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Die primäre Funktion der Zellwand ist

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A. Volumenkontrolle B. Formgebung C. Selektive Durchlässigkeit D. Berstschutz Für mich scheinen alle angegebenen Optionen richtig zu sein, außer C.

A und D sind korrekt, wenn die Zelle in hypotonische Lösungen gegeben wird, wodurch die Zelle anschwillt und die Zellwand einen Wanddruck ausübt, der dem Turgordruck entgegenwirkt, um das Platzen der Zelle zu verhindern. B ist auch richtig, da die Zellwand als Exoskelett fungiert, also teilen Sie mir bitte die am besten geeignete Option mit.


  • Die primäre Funktion einer Zellwand ist B. die Formgebung. Die Zellwand bietet der Zelle sowohl strukturellen Halt als auch Schutz. Der Schutz vor dem Bersten durch Osmose ist eine sekundäre Funktion, die ansonsten von der Plasmamembran übernommen wird.

  • Die Zellwand verleiht Pflanzenzellen Form, Starrheit und Turgidität. Tierzellen haben keine Zellwände, weil sie ein Endoskelett haben. Die Zellwand behält die Zellform bei, fast so, als ob jede Zelle ihr eigenes Exoskelett hätte.


4: Bakterien - Zellwände

  • Von Linda Bruslind
  • Senior Instructor II und Lead Advisor (Mikrobiologie) an der Oregon State University
  • Aus Open Oregon State

Es ist wichtig zu beachten, dass nicht alle Bakterien ein Zellenwand. Allerdings ist es auch wichtig zu beachten, dass die meisten Bakterien (ca. 90%) haben eine Zellwand und haben typischerweise einen von zwei Typen: a Gramm positiv Zellwand oder a Gramm negativ Zellenwand. Die beiden unterschiedlichen Zellwandtypen können im Labor durch eine Differenzfärbung identifiziert werden, die als bekannt ist Gramm-Färbung. Es wurde 1884 entwickelt und ist seitdem im Einsatz. Ursprünglich war nicht bekannt, warum die Gram-Färbung eine so zuverlässige Trennung von Bakterien in zwei Gruppen ermöglichte. Als das Elektronenmikroskop in den 1940er Jahren erfunden wurde, stellte sich heraus, dass der Färbungsunterschied mit Unterschieden in den Zellwänden korrelierte. Hier ist eine Website, die die tatsächlichen Schritte der Gram-Färbung zeigt. Nachdem diese Färbetechnik angewendet wurde, färben sich die grampositiven Bakterien lila, während sich die gramnegativen Bakterien rosa färben.

Übersicht über bakterielle Zellwände

Außerhalb der Zellmembran befindet sich eine Zellwand, nicht nur für Bakterien, sondern für alle Organismen. Es ist eine zusätzliche Schicht, die normalerweise eine gewisse Festigkeit bietet, die der Zellmembran fehlt, indem sie eine halbstarre Struktur hat.

Sowohl grampositive als auch gramnegative Zellwände enthalten einen Inhaltsstoff, der als . bekannt ist Peptidoglycan (auch bekannt als Murein). Diese spezielle Substanz wurde nirgendwo anders auf der Erde gefunden, außer in den Zellwänden von Bakterien. Beide Bakterienzellwandtypen enthalten aber auch zusätzliche Inhaltsstoffe, was die Bakterienzellwand insgesamt zu einem komplexen Gebilde macht, insbesondere im Vergleich zu den Zellwänden eukaryontischer Mikroben. Die Zellwände eukaryontischer Mikroben bestehen typischerweise aus einem einzigen Inhaltsstoff, wie die Zellulose in Algenzellwänden oder das Chitin in Pilzzellwänden.

Die Bakterienzellwand erfüllt auch mehrere Funktionen und verleiht der Zelle insgesamt Stärke. Es hilft auch, die Zellform beizubehalten, die für das Wachstum, die Reproduktion, die Nährstoffaufnahme und die Bewegung der Zelle wichtig ist. Es schützt die Zelle vor osmotische Lyse, wenn sich die Zelle von einer Umgebung in eine andere bewegt oder Nährstoffe aus ihrer Umgebung transportiert. Da sich Wasser sowohl über die Zellmembran als auch die Zellwand frei bewegen kann, besteht die Gefahr eines osmotischen Ungleichgewichts in der Zelle, das Druck auf die relativ schwache Plasmamembran ausüben könnte. Studien haben tatsächlich gezeigt, dass der Innendruck einer Zelle dem Druck in einem vollständig aufgepumpten Autoreifen ähnelt. Das ist viel Druck für die Plasmamembran! Die Zellwand kann bestimmte Moleküle, wie Toxine, insbesondere für gramnegative Bakterien, fernhalten. Und schließlich kann die bakterielle Zellwand zur Pathogenität oder Krankheits- und Fähigkeit der Zelle für bestimmte bakterielle Krankheitserreger beitragen.


Welche Funktion hat die Zellwand?

Die Zellwand gibt Zellen Form, ermöglicht Pflanzenwachstum, verhindert das Platzen durch Wasserdruck, hält Wasser und Krankheitserreger fern, speichert Kohlenhydrate und sendet Signale an die Zellen. Die flexible Zellwand umgibt Pflanzenzellmembranen.

