science >> Wetenschap >  >> Biologie

Celwand: definitie, structuur en functie (met diagram)

De celwand is een extra beschermingslaag bovenop het celmembraan. Je kunt celwanden vinden in zowel prokaryoten als eukaryoten, en ze komen het meest voor in planten, algen, schimmels en bacteriën.

Dieren en protozoën hebben echter niet dit type structuur. Celwanden zijn meestal stijve structuren die helpen de vorm van de cel te behouden.
Wat is de functie van een celwand?

De celwand heeft verschillende functies, waaronder het onderhoud van de celstructuur en de vorm . De wand is star en beschermt dus de cel en de inhoud ervan.

De celwand kan bijvoorbeeld voorkomen dat ziekteverwekkers zoals plantenvirussen binnendringen. Naast de mechanische ondersteuning fungeert de wand als een raamwerk dat kan voorkomen dat de cel te snel uitzet of groeit. Eiwitten, cellulosevezels, polysachariden en andere structurele componenten helpen de wand de vorm van de cel te behouden.

De celwand speelt ook een belangrijke rol in het transport. Omdat de wand een semi-permeabel membraan is, laat het bepaalde stoffen erdoorheen, zoals eiwitten. Hierdoor kan de wand diffusie in de cel reguleren en regelen wat binnenkomt of verlaat.

Bovendien helpt het semi-permeabele membraan de communicatie tussen cellen door signaalmoleculen door de poriën te laten passeren.
Wat maakt de plantencelwand?

Een plantencelwand bestaat voornamelijk uit koolhydraten, zoals pectines, cellulose en hemicellulose. Het heeft ook structurele eiwitten in kleinere hoeveelheden en sommige mineralen zoals silicium. Al deze componenten zijn vitale delen van de celwand.

Cellulose is een complex koolhydraat en bestaat uit duizenden glucosemonomeren
die lange ketens vormen. Deze ketens komen samen en vormen cellulose microfibrillen
, die verschillende nanometers in diameter zijn. De microfibrillen helpen de groei van de cel te beheersen door de expansie ervan te beperken of toe te staan.
Turgordruk

Een van de belangrijkste redenen voor het hebben van een wand in een plantencel is dat deze turgordruk kan weerstaan, en dit is waar cellulose een cruciale rol speelt. Turgordruk is een kracht die ontstaat doordat de binnenkant van de cel naar buiten duwt. Cellulosemicrofibrillen vormen een matrix met de eiwitten, hemicellulosen en pectines om het sterke raamwerk te bieden dat de turgordruk kan weerstaan.

Zowel hemicellulosen als pectines zijn vertakte polysachariden. Hemicellulosen hebben waterstofbruggen die ze verbinden met de cellulosemicrofibrillen, terwijl pectines watermoleculen vangen om een gel te maken. Hemicellulosen verhogen de sterkte van de matrix en pectines helpen compressie te voorkomen.
Eiwitten in de celwand

De eiwitten in de celwand hebben verschillende functies. Sommigen van hen bieden structurele ondersteuning. Anderen zijn enzymen, een soort eiwit dat chemische reacties kan versnellen.

De enzymen helpen bij de vorming van en normale modificaties die plaatsvinden om de celwand van de plant te behouden. Ze spelen ook een rol bij de rijping van fruit en de kleurverandering van het blad.

Als je ooit je eigen jam of gelei hebt gemaakt, heb je dezelfde soorten pectines in cellen gezien die in werking zijn. Pectine is het ingrediënt dat koks toevoegen aan dikker vruchtensap. Ze gebruiken vaak de pectines die van nature in appels of bessen worden gevonden om hun jam of gelei te maken.
••• Sciencing Structuur van de plantencelwand

Plantencelwanden zijn drielaagse structuren met een middelste lamel
, primaire celwand
en secundaire celwand
. De middelste lamel is de buitenste laag en helpt bij cel-celverbindingen terwijl aangrenzende cellen bij elkaar worden gehouden (met andere woorden, het zit tussen en houdt de celwanden van twee cellen samen; dit is waarom het de middelste lamel wordt genoemd, hoewel het is de buitenste laag).

De middelste lamel werkt als lijm of cement voor plantencellen omdat deze pectines bevat. Tijdens celdeling vormt de middelste lamel de eerste.
Primaire celwand

De primaire celwand ontwikkelt zich wanneer de cel groeit, dus is deze meestal dun en flexibel. Het vormt zich tussen de middelste lamel en het plasmamembraan
.

