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Zellwandstruktur und -funktion

Eine Zellwand ist bei einigen Zelltypen eine starre, semipermeable Schutzschicht . Diese äußere Hülle befindet sich in den meisten Pflanzenzellen. Pilzen. Bakterien. Algen und einigen Archaeen neben der Zellmembran (Plasmamembran) . Tierzellen haben jedoch keine Zellwand. Die Zellwand hat viele wichtige Funktionen in einer Zelle, einschließlich Schutz, Struktur und Unterstützung.

Die Zellwandzusammensetzung variiert je nach Organismus. In Pflanzen wird die Zellwand hauptsächlich aus starken Fasern der zusammensetzt kohlenhydrat Polymer Cellulose . Cellulose ist der Hauptbestandteil von Baumwollfasern und Holz und wird in der Papierherstellung verwendet. Bakterienzellwände bestehen aus einem Zucker- und Aminosäurepolymer namens Peptidoglycan . Die Hauptkomponenten der Pilzzellwände sind Chitin , Glucane und Proteine.

Pflanzenzellwandstruktur

Von LadyofHats (Eigene Arbeit) [Public Domain], über Wikimedia Commons

Die Pflanzenzellwand ist mehrschichtig und besteht aus bis zu drei Abschnitten. Von der äußersten Schicht der Zellwand werden diese Schichten als Mittellamelle, primäre Zellwand und sekundäre Zellwand identifiziert. Während alle Pflanzenzellen eine Mittellamelle und eine primäre Zellwand haben, haben nicht alle eine sekundäre Zellwand.

  • Mittellamelle: Diese äußere Zellwandschicht enthält Polysaccharide, sogenannte Pektine. Pektine unterstützen die Zelladhäsion, indem sie den Zellwänden benachbarter Zellen helfen, sich aneinander zu binden.
  • Primäre Zellwand: Diese Schicht wird zwischen der Mittellamelle und der Plasmamembran in wachsenden Pflanzenzellen gebildet. Es besteht hauptsächlich aus Cellulosemikrofibrillen, die in einer gelartigen Matrix aus Hemicellulosefasern und Pektinpolysacchariden enthalten sind. Die primäre Zellwand bietet die Stärke und Flexibilität, die für das Zellwachstum erforderlich sind.
  • Sekundäre Zellwand: Diese Schicht wird in einigen Pflanzenzellen zwischen der primären Zellwand und der Plasmamembran gebildet. Sobald sich die primäre Zellwand nicht mehr teilt und wächst, kann sie sich verdicken und eine sekundäre Zellwand bilden. Diese starre Schicht stärkt und stützt die Zelle. Neben Cellulose und Hemicellulose enthalten einige sekundäre Zellwände Lignin. Lignin stärkt die Zellwand und unterstützt die Wasserleitfähigkeit in pflanzlichen Gefäßgewebezellen .

Pflanzenzellwandfunktion

Dieses mikroskopische Bild zeigt eine Pflanzenzelle und ihre inneren Organellen. Die Zellwand erscheint, als die dünne Schicht zwischen den Zellen und dem Kern die markante, runde Organelle mit dem kleineren roten Nucleolus ist.

Dr. Jeremy Burgess / Wissenschaftliche Fotobibliothek / Getty Images

Eine Hauptaufgabe der Zellwand besteht darin, ein Gerüst für die Zelle zu bilden, um eine Überdehnung zu verhindern. Cellulosefasern, Strukturproteine ​​und andere Polysaccharide tragen dazu bei, die Form und Gestalt der Zelle zu erhalten. Zusätzliche Funktionen der Zellwand umfassen:

  • Unterstützung: Die Zellwand bietet mechanische Festigkeit und Unterstützung. Es steuert auch die Richtung des Zellwachstums.
  • Turgordruck aushalten: Der Turgordruck ist die Kraft, die auf die Zellwand ausgeübt wird, wenn der Inhalt der Zelle die Plasmamembran gegen die Zellwand drückt. Dieser Druck hilft einer Pflanze, starr und aufrecht zu bleiben, kann aber auch dazu führen, dass eine Zelle platzt.
  • Wachstum regulieren: Die Zellwand sendet Signale, damit die Zelle in den Zellzyklus eintritt, um sich zu teilen und zu wachsen.
  • Regulierung der Diffusion: Die Zellwand ist porös, so dass einige Substanzen, einschließlich Proteine. in die Zelle gelangen können, während andere Substanzen ferngehalten werden.
  • Kommunikation: Zellen kommunizieren miteinander über Plasmodesmen (Poren oder Kanäle zwischen Pflanzenzellwänden, durch die Moleküle und Kommunikationssignale zwischen einzelnen Pflanzenzellen übertragen werden können).
  • Schutz: Die Zellwand bietet eine Barriere zum Schutz vor Pflanzenviren und anderen Krankheitserregern. Es hilft auch, Wasserverlust zu verhindern.
  • Lagerung: Die Zellwand speichert Kohlenhydrate zur Verwendung beim Pflanzenwachstum, insbesondere in Samen.

Pflanzenzellst
rukturen und Organellen

Dieses mikroskopische Bild eines Schnitts durch eine Pflanzenzelle zeigt seine innere Struktur. Innerhalb der Zellwand befinden sich Chloroplasten (dunkelgrün), der Ort der Photosynthese, und der Kern (orange), der die genetische Information der Zelle enthält.