Pflanzenzellwände erfüllen viele Funktionen. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, das richtige Pflanzenwachstum zu unterstützen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Zellwand einen skelettartigen Rahmen bildet, der es Pflanzen ermöglicht, vertikal zu wachsen und einen starren Stamm zu entwickeln. Zellwände variieren erheblich in Dicke und Organisation, was die große Bandbreite an Pflanzenformen und -größen auf dem Planeten erklärt. Sie bestehen aus zwei Schichten – einer primären Zellwand, die die Zelle während ihrer Reifung unterstützt, und einer starren sekundären Zellwand, die erscheint, nachdem die primäre Zellwand aufgehört hat zu wachsen. Die primäre Zellwand ist dünner und flexibler als die sekundäre Wand. Intern haben die Primär- und Sekundärwände eine ähnliche physikalische Zusammensetzung. Im Laufe des Lebens einer Pflanze erfüllen sie ergänzende Funktionen, um die Pflanze gesund und lebendig zu erhalten.

Primäre Zellwände

Primäre Zellwände bestehen hauptsächlich aus einem komplexen Kohlenhydrat namens Cellulose. Cellulose ist ein komplexer Zucker, der den Zellen Form und Schutz gegen äußere Einflüsse wie Bakterien und Austrocknung verleiht. Diese Zellwand enthält auch eine Gruppe von Polysacchariden, die in Pektine und quervernetzende Glykane zerfällt. Pektine oder Pektinsaccharide erstarren zu einer gelartigen Substanz, wenn sie sich an benachbarte Polymere binden. Pektische Saccharide verleihen den Zellwänden Immunität und Schutz vor Umweltschäden. Sie erleichtern auch die Zellerkennung und ermöglichen Pflanzenzellen, sich miteinander zu verbinden. Vernetzende Glykane verbinden sich mit Cellulosemolekülen durch Bildung von Wasserstoffbrücken. Da sie ein Netzwerk von Bindungen bilden, verleihen vernetzende Glykane der Zellulose Festigkeit, die die Zellsteifigkeit und -struktur aufbaut. Primäre Zellwände enthalten auch geringe Mengen an Protein, das Enzyme produziert, die den Zellen beim Wachstum, Abbau und der Veränderung helfen. Diese Enzyme sind für das allgemeine Pflanzenverhalten verantwortlich, beispielsweise für die Veränderung der Blattfarbe im Herbst oder bei Stress.

Sekundäre Zellwände

Sekundäre Zellwände, die sich beim Wachsen von Pflanzen innerhalb der primären Zellwände bilden, haben eine ähnliche Zusammensetzung wie die primären Zellwände. Sie enthalten jedoch zusätzliche Substanzen, die verschiedene Pflanzenfunktionen unterstützen. Eine solche Substanz ist Lignin, eine Gruppe von harten Polymeren. Lignin verleiht Zellwänden ihre starre Form. Außerdem bietet es den Zellwänden eine zusätzliche Abwehrschicht gegen Bakterien und Pilze. Lipide in der sekundären Zellwand, wie Wachs und Cutin, verhindern, dass die Zellen zu viel Wasser aufnehmen.

Um die Zellwand herum befindet sich eine Struktur, die als mittlere Lamelle bezeichnet wird und hauptsächlich aus Pektinen besteht. Die mittlere Lamelle fungiert als Bindemittel, das Pflanzenzellen mit ihren Nachbarn verbindet. Diese spezielle kleberähnliche Substanz hat winzige Durchgänge, die als Plasmodesmata bezeichnet werden und im Wesentlichen Kanäle für die interzelluläre Kommunikation sind. Plasmodesmata kreuzen zwischen den inneren und äußeren Zellwänden und verzweigen sich auch in ein Netzwerk, das sich mit anderen Zellen verbindet. Durch diese Durchgänge ermöglicht die mittlere Lamelle den Zellen, lebenswichtige Nährstoffe und Mineralien zu teilen. Gemeinsam arbeiten die Bestandteile der Zellwand zusammen, um der Pflanze Kraft und Immunität zu verleihen und Wachstum und Entwicklung zu regulieren. Zellwände wachsen und verändern sich ständig, um den Bedürfnissen der Pflanze im Laufe ihres Lebenszyklus gerecht zu werden.


Zellmembran

Die Zellmembran (auch bekannt als die Plasma Membran) ist eine Barriere, die eine Zelle umgibt und ihr Inneres von der äußeren Umgebung trennt. Eine Membran ist eine selektive Barriere, die bestimmte Dinge passieren lässt, andere aber nicht – aus diesem Grund nennt man die Zellmembran teilweise durchlässig. Diese selektive Permeabilität ist für das Funktionieren der Zelle unerlässlich und ermöglicht die Aufrechterhaltung der Homöostase. Große Moleküle wie Kohlenhydrate oder Aminosäuren können sich nicht passiv durch die Zellmembran bewegen und benötigen für den aktiven Transport Energie. Dadurch wird verhindert, dass Fremdstoffe in die Membran eindringen und eine Zelle oder eine Organelle schädigen. Auch Zellmembranen spielen eine Rolle Mobilfunkkommunikation, sowie die Erkennung von externen Signalen, die an die Zelle gesendet werden.

Während die Zellmembran für die Steuerung der Bewegung von Stoffen in und aus der Zelle unerlässlich ist, spielt sie auch eine wichtige Rolle bei der die Zelle aufteilen. Sowohl prokaryontische als auch eukaryontische Zellen sind von Zellmembranen umgeben, aber auch Eukaryonten besitzen membrangebundenen Organellen wie Mitochondrien oder Lysosomen. In diesen Fällen definiert die Zellmembran einen vom Rest der Zelle getrennten Raum, in dem bestimmte Prozesse wie die Zellatmung stattfinden.

Membranstruktur

Die Zellmembran besteht aus Proteinen, Lipiden und Kohlenhydraten, wobei ein Großteil der Zellmembran aus a . besteht Phospholipid Doppelschicht (zwei Schichten Phospholipide). Proteine ​​sind in der gesamten Zellmembran verstreut und werden als entweder Integral- (in die Membran integriert) oder peripher (vorübergehend an der Oberfläche haftend). Monotope Proteine ​​werden von einer Seite an der Membran verankert, während polytope Proteine ​​die gesamte Membran passieren.