Het bestaat uit cellulosemicrofibrillen met hemicellulosen en pectines. Door deze laag kan de cel in de loop van de tijd groeien, maar wordt de groei van de cel niet al te zeer beperkt.
Secundaire celwand

De secundaire celwand is dikker en stijver en biedt dus meer bescherming voor de plant. Het bestaat tussen de primaire celwand en het plasmamembraan. Vaak helpt de primaire celwand om deze secundaire wand te maken nadat de cel klaar is met groeien.

Secundaire celwanden bestaan uit cellulose, hemicellulosen en lignine
. Lignine is een polymeer van aromatische alcohol dat de plant extra ondersteunt. Het helpt de plant te beschermen tegen aanvallen van insecten of ziekteverwekkers. Lignine helpt ook bij het watertransport in de cellen.
Verschil tussen primaire en secundaire celwanden in planten

Wanneer u de samenstelling en dikte van primaire en secundaire celwanden in planten vergelijkt, is het gemakkelijk om de verschillen.

Ten eerste hebben primaire wanden gelijke hoeveelheden cellulose, pectines en hemicellulosen. Secundaire celwanden hebben echter geen pectine en bevatten meer cellulose. Ten tweede zien de cellulosemicrofibrillen in primaire celwanden er willekeurig uit, maar ze zijn georganiseerd in secundaire wand.

Hoewel wetenschappers veel aspecten van de werking van celwanden in planten hebben ontdekt, hebben sommige gebieden nog meer onderzoek nodig.

Ze leren bijvoorbeeld nog steeds meer over de werkelijke genen die betrokken zijn bij de biosynthese van de celwand. Onderzoekers schatten dat ongeveer 2.000 genen deelnemen aan het proces. Een ander belangrijk onderzoeksgebied is hoe genregulatie in de plantencellen werkt en hoe het de wand beïnvloedt.
De structuur van schimmel- en algencelwanden

Net als planten bestaan de celwanden van schimmels uit koolhydraten . Hoewel schimmels cellen hebben met chitine en andere koolhydraten, hebben ze geen cellulose zoals planten.

Hun celwanden hebben ook:

  • Enzymen
  • Glucanen
  • Pigmenten
  • Wassen
  • Andere stoffen

    Het is belangrijk op te merken dat niet alle schimmels celwanden hebben, maar velen van hen doen dat. Bij schimmels bevindt de celwand zich buiten het plasmamembraan. Chitine vormt het grootste deel van de celwand en het is hetzelfde materiaal dat insecten hun sterke exoskeletten geeft.
    Schimmelcelwanden

    In het algemeen hebben schimmels met celwanden drie lagen: chitine, glucanen en eiwitten .

    Als de binnenste laag is chitine vezelachtig en bestaat het uit polysachariden. Het helpt de schimmels celwanden stijf en sterk te maken. Vervolgens is er een laag glucanen, glucosepolymeren, die verknopen met chitine. De glucanen helpen ook de schimmels hun celwandstijfheid te behouden.

    Eindelijk is er een laag eiwitten genaamd de mannoproteïnen
    of mannanen
    , die een hoog niveau van mannosesuiker
    . De celwand heeft ook enzymen en structurele eiwitten.

    Verschillende componenten van de schimmelcelwand kunnen verschillende doelen dienen. Enzymen kunnen bijvoorbeeld helpen bij de vertering van organische materialen, terwijl andere eiwitten kunnen helpen bij de hechting in het milieu.
    Celwanden in algen

    De celwanden in algen bestaan uit polysachariden, zoals cellulose of glycoproteïnen . Sommige algen hebben zowel polysacchariden als glycoproteïnen in hun celwanden. Bovendien hebben algencelwanden mannanen, xylanen, alginezuur en gesulfoneerde polysachariden. De celwanden tussen verschillende soorten algen kunnen sterk variëren.
    Mannetjes zijn eiwitten die microfibrillen maken in sommige groene en rode algen. Xylanen zijn complexe polysachariden en vervangen soms cellulose in algen. Alginezuur is een ander type polysacharide dat vaak wordt aangetroffen in bruine algen. De meeste algen hebben echter gesulfoneerde polysachariden.

    Diatomeeën zijn een soort algen die in water en bodem leven. Ze zijn uniek omdat hun celwanden van silicium zijn gemaakt. Onderzoekers onderzoeken nog steeds hoe diatomeeën hun celwanden vormen en welke eiwitten het proces vormen.

    Niettemin hebben ze vastgesteld dat diatomeeën hun mineraalrijke wanden intern vormen en ze buiten de cel verplaatsen. Dit proces, exocytose
    genoemd, is complex en omvat meerdere eiwitten.
    Bacteriële celwanden

    Een bacteriële celwand heeft peptidoglycanen. Peptidoglycan of mureïne
    is een uniek molecuul dat bestaat uit suikers en aminozuren in een maaslaag en het helpt de cel zijn vorm en structuur te behouden.

