Thành tế bào là gì? Khám phá cấu tạo, chức năng và vai trò của thành tế bào.

1. Thành tế bào là gì?

Thành tế bào, hay còn gọi là vách tế bào, là lớp bao bọc dai và đàn hồi quanh một số tế bào, nằm bên ngoài màng tế bào. Nó bảo vệ và duy trì hình dạng của tế bào, đồng thời có chức năng khử trùng. Thành tế bào hoạt động như