Lipide

Das Hauptlipid in der Zellmembran ist als Phospholipid bekannt – eine Art von Lipid, bestehend aus a Phosphatgruppe und Glycerin "Kopf" und zwei Fettsäure "Schwänze". Der Kopf ist hydrophil, während die Schwänze hydrophob sind, wodurch Phospholipide gebildet werden amphipathische Verbindungen (mit sowohl hydrophilen als auch hydrophoben Bereichen). Die Außenseite der Membran ist von polaren Flüssigkeiten umgeben, sodass sich der hydrophile Kopf nach außen orientiert. Dadurch orientieren sich die hydrophoben "Schwänze" zur Innenseite der Membran. Die Phospholipide werden durch schwache Wechselwirkungen zwischen den Schwänzen zusammengehalten, wodurch sich einzelne Phospholipide innerhalb der Membran bewegen können und die Membran flüssig und flexibel ist.

Proteine

Die Funktion der Proteine ​​besteht darin, Kanäle in Membranen zu bilden, die den Durchgang spezifischer Moleküle oder Ionen ermöglichen Ionen in der äußeren Umgebung und interagieren mit Proteinen in anderen Membranen, wodurch Bindungsstellen zwischen Membranen und Zellen erzeugt werden

Integrale Membranproteine - nach innen UND außen ausgesetzt

  • Bilden Sie Kanäle (oder Poren oder Pumpen), Rezeptoren (die Hormone erkennen und darauf reagieren) oder Adhäsionspunkte
  • Kann auch Zelloberflächenmarker sein, wie Glykoproteine, deren Kohlenhydrate als Markierungen an der Außenseite angebracht sind (diese Markierungen ermöglichen es Zellen, sich gegenseitig zu erkennen, und Viren verwenden die Markierungen als „Docks“, um in Zellen einzudringen und sie zu infizieren).
  • Kann die Membran mindestens einmal überspannen und mehrmals überqueren
  • Sie sind fest eingebettet und können nur durch großen Energieaufwand oder Verdauungen entfernt werden

Periphere Membranproteine - nach einer Seite (innen ODER außen) ausgesetzt, um Membranen strukturellen Halt zu geben

  • An der Übertragung von Zellsignalisierungsereignissen teilnehmen
  • Ändern Sie die Topologie von Membranen im sekretorischen Weg
  • Können Enzyme sein
  • Assoziieren mit den Kopfgruppen spezifischer Phospholipide oder Teile integraler Membranproteine ​​(daher der Name „peripher“)

Im Gegensatz zu integralen Proteinen ist die Assoziation vergänglich – sie können leicht durch Änderung der Zusammensetzung der Membran oder der Morphologie oder Ladung des Proteins entfernt werden

Einige Proteine ​​im äußeren Blättchen bilden kovalente Bindungen (über die Aminosäuren in ihren C-Terminus) mit den Kopfgruppen von Phospholipiden. Dies sind die Proteine, die als Enzyme wirken.

Kohlenhydrate

Membrankohlenhydrate machen ungefähr 2-10 % der Masse der Zellmembran aus. Sie sind hauptsächlich auf die nicht-zytosolische Oberfläche der extrazellulären Oberfläche der Zellen beschränkt. Sie sind kovalent an Proteine ​​und Lipide gebunden und bilden Glykoproteine/Proteoglykane bzw. Glykolipide.

Zytoskelett

Strukturelle Unterstützung (Formerhaltung und Verhinderung von Schäden) für die Zellmembran wird durch das Zytoskelett bereitgestellt.

  • Sitzt direkt unter der Zellmembran und besteht aus einem „Netz“ von Aktinfilamenten
  • Interagiert mit integralen Membranproteinen, indem es die Diffusion von Membranproteinen begrenzt und ein stabiles Gerüst bietet, an das sich Membranproteine ​​anlagern
  • Verhindert Schäden an Membranen, wenn äußere Kräfte auf integrale Membranproteine ​​ziehen oder drücken
  • Mikrotubuli, die einzigartige Strukturen bilden (z. B. 9 + 2-Anordnung für Zilien)

Membranfluidität

Die Zellmembran folgt dem flüssiges Mosaikmodell oder der Sänger-Nicholson-Modell, wobei sich die Phospholipid-Doppelschicht eher wie eine Flüssigkeit als wie ein Festkörper verhält. Lipide und Proteine ​​können sich innerhalb der Doppelschicht seitlich bewegen, und das Muster ("Mosaik") von Lipiden und Proteinen ändert sich ständig. Allerdings wurden zunächst andere Modelle für die Zellmembran entwickelt, bevor sie widerlegt wurden. Ein ehemaliges Modell, das als bekannt ist Sandwich-Modell oder Davson-Danielli-Modell schlugen vor, dass die Phospholipiddoppelschicht von Proteinen umgeben ist, im Gegensatz zu Proteinen, die in die Phospholipiddoppelschicht integriert sind. Dieses Modell hatte jedoch mehrere Einschränkungen – es berücksichtigte nicht die selektive Permeabilität der Membran und nahm an, dass alle Membranen eine einheitliche Dicke aufwiesen. Weitere Experimente widerlegten das Modell und führten zur Entwicklung des Fluidmosaikmodells.

