Parete cellulare: caratteristiche, funzioni e struttura
La parete cellulare è una struttura spessa e resistente che delimita alcuni tipi di cellule e circonda la membrana plasmatica. Non è considerato come un muro che evita il contatto con l'esterno; È una struttura dinamica e complessa ed è responsabile di un numero significativo di funzioni fisiologiche negli organismi.
La parete cellulare si trova in piante, funghi, batteri e alghe. Ogni parete ha una struttura e una composizione tipica del gruppo. Al contrario, una delle caratteristiche delle cellule animali è la mancanza di una parete cellulare. Questa struttura è principalmente responsabile per dare e mantenere la forma delle cellule.
La parete cellulare funge da barriera protettiva in risposta agli squilibri osmotici che l'ambiente cellulare può presentare. Inoltre, ha un ruolo nella comunicazione tra le cellule.
Caratteristiche generali
-La parete cellulare è una barriera spessa, stabile e dinamica che si trova in diversi gruppi di organismi.
-La presenza di questa struttura è vitale per la vitalità della cellula, la sua forma e, nel caso di organismi nocivi, partecipa alla sua patogenicità.
-Anche se la composizione del muro varia a seconda di ciascun gruppo, la funzione principale è di mantenere l'integrità cellulare contro le forze osmotiche che possono far scoppiare la cellula.
-Nel caso di organismi multicellulari, aiuta la formazione dei tessuti e partecipa alla comunicazione cellulare
Parete cellulare nelle piante
Struttura e composizione
Le pareti cellulari delle cellule vegetali sono composte da polisaccaridi e glicoproteine, organizzate in una matrice tridimensionale.
Il componente più importante è la cellulosa. Consiste di ripetute unità di glucosio, collegate tra loro da legami β-1, 4. Ogni molecola contiene circa 500 molecole di glucosio.
Il resto dei componenti comprende: omogalacturonano, rhamnogalacturonan I e II e polisaccaridi emicellulosici come xyloglucans, glucomannans, xylans, tra gli altri.
Il muro ha anche componenti di natura proteica. Arabinogalactan è una proteina presente nel muro ed è correlata alla segnalazione cellulare.
L'emicellulosa è legata dai legami dell'idrogeno alla cellulosa. Queste interazioni sono molto stabili. Per il resto dei componenti, la modalità di interazione non è ancora ben definita.
Può essere differenziato tra le pareti cellulari primarie e secondarie. Il primario è sottile e un po 'malleabile. Dopo che la crescita cellulare si ferma, si verifica la deposizione della parete secondaria, che può cambiare la sua composizione rispetto a quella primaria o rimanere invariata e aggiungere solo strati extra.
In alcuni casi, la lignina è un componente del muro secondario. Ad esempio, gli alberi hanno quantità significative di cellulosa e lignina.
sintesi
Il processo di biosintesi del muro è complesso. Coinvolge circa 2000 geni coinvolti nella costruzione della struttura.
La cellulosa viene sintetizzata nella membrana plasmatica per essere depositata direttamente all'esterno. La sua formazione richiede diversi complessi enzimatici.
Il resto dei componenti sono sintetizzati in sistemi membranosi situati all'interno della cellula (come l'apparato di Golgi) ed espulsi per mezzo di vescicole.
funzione
La parete cellulare nelle piante ha funzioni analoghe a quelle che la matrice extracellulare svolge nelle cellule animali, come il mantenimento della forma e della struttura cellulare, il collegamento dei tessuti e la segnalazione cellulare. Di seguito discuteremo le funzioni più importanti:
Regola il turgore
Nelle cellule animali - che mancano di una parete cellulare - l'ambiente extracellulare rappresenta una sfida importante per quanto riguarda l'osmosi.
Quando la concentrazione del mezzo è maggiore rispetto all'interiore della cellula, l'acqua nella cellula tende a fuoriuscire. Viceversa, quando la cellula è esposta ad un ambiente ipotonico (maggiore concentrazione all'interno della cellula), l'acqua entra e la cellula può esplodere.
Nel caso delle cellule vegetali, i soluti trovati nell'ambiente cellulare sono più bassi che all'interno della cellula. Tuttavia, la cella non esplode perché viene premuto il muro della cella. Questo fenomeno provoca la comparsa di una certa pressione meccanica o turgore cellulare.
La pressione del turgore creata dalla parete cellulare aiuta a mantenere rigidi i tessuti delle piante.
Collegamenti tra celle
Le cellule vegetali sono in grado di comunicare tra loro attraverso una serie di "canali" chiamati plasmodesmi. Questi percorsi consentono di collegare il citosol di entrambe le cellule e scambiare materiali e particelle.
Questo sistema consente lo scambio di prodotti metabolici, proteine, acidi nucleici e persino particelle virali.
Segnaletica stradale
In questa intricata matrice ci sono molecole derivate dalla pectina, come gli oligogalatturonidi, che hanno la capacità di innescare percorsi di segnalazione come risposte di difesa. In altre parole, funzionano come il sistema immunitario negli animali.
