Çok az istisna dışında, tüm hücreler proteinlerden, karbonhidratlardan ve diğer maddelerden oluşan hücre dışı bir matris ile çevrilidir. Olağanüstü gücü ve hücre şeklini kontrol etme yeteneği nedeniyle, öbakteriler, algler, mantarlar ve bitkilerin hücre dışı matrisine hücre duvarı denmektedir.
Hücre duvarı, hücre zarının üzerinde ek bir koruma katmanıdır. Hem prokaryotlarda, hem de ökaryotlarda bulabilirsiniz. Bunlar en çok bitkilerde, alglerde, mantarlarda ve bakterilerde bulunmaktadır.
Hücre duvarı neden gereklidir?
Hücrenin yapısını ve şeklini korumak da dahil olmak üzere çeşitli işlevleri yerine getirmektedir. Duvar serttir. Bu nedenle kafesi ve içindekileri korumaktadır.
Örneğinı, bitki virüsleri gibi patojenik mikroorganizmaların penetrasyonunu önleyebilmektedir. Duvar, mekanik destek sağlamanın yanı sıra, hücrenin çok hızlı genişlemesini veya büyümesini engelleyebilecek bir iskele görevi görmektedir. Proteinler, selüloz lifleri, polisakkaritler ve diğer yapısal bileşenler, şeklini korumasına yardımcı olmaktadır.
Aynı zamanda ulaşımda da önemli bir yere sahiptir. Duvar yarı geçirgen bir zar olduğu için proteinler gibi bazı maddelerin geçmesine izin vermektedir. Bu nedenle, duvarın hücre içindeki difüzyonu düzenlemesine ve neyin girip neyin dışarı çıktığını kontrol etmesine izin vermektedir.
Ek olarak, yarı geçirgen zar, sinyal moleküllerinin gözeneklerden geçmesine izin vererek hücreden hücreye iletişime yardımcı olur.
Hücre duvarı neyden yapılmıştır?
Bir bitkide esas olarak pektinler, selüloz ve hemiselüloz gibi karbonhidratlardan oluşmaktadır. Ayrıca daha küçük miktarlarda yapısal proteinler ve silikon gibi bazı mineraller içermektedir. Bu bileşenlerin tümü hücre duvarının hayati parçalarıdır.
Selüloz, karmaşık bir karbonhidrattır. Uzun zincirler oluşturan binlerce glikoz monomerinden oluşmaktadır. Bu zincirlerin bir araya gelmesi ile, birkaç nanometre çapında selüloz mikrofibriller oluşturmaktadır. Mikrofibriller, hücre genişlemesini kısıtlayarak veya izin vererek hücre büyümesini kontrol etmeye yardımcı olmaktadır.
Turgor basıncı
Bir bitki hücresinde duvar olmasının ana nedenlerinden biri, turgor basıncına dayanabilmesidir. Selülozun çok önemli bir rol oynadığı yer burasıdır. Turgor basıncı, hücrenin yüzer iç kısmı tarafından üretilen kuvvettir. Selüloz mikrofibrilleri, turgor basıncına dayanabilecek güçlü bir baz sağlamak için proteinler, hemiselülozlar ve pektinlerle bir matris oluşturmaktadır.
Hem hemiselülozlar, hem de pektinler dallı polisakkaritlerdir. Hemiselülozlar, onları selüloz mikrofibrillerine bağlayan hidrojen bağlarına sahipken, pektinler bir jel oluşturmak için su moleküllerini tutmaktadır. Hemiselülozlar matrisin gücünü arttırmaktadır. Pektinler ise, büzülmeyi önlemeye yardımcı olmaktadır.
Hücre duvarındaki proteinler
Hücre duvarındaki proteinler farklı işlevleri yerine getirmektedir. Bazıları ise, yapısal destek sağlamaktadır. Kimyasal reaksiyonları hızlandırabilen bir protein türü olan diğer enzimleride desteklemektedir.
Bu enzimler, bitkiyi korumak için meydana gelen oluşuma ve normal değişikliklere yardımcı olur. Ayrıca meyve olgunlaşmasında ve yaprak renginin değişmesinde rol oynamaktadır.
Maddeleri
Algler, mantarlar ve daha yüksek bitkiler gibi ökaryotik organizmalar, esas olarak selüloz veya kitinden oluşan çok katmanlı hücre duvarlarına sahiptir.