Die Fluidität der Zellmembran wird durch eine Vielzahl von Faktoren bestimmt, einschließlich der Anwesenheit von ungesättigte Fettsäureschwänze und die Anwesenheit von Cholesterin. Gesättigte Fettsäuren können viel dichter packen, weil sie mit Wasserstoff gesättigt sind und dadurch gerade Strukturen haben. Ungesättigte Fettsäuren haben aufgrund ihrer Doppelbindungen Knicke, was zu einer gebogenen Kette führt, die viel weniger dicht gepackt werden kann. Cholesterin ist ein Sterol (Steroidalkohol), das sich zwischen Phospholipiden einlagert, die Durchlässigkeit der Membran verringert und ihre Steifigkeit erhöht. Steroide haben vier starre Kohlenstoffringe, die mit den Fettsäureschwänzen der Phospholipide interagieren und diese stabilisieren. Es wird als a . bezeichnet bidirektionaler Regler--bei niedrigen Temperaturen erhöht es die Fließfähigkeit, indem es verhindert, dass die Fettsäuren zusammenkommen und kristallisieren (flüssig bis fest), während es bei hohen Temperaturen die Fließfähigkeit verringert, indem es einige Gruppen im Fettsäureschwanz immobilisiert und den Schmelzpunkt der Schwänze erhöht.


Bedeutung säurefester Zellwandkomponenten für die Initiierung der Körperabwehr

Der Körper hat zwei Immunsysteme: das angeborene Immunsystem und das adaptive Immunsystem.

  1. Die angeborene Immunität ist ein Antigen-unspezifischer Abwehrmechanismus, den ein Wirt sofort oder innerhalb weniger Stunden nach Exposition gegenüber fast allen Mikroben nutzt. Dies ist die Immunität, mit der man geboren wird, und ist die erste Reaktion des Körpers, um Mikroben zu eliminieren und Infektionen zu verhindern.
  2. Adaptive (erworbene) Immunität bezieht sich auf antigenspezifische Abwehrmechanismen, die mehrere Tage brauchen, um zu schützen, und die darauf ausgelegt sind, mit einem spezifischen Antigen zu reagieren und es zu entfernen. Dies ist die Immunität, die man im Laufe des Lebens entwickelt.

Initiierung der angeborenen Immunität

Um sich vor einer Infektion zu schützen, muss der Körper unter anderem zunächst das Vorhandensein von Mikroorganismen erkennen. Der Körper tut dies, indem er Moleküle erkennt, die einzigartig für Mikroorganismen sind, die nicht mit menschlichen Zellen verbunden sind. Diese einzigartigen Moleküle werden Pathogen-assoziierte molekulare Muster oder PAMPs genannt. Pathogen Mykobakterium Arten wie Mycobacterium tuberculosis und Mycobacterium leprae setzen Mykolsäure-, Arabinogalactan- und Peptidoglycanfragmente aus ihrer säurefesten Zellwand frei. (Da alle Mikroben, nicht nur pathogene Mikroben, PAMPs besitzen, werden pathogen-assoziierte molekulare Muster manchmal als mikroben-assoziierte molekulare Muster oder MAMPs bezeichnet.)

Diese PAMPS binden an Mustererkennungsrezeptoren oder PRRs auf einer Vielzahl von Abwehrzellen des Körpers, wodurch sie eine Vielzahl von Proteinen, die Zytokine genannt werden, synthetisieren und sezernieren. Diese Zytokine können ihrerseits die angeborene Immunabwehr wie Entzündungen, Phagozytose, Aktivierung der Komplementwege und Aktivierung des Gerinnungsweges fördern.

Eine Entzündung ist die erste Reaktion auf eine Infektion und Verletzung und ist entscheidend für die Körperabwehr. Grundsätzlich ist die Entzündungsreaktion ein Versuch des Körpers, die Homöostase nach einer Verletzung wiederherzustellen und aufrechtzuerhalten. Die meisten Körperabwehrelemente befinden sich im Blut, und Entzündungen sind das Mittel, durch das Körperabwehrzellen und Körperabwehrchemikalien das Blut verlassen und in das Gewebe um eine verletzte oder infizierte Stelle gelangen.

Körperabwehrzellen, die Makrophagen genannt werden, und dendritische Zellen haben Mustererkennungsrezeptoren wie z für Peptidoglycanfragmente. Die Bindung dieser Zellwandkomponenten an ihre entsprechenden Mustererkennungsrezeptoren veranlasst die Makrophagen, verschiedene verteidigungsregulierende Chemikalien namens Zytokine freizusetzen, einschließlich IL-1 und TNF-alpha. Die Zytokine binden dann an Zytokinrezeptoren auf Zielzellen und initiieren eine Entzündung und aktivieren sowohl die Komplementwege als auch den Koagulationsweg.

Die angeborene Immunität wird in Einheit 5 ausführlicher behandelt.

Initiierung der adaptiven Immunität

Proteine ​​und Polysaccharide, die mit der säurefesten Zellwand verbunden sind, wirken als Antigene und initiieren die adaptive Immunität. Ein Antigen ist definiert als eine molekulare Form, die mit Antikörpermolekülen und mit Antigenrezeptoren auf Lymphozyten reagiert. Wir erkennen diese molekularen Formen als fremd oder unterschiedlich von den molekularen Formen unseres Körpers, weil sie zu spezifischen Antigenrezeptoren auf unseren B-Lymphozyten und T-Lymphozyten passen, den Zellen, die die adaptive Immunität ausüben.

Die eigentlichen Teile oder Fragmente eines Antigens, die mit Antikörpern und mit Rezeptoren auf B-Lymphozyten und T-Lymphozyten reagieren, werden als Epitope bezeichnet. Ein Epitop ist typischerweise eine Gruppe von 5-15 Aminosäuren mit einer einzigartigen Form, die einen Teil eines Proteinantigens bildet, oder 3-4 Zuckerreste, die von einem Polysaccharid-Antigen abzweigen. Ein einzelner Mikroorganismus hat viele Hundert unterschiedlich geformte Epitope, die unsere Lymphozyten als fremd erkennen und gegen die eine adaptive Immunantwort aufbauen kann.

