sa uvoľnia a „varujú“ rastlinu útoku.

V reakcii na to dochádza k uvoľňovaniu reaktívnych druhov kyslíka a produkujú sa metabolity, ako sú fytoalexíny, ktoré sú antimikrobiálnymi látkami.

Bunková stena v prokaryotoch

Štruktúra a zloženie v eubaktériách

Bunková stena eubaktérií má dve základné štruktúry, ktoré sa odlišujú slávnym Gramovým farbením.

Prvú skupinu tvoria gramnegatívne baktérie. V tomto type je membrána dvojitá. Bunková stena je tenká a je obojstranne obklopená vnútornou a vonkajšou plazmovou membránou. Klasickým príkladom gramnegatívnej baktérie je E. coli.

Gram pozitívne baktérie majú iba plazmatickú membránu a bunková stena je oveľa silnejšia. Zvyčajne sú bohaté na kyseliny teichoové a kyseliny mykolové. Príkladom je patogén Staphylococcus aureus.

Hlavnou zložkou oboch typov stien je peptidoglykán, tiež známy ako mureín. Jednotkami alebo monomérmi, ktoré ho tvoria, sú N-acetylglukozamín a kyselina N-acetylmurámová. Skladá sa z lineárnych reťazcov polysacharidov a malých peptidov. Peptidoglykán tvorí silné a stabilné štruktúry.

Niektoré antibiotiká, ako napríklad penicilín a vankomycín, pôsobia tak, že bránia tvorbe väzieb v bakteriálnej bunkovej stene. Keď baktéria stratí svoju bunkovú stenu, výsledná štruktúra sa nazýva sféroplast.

Štruktúra a zloženie v archaea

Archaea sa líši zložením steny od baktérií, hlavne preto, že neobsahujú peptidoglykán. Niektoré archaea majú vrstvu pseudopeptidoglykánu alebo pseudomureínu.

Tento polymér má hrúbku 15 - 20 nm a je podobný peptidoglykánu. Zložkami polyméru sú kyselina 1N-acetyltalosaminurónová viazaná na N-acetylglukozamín.

Obsahujú množstvo vzácnych lipidov, ako sú izoprénové skupiny naviazané na glycerol a ďalšia vrstva glykoproteínov nazývaná vrstva S. Táto vrstva je často spojená s plazmovou membránou.

Lipidy sa líšia od baktérií. V eukaryotoch a baktériách sú zistené väzby esterového typu, zatiaľ čo v archaea sú éterového typu. Glycerolový hlavný reťazec je typický pre túto doménu.

Existujú niektoré druhy archaea, ako napríklad Ferroplasma Acidophilum a Thermoplasma spp., Ktoré napriek tomu, že žijú v extrémnych podmienkach prostredia, nemajú bunkovú stenu.

Eubaktérie aj archaea majú veľkú vrstvu proteínov, ako sú adhezíny, ktoré pomáhajú týmto mikroorganizmom kolonizovať rôzne prostredia.

syntéza

U gramnegatívnych baktérií sú zložky steny syntetizované v cytoplazme alebo vo vnútornej membráne. Konštrukcia steny prebieha na vonkajšej strane bunky.

Tvorba peptidoglykánu začína v cytoplazme, kde dochádza k syntéze nukleotidových prekurzorov komponentov steny.

Následne syntéza pokračuje v cytoplazmatickej membráne, kde sa syntetizujú zlúčeniny lipidovej povahy.

Proces syntézy končí vo vnútri cytoplazmatickej membrány, kde dochádza k polymerizácii peptidoglykánových jednotiek. Na tomto procese sa zúčastňujú rôzne enzýmy.

Vlastnosti

Podobne ako bunková stena v rastlinách, táto štruktúra v baktériách vykonáva podobné funkcie na ochranu týchto jednobunkových organizmov pred lýzou proti osmotickému stresu.

Vonkajšia membrána gramnegatívnych baktérií pomáha pri translokácii proteínov a rozpustených látok a pri transdukcii signálu. Chráni tiež telo pred patogénmi a poskytuje bunkovú stabilitu.

Bunková stena v hubách

Štruktúra a zloženie

Väčšina bunkových stien húb má pomerne podobné zloženie a štruktúru. Sú tvorené z gélovitých uhľohydrátových polymérov, vzájomne prepletených s proteínmi a inými zložkami.

Charakteristickou zložkou plesňovej steny je chitín. Interaguje s glukánmi a vytvára vláknitú matricu. Aj keď je to silná štruktúra, vykazuje určitý stupeň flexibility.

syntéza

V plazmatickej membráne dochádza k syntéze hlavných zložiek - chitínu a glukánov.

Ďalšie komponenty sa syntetizujú v Golgiho aparáte a v endoplazmatickom retikule. Tieto molekuly sa prenášajú mimo bunky vylučovaním vezikulami.

Vlastnosti

Bunková stena húb určuje ich morfogenézu, životaschopnosť buniek a patogenitu. Z ekologického hľadiska určuje typ prostredia, v ktorom určitá huba môže alebo nemôže žiť.

Referencie

1. Albers, SV a Meyer, BH (2011). Obálka archaálnej bunky. Nature Reviews Microbiology, 9 (6), 414–426.
2. Cooper, G. (2000). Bunka: molekulárny prístup. 2. vydanie. Sinauer Associates.
3. Forbes, BA (2009). Mikrobiologická diagnostika. Panamerican Medical Ed.
4. Gow, NA, Latge, JP a Munro, CA (2017). Bunková stena huby: štruktúra, biosyntéza a funkcia. Mikrobiologické spektrum 5 (3)
5. Keegstra, K. (2010). Rastlinné bunkové steny. Fyziológia rastlín, 154 (2), 483 - 486.
6. Koebnik, R., Locher, KP, a Van Gelder, P. (2000). Štruktúra a funkcia bakteriálnych proteínov vonkajšej membrány: hlavne v kocke. Molekulárna mikrobiológia, 37 (2), 239 - 253.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2000). Molekulárna bunková biológia, 4. vydanie. Národné centrum pre biotechnologické informácie, regál.
8. Scheffers, DJ a Pinho, MG (2005). Syntéza bunkovej steny baktérií: nové poznatky z lokalizačných štúdií. Recenzie mikrobiológie a molekulárnej biológie, 69 (4), 585–607.
9. Showalter, AM (1993). Štruktúra a funkcia proteínov bunkovej steny rastlín. The Plant Cell, 5 (1), 9–23.
10. Valent, BS, a Albersheim, P. (1974). Štruktúra bunkových stien rastlín: Na väzbu xyloglukánu na celulózové vlákna. Plant Physiology, 54 (1), 105-108.
11. Vallarino, JG a Osorio, S. (2012). Signálna úloha oligogalakturonidov odvodených počas degradácie bunkovej steny. Signalizácia a správanie rastlín, 7 (11), 1447–1449.