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細胞壁の構造と機能

細胞壁の構造と機能


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A 細胞壁 一部の細胞タイプでは、剛性の半透性保護層です。この外側の覆いは、ほとんどの植物細胞、菌類、細菌、藻類、およびいくつかの古細菌の細胞膜(プラズマ膜)の隣に配置されます。ただし、動物細胞には細胞壁はありません。細胞壁には、保護、構造、支持など、細胞内の多くの重要な機能があります。

細胞壁の組成は生物によって異なります。植物では、細胞壁は主に炭水化物ポリマーの強い繊維で構成されています セルロース。セルロースは綿繊維と木材の主要成分であり、製紙に使用されます。細菌の細胞壁は、糖と呼ばれるアミノ酸ポリマーで構成されています ペプチドグリカン。真菌細胞壁の主な成分は キチン、グルカン、およびタンパク質。

植物細胞壁構造

LadyofHats(所有作品)パブリックドメイン、ウィキメディアコモンズ経由

植物細胞壁は多層で、最大3つのセクションで構成されています。細胞壁の最も外側の層から、これらの層は中間ラメラ、一次細胞壁、および二次細胞壁として識別されます。すべての植物細胞には中間ラメラと一次細胞壁がありますが、すべてに二次細胞壁があるわけではありません。

  • 中間層: この外側の細胞壁層には、ペクチンと呼ばれる多糖類が含まれています。ペクチンは、隣接する細胞の細胞壁が互いに結合するのを助けることにより、細胞の接着を助けます。
  • 一次細胞壁: この層は、成長中の植物細胞の中間層と原形質膜の間に形成されます。主にヘミセルロース繊維とペクチン多糖類のゲル状マトリックス内に含まれるセルロースミクロフィブリルで構成されています。一次細胞壁は、細胞の成長を可能にするために必要な強度と柔軟性を提供します。
  • 二次細胞壁: この層は、一部の植物細胞では一次細胞壁と細胞膜の間に形成されます。一次細胞壁が分裂および成長を停止すると、二次細胞壁を形成するために厚くなることがあります。この剛性層は、セルを強化およびサポートします。セルロースとヘミセルロースに加えて、一部の二次細胞壁にはリグニンが含まれています。リグニンは細胞壁を強化し、植物の血管組織細胞の水分伝導を助けます。

植物細胞壁機能

この顕微鏡画像は、植物細胞とその内部小器官を示しています。細胞と核の間の薄い層が、より小さな赤い核小体を持つ顕著な丸いオルガネラであるため、細胞壁が現れます。

ジェレミーバージェス博士/科学写真ライブラリ/ゲッティイメージズ

細胞壁の主な役割は、細胞が過剰な拡大を防ぐためのフレームワークを形成することです。セルロース繊維、構造タンパク質、および他の多糖類は、細胞の形状と形状を維持するのに役立ちます。追加 細胞壁の機能 含める:

  • サポート: セル壁は機械的強度とサポートを提供します。また、細胞増殖の方向も制御します。
  • 膨圧に耐える: 膨圧は、細胞の内容物が細胞膜を細胞壁に押し付けるときに細胞壁にかかる力です。この圧力により、植物は堅く直立したままですが、細胞が破裂することもあります。
  • 成長を調節する: 細胞壁は、細胞が分裂して成長するために、細胞が細胞周期に入るように信号を送ります。
  • 拡散を規制する: 細胞壁は多孔質であるため、タンパク質などの一部の物質は細胞内に侵入し、他の物質は侵入しません。
  • コミュニケーション: 細胞は、形質形質転換体(分子および通信信号が個々の植物細胞間を通過することを可能にする植物細胞壁間の細孔またはチャネル)を介して互いに通信します。
  • 保護: 細胞壁は、植物ウイルスや他の病原体から保護する障壁を提供します。また、水の損失を防ぐのに役立ちます。
  • ストレージ: 細胞壁には、植物の成長、特に種子の成長に使用する炭水化物が保存されています。

植物細胞の構造とオルガネラ

植物細胞の断面のこの顕微鏡写真画像は、その内部構造を明らかにしています。細胞壁の内側には、葉緑体(暗緑色)、光合成の部位、および細胞の遺伝情報を含む核(オレンジ)があります。

キール大学/科学写真ライブラリ/ゲッティイメージズ、David Furness博士

植物細胞壁は、内部構造とオルガネラを支え、保護します。これらのいわゆる「微小器官」は、細胞の生命維持に必要な機能を果たします。典型的な植物細胞に見られるオルガネラと構造には、次のものがあります。