Der Körper erkennt ein Antigen als fremd, wenn Epitope dieses Antigens an B-Lymphozyten und T-Lymphozyten mittels epitopspezifischer Rezeptormoleküle mit einer zu der des Epitops komplementären Form binden. Der Epitop-Rezeptor auf der Oberfläche eines B-Lymphozyten wird als B-Zell-Rezeptor bezeichnet und ist eigentlich ein Antikörpermolekül. Der Rezeptor auf einem T-Lymphozyten wird als T-Zell-Rezeptor (TCR) bezeichnet.

Es gibt zwei Hauptzweige der adaptiven Immunantwort: humorale Immunität und zellvermittelte Immunität.

  1. Humorale Immunität: Die humorale Immunität umfasst die Produktion von Antikörpermolekülen als Reaktion auf ein Antigen und wird durch B-Lymphozyten vermittelt. Durch eine Vielzahl von Mechanismen sind diese Antikörper in der Lage, Mikroorganismen und ihre Toxine nach Bindung an ihre Epitope zu entfernen oder zu neutralisieren.
  2. Zellvermittelte Immunität: Zellvermittelte Immunität umfasst die Produktion von zytotoxischen T-Lymphozyten, aktivierten Makrophagen, aktivierten NK-Zellen und Zytokinen als Reaktion auf ein Antigen und wird durch T-Lymphozyten vermittelt. Diese Abwehrzellen helfen, infizierte Zellen und Krebszellen mit fremden Epitopen zu entfernen.

Die adaptive Immunität wird in Einheit 6 ausführlicher diskutiert.


Die primäre Funktion der Zellwand ist - Biologie

Tabelle 1 liefert die Komponenten von prokaryontischen und eukaryontischen Zellen und ihre jeweiligen Funktionen.

Tabelle 1. Komponenten prokaryotischer und eukaryotischer Zellen und ihre Funktionen
Zellkomponente Funktion In Prokaryoten vorhanden? In tierischen Zellen vorhanden? In Pflanzenzellen vorhanden?
Plasma Membran Trennt die Zelle von der äußeren Umgebung und kontrolliert den Durchgang von organischen Molekülen, Ionen, Wasser, Sauerstoff und Abfällen in und aus der Zelle Jawohl Jawohl Jawohl
Zytoplasma Bietet Struktur für die Zellstelle vieler metabolischer Reaktionsmedien, in denen Organellen gefunden werden Jawohl Jawohl Jawohl
Nukleoid Ort der DNA Jawohl Nein Nein
Kern Zellorganelle, die DNA beherbergt und die Synthese von Ribosomen und Proteinen steuert Nein Jawohl Jawohl
Ribosomen Proteinsynthese Jawohl Jawohl Jawohl
Mitochondrien ATP-Produktion/Zellatmung Nein Jawohl Jawohl
Peroxisomen Oxidiert und baut Fettsäuren und Aminosäuren ab und entgiftet Gifte Nein Jawohl Jawohl
Vesikel und Vakuolen Speicher- und Transport-Verdauungsfunktion in Pflanzenzellen Nein Jawohl Jawohl
Zentrosom Nicht näher bezeichnete Rolle bei der Zellteilung in tierischen Zellen Quelle von Mikrotubuli in tierischen Zellen Nein Jawohl Nein
Lysosomen Verdauung von Makromolekülen Recycling abgenutzter Organellen Nein Jawohl Nein
Zellenwand Schutz, strukturelle Unterstützung und Erhalt der Zellform Ja, hauptsächlich Peptidoglycan in Bakterien, aber nicht in Archaeen Nein Ja, hauptsächlich Zellulose
Chloroplasten Photosynthese Nein Nein Jawohl
Endoplasmatisches Retikulum Modifiziert Proteine ​​und synthetisiert Lipide Nein Jawohl Jawohl
Golgi-Apparat Modifiziert, sortiert, markiert, verpackt und verteilt Lipide und Proteine Nein Jawohl Jawohl
Zytoskelett Behält die Form der Zelle bei, sichert Organellen an bestimmten Positionen, ermöglicht die Bewegung von Zytoplasma und Vesikel innerhalb der Zelle und ermöglicht einzelligen Organismen, sich unabhängig zu bewegen Jawohl Jawohl Jawohl
Geißeln Zelluläre Fortbewegung Etwas Etwas Nein, außer etwas Pflanzensperma.
Zilien Zelluläre Fortbewegung, Bewegung von Partikeln entlang der extrazellulären Oberfläche der Plasmamembran und Filtration Nein Etwas Nein

Wie eine prokaryontische Zelle hat eine eukaryontische Zelle eine Plasmamembran, Zytoplasma und Ribosomen, aber eine eukaryontische Zelle ist typischerweise größer als eine prokaryontische Zelle, hat einen echten Kern (d.h. ihre DNA ist von einer Membran umgeben) und hat andere Membran- gebundene Organellen, die eine Kompartimentierung von Funktionen ermöglichen. Die Plasmamembran ist eine Phospholipid-Doppelschicht, die mit Proteinen eingebettet ist. Der Nukleolus innerhalb des Nukleus ist die Stelle für die Ribosomenanordnung. Ribosomen befinden sich im Zytoplasma oder sind an der zytoplasmatischen Seite der Plasmamembran oder des endoplasmatischen Retikulums befestigt. Sie führen die Proteinsynthese durch. Mitochondrien führen die Zellatmung durch und produzieren ATP. Peroxisomen bauen Fettsäuren, Aminosäuren und einige Toxine ab. Vesikel und Vakuolen sind Lager- und Transportfächer. In Pflanzenzellen helfen Vakuolen auch beim Abbau von Makromolekülen.

