HÜCRE DUVARI: ÖZELLIKLERI, IŞLEVLERI VE YAPISI - BIYOLOJI - 2024

Hücre duvarı belirli hücre tipleri sınırlayan ve plazma membranını çevreleyen bulunan kalın ve dirençli bir yapıdır. Dışarıyla teması engelleyen bir duvar olarak görülmez; Karmaşık, dinamik bir yapıdır ve organizmalarda önemli sayıda fizyolojik işlevden sorumludur.

Hücre duvarı bitkilerde, mantarlarda, bakterilerde ve alglerde bulunur. Her duvarın gruba özgü bir yapısı ve bileşimi vardır. Aksine, hayvan hücrelerinin özelliklerinden biri de hücre duvarının olmamasıdır. Bu yapı, esas olarak hücrelerin şeklini vermekten ve korumaktan sorumludur.

Hücre duvarı, hücre ortamının sunabileceği ozmotik dengesizliklere yanıt olarak koruyucu bir bariyer görevi görür. Ayrıca hücreler arası iletişimde rolü vardır.

Genel özellikleri

-Hücre duvarı, farklı organizma gruplarında bulunan kalın, sabit ve dinamik bir bariyerdir.

-Bu yapının varlığı hücrenin yaşayabilirliği, şekli için hayati önem taşır ve zararlı organizmalar olması durumunda patojenitesine katılır.

-Duvarın bileşimi her gruba bağlı olarak değişmekle birlikte, asıl işlevi hücreyi patlatabilecek ozmotik kuvvetlere karşı hücre bütünlüğünü korumaktır.

-Çok hücreli organizmalarda doku oluşumuna yardımcı olur ve hücre iletişimine katılır

Bitkilerde hücre duvarı

Yapı ve kompozisyon

Bitki hücrelerinin hücre duvarları, üç boyutlu bir matris içinde organize edilmiş polisakkaritlerden ve glikoproteinlerden oluşur.

En önemli bileşen selülozdur. Β - 1,4 bağları ile birbirine bağlanmış tekrar eden glikoz birimlerinden oluşur. Her molekül, yaklaşık 500 glikoz molekülü içerir.

Bileşenlerin geri kalanı şunları içerir: homogalakturonan, ramnogalakturonan I ve II ve diğerleri arasında ksiloglukanlar, glukomanan, ksilan gibi hemiselüloz polisakaritler.

Duvar ayrıca protein yapısının bileşenlerine sahiptir. Arabinogalaktan, duvarda bulunan bir proteindir ve hücre sinyalizasyonuyla ilgilidir.

Hemiselüloz, hidrojen bağları yoluyla selüloza bağlanır. Bu etkileşimler çok kararlı. Bileşenlerin geri kalanı için, etkileşim modu henüz iyi tanımlanmamıştır.

Birincil ve ikincil hücre duvarını ayırt edebilirsiniz. Birincisi ince ve biraz şekillendirilebilir. Hücre büyümesi durduktan sonra, bileşimini birincil duvara göre değiştirebilen veya değişmeden kalabilen ve yalnızca fazladan katmanlar ekleyebilen ikincil duvarın çökelmesi meydana gelir.

Bazı durumlarda lignin, ikincil duvarın bir bileşenidir. Örneğin, ağaçlarda önemli miktarda selüloz ve lignin bulunur.

Sentez

Duvar biyosentez süreci karmaşıktır. Yapının inşasına katılan yaklaşık 2000 geni içerir.

Selüloz, doğrudan dışarıda biriktirilmek üzere plazma zarı üzerinde sentezlenir. Oluşumu birkaç enzim kompleksi gerektirir.

Bileşenlerin geri kalanı, hücre içinde (Golgi aygıtı gibi) bulunan membranöz sistemlerde sentezlenir ve veziküller yoluyla atılır.

fonksiyon

Bitkilerdeki hücre duvarı, hücre şeklini ve yapısını korumak, dokuları bağlamak ve hücre sinyallemesi gibi hayvan hücrelerinde hücre dışı matris tarafından gerçekleştirilenlere benzer işlevlere sahiptir. Aşağıda en önemli işlevleri tartışacağız:

Turgor düzenleyin

Hücre duvarı olmayan hayvan hücrelerinde hücre dışı ortam, ozmoz açısından büyük bir zorluk oluşturmaktadır.