Selüloz ve kitin polisakkaritlerdir. Yani birçok bağlı şeker molekülünden oluşmaktadır. Selüloz yalnızca karbon, hidrojen ve oksijen içeren glikozdan yapılmış bir polimerdir. Kitin ise nitrojen içeren bir şeker olan N-asetilglukozaminden yapılmış bir polimerdir. Hem selüloz, hem de kitin ilgili şekerlerinin lineer ve dallanmamış polimerleridir. Bu polimerlerin birkaç düzinesi, hücrelerin etrafına dolanan mikrofibriller adı verilen büyük kristal benzeri kablolarda birleştirilmektedir.
Selüloz hücre duvarı
Selüloz, birbirine bağlı birkaç bin glikoz molekülünden oluşmaktadır. Ayrı glikoz alt birimleri arasındaki kimyasal bağlar, her bir selüloz molekülüne bitişik moleküllerin iki ila yedi mikrometre uzunluğunda mikrofibriller halinde yanal olarak birleşmesine izin veren düz ve şerit benzeri bir yapı vermektedir. Selüloz lifleri, hücre zarında yüzen enzimler tarafından sentezlenmektedir. Ayrıca bir rozet konfigürasyonunda düzenlenmektedir.
Görünüşe göre her rozet, mikrofibrili hücre duvarına bükebilmektedir. Bu işlem sırasında, fibrillerin büyüyen ucuna yeni glikoz alt birimleri eklendikçe rozet, hücre zarının yüzeyinde ve hücrenin etrafına itilmektedir. Selüloz fibrili ve protoplastın çevresini sarmaktadır. Böylece, her bitki hücresi kendi selüloz-fibril kozasını oluşturuyor olarak kabul edilebilmektedir.
Selüloz, birbirine bağlı glikoz moleküllerinden oluşmaktadır.
Golgi gövdesinde (hücre içinde çeşitli makromolekülleri üreten, sıralayan ve taşıyan organel) sentezlenen hücre duvarının diğer bileşenlerinden farklı olarak, selüloz bitki hücresinin yüzeyinde sentezlenmektedir. Bitkinin plazma zarında selüloz sentezleyen selüloz sentetaz adı verilen bir enzim bulunmaktadır.
Selüloz sentezlendiğinde, hücre yüzeyinde biriken mikrofibrilleri kendiliğinden oluşturmaktadır. Selüloz sentetaz enzimi plazma zarında bulunduğundan, eski selüloz mikrofibrillerin altında yeni selüloz mikrofibriller biriktirilir. Böylece, en eski selüloz mikrofibriller duvarın dışında, daha yeni mikrofibriller ise duvarın içindedir.
İşlevleri
Hücre duvarları sertlik ve koruma sağlamaktadır. Çok hücreli organizmalar için hücre duvarı, farklı hücreleri birbirine bağlamaktadır. Bitkiler, şekil ve sertliği korumak için hücre duvarını sistemlerinin bir parçası olarak kullanlmaktadır.
Bitkiye asıl şeklini vermektedir. Ayrıca koruma sağlamak için hücreye nelerin girip çıkabileceğini belirlediği için kapı bekçisi görevi görmektedir. Bir kalenin dış tuğlaları gibi, sadece bu kalede delikler vardır. Bu delikler hücreyi savunmasız hale getirmektedir. Ancak işleyişi için gereklidir.
Sekoya ve karahindiba, tüm hücrelerinin dışında hücre duvarlarına sahiptir. Hücre duvarları, bitkilere şekil ve destek vermek üzere tasarlanmıştır. Ancak hücre duvarları belirli bir bitkinin ihtiyaçlarına göre biraz farklı hareket etmekte ve tasarlanmaktadır.
Örneğin, 100 metrelik bir sekoya ağacının çok güçlü ve sert bir bitki ihtiyacı vardır. Böylece büyük yüksekliğine kadar büyüyebilmekte ve rüzgarda devrilmemektedir. Öte yandan, tarladaki küçük sarı bir karahindiba, rüzgar estiğinde kırılmak yerine bükülebilmesi için çok fazla plastisiteye sahip olmalıdır.
Bitki hücre duvarı yapısı
Bitki hücre duvarları, orta lamina, birincil hücre tabakası ve ikincil hücre tabakası olan üç katmanlı yapılardır. Orta lamina en dıştaki katmandır ve komşu hücreleri bir arada tutarak hücreden hücreye bağlantılara yardımcı olmaktadır. Başka bir deyişle, iki hücrenin arasında oturmakta ve onları bir arada tutmaktadır. Bu nedenle orta lamina olarak adlandırılmaktadır.
