9 Fungsi dinding sel: morfologi, komponen dinding sel tumbuhan

Fungsi dinding sel: Dinding sel melayani berbagai tujuan termasuk:

1. memelihara / menentukan bentuk sel (analog dengan kerangka eksternal untuk setiap sel). Karena protoplas selalu bulat, ini adalah bukti yang baik bahwa dinding pada akhirnya menentukan bentuk sel tumbuhan.

2. Dukungan dan kekuatan mekanis (memungkinkan tanaman menjadi tinggi, tahan daun tipis untuk mendapatkan cahaya)

3. mencegah membran sel agar tidak meledak di media hipotonik (mis., tahan tekanan air)

4. mengontrol laju dan arah pertumbuhan sel dan mengatur volume sel

5. akhirnya fungsi dinding sel untuk desain arsitektur tanaman dan mengendalikan morfogenesis tanaman karena dinding menentukan bahwa tanaman berkembang dengan penambahan sel (bukan migrasi sel)

6. memiliki peran metabolisme (mis., beberapa protein di dinding adalah enzim untuk transportasi, sekresi)

7. hambatan fisik untuk: (a) patogen; dan (b) air dalam sel suberized. Namun, ingatlah bahwa dinding sangat berpori dan memungkinkan lewatnya molekul-molekul kecil secara bebas, termasuk protein hingga 60.000 MW. Pori-pori sekitar 4 nm (Tepfert & Taylor 1987)

8. penyimpanan karbohidrat – komponen dinding dapat digunakan kembali dalam proses metabolisme lainnya (terutama dalam biji). Dengan demikian, di satu sisi dinding berfungsi sebagai gudang penyimpanan karbohidrat

9. pensinyalan – fragmen dinding, yang disebut oligosaccharin, bertindak sebagai hormon. Oligosaccharin, yang dapat dihasilkan dari perkembangan normal atau serangan patogen, melayani berbagai fungsi termasuk: (a) merangsang sintesis etilen; (B) menginduksi sintesis phytoalexin (bahan kimia pertahanan yang diproduksi dalam menanggapi infeksi jamur / bakteri); (c) menginduksi kitinase dan enzim lain; (D) meningkatkan kadar kalsium sitoplasma dan (d) menyebabkan “ledakan oksidatif”. Ledakan ini menghasilkan hidrogen peroksida, superoksida dan spesies oksigen aktif lainnya yang menyerang patogen secara langsung atau menyebabkan peningkatan ikatan silang di dinding yang membuat dinding lebih sulit untuk ditembus.

Mari kita lihat bagaimana sistem ini bekerja

Pertimbangkanlah jamur patogen seperti Phytophthora. Jika kontak dengan tanaman inang, jamur melepaskan enzim seperti pektinase yang memecah komponen dinding tanaman menjadi oligosaccharin. Oligosaccharin merangsang ledakan oksidatif dan sintesis phytoalexin, yang keduanya akan menghalangi kemajuan jamur. Selain itu, oligosaccharin merangsang produksi kitinase dan glukanase di pabrik. Ini dilepaskan dan mulai mencerna dinding jamur. Fragmen-fragmen dinding jamur juga bertindak sebagai oligosaccharin di dalam tanaman untuk lebih menginduksi sintesis phytoalexin. Keren!

respons pengenalan – misalnya: (a) dinding akar kacang-kacangan penting dalam bakteri pengikat nitrogen yang menjajah akar untuk membentuk nodul; dan (b) interaksi gaya serbuk sari dimediasi oleh kimia dinding.

produk ekonomi – dinding sel penting untuk produk seperti kertas, kayu, serat, energi, tempat tinggal, dan bahkan serat dalam makanan kita.

Komponen kimia dinding sel

Bahan utama dalam dinding sel adalah polisakarida (atau karbohidrat kompleks atau gula kompleks) yang dibangun dari monosakarida (atau gula sederhana). Sebelas monosakarida yang berbeda adalah umum di polisakarida ini termasuk glukosa dan galaktosa. Karbohidrat adalah bahan pembangun yang baik karena mereka dapat menghasilkan variasi struktur yang hampir tak terbatas. Ada berbagai komponen lain di dinding termasuk protein, dan lignin. Mari kita lihat komponen dinding ini secara lebih rinci:

Selulosa

β1,4-glukan (struktur disediakan di kelas). Terbuat dari 25.000 molekul glukosa individu. Setiap molekul lain (disebut residu) “terbalik”. Cellobiose (glukosa-glukosa disakarida) adalah dasar pembangun. Selulosa dengan mudah membentuk ikatan hidrogen dengan dirinya sendiri (ikatan H dalam molekul) dan dengan rantai selulosa lainnya (ikatan H antar molekul). Rantai selulosa akan membentuk ikatan hidrogen dengan sekitar 36 rantai lain untuk menghasilkan mikrofibril. Ini agak analog dengan pembentukan tali tebal dari serat tipis. Mikrofibril lebar 5-12 nm dan memberikan kekuatan dinding – mereka memiliki kekuatan tarik yang setara dengan baja. Beberapa daerah mikrofibril sangat kristalin sementara yang lain lebih “amorf”.