  • 細胞(プラズマ)膜:この膜は細胞の細胞質を取り囲み、その内容物を囲みます。
  • 細胞壁: 植物細胞を保護し、形を与える細胞の外側の覆いは、細胞壁です。
  • 中心:これらの細胞構造は、細胞分裂中に微小管の集合を組織します。
  • 葉緑体:植物細胞の光合成部位は葉緑体です。
  • 細胞質:細胞膜内のこのゲル状物質は、オルガネラを支持および懸濁します。
  • 細胞骨格:細胞骨格は、細胞質全体の繊維のネットワークです。
  • 小胞体:このオルガネラは、リボソームのある領域(粗いER)とリボソームのない領域(滑らかなER)の両方で構成される膜の広範なネットワークです。
  • ゴルジ複合体:このオルガネラは、特定の細胞製品の製造、保管、出荷を担当しています。
  • リソソーム:これらの酵素嚢は細胞の高分子を消化します。
  • 微小管:これらの中空ロッドは、主に細胞を支えて形作るのに役立ちます。
  • ミトコンドリア:これらのオルガネラは、呼吸を通じて細胞にエネルギーを生成します。
  • 核:細胞内にあるこの大きな膜結合構造には、細胞の遺伝情報が含まれています。
  • 核小体: 核内のこの環状構造は、リボソームの合成に役立ちます。
  • 核孔: 核膜内のこれらの小さな穴により、核酸とタンパク質が核内外に移動できます。
  • ペルオキシソーム:これらの小さな構造は単一の膜に結合されており、副産物として過酸化水素を生成する酵素を含んでいます。
  • プラスモデスマタ: 植物細胞壁間のこれらの細孔、またはチャネルは、分子および通信信号が個々の植物細胞間を通過できるようにします。
  • リボソーム:RNAとタンパク質で構成されたリボソームは、タンパク質の集合を担います。
  • 液胞:植物細胞のこの典型的な大きな構造は、細胞を支え、貯蔵、解毒、保護、成長などのさまざまな細胞機能に関与します。

細菌の細胞壁

これは、典型的な原核細菌細胞の図です。アリ・ジファン(自作)/ウィキメディア・コモンズ/ CC BY-SA 4.0

植物細胞とは異なり、原核生物の細胞壁は ペプチドグリカン。この分子は、細菌の細胞壁の組成に固有です。ペプチドグリカンは、二重糖とアミノ酸(タンパク質サブユニット)で構成されるポリマーです。この分子は細胞壁に剛性を与え、バクテリアの形を整えるのに役立ちます。ペプチドグリカン分子は、細菌の原形質膜を囲んで保護するシートを形成します。

の細胞壁 グラム陽性菌 ペプチドグリカンのいくつかの層が含まれています。これらの積み重ねられた層は、セル壁の厚さを増加させます。に グラム陰性菌、細胞壁はペプチドグリカンの割合がはるかに低いため、それほど厚くありません。グラム陰性菌の細胞壁には、リポ多糖(LPS)の外層も含まれています。 LPS層はペプチドグリカン層を取り囲み、病原菌(病気を引き起こす細菌)のエンドトキシン(毒)として機能します。 LPS層は、ペニシリンなどの特定の抗生物質からグラム陰性菌も保護します。

細胞壁のキーポイント

  • 細胞壁は、植物、真菌、藻類、バクテリアを含む多くの細胞の外側の保護膜です。動物細胞には細胞壁がありません。
  • セル壁の主な機能は、セルの構造、サポート、および保護を提供することです。
  • 植物の細胞壁は主にセルロースで構成され、多くの植物で3つの層が含まれています。 3つの層は、中間層、一次細胞壁、二次細胞壁です。
  • 細菌の細胞壁はペプチドグリカンで構成されています。グラム陽性菌には厚いペプチドグリカン層があり、グラム陰性菌には薄いペプチドグリカン層があります。

ソース

  • ロディッシュ、H、他「動的な植物細胞壁。」 分子細胞生物学。 4th ed。、W. H. Freeman、2000、www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21709/。
  • ヤング、ケビンD.「細菌細胞壁」 ワイリーオンラインライブラリ、Wiley / Blackwell(10.1111)、2010年4月19日、onlinelibrary.wiley.com / doi / abs / 10.1002 / 9780470015902.a0000297.pub2。



コメント:

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