Dr. David Furness, Keele University / Wissenschaftliche Fotobibliothek / Getty Images

Die Pflanzenzellwand unterstützt und schützt innere Strukturen und Organellen. Diese sogenannten „winzigen Organe“ erfüllen die notwendigen Funktionen zur Unterstützung des Zelllebens. Organellen und Strukturen, die in einer typischen Pflanzenzelle gefunden werden können, umfassen:

  • Zellmembran (Plasma). Diese Membran umgibt das Zytoplasma einer Zelle und umschließt deren Inhalt.
  • Zellwand : Die äußere Hülle der Zelle, die die Pflanzenzelle schützt und ihr Form gibt, ist die Zellwand.
  • Centriolen. Diese Zellstrukturen organisieren den Aufbau von Mikrotubuli während der Zellteilung .
  • Chloroplasten. Die Photosynthesestellen in einer Pflanzenzelle sind Chloroplasten.
  • Zytoplasma. Diese gelartige Substanz in der Zellmembran unterstützt und suspendiert Organellen.
  • Zytoskelett. Das Zytoskelett ist ein Netzwerk von Fasern im gesamten Zytoplasma.
  • Endoplasmatisches Retikulum. Diese Organelle ist ein ausgedehntes Netzwerk von Membranen, die sowohl aus Regionen mit Ribosomen (raues ER) als auch aus Regionen ohne Ribosomen (glattes ER) bestehen.
  • Golgi-Komplex. Diese Organelle ist für die Herstellung, Lagerung und den Versand bestimmter zellulärer Produkte verantwortlich.
  • Lysosomen. Diese Enzymsäcke verdauen zelluläre Makromoleküle.
  • Mikrotubuli. Diese Hohlstäbe dienen hauptsächlich dazu, die Zelle zu stützen und zu formen.
  • Mitochondrien. Diese Organellen erzeugen durch Atmung Energie für die Zelle.
  • Kern. Diese große, membrangebundene Struktur in der Zelle enthält die Erbinformationen der Zelle.
  • Nucleolus: Diese kreisförmige Struktur innerhalb des Nucleus hilft bei der Synthese von Ribosomen.
  • Nukleoporen: Diese winzigen Löcher in der Kernmembran ermöglichen es Nukleinsäuren und Proteinen, sich in den Kern hinein und aus ihm heraus zu bewegen.
  • Peroxisomen. Diese winzigen Strukturen sind durch eine einzige Membran gebunden und enthalten Enzyme, die als Nebenprodukt Wasserstoffperoxid produzieren.
  • Plasmodesmen : Diese Poren oder Kanäle zwischen Pflanzenzellwänden ermöglichen den Durchgang von Molekülen und Kommunikationssignalen zwischen einzelnen Pflanzenzellen.
  • Ribosomen. Ribosomen bestehen aus RNA und Proteinen und sind für die Proteinassemblierung verantwortlich.
  • Vakuole. Diese typischerweise große Struktur in einer Pflanzenzelle unterstützt die Zelle und ist an einer Vielzahl von Zellfunktionen beteiligt, einschließlich Lagerung, Entgiftung, Schutz und Wachstum.

Die Zellwand von Bakterien

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Dies ist ein Diagramm einer typischen prokaryotischen Bakterienzelle. Von Ali Zifan (Eigene Arbeit) / Wikimedia Commons. CC BY-SA 4.0

Anders als in Pflanzenzellen besteht die Zellwand in prokaryotischen Bakterien aus Peptidoglycan . Dieses Molekül ist einzigartig für die Zusammensetzung der bakteriellen Zellwände. Peptidoglycan ist ein Polymer aus Doppelzuckern und Aminosäuren (Proteinuntereinheiten). Diese
s Molekül verleiht der Zellwand Steifheit und trägt zur Form der Bakterien bei. Peptidoglycanmoleküle bilden Schichten, die die bakterielle Plasmamembran einschließen und schützen.

Die Zellwand in grampositiven Bakterien enthält mehrere Schichten Peptidoglycan. Diese gestapelten Schichten erhöhen die Dicke der Zellwand. Bei gramnegativen Bakterien ist die Zellwand nicht so dick, da sie einen viel geringeren Prozentsatz an Peptidoglycan enthält. Die gramnegative Bakterienzellwand enthält auch eine äußere Schicht von Lipopolysacchariden (LPS). Die LPS-Schicht umgibt die Peptidoglycanschicht und wirkt als Endotoxin (Gift) in pathogenen Bakterien (krankheitsverursachende Bakterien). Die LPS-Schicht schützt auch gramnegative Bakterien vor bestimmten Antibiotika wie Penicillinen.

Zellwand-Schlüsselpunkte

  • Die Zellwand ist eine äußere Schutzmembran in vielen Zellen, einschließlich Pflanzen, Pilzen, Algen und Bakterien. Tierzellen haben keine Zellwand.
  • Die Hauptfunktionen der Zellwand bestehen darin, Struktur, Unterstützung und Schutz für die Zelle bereitzustellen.
  • Die Zellwand in Pflanzen besteht hauptsächlich aus Zellulose und enthält in vielen Pflanzen drei Schichten. Die drei Schichten sind die Mittellamelle, die primäre Zellwand und die sekundäre Zellwand.
  • Bakterienzellwände bestehen aus Peptidoglycan. Grampositive Bakterien haben eine dicke Peptidoglycanschicht und gramnegative Bakterien haben eine dünne Peptidoglycanschicht. 

Quellen

  • H Lodish et al. „Die dynamische Pflanzenzellwand.“ Molekulare Zellbiologie . 4th ed., WH Freeman, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21709/.
  • Young, Kevin D. „Bakterielle Zellwand.“ Wiley Online Library , Wiley / Blackwell (10.1111), 19. April 2010, onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/9780470015902.a0000297.pub2.

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