Lintas-glikan glikan (= Hemiselulosa)

Beragam kelompok karbohidrat yang dulu disebut hemiselulosa. Ditandai dengan larut dalam alkali yang kuat. Mereka linier (lurus), datar, dengan tulang punggung β-1,4 dan rantai samping yang relatif pendek. Dua tipe yang umum termasuk xyloglucans dan glucuronarabinoxylans. Yang kurang umum lainnya termasuk glukomanan, galaktoglukomanan, dan galaktomanan. Fitur utama dari grup ini adalah mereka tidak bergabung dengan diri mereka sendiri – dengan kata lain, mereka tidak membentuk mikrofibril. Namun, mereka membentuk ikatan hidrogen dengan selulosa dan karenanya alasan mereka disebut “glycans cross-linking”. Mungkin ada gula fucose di ujung rantai samping yang dapat membantu menjaga molekul planar dengan berinteraksi dengan daerah lain dari rantai.

Polisakarida pektik

Ini diekstraksi dari dinding dengan air panas atau asam chelators kalsium atau (seperti EDTA). Mereka adalah konstituen termudah untuk dihapus dari dinding. Mereka membentuk gel (yaitu, digunakan dalam pembuatan agar-agar). Mereka juga merupakan kelompok polisakarida yang beragam dan sangat kaya akan asam galakturonat (galacturonans = asam pektik). Mereka adalah polimer terutama β 1,4 galacturonans (= polygalacturonans) yang disebut homogalacturons (HGA) dan sangat umum. Ini berbentuk heliks. Kation divalen, seperti kalsium, juga membentuk ikatan silang untuk bergabung dengan polimer yang berdekatan membuat gel. Polisakarida pektik juga dapat dihubungkan dengan asam dihydrocinnamic atau diferulic. HGA’s (galacturonans) awalnya disekresikan dari golgi sebagai polimer yang dimetilasi; gugus metil dihilangkan dengan pektin metilesterase untuk memulai pengikatan kalsium.

Asam pektik lainnya termasuk Rhamnogalacturonan II (RGII) yang memiliki asam rhamnose dan asam galakturonat dalam kombinasi dengan sejumlah besar gula lain dalam berbagai hubungan. Dimer RGII dapat dihubungkan secara silang oleh atom boron yang dihubungkan dengan gulaose dalam rantai samping.

Meskipun sebagian besar polisakarida pektik bersifat asam, yang lain terdiri dari gula netral termasuk arab dan galaktan. Polisakarida pektik melayani berbagai fungsi termasuk menentukan porositas dinding, menyediakan permukaan dinding yang diisi untuk adhesi sel-sel – atau dengan kata lain menempelkan sel bersama-sama (yaitu, lamella tengah), pengenalan sel-sel, pengenalan patogen dan lain-lain.

Protein

Protein dinding biasanya glikoprotein (tulang punggung polipeptida dengan rantai samping karbohidrat). Protein terutama kaya akan asam amino hidroksiprolin (glikoprotein kaya hidroksiprolin, HPRG), prolin (protein kaya prolin, PRP), dan glisin (protein kaya glisin, GRP). Protein ini membentuk batang (HRGP, PRP) atau lembaran beta-lipit (GRP). Extensin adalah HRGP yang dipelajari dengan baik. HRGP diinduksi oleh luka dan serangan patogen. Protein dinding juga memiliki peran struktural karena: (1) asam amino adalah karakteristik protein struktural lainnya seperti kolagen; dan (2) untuk mengekstraksi protein dari dinding membutuhkan kondisi yang merusak. Protein tampaknya terkait silang dengan zat pektik dan mungkin memiliki situs untuk lignifikasi. Protein dapat berfungsi sebagai perancah yang digunakan untuk membangun komponen dinding lainnya.

Kelompok lain dari protein dinding sangat glikosilasi dengan arabinosa dan galaktosa. Protein arabinogalaktan ini, atau AGP, tampaknya spesifik jaringan dan dapat berfungsi dalam pensinyalan sel. Mereka mungkin penting dalam embriogenesis dan pertumbuhan dan bimbingan tabung serbuk sari.

Lignin

Polimer fenolik, terutama fenilpropanoid. Lignin terutama merupakan agen penguat di dinding. Ini juga tahan terhadap serangan jamur / patogen.

Suberin, lilin, kutin

Berbagai lipid dikaitkan dengan dinding untuk kekuatan dan kedap air.