    De celwand in bacteriën bestaat buiten het plasmamembraan. Niet alleen helpt de wand de vorm van de cel te configureren, maar het helpt ook voorkomen dat de cel alle inhoud barst en morst.
    Gram-positieve en gram-negatieve bacteriën

    Over het algemeen kunt u kan bacteriën in grampositieve of gramnegatieve categorieën verdelen, en elk type heeft een iets andere celwand. Grampositieve bacteriën kunnen blauw of violet kleuren tijdens een gramkleuringstest, waarbij kleurstoffen worden gebruikt om te reageren met de peptidoglycanen in de celwand.

    Anderzijds kunnen gramnegatieve bacteriën niet blauw of violet worden gekleurd met dit soort test. Tegenwoordig gebruiken microbiologen nog steeds Gram-kleuring om het type bacterie te identificeren. Het is belangrijk op te merken dat zowel gram-positieve als gram-negatieve bacteriën peptidoglycanen hebben, maar een extra buitenmembraan voorkomt het kleuren van gram-negatieve bacteriën.

    Gram-positieve bacteriën hebben dikke celwanden gemaakt van lagen van peptidoglycanen. Grampositieve bacteriën hebben één plasmamembraan omringd door deze celwand. Gram-negatieve bacteriën hebben echter dunne celwanden van peptidoglycanen die niet voldoende zijn om ze te beschermen.

    Daarom hebben gram-negatieve bacteriën een extra laag lipopolysacchariden
    (LPS) die dienen als een endotoxine
    . Gram-negatieve bacteriën hebben een binnenste en buitenste plasmamembraan en de dunne celwanden bevinden zich tussen de membranen.
    Antibiotica en bacteriën

    De verschillen tussen menselijke en bacteriële cellen maken het mogelijk om antibiotica in uw lichaam zonder al je cellen te doden. Omdat mensen geen celwanden hebben, kunnen medicijnen zoals antibiotica zich richten op celwanden in bacteriën. De samenstelling van de celwand speelt een rol bij de werking van sommige antibiotica.

    Penicilline, een algemeen bèta-lactam-antibioticum, kan bijvoorbeeld het enzym beïnvloeden dat de verbindingen vormt tussen peptidoglycanstrengen in bacteriën. Dit helpt om de beschermende celwand te vernietigen en voorkomt dat de bacteriën groeien. Helaas kunnen antibiotica zowel nuttige als schadelijke bacteriën in het lichaam doden.

    Een andere groep antibiotica, glycopeptiden genaamd, richt zich op de synthese van celwanden door te voorkomen dat peptidoglycanen zich vormen. Voorbeelden van glycopeptide-antibiotica zijn vancomycine en teicoplanine.
    Antibioticaresistentie

    Antibioticaresistentie vindt plaats wanneer bacteriën veranderen, waardoor de medicijnen minder effectief zijn. Omdat de resistente bacteriën overleven, kunnen ze zich voortplanten en vermenigvuldigen. Bacteriën worden op verschillende manieren resistent tegen antibiotica.

    Ze kunnen bijvoorbeeld hun celwand veranderen. Ze kunnen het antibioticum uit hun cellen verplaatsen, of ze kunnen genetische informatie delen die resistentie tegen de medicijnen omvat.

    Sommige bacteriën kunnen bèta-lactam-antibiotica zoals penicilline weerstaan door een enzym te maken dat bèta-lactamase wordt genoemd. Het enzym tast de bèta-lactamring aan, een kerncomponent van het medicijn, en bestaat uit koolstof, waterstof, stikstof en zuurstof. Geneesmiddelenfabrikanten proberen deze weerstand echter te voorkomen door bèta-lactamaseremmers toe te voegen.
    Celwanden Materie

    Celwanden bieden bescherming, ondersteuning en structurele hulp voor planten, algen, schimmels en bacteriën. Hoewel er grote verschillen zijn tussen de celwanden van prokaryoten en eukaryoten, hebben de meeste organismen hun celwanden buiten de plasmamembranen.

    Een andere overeenkomst is dat de meeste celwanden stijfheid en sterkte bieden die de cellen helpen hun vorm te behouden . Bescherming tegen ziekteverwekkers of roofdieren is ook iets dat veel celwanden tussen verschillende organismen gemeen hebben. Veel organismen hebben celwanden die bestaan uit eiwitten en suikers.

    Het begrijpen van de celwanden van prokaryoten en eukaryoten kan mensen op verschillende manieren helpen. Van betere medicijnen tot sterkere gewassen, meer leren over de celwand biedt veel potentiële voordelen.