Ortamın konsantrasyonu hücrenin iç kısmına göre daha yüksek olduğunda, hücredeki su dışarı akma eğilimindedir. Tersine, hücre hipotonik bir ortama (hücre içinde daha yüksek konsantrasyon) maruz kaldığında, su girer ve hücre patlayabilir.

Bitki hücreleri söz konusu olduğunda, hücresel ortamda bulunan çözünen maddeler, hücre içindekinden daha azdır. Ancak hücre duvarı basınç altında olduğu için hücre patlamaz. Bu fenomen, belirli bir mekanik basıncın veya hücresel turgorun ortaya çıkmasına neden olur.

Hücre duvarının yarattığı turgor basıncı, bitki dokularını sert tutmaya yardımcı olur.

Hücre bağlantıları

Bitki hücreleri, plasmodesmata adı verilen bir dizi "kanal" aracılığıyla birbirleriyle iletişim kurabilir. Bu yollar, hem hücrelerin sitozolünü birbirine bağlar hem de materyalleri ve partikülleri değiştirir.

Bu sistem metabolik ürünlerin, proteinlerin, nükleik asitlerin ve hatta viral partiküllerin değişimine izin verir.

Sinyal yolları

Bu karmaşık matriste, savunma tepkileri olarak sinyal yollarını tetikleyebilen oligogalakturonidler gibi pektinden türetilen moleküller vardır. Başka bir deyişle, hayvanlarda bağışıklık sistemi gibi çalışırlar.

Hücre duvarı patojenlere karşı bir bariyer oluştursa da, tamamen aşılamaz değildir. Bu nedenle duvar zayıfladığında bu bileşikler açığa çıkar ve bitkiyi saldırıya karşı “uyarır”.

Buna karşılık olarak reaktif oksijen türlerinin salınımı meydana gelir ve antimikrobiyal maddeler olan fitoaleksinler gibi metabolitler üretilir.

Prokaryotlarda hücre duvarı

Öbakterilerde yapı ve bileşim

Öbakterilerin hücre duvarı, ünlü Gram boyasıyla farklılaştırılan iki temel yapıya sahiptir.

İlk grup, Gram negatif bakterilerden oluşur. Bu tipte zar çifttir. Hücre duvarı incedir ve her iki tarafta bir iç ve bir dış plazma zarı ile çevrilidir. Gram negatif bakterinin klasik örneği E. coli'dir.

Gram pozitif bakterilerin yalnızca bir plazma zarı vardır ve hücre duvarı çok daha kalındır. Bunlar genellikle teikoik asitler ve mikolik asitler açısından zengindir. Patojen Staphylococcus aureus buna bir örnektir.

Her iki duvar türünün de ana bileşeni, murein olarak da bilinen peptidoglikandır. Onu oluşturan birimler veya monomerler, N-asetilglukozamin ve N-asetilmuramik asittir. Polisakkaritlerin ve küçük peptitlerin doğrusal zincirlerinden oluşur. Peptidoglikan, güçlü ve stabil yapılar oluşturur.

Penisilin ve vankomisin gibi bazı antibiyotikler, bakteri hücre duvarında bağ oluşumunu engelleyerek çalışır. Bir bakteri hücre duvarını kaybettiğinde ortaya çıkan yapı sferoplast olarak bilinir.

Arkelerde yapı ve kompozisyon

Archaea, esas olarak peptidoglikan içermedikleri için duvar kompozisyonunda bakterilerden farklıdır. Bazı arkelerde bir psödopeptidoglikan veya psödomürein tabakası bulunur.

Bu polimer 15–20 nm kalınlığındadır ve peptidoglikana benzer. Polimerin bileşenleri, N-Asetilglukosamine bağlı İN-asetiltalosaminuronik asittir.

Gliserole bağlı izopren grupları ve S-tabakası olarak adlandırılan ilave bir glikoprotein tabakası gibi bir dizi nadir lipid içerirler Bu tabaka genellikle plazma membranı ile ilişkilidir.

Lipitler, bakterilerden farklıdır. Ökaryotlarda ve bakterilerde bulunan bağlar ester tipindeyken, arkelerde eter tipindedirler. Gliserol omurgası bu alanın tipik bir örneğidir.

Aşırı çevre koşullarında yaşamalarına rağmen hücre duvarı olmayan Ferroplasma Acidophilum ve Thermoplasma spp. Gibi bazı archaea türleri vardır.