Air

Dinding sebagian besar terhidrasi dan terdiri dari antara 75-80% air. Ini bertanggung jawab atas beberapa sifat dinding. Misalnya, dinding terhidrasi memiliki fleksibilitas dan ekstensibilitas yang lebih besar daripada dinding non-terhidrasi.

Morfologi Dinding Sel – ada tiga wilayah utama dinding:

Lamela tengah – lapisan terluar, lem yang mengikat sel-sel yang berdekatan, terutama terdiri dari polisakarida pektik.

Dinding primer – dinding diendapkan oleh sel sebelum dan selama pertumbuhan aktif. Dinding primer sel sycamore yang dikultur terdiri dari polisakarida pektik (sekitar 30%), glikans pengikat silang (hemiselulosa; ca 25%), selulosa (15-30%) dan protein (kira-kira 20%) (lihat Darvill et al, 1980). Isi sebenarnya dari komponen dinding bervariasi dengan spesies dan umur. Semua sel tanaman memiliki lamela tengah dan dinding primer.

Dinding Sekunder – beberapa sel menyimpan lapisan tambahan di dalam dinding primer. Ini terjadi setelah pertumbuhan berhenti atau ketika sel mulai berdiferensiasi (berspesialisasi). Dinding sekunder terutama untuk penyangga dan sebagian besar terdiri dari selulosa dan lignin. Seringkali dapat membedakan lapisan yang berbeda, S1, S2 dan S3 – yang berbeda dalam orientasi, atau arah, dari mikrofibril selulosa.

Analogi ban untuk dinding sel

Dindingnya mirip dengan ban yang memiliki serangkaian sabuk baja atau kabel yang tertanam dalam matriks karet amorf. Di dinding sel tumbuhan, “tali” analog dengan mikrofibril selulosa dan mereka memberikan kekuatan struktural dinding. Matriks dinding dianalogikan dengan karet di ban dan terdiri dari komponen dinding non-selulosa. Bagaimana berbagai polimer dinding diatur? Sepertinya:

  • glikans silang (polisakarida hemiselulosa) terikat hidrogen pada mikrofibril selulosa
  • glikans silang juga dapat terperangkap di dalam mikrofibril selulosa saat terbentuk
  • berbagai jenis polisakarida pektik terikat secara kovalen satu sama lain
  • jembatan kalsium menghubungkan asam pektik
  • koneksi antara protein dan polimer dinding lainnya masih belum jelas
  • polisakarida pektik dan glikan cross-linking berinteraksi
  • glikan cross-linking dihubungkan oleh jembatan asam ferulic atau boron

Pembentukan Dinding sel

Dinding sel dibuat selama pembelahan sel ketika pelat sel terbentuk antara inti sel anak. Pelat sel terbentuk dari serangkaian vesikel yang diproduksi oleh aparat golgi. Vesikel bermigrasi di sepanjang sitoskeleton dan pindah ke ekuator sel. Vesikel bersatu dan membuang isinya. Membran vesikel menjadi membran sel baru. Golgi mensintesis polisakarida non-selulosa. Pada awalnya, vesikel golgi sebagian besar mengandung polisakarida pektik yang digunakan untuk membangun lamella tengah. Saat dinding diendapkan, polisakarida non-selulosa lainnya dibuat di golgi dan diangkut ke dinding yang sedang tumbuh.

Selulosa dibuat di permukaan sel. Proses dikatalisis oleh enzim selulosa sintase yang terjadi dalam kompleks roset di membran. Selulosa sintase, yang awalnya dibuat oleh ribosom (ER kasar) dan bergerak dari ER → vesikel → golgi → vesikel → membran sel. Enzim tersebut ternyata memiliki dua situs katalitik yang mentransfer dua glukose sekaligus (mis., Selobiosa) dari UDP-glukosa ke rantai selulosa yang sedang tumbuh. Sukrosa dapat memasok glukosa yang berikatan dengan UDP. Protein dinding mungkin dimasukkan ke dalam dinding dengan cara yang sama.

Ingatlah bahwa dinding dibuat dari luar ke dalam. Dengan demikian, ketika dinding semakin tebal lumen (ruang di dalam dinding) semakin kecil.

Bagaimana persisnya komponen-komponen dinding bergabung bersama untuk membentuk dinding begitu mereka berada di tempat tidak sepenuhnya dipahami. Tampaknya ada dua metode:

perakitan diri. Ini berarti bahwa komponen dinding secara agregat spontan; dan

rakitan enzimatik – berbagai reaksi enzimatik (XET) dirancang untuk rakitan dinding. Misalnya, satu kelompok enzim “menjahit” xilan bersama-sama di dinding untuk membentuk rantai panjang. Oksidase dapat mengkatalisasi ikatan silang tambahan antara komponen dinding dan pektin metil esterase dapat memainkan peran penting.