Tierzellen haben auch ein Zentrosom und Lysosomen. Das Zentrosom hat zwei Körper, die Zentriolen, mit einer unbekannten Rolle bei der Zellteilung. Lysosomen sind die Verdauungsorganellen tierischer Zellen.

Pflanzenzellen haben eine Zellwand, Chloroplasten und eine zentrale Vakuole. Die pflanzliche Zellwand, deren Hauptbestandteil Cellulose ist, schützt die Zelle, bietet strukturellen Halt und formt die Zelle. Die Photosynthese findet in Chloroplasten statt. Die zentrale Vakuole dehnt sich aus und vergrößert die Zelle, ohne dass mehr Zytoplasma produziert werden muss.

Das Endomembransystem umfasst die Kernhülle, das endoplasmatische Retikulum, den Golgi-Apparat, Lysosomen, Vesikel sowie die Plasmamembran. Diese zellulären Komponenten arbeiten zusammen, um Membranlipide und Proteine ​​zu modifizieren, zu verpacken, zu markieren und zu transportieren.

Das Zytoskelett hat drei verschiedene Arten von Proteinelementen. Mikrofilamente verleihen der Zelle Steifigkeit und Form und erleichtern die Zellbewegungen. Zwischenfilamente tragen Spannung und verankern den Kern und andere Organellen an Ort und Stelle. Mikrotubuli helfen der Zelle, der Kompression zu widerstehen, dienen als Spuren für Motorproteine, die Vesikel durch die Zelle bewegen, und ziehen replizierte Chromosomen zu den gegenüberliegenden Enden einer sich teilenden Zelle. Sie sind auch die strukturellen Elemente von Zentriolen, Flagellen und Zilien.

Tierische Zellen kommunizieren über ihre extrazellulären Matrizen und sind durch Tight Junctions, Desmosomen und Gap Junctions miteinander verbunden. Pflanzenzellen sind durch Plasmodesmen verbunden und kommunizieren miteinander.

Übungsfrage

Was verstehen wir im Kontext der Zellbiologie unter Form follows Function? Was sind mindestens zwei Beispiele für dieses Konzept?


Die primäre Funktion der Zellwand ist - Biologie


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Wachsende Pflanzenzellen sind von einer polysaccharidreichen Primärwand umgeben. Diese Wand ist Teil des Apoplasten, der selbst weitgehend in sich geschlossen ist und alles enthält, was sich zwischen Plasmamembran und Kutikula befindet. Die Primärwand und die Mittellamelle machen den größten Teil des Apoplasten im wachsenden Gewebe aus. Der Symplast ist ein weiteres einzigartiges Merkmal von Pflanzengeweben. Diese in sich zusammenhängende Phase existiert, weil röhrenartige Strukturen, die als Plasmodesmen bekannt sind, das Zytoplasma verschiedener Zellen verbinden.

Pflanzen unterscheiden sich in Form und Größe. Diese Unterschiede resultieren aus den unterschiedlichen Morphologien der verschiedenen Zellen, aus denen die vegetativen und reproduktiven Organe des Pflanzenkörpers bestehen. Veränderungen der Gewebe- und Organmorphologie, die während des Pflanzenwachstums und der Pflanzenentwicklung auftreten, resultieren aus einer kontrollierten Zellteilung und einem kontrollierten Zellwachstum zusammen mit einer Modifikation und strukturellen Reorganisation der Wand sowie der Synthese und Einfügung von neuem Material in die bestehende Wand.

Einige der Funktionen der Primärwand:

  • Strukturelle und mechanische Unterstützung.
  • erhalten und bestimmen die Zellform.
  • widerstehen dem inneren Turgordruck der Zelle.
  • Wachstumsrate und -richtung kontrollieren.
  • letztendlich verantwortlich für Pflanzenarchitektur und -form.
  • regulieren die Diffusion des Materials durch den Apoplast.
  • Kohlenhydratspeicherung - Samenwände können metabolisiert werden.
  • Schutz vor Krankheitserregern, Austrocknung und anderen Umweltfaktoren.
  • Quelle biologisch aktiver Signalmoleküle.
  • Zell-Zell-Interaktionen.

Primärwandaufbau und Architektur

Primärwände, die aus höheren Pflanzengeweben und Zellen isoliert werden, bestehen überwiegend aus Polysacchariden zusammen mit geringeren Mengen an strukturellen Glykoproteinen (hydroxyprolinreiche Extensine), Phenolester (Ferula- und Cumarsäure), ionisch und kovalent gebundenen Mineralien (z. B. Calcium und Bor) und Enzyme. Darüber hinaus enthalten Wände Proteine ​​(Expansine), von denen angenommen wird, dass sie eine Rolle bei der Regulierung der Wandexpansion spielen. Lignin, ein Makromolekül aus hochvernetzten Phenolmolekülen, ist ein Hauptbestandteil der Sekundärwände.

Die wichtigsten Polysaccharide in der Primärwand sind:

Cellulose - ein Polysaccharid bestehend aus 1,4-verknüpften β-D-Glucose-Resten

Hemicellulose – verzweigte Polysaccharide, die strukturell zu Cellulose homolog sind, weil sie ein Rückgrat aufweisen, das aus 1,4-verknüpften β-D-Hexosyl-Resten besteht. Die vorherrschende Hemicellulose in vielen Primärwänden ist Xyloglucan. Andere Hemicellulosen, die in Primär- und Sekundärwänden vorkommen, umfassen Glucuronoxylan, Arabinoxylan, Glucomannan und Galactomannan.

Pektin – eine Familie komplexer Polysaccharide, die alle 1,4-verknüpfte α-D-Galakturonsäure enthalten. Bis heute wurden drei Klassen von pektischen Polysacchariden charakterisiert: Homogalacturonane, Rhamnogalacturonane und substituierte Galacturonane.