Hem eubacteria hem de archaea, bu mikroorganizmaların farklı ortamları kolonileştirmesine yardımcı olan adhezinler gibi geniş bir protein katmanına sahiptir.

Sentez

Gram negatif bakterilerde, duvarın bileşenleri sitoplazmada veya iç zarda sentezlenir. Duvarın inşası hücrenin dışında gerçekleşir.

Peptidoglikan oluşumu, duvarın bileşenlerinin nükleotid öncülerinin sentezinin gerçekleştiği sitoplazmada başlar.

Daha sonra sentez, lipit yapısındaki bileşiklerin sentezlendiği sitoplazmik membranda devam eder.

Sentez işlemi, peptidoglikan birimlerinin polimerizasyonunun gerçekleştiği sitoplazmik zarın içinde sona erer. Bu sürece farklı enzimler katılır.

Özellikleri

Bitkilerdeki hücre duvarı gibi, bakterilerdeki bu yapı da bu tek hücreli organizmaları ozmotik strese karşı lizizden korumak için benzer işlevleri yerine getirir.

Gram negatif bakterilerin dış zarı, proteinlerin ve çözünen maddelerin yer değiştirmesine ve sinyal iletimine yardımcı olur. Ayrıca vücudu patojenlerden korur ve hücresel stabilite sağlar.

Mantarlarda hücre duvarı

Yapı ve kompozisyon

Mantarlardaki çoğu hücre duvarı oldukça benzer bir bileşime ve yapıya sahiptir. Proteinler ve diğer bileşenlerle iç içe geçmiş jel benzeri karbonhidrat polimerlerinden oluşurlar.

Mantar duvarının ayırt edici bileşeni kitindir. Lifli bir matris oluşturmak için glukanlarla etkileşime girer. Güçlü bir yapı olmasına rağmen belli ölçüde esneklik gösterir.

Sentez

Ana bileşenlerin - kitin ve glukanlar - sentezi plazma zarında gerçekleşir.

Diğer bileşenler Golgi aparatında ve endoplazmik retikulumda sentezlenir. Bu moleküller veziküller yoluyla atılım yoluyla hücre dışına taşınır.

Özellikleri

Mantarların hücre duvarı morfogenezini, hücre canlılığını ve patojenitesini belirler. Ekolojik açıdan bakıldığında, belirli bir mantarın yaşayabileceği veya yaşayamayacağı ortamın türünü belirler.

Referanslar

1. Albers, SV ve Meyer, BH (2011). Archaeal hücre zarfı. Nature Reviews Microbiology, 9 (6), 414–426.
2. Cooper, G. (2000). Hücre: Moleküler Bir Yaklaşım. 2. Baskı. Sinauer Associates.
3. Forbes, BA (2009). Mikrobiyolojik teşhis. Panamerican Medical Ed.
4. Gow, NA, Latge, JP ve Munro, CA (2017). Mantar hücre duvarı: yapı, biyosentez ve işlev. Mikrobiyoloji spektrumu 5 (3)
5. Keegstra, K. (2010). Bitki hücre duvarları. Bitki fizyolojisi, 154 (2), 483–486.
6. Koebnik, R., Locher, KP ve Van Gelder, P. (2000). Bakteriyel dış zar proteinlerinin yapısı ve işlevi: Özetle variller. Moleküler mikrobiyoloji, 37 (2), 239–253.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D. ve Darnell, J. (2000). Moleküler hücre biyolojisi 4. baskı. Ulusal Biyoteknoloji Bilgi Merkezi, Kitaplık.
8. Scheffers, DJ ve Pinho, MG (2005). Bakteriyel hücre duvarı sentezi: yerelleştirme çalışmalarından yeni bilgiler. Mikrobiyoloji ve Moleküler Biyoloji İncelemeleri, 69 (4), 585–607.
9. Showalter, AM (1993). Bitki hücre duvarı proteinlerinin yapısı ve işlevi. Bitki Hücresi, 5 (1), 9–23.
10. Valent, BS ve Albersheim, P. (1974). Bitki hücre duvarlarının yapısı: Ksiloglukanın selüloz liflerine bağlanması üzerine. Bitki Fizyolojisi, 54 (1), 105-108.
11. Vallarino, JG ve Osorio, S. (2012). Hücre duvarı degradasyonu sırasında türetilen oligogalakturonidlerin sinyalleme rolü. Bitki sinyali ve davranışı, 7 (11), 1447–1449.