細胞壁とは何か、機能と構造

細胞壁は、植物細胞のプロトプラストを完全に取り囲むエンベロープです。サポートと保護として機能し、病原体から保護し、栄養素の交換に介入するなどの機能があります。細胞壁は主にセルロースでできています。この「ワイルド＆グリーン」の記事では、細胞壁とは何か、その機能と構造について詳しく学びます。

細胞壁は植物細胞の特徴的な細胞小器官です。この構造はプロトプラストを完全に取り囲むエンベロープであり、その存在が動物細胞と区別されます。細胞壁は硬い性質を持っており、細胞の形状とサイズを維持することができます。この特性は、植物細胞が水を吸収して体積が増加する場合に特に重要です。このような状況では細胞壁が原形質膜の破裂を防ぐためです。

細胞壁は植物だけのものではないことに注意することが重要です。真正細菌および古細菌の原核細胞、ならびに真菌界の細胞も、化学組成は異なりますが、細胞壁を持っています。

変形菌の葉状細胞（「ゼリー菌」として知られる）や高等植物の生殖細胞（精細胞）などの一部のグループでは、例外的に細胞壁が欠損している場合があります。一方、分裂組織細胞では、細胞壁が非常に薄くなることがあります。

細胞壁は、細胞とそれが存在する組織の生存だけでなく、生物の全体的な機能にとっても、特定の重要な機能を果たしていることが現在認識されています。それでは、細胞壁には具体的にどのような機能があるのでしょうか?ここでは、それらが実行する主な機能を示します。

• 構造的なサポートと保護を提供します。細胞壁は細胞に強度と剛性を与え、その形状を維持し、起こり得る外部の機械的損傷から細胞を保護します。さらに、プロトプラストとして知られる細胞内容物を突然の浸透圧変化から保護し、細胞溶解を防ぎます。
• 栄養素の交換を促進する：細胞壁にはさまざまな酵素が含まれており、細胞の代謝に必要な物質の吸収、輸送、分泌において基本的な役割を果たしています。また、液胞で起こるものと同様に、リソソームまたは消化活動の場としても機能します。
• 病原体に対する保護を提供します:病原性細菌や真菌に対する防御に積極的に関与します。植物は、フィトアレキシンや、病原体の侵入を防ぐバリアとして機能するリグニンなどの他の物質を生成することによって、攻撃に対する耐性を獲得できます。

植物細胞の細胞壁は、主にセルロースやその他のマトリックス成分などの多糖類で構成されています。マトリックス中の主要な多糖類は、ヘミセルロースとペクチン成分です。さらに、割合は低いですが、タンパク質、リグニン、クチン、スベリン、ワックスも含まれています。

セルロースはグルコースの線状ポリマー (1-4 β-D-グルカン) です。これらの長くて細いグルコース鎖は水素結合によって互いに結合し、直径 10 ～ 25 nm のミクロフィブリルを形成します。ミクロフィブリルは、導電性ケーブルのストランドと同様に、互いにねじれて絡み合います。各「ワイヤー」またはマクロフィブリルの直径は約 0.5 μm で、長さは最大 4 μm に達することがあります。この構造のおかげで、セルロース分子は同じ直径の鋼糸に匹敵する強度を獲得します。ミクロフィブリルは細胞壁に機械的強度を与え、化学的および生物学的分解に対して耐性があります。それらは、正常な一次壁の乾燥重量の約 20 ～ 30%、支持細胞の二次壁の乾燥重量の 40 ～ 60% に相当します。

一方、細胞壁は 2 つの主な相で構成されています。

• フィブリル相または骨格相:セルロースで構成され、水素結合によって高度に規則的に配置され、結晶特性が得られます。
• 非晶質相またはマトリックス相:ヘミセルロース、ペクチン化合物、および糖タンパク質で構成されます。

さらに、細胞壁は 3 つの基本的な部分に分けることができます。

• 中間ラメラまたは細胞間物質:細胞分裂中に形成され、主にガラクツロン酸分子とペクチン酸および金属イオンが結合したペクチン化合物で構成されます。
• 一次壁:ほとんどの植物細胞に存在し、細胞分裂後に形成され、生きたプロトプラストと結合しているため、その変化が可逆的になります。
• 二次壁:細胞が成長を停止し最大サイズに達すると、一次壁と原形質膜の間に発達します。

細胞壁とは何か、そして細胞壁がどのような機能を持っているかがわかったので、 動物細胞と植物細胞の類似点と相違点に関するこの他の投稿を読むことに興味があるかもしれません。

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