Die Organisation und Interaktionen von Wandkomponenten sind nicht mit Sicherheit bekannt, und es gibt immer noch erhebliche Debatten darüber, wie die Wandorganisation modifiziert wird, damit sich Zellen ausdehnen und wachsen können. Es wurden mehrere Modelle vorgeschlagen, um die mechanischen Eigenschaften der Wand zu berücksichtigen:

Das kovalent vernetzte Modell

Peter Albersheim und Kollegen schlugen 1973 vor, dass die Wandmatrixpolymere (Xyloglucan, Pektin und Glykoprotein) kovalent miteinander verbunden sind. Die Bindung von Xyloglucan an Zellulose-Mikrofibrillen führt zu einem nicht kovalent vernetzten Zellulose-Hemizellulose-Netzwerk, das der Wand Zugfestigkeit verleiht. Dieses Modell wurde aufgrund des Fehlens von Beweisen für die Existenz kovalenter Bindungen zwischen Xyloglucan, Pektin und Glykoprotein in Frage gestellt.

Das diffuse Schichtmodell
Das geschichtete Schichtenmodell
Xyloglucan-Moleküle sind über Wasserstoff an Zellulose-Mikrofibrillen gebunden und vernetzen diese. Das Cellulose-Xyloglucan-Netzwerk ist in ein nicht kovalent vernetztes pektisches Netzwerk eingebettet.


Xyloglucan-Moleküle sind an die Oberfläche von Cellulose-Mikrofibrillen wasserstoffgebunden, vernetzen sie jedoch nicht direkt. Das fest gebundene Xyloglucan ist von einer Schicht weniger fest gebundener Polysaccharide umgeben. Die Cellulose und das Xyloglucan sind in eine Pektikmatrix eingebettet. Xyloglucan-Moleküle sind über Wasserstoff an Zellulose-Mikrofibrillen gebunden und vernetzen diese. Die Cellulose-Xyloglucan-Lamellen sind durch Schichten von pektischen Polysacchariden getrennt.

Es ist noch viel Forschung erforderlich, um eine vollständige Beschreibung der Primärwand auf molekularer Ebene zu liefern. Darüber hinaus gibt es zunehmend Hinweise darauf, dass Primärwände dynamische Strukturen sind, deren Zusammensetzung und Architektur sich während des Pflanzenwachstums und der Pflanzenentwicklung ändert.

Pflanzen bilden zwei Arten von Zellwänden, die sich in Funktion und Zusammensetzung unterscheiden. Primärwände umgeben wachsende und sich teilende Pflanzenzellen. Diese Wände sorgen für mechanische Festigkeit, müssen sich aber auch ausdehnen, damit die Zelle wachsen und sich teilen kann. Die viel dickere und stärkere Sekundärwand (siehe Abbildung rechts), die den größten Teil des Kohlenhydrats in der Biomasse ausmacht, wird abgelagert, wenn die Zelle nicht mehr wächst. Die Sekundärwände von Xylemfasern, Tracheiden und Sklereiden werden durch den Einbau von Lignin weiter gestärkt.

Die Evolution leitender Gewebe mit starren sekundären Zellwänden war ein kritisches Anpassungsereignis in der Geschichte der Landpflanzen, da sie den Transport von Wasser und Nährstoffen erleichterte und ein ausgedehntes aufrechtes Wachstum ermöglichte. Sekundärwände haben auch einen großen Einfluss auf das menschliche Leben, da sie ein wesentlicher Bestandteil von Holz und eine Nahrungsquelle für Nutztiere sind. Darüber hinaus können Sekundärwände dazu beitragen, unsere Abhängigkeit von Erdöl zu verringern, da sie den Großteil der erneuerbaren Biomasse ausmachen, die in Kraftstoff umgewandelt werden kann. Dennoch sind zahlreiche technische Herausforderungen zu meistern, um eine effiziente Nutzung von Sekundärwänden für die Energieerzeugung und für die Landwirtschaft zu ermöglichen.

Primär- und Sekundärwände enthalten Zellulose, Hemizellulose und Pektin, wenn auch in unterschiedlichen Anteilen. Ungefähr gleiche Mengen an Pektin und Hemizellulose sind in zweikeimblättrigen Primärwänden vorhanden, während Hemizellulose häufiger in Gräsern (z. B. Rutenhirse) vorkommt. Die Sekundärwände von Holzgewebe und Gräsern bestehen überwiegend aus Zellulose, Lignin und Hemizellulose (Xylan, Glucuronoxylan, Arabinoxylan oder Glucomannan). Die Zellulosefibrillen sind in ein Netzwerk aus Hemizellulose und Lignin eingebettet. Es wird angenommen, dass die Vernetzung dieses Netzwerks zur Eliminierung von Wasser aus der Wand und zur Bildung eines hydrophoben Verbundstoffes führt, der die Zugänglichkeit hydrolytischer Enzyme einschränkt und einen wesentlichen Beitrag zu den strukturellen Eigenschaften von Sekundärwänden leistet.

Xylan, das bis zu 30 % der Masse der Sekundärwände in Holz und Gräsern ausmacht, trägt dazu bei, dass diese Wände gegen enzymatischen Abbau resistent sind. Ein hoher Xylangehalt im Zellstoff erhöht die wirtschaftlichen und ökologischen Kosten des Bleichens bei der Papierherstellung. Daher sind die Verringerung des Xylangehalts von Sekundärwänden und die Veränderung der Xylanstruktur, des Molekulargewichts, der leichten Extrahierbarkeit und der Anfälligkeit für enzymatische Fragmentierung Schlüsselziele für die genetische Verbesserung von Pflanzen. Der Fortschritt in diesen Bereichen wird jedoch durch unser unvollständiges Verständnis der Mechanismen der Xylan-Biosynthese begrenzt.

