Строение клеточной стенки: растения, грибы и бактерии

Клеточная стенка — прочная структура, расположенная снаружи плазматической мембраны у растений, грибов, бактерий и многих архей. Она поддерживает форму клетки, выполняет защитную функцию и помогает противостоять осмотическому давлению.

Химический состав клеточной стенки различается у разных групп организмов. Именно поэтому её строение удобно использовать для сравнения растительных, грибных и прокариотических клеток.

Основные функции клеточной стенки

Клеточная стенка выполняет несколько важных функций:

• поддерживает форму клетки;
• обеспечивает механическую прочность;
• защищает клетку от повреждений;
• препятствует разрыву клетки при поступлении воды;
• участвует во взаимодействии клетки с окружающей средой;
• у растений способствует объединению клеток в ткани.

Клеточная стенка растений

Основу растительной клеточной стенки составляют полисахариды. Наиболее важны три компонента:

Целлюлоза

Целлюлоза — главный структурный компонент растительной клеточной стенки. Это линейный полимер, построенный из остатков β-глюкозы.

Отдельные молекулы целлюлозы объединяются в прочные микрофибриллы, которые формируют каркас клеточной стенки и обеспечивают её механическую прочность.

Гемицеллюлозы

Гемицеллюлозы — группа полисахаридов, взаимодействующих с микрофибриллами целлюлозы и соединяющих элементы клеточной стенки в единую структуру.

Пектины

Пектиновые вещества хорошо связывают воду и входят в состав межклеточного вещества.

Пектины особенно важны для срединной пластинки, которая способствует соединению соседних растительных клеток.

Первичная и вторичная клеточная стенка

По мере роста и специализации растительной клетки строение её стенки может изменяться.

Первичная клеточная стенка

Первичная стенка формируется у молодых растущих клеток.

Для неё характерны:

• относительно небольшая толщина;
• эластичность;
• высокое содержание воды;
• значительное количество пектинов;
• способность растягиваться при росте клетки.

Вторичная клеточная стенка

Вторичная стенка откладывается с внутренней стороны первичной после завершения активного роста клетки.

Она обычно:

• толще первичной;
• содержит больше целлюлозы;
• обладает высокой механической прочностью;
• может дополнительно укрепляться другими веществами.

Например, стенки некоторых клеток пропитываются лигнином, что увеличивает их прочность. В других случаях возможно накопление суберина, уменьшающего проницаемость стенки.

Клеточная стенка грибов

Клеточная стенка грибов по химическому составу отличается от растительной.

Одним из её важных структурных компонентов является хитин — азотсодержащий полисахарид.

В составе грибной стенки также могут присутствовать другие полисахариды и белки.

Хитин придаёт оболочке прочность и устойчивость. Это же вещество входит в состав наружного скелета членистоногих, хотя клеточная стенка грибов и экзоскелет животных представляют собой разные биологические структуры.

Клеточная стенка бактерий

У большинства бактерий основу клеточной стенки составляет пептидогликан, который также называют муреином.

Он образует прочную сетчатую структуру вокруг клетки и состоит из полисахаридных цепей, соединённых короткими пептидными фрагментами.

Основные функции муреиновой стенки:

• поддержание формы бактерии;
• механическая защита;
• противодействие осмотическому давлению;
• участие в формировании особенностей бактериальной оболочки.

Клеточная стенка архей

Археи отличаются от бактерий строением клеточной оболочки.

У некоторых архей клеточная стенка содержит псевдомуреин, который по функциям напоминает бактериальный пептидогликан, но отличается от него химическим строением.

У других представителей архей клеточная стенка может быть построена из белков или других веществ.

Эти различия подчёркивают глубокие биохимические особенности двух групп прокариот — бактерий и архей.

💡 Важно: клеточные стенки бактерий и архей нельзя считать одинаковыми. Даже при сходной защитной функции их химический состав и строение могут существенно различаться.

Как действует лизоцим

Лизоцим — фермент, способный разрушать определённые связи в пептидогликане бактериальной клеточной стенки.

Он содержится, например, в слёзной жидкости и слюне и относится к факторам врождённой защиты организма.

Чувствительность бактерий к лизоциму зависит от строения их клеточной оболочки.

Грамположительные и грамотрицательные бактерии

Одним из важных признаков бактерий является строение клеточной оболочки. На этом основана окраска по Граму, позволяющая разделять многие бактерии на грамположительные и грамотрицательные.

Признак	Грамположительные бактерии	Грамотрицательные бактерии
Пептидогликан	Толстый слой	Тонкий слой
Наружная мембрана	Отсутствует	Присутствует
Дополнительные компоненты	Характерны тейхоевые кислоты	Наружная мембрана содержит липополисахариды и белки-порины
Окраска по Граму	После окрашивания выглядят фиолетовыми	После дополнительного окрашивания выглядят розовыми или красными

Почему бактерии по-разному окрашиваются по Граму

Различие связано прежде всего со строением клеточной оболочки.

У грамположительных бактерий толстый слой пептидогликана помогает удерживать комплекс основного красителя после обработки.

У грамотрицательных бактерий слой пептидогликана значительно тоньше, а снаружи расположена дополнительная мембрана. После этапа обесцвечивания основной краситель теряется, поэтому клетки выявляются с помощью дополнительного красителя.

Клеточные стенки разных организмов: сравнение

Группа организмов	Основные компоненты клеточной стенки
Растения	Целлюлоза, гемицеллюлозы, пектины
Грибы	Хитин и другие полисахариды
Бактерии	Пептидогликан (муреин)
Некоторые археи	Псевдомуреин или другие компоненты

Клеточная стенка и плазматическая мембрана: в чём разница

Эти структуры не следует путать.

Признак	Клеточная стенка	Плазматическая мембрана
Наличие	Есть не у всех клеток	Есть у всех клеток
Основная роль	Опора и защита	Избирательный транспорт и разделение сред
Расположение	Снаружи мембраны	Ограничивает цитоплазму
Химический состав	Зависит от группы организмов	Преимущественно липиды и белки

Что важно запомнить

• клеточная стенка расположена снаружи плазматической мембраны;
• у растений её основу составляет целлюлозный каркас;
• пектины участвуют в образовании срединной пластинки;
• первичная стенка более растяжима, чем вторичная;
• в стенках некоторых растительных клеток накапливается лигнин;
• важным компонентом стенки грибов является хитин;
• у большинства бактерий стенка содержит пептидогликан;
• археи отличаются от бактерий составом клеточной оболочки;
• грамположительные бактерии имеют толстый слой пептидогликана;
• у грамотрицательных бактерий присутствует наружная мембрана.

Проверьте понимание темы

Попробуйте ответить без подсказки:

1. Какую роль выполняют микрофибриллы целлюлозы?
2. Чем первичная стенка отличается от вторичной?
3. Какую функцию выполняет срединная пластинка?
4. Какой компонент характерен для клеточной стенки грибов?
5. Что такое пептидогликан?
6. Чем оболочка архей может отличаться от бактериальной?
7. Почему Gram+ и Gram− бактерии окрашиваются по-разному?
8. Чем клеточная стенка отличается от плазматической мембраны?

Тест по теме «Строение клеточной стенки»

Рекомендуем изучить

• Строение клеточной мембраны
• Строение ядра клетки
• Структура и функции пластидов