Struktur dan fungsi dinding sel

Dinding sel terdiri dari selulosa, hemiselulosa, pektin, lignin, kritin, garam karbonat, dan silikat. Berfungsi memberikan sokongan, perlindungan sel, furgiditas sel, jalan masuk materi terlarut dan air. Struktur terdiri dari dinding promer, dinding sekunder, lamella tengah, dan plasmadesmata (lubang pori yang berisi benang-benang sitoplasma)

Struktur

Berdasarkan perkembangan dan struktur jaringan tumbuhan, dapat dibedakan tiga lapisan dinding sel.
a. Lamella tengah atau lapisan antar sel. Lamella tengah terdapat diantara dua dinding primer dari dua sel yang merupakan senyawa yang tanpa bentuk (amorf). Lamella tengah terutama terdiri atas pectin. Enzim pektinase dengan reagen kimia yang dapat melarutkan pektin menyebabkan jaringan terurai (disintegrasi) menjadi sel individual. Prosedur ini disebut meserasi (maceration).

b. Dinding primer. Dinding primer adalah dinding sel pertama yang berkembang pada sel baru. Kebanyakan sel mempunyai dinding primer, sedangkan lamella tengah hanya merupakan senyawa antar sel yang tidak bersifat dinding. Dinding primer merupakan bagian Dindig sel yang berkembang dalam sel selama sel masih mengadakan pertumbuhan.

c. Dinding sekunder. Dinding sekunder dibentuk di sebelah dalam dinding primer. Sebagian besar sel trakeida dan serabut mempunyai tiga lapisan dinding sekunder, yaitu lapisan luar, lapisan tengah, dan lapisan dalam. Di antara ketiga lapisan ini biasanya lapisan tengah paling tebal. Ada juga sel yang mempunyai dinding sekunder lebih dari tiga lapisan. Ada yang menggunakan istilah dinding tersier untuk lapisan dalam dinding sekunder. Menurut Frey Wyssling (1976), lapisan yang paling dalam (lamella tersier) mempunyai sifat yang berbeda dengan dinding sekunder yang ada. Lamella ini dapat berdiferensiasi menjadi dua lapisan yaitu lapisan membranogenoat dan lapisan yang penuh dengan bintil.

Fungsi

Meskipun membran sel mungkin ada disetiap sel, dinding sel yang terbuat dari selulosa hanya ditemukan di sekitar sel tumbuhan. Dinding sel terbuat dari gula khusus yang disebut selulosa. Selulosa menyediakan kerangka kerja untuk melindungi sel tanaman untuk bertahan hidup. Ini seperti mengambil balon air dan menaruhnya di sebuah kotak kardus. Balon dilindungi dari dunia luar. Selulosa disebut karbohidrat struktural (gula kompleks) karena digunakan dalam perlindungan dan dukungan.

Dinding sel juga membantu tanaman menjaga bentuknya. Ketika mereka melakukan perlindungan sel-sel, dinding sel dan selulosa juga memungkinkan tanaman untuk tumbuh ke keatas atau membesar. Meskipun Anda memiliki kerangka untuk menahan Anda, tinggi pohon kayu redwood bisa mencapai 100-kaki. Ia menggunakan dinding sel yang kuat untuk mempertahankan bentuknya. Untuk tanaman yang lebih kecil, dinding sel sedikit elastis. Angin memojokan mereka dan kemudian mereka bangkit kembali. Redwood besar membutuhkan kekuatan untuk menghadapi angin kencang dan bergoyang sangat sedikit (kecuali di bagian atas).

dinding sel
Truktur dinding sel

Lubang lain di dinding

Sebuah dinding sel bukanlah sebuah benteng halus di sekitar sel tanaman. Ada lubang kecil di dinding yang memungkinkan nutrisi, limbah, dan ion melewatinya. Lubang-lubang disebut plasmodesmata. Lubang ini memiliki masalah: air juga bisa hilang. Tetapi bahkan ketika sel tanaman kehilangan air, bentuk dasar dipertahankan oleh dinding sel. Jadi jika tanaman terkulai karena membutuhkan air, dapat pulih kembali ketika air ditambahkan. Ini akan terlihat sama seperti ketika itu dimulai.

Lebih dari Dinding pada anaman

Anda mungkin mendengar tentang dinding sel di daerah lain pada biologi. Bakteri juga mengenal struktur yang disebut dinding sel. Jamur dan beberapa ptotozoa juga memiliki dinding sel. Mereka tidak sama. Hanya dinding sel tumbuhan yang terbuat dari selulosa. Dinding lain mungkin dibuat dari protein atau zat yang disebut kitin. Mereka semua melayani tujuan yang sama untuk melindungi dan memelihara struktur, tetapi mereka adalah molekul yang sangat berbeda.