Xylans have a backbone of 1,4-linked β-D-xylosyl residues with short [α-D-glucosyluronic acid (GlcA), 4-O-methyl-α-D-glucosyluronic acid (MeGlcA), α-L-arabinosyl, O-acetyl, feruloyl, or coumaroyl] sidechains (see figure).

Xylan synthesis requires the coordinated action of numerous enzymes, including glycosyl transferases (GTs) that elongate the backbone and add side chain residues (see left figure on right). None of these GTs have been purified and biochemically characterized, although several candidate genes have been identified.

Little is known about the factors that regulate secondary wall polysaccharide biosynthesis and the mechanisms that control the assembly of these polysaccharides into a functional wall. Moreover, the mechanisms required to initiate and terminate xylan synthesis and to control the chain length of the xylan are as yet unidentified.

We are interested in several aspects of primary and secondary walls including:

  • The primary structure of wall polysaccharides
  • The conformation and interactions of wall polysaccharides
  • The biosynthesis of wall polysaccharides
  • The molecular and genetic mechanisms involved in wall formation
  • Developmentally-associated changes in wall structure
  • The role of the wall in plant-pathogen interactions

The primary structures of wall polysaccharides

Pectic polysaccharides (RG-I, RG-II, and oligogalacturonides) are released by treating walls with endopolygalacturonase. High molecular weight pectic polysaccharides are solubilized with aqueous buffers and chelators such as CDTA.

Xyloglucan oligosaccharides are solubilized by treating walls with endoglucanse. High molecular weight hemicelluloses (xylans, glucuronoxylans, arabinoxylans, glucomannans, and xyloglucan) are solubilized by treating walls with 1 and 4M KOH

The solubilized polysaccharides are then purified by size-exclusion and anion-exhchange chromatographies.

The primary sequence of a polysaccharide is known when the following have been determined :

The conformation and interaction of wall polysaccharides

These studies involve extensive use of 2D NMR spectroscopy and computer-aided molecular modeling techniques. We are also growing plants in a 13 C-enriched environment to generate isotopically labeled polysaccharides that can be characterized using 13 C NMR spectroscopy. Further information is available by clicking on Xyloglucan .

The biosynthesis of pectic polysaccharides

We have developed methods for the purification and assay of enzymes involved in pectin biosynthesis, and for enzymes involved in the formation of various nucleotide sugars. In addition we are using molecular techniques to clone and express numerous enzymes involved in cell wall biosynthesis. Further information can be obtained by clicking on Biosynthesis

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Schlussfolgerungen

To summarize, seedlings with T-DNA insertions in 17 of the 23 candidate genes that were selected in this study seemed to exhibit FTIR phenotypes. Gene expression analysis showed that WSR gene expression is modulated in response to ISX-induced CWD, with the modulation apparently sensitive to changes in THE1 activity. This connected the genes identified to the THE1-dependent CWI maintenance mechanism, suggesting that our approach has identified new components mediating CWI maintenance in Arabidopsis. Follow up studies with KO or KD lines for four candidate genes found cell wall phenotypes in adult plants for all four and effects on CWD responses for WSR1 und 4. These results also suggest strongly that a more detailed analysis of the remaining candidate genes identified, will probably yield interesting novel insights into the mode of action of the CWI maintenance mechanism and cell wall metabolism in general.


In complex organisms, tissues grow by simple multiplication of cells. This takes place through the process of mitosis in which the parent cell breaks down to form two daughter cells identical to it. Mitosis is also the process through which simpler organisms reproduce and give rise to new organisms.

Cells import nutrients to use in the various chemical processes that go on inside them. These processes produce waste which a cell needs to get rid of. Small molecules such as oxygen, carbon dioxide and ethanol get across the cell membrane through the process of simple diffusion. This is regulated with a concentration gradient across the cell membrane. This is known as passive transport. However, larger molecules, such as proteins and polysaccharides, go in and out of a cell through the process of active transport in which the cell uses vesicles to excrete or absorb larger molecules.


What are the main functions of the cell membrane?

The cell membrane is the outer covering of a cell and helps it maintain shape, as well as allows certain molecules to enter and leave the cell.

Erläuterung:

The cell membrane is made out of two layers of phospholipids, a type of lipid with a head and two tails. These molecules' structure allows the membrane to be semi-permeable, meaning only certain molecules can cross the membrane. This is important as cells need to quickly gets things like oxygen and water, and get rid of wastes like carbon dioxide.

This image shows more of the membrane's structure:

You can see that there are also protein channels that allow materials to go in and out of the cell. These can transport molecules that cannot normally cross the phospholipid bilayer.

The membrane separates the cell from its surrounding environment.

Erläuterung:

Molecules of the cell membrane are arranged in a sheet.

This membrane is called the fluid mosaic model as it is a mixture of phospholipids, cholesterol, proteins and carbohydrates.

Most of the membrane is composed of phospholipid molecules. These allow the membrane to be rather fluid.

Embedded in this membrane are proteins which give some structure to the membrane.

The 3rd components are proteins or glycolipids.

The membrane can seal itself if pierced by something very thin like a pin. But it will burst if it takes in too much water.

The proteins sort of float on the surface of the membrane like islands in the sea.

Cholesterol is also found in the membrane. It prevents lower temperatures from inhibiting the fluidity of the membrane and prevents higher temperatures from increasing fluidity.

The carbohydrates that are in plasma membranes are bound either to proteins or to the lipids. They form sites on the surface that allow the cells to recognize each other.
This is important because it all tells the immune system to determine whether a cell is foreign (non-self) or are body cells (self).


Schau das Video: Transportvorgänge durch die Biomembran. Stofftransport durch die Biomembran Biologie, Oberstufe (Juni 2022).