Orta tabaka pektin içerdiğinden bitki hücreleri için bir yapıştırıcı veya çimento görevi görmektedir. Hücre bölünmesi sırasında ilk orta plakayı oluşturmaktadır.
Çiçeklerinizi sulamayı hiç unuttunuz mu? Konuşamayabilirler, ancak susadıklarında size haber verirler ve inmeye başlarlar. Şekilleri hala hücre duvarı tarafından desteklenmektedir. Böylece bitki suları içer içmez tekrar yükselebilmektedir. Öte yandan, onlara çok fazla su verirseniz, aşırı sulanmayı da önlemektedir. Ayrıca hücreyi aşırı genişlemeden korumaktadır.
Bitkiyi ve hücreleri bitkiye zarar verebilecek birçok böcek ve patojenden korumaktadır. Ancak kendine has hassas bölgeleri vardır. Hücre duvarı boyunca plazmodesmata adı verilen açıklıklar vardır. Bunlar besinlerin hücreye girmesine ve atık ürünlerin hücreden çıkmasına izin veren açıklıklardır. Bu küçük delikler hücrenin su kaybetmesine neden olabilmektedir. O zaman bitki sarkmaya başlamaktadır. Ancak bitki bir kez içebildiğinde, uygun şekline geri dönecektir.
Birincil hücre duvarı
Hücre büyüdükçe gelişmektedir. Bu nedenle ince ve esnek olma eğilimindedir. Orta lamina ile plazma zarı arasında oluşur.
Hemiselüloz ve pektin içeren selüloz mikrofibrillerinden oluşmaktadır. Bu katman hücrenin zamanla büyümesini sağlar, ancak hücre büyümesini çok fazla kısıtlamamaktadır.
İkincil hücre duvarı
Daha kalın ve daha serttir. Bu nedenle bitkiye daha fazla koruma sağlamaktadır. Birincil duvar ile plazma zarı arasında bulunur. Genellikle birincil tabaka, hücrenin büyümesini tamamladıktan sonra, ikincil tabakanın oluşturulmasına yardımcı olur.
İkincil hücre duvarları selüloz, hemiselüloz ve ligninden oluşmaktadır. Lignin, ek bitki desteği sağlayan aromatik bir alkol polimeridir. Bu nedenle, bitkinin böceklerin veya patojenlerin saldırılarına karşı korunmasına yardımcı olur. Lignin ayrıca hücrelerde su taşınmasına da yardımcı olur.
Birincil ve ikincil arasındaki fark
Bitkilerdeki birincil ve ikincil bileşimini ve kalınlığını karşılaştırdığınızda, farklılıkları görmek kolaydır.
İlk olarak, birincil duvarlar aynı miktarda selüloz, pektinler ve hemiselüloz içermektedir. Ancak ikincil duvarlar pektin içermez. Daha fazla lif içermektedir. İkincisi, birincil hücre duvarlarındaki selüloz mikrofibrilleri rastgele görünmektedir. Ancak ikincil duvarlar halinde organize edilmektedir.
Bilim adamları bitkilerde hücre duvarı fonksiyonunun birçok yönünü keşfederken, bazı alanlarda hala daha fazla araştırmaya ihtiyaç duymuşlardır. Örneğin, biyosentezinde yer alan gerçek genler hakkında hala daha fazla şey öğrenmiştir. Araştırmacılar, bu sürece yaklaşık 2000 genin dahil olduğuna inanmaktadır. Bir diğer önemli araştırma alanı ise bitki hücrelerinde gen düzenlemesinin nasıl çalıştığı ve nasıl etkilediğidir.
Mantarlarda
Mantarlarda, yapı olarak selüloza benzer bir glikoz türevi olan kitin içermektedir. Kitin katmanları çok katıdır. Kitin, böcekler ve kabuklular gibi hayvanların sert dış iskeletlerinde bulunanla aynı moleküldür.
Bakterilerde
Bakteri duvarında peptidoglikanlar bulunmaktadır. Peptidoglikan veya murain, retiküler bir tabakada şekerler ve amino asitlerden oluşan bir yapıdır. Ayrıca hücrenin şeklini ve yapısını korumasına yardımcı olan benzersiz bir moleküldür.
Bakterilerde hücre duvarı, plazma zarının dışında bulunmaktadır. Duvar, yalnızca hücrenin şeklini özelleştirmeye yardımcı olmakla kalmaz, aynı zamanda hücrenin tüm içeriğinin kırılmasını ve dökülmesini önlemeye de yardımcı olur.
