Inhoud
- Wat is de functie van een celwand?
- Wat maakt de plantencelwand op?
- Turgordruk
- Eiwitten in de celwand
- Structuur van de plantencelwand
- Primaire celwand
- Secundaire celwand
- Verschil tussen primaire en secundaire celwanden in planten
- De structuur van schimmel- en algencelwanden
- Schimmelcelwanden
- Celwanden in Algen
- Bacteriële celwanden
- Grampositieve en gramnegatieve bacteriën
- Antibiotica en bacteriën
- Resistentie tegen antibiotica
- Celwanden zijn belangrijk
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 dit type structuur echter niet. 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 -vorm. De muur 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 kader 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 muur een is semipermeabel membraan, het laat bepaalde stoffen door, zoals eiwitten. Hierdoor kan de wand diffusie in de cel regelen en regelen wat binnenkomt of verlaat.
Bovendien helpt het semi-permeabele membraan de communicatie tussen cellen door signaalmoleculen door de poriën te laten gaan.
Wat maakt de plantencelwand op?
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 complexe koolhydraat en bestaat uit duizenden glucosemonomeren die lange ketens vormen. Deze ketens komen samen en vormen cellulose microvezels, 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 om een wand in een plantencel te hebben, is dat deze bestand is tegen turgordruk, 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, hemicelluloses en pectines om het sterke raamwerk te bieden dat weerstand kan bieden aan turgordruk.
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 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 de bladeren.
Als je ooit je eigen jam of gelei hebt gemaakt, dan heb je dezelfde soorten gezien pectines gevonden in celwanden in actie. 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.
••• SciencingStructuur van de plantencelwand
Wanden van plantencellen 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 de plasma membraan.
Het bestaat uit cellulosemicrofibrillen met hemicelluloses en pectines. Met deze laag kan de cel in de loop van de tijd groeien, maar wordt de celgroei niet overdreven beperkt.
Secundaire celwand
De secundaire celwand is dikker en stijver, dus het biedt meer bescherming voor de plant. Het bestaat tussen de primaire celwand en het plasmamembraan. Vaak helpt de primaire celwand eigenlijk 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, kunt u de verschillen gemakkelijk zien.
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 wanden.
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, ze hebben geen cellulose zoals planten.
Hun celwanden hebben ook:
Het is belangrijk op te merken dat niet alle schimmels celwanden hebben, maar veel ervan wel. 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
Over 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, glucose-polymeren, die verknopen met chitine. De glucanen helpen ook de schimmels hun celwandstijfheid te behouden.
Ten slotte is er een laag eiwitten genaamd de mannoproteinen of mannanen, die een hoog niveau van hebben mannose suiker. 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.
Mannanen 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 vormen hun celwanden en welke eiwitten vormen het proces.
Niettemin hebben ze vastgesteld dat diatomeeën hun mineraalrijke wanden intern vormen en ze buiten de cel verplaatsen. Dit proces heet exocytose, 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 barst en alle inhoud morst.
Grampositieve en gramnegatieve bacteriën
Over het algemeen kun je 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.
Aan de andere kant kunnen gram-negatieve bacteriën niet blauw of violet gekleurd worden met dit type test. Tegenwoordig gebruiken microbiologen nog steeds Gram-kleuring om het type bacterie te identificeren. Het is belangrijk op te merken dat zowel grampositieve als gramnegatieve bacteriën peptidoglycanen hebben, maar een extra buitenmembraan voorkomt het kleuren van gramnegatieve bacteriën.
Grampositieve bacteriën hebben dikke celwanden gemaakt van lagen 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 gramnegatieve bacteriën een extra laag lipopolysacchariden (LPS) die als een dienen 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 te gebruiken antibiotica in je 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 peptidoglycan-strengen 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 genaamd glycopeptiden richt zich op de synthese van celwanden door te voorkomen dat peptidoglycanen zich vormen. Voorbeelden van glycopeptide-antibiotica omvatten vancomycine en teicoplanine.
Resistentie tegen antibiotica
Antibioticaresistentie treedt op wanneer bacteriën veranderen, waardoor de medicijnen minder effectief zijn. Omdat de resistente bacteriën overleven, kunnen ze zich voortplanten en vermenigvuldigen. Bacteriën worden resistent tegen antibiotica op verschillende manieren.
Ze kunnen bijvoorbeeld hun celwanden veranderen. Ze kunnen het antibioticum uit hun cellen halen, of ze kunnen genetische informatie delen die resistentie tegen de medicijnen omvat.
Een manier waarop sommige bacteriën bèta-lactam-antibiotica zoals penicilline weerstaan, is 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 resistentie echter te voorkomen door bèta-lactamaseremmers toe te voegen.
Celwanden zijn belangrijk
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.
Inzicht in 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.