Sebbene la parete cellulare costituisca una barriera contro i patogeni, non è totalmente impenetrabile. Pertanto, quando il muro è indebolito, questi composti vengono rilasciati e "avvertono" la pianta dell'attacco.
In risposta, il rilascio di specie reattive dell'ossigeno avviene e vengono prodotti metaboliti, come le fitoalessine, che sono sostanze antimicrobiche.
Parete cellulare nei procarioti
Struttura e composizione in eubatteri
La parete cellulare degli eubatteri ha due strutture fondamentali, differenziate dalla famosa colorazione di Gram.
Il primo gruppo è costituito da batteri Gram-negativi. In questo tipo la membrana è doppia. La parete cellulare è sottile ed è circondata su entrambi i lati da una membrana plasmatica interna ed esterna. L'esempio classico di un batterio Gram negativo è E. coli.
Da parte sua, i batteri Gram-positivi hanno solo una membrana plasmatica e la parete cellulare è molto più spessa. Questi sono solitamente ricchi di acidi teichici e acidi micolici. Un esempio è l'agente patogeno Staphylococcus aureus.
Il componente principale di entrambi i tipi di pareti è il peptidoglicano, noto anche come mureina. Le unità o i monomeri che lo compongono sono N-acetilglucosamina e acido N-acetilmuramico. È composto da catene lineari di polisaccaridi e piccoli peptidi. Il peptidoglicano forma strutture forti e stabili.
Alcuni antibiotici, come la penicillina e la vancomicina, agiscono prevenendo la formazione di legami della parete cellulare batterica. Quando un batterio perde la sua parete cellulare, la struttura risultante è conosciuta come gli sferoplasti.
Struttura e composizione in archaea
L'archaea si differenzia per la composizione del muro rispetto ai batteri, principalmente perché non contengono peptidoglicano. Alcuni archeo possiedono uno strato di pseudopeptidoglicano o pseudomureina.
Questo polimero ha uno spessore di 15-20 nm ed è simile al peptidoglicano. I componenti del polimero sono l'acido N-acetil-chetaluronico legato alla N-acetilglucosamina.
Contengono una serie di lipidi rari, come i gruppi di isoprene collegati al glicerolo e uno strato aggiuntivo di glicoproteine, chiamato strato S. Questo strato è spesso associato alla membrana plasmatica.
I lipidi sono diversi rispetto ai batteri. Negli eucarioti e nei batteri, i legami trovati sono del tipo estere, mentre nell'archaea sono del tipo eterico. Lo scheletro del glicerolo è tipico di questo dominio.
Ci sono alcune specie di archaea, come Ferroplasma Acidophilum e Thermoplasma spp., Che non hanno una parete cellulare, nonostante vivano in condizioni ambientali estreme.
Sia gli eubatteri che gli archaea hanno un grande strato di proteine, come le adesine, che aiutano questi microrganismi a colonizzare ambienti diversi.
sintesi
Nei batteri Gram-negativi i componenti del muro sono sintetizzati nel citoplasma o nella membrana interna. La costruzione del muro avviene all'esterno della cella.
La formazione di peptidoglicano inizia nel citoplasma, dove avviene la sintesi nucleotidica dei componenti del muro.
Successivamente, la sintesi continua nella membrana citoplasmatica, dove vengono sintetizzati i composti di natura lipidica.
Il processo di sintesi termina all'interno della membrana citoplasmatica, dove si verifica la polimerizzazione delle unità di peptidoglicano. Diversi enzimi partecipano a questo processo.
funzioni
Come la parete cellulare delle piante, questa struttura nei batteri svolge funzioni simili per proteggere questi organismi unicellulari dalla lisi di fronte allo stress osmotico.
La membrana esterna dei batteri Gram-negativi aiuta la traslocazione di proteine e soluti e segnala la trasduzione. Protegge anche l'organismo dai patogeni e fornisce stabilità cellulare.
Parete cellulare in funghi
Struttura e composizione
La maggior parte delle pareti cellulari dei funghi ha una composizione e una struttura abbastanza simili. Sono formati da polimeri di carboidrati simili a gel, impigliati con proteine e altri componenti.
Il componente distintivo del muro fungino è la chitina. Interagisce con i glucani per creare una matrice fibrosa. Sebbene sia una struttura forte, ha un certo grado di flessibilità.
sintesi
La sintesi dei componenti principali - chitina e glucani - si verifica nella membrana plasmatica.
Altri componenti sono sintetizzati nell'apparato di Golgi e nel reticolo endoplasmatico. Queste molecole vengono trasportate all'esterno cellulare per mezzo dell'escrezione tramite vescicole.
funzioni
La parete cellulare dei funghi determina la sua morfogenesi, la sua vitalità cellulare e la sua patogenicità. Dal punto di vista ecologico, determina il tipo di ambiente in cui un determinato fungo può vivere o meno.
