Строение клеточной стенки: особенности у разных групп организмов
Клеточная стенка - уникальное образование, обеспечивающее целостность и защиту клетки. Без этой прочной, но гибкой оболочки существование клеток было бы невозможно. В этой статье мы подробно рассмотрим строение клеточной стенки, ее функции и значение для жизнедеятельности клетки. Узнаете, какие типы клеточных стенок бывают и из каких компонентов они состоят. Откройте для себя мир, скрытый за этой тонкой, но прочной преградой!
1. Общая характеристика клеточных стенок
Клеточная стенка представляет собой жесткое внешнее покрытие, окружающее цитоплазматическую мембрану. Она присутствует у большинства бактерий, грибов и растений. Животные клетки клеточной стенки не имеют.
Изучение клеточных стенок началось еще в 19 веке после открытия клеточной теории Шлейденом и Шванном. Однако долгое время считалось, что клеточные стенки довольно однообразны по строению и выполняют в основном защитную функцию. Лишь в 20 веке было показано, что состав клеточных стенок может существенно различаться даже у клеток одного организма. Это привело к пониманию многофункциональности клеточных стенок.
Основные функции клеточной стенки:
- Защитная - обеспечение целостности клетки
- Опорная - поддержание формы клетки
- Регуляция обмена веществ - через поры и каналы
По типу организмов различают прокариотические клеточные стенки у бактерий и эукариотические клеточные стенки у грибов, водорослей и растений.
Основные методы изучения строения клеточных стенок - электронная и световая микроскопия, рентгеноструктурный анализ, ИК- и ЯМР-спектроскопия.
2. Строение клеточных стенок прокариот
У прокариотических организмов, то есть у бактерий, строение клеточной стенки имеет свои особенности.
В частности, по составу клеточных стенок все бактерии делят на грамположительные и грамотрицательные. Это деление основано на различиях в строении стенки, выявляемых с помощью окраски по методу Грама.
У грамположительных бактерий клеточная стенка состоит из многослойного пептидогликана и содержит мало липидов. У грамотрицательных бактерий пептидогликана меньше, а снаружи стенка покрыта липополисахаридным слоем.
Основу любой бактериальной клеточной стенки составляет пептидогликан или муреин - гетерополимер из чередующихся остатков N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмурамовой кислоты.
Кроме того, в состав стенки входят:
- Тейхоевые кислоты - у грамположительных бактерий
- Липополисахариды - у грамотрицательных бактерий
Таким образом, строение клеточной стенки у прокариот имеет свою специфику, связанную с химическим составом и особенностями структуры.
Эти различия используются на практике - например, при диагностике бактерий методом Грама-окраски и при создании антибиотиков.
3. Клеточные стенки грибов и водорослей
У грибов и водорослей, относящихся к эукариотическим организмам, клеточные стенки имеют свои особенности по сравнению с бактериями.
Основным компонентом клеточных стенок грибов является хитин - полисахарид, придающий прочность стенке. Кроме того, стенки грибов содержат β-глюканы и у дрожжей - маннаны.
У водорослей в состав клеточных стенок входит целлюлоза, что роднит их со стенками растительных клеток. Некоторые водоросли, например диатомовые, синтезируют стенки из кремния.
Химический состав клеточных стенок грибов и водорослей имеет большое таксономическое значение, позволяя различать разные виды.
4. Многослойная структура стенок растений
У растений клеточные стенки имеют наиболее сложную организацию. Растительная клеточная стенка состоит из трех основных слоев:
- Срединная пластинка
- Первичная клеточная стенка
- Вторичная клеточная стенка (не у всех клеток)
Срединная пластинка содержит пектиновые вещества и обеспечивает связь между соседними клетками.
Первичная клеточная стенка формируется из целлюлозы, гемицеллюлоз и пектина. Она эластична и позволяет клетке расти.
Вторичная клеточная стенка откладывается после прекращения роста клетки и часто содержит лигнин, придающий дополнительную жесткость.
5. Различия стенок у клеток разных тканей
Хотя общее строение растительной клеточной стенки едино, у клеток разных тканей есть особенности:
- Волокна ксилемы имеют очень толстые вторичные стенки с лигнином
- Клетки флоэмы содержат белки-плазмодесмы для транспорта веществ
- Эпидермис имеет кутикулу из кутиновых восков на поверхности
Таким образом, строение клеточной стенки тесно связано с функцией клетки в ткани растения.
6. Динамика клеточных стенок в онтогенезе
Строение клеточной стенки меняется по мере развития и старения клетки и всего растения.
На ранних этапах развития преобладает синтез компонентов первичной клеточной стенки, обеспечивающих рост и деление клетки.
По мере дифференцировки клетки идет отложение вторичных стенок, ограничивающих рост, но придающих механическую прочность и специализированные функции.
Таким образом, изменения в клеточной стенке тесно сопряжены с клеточным циклом и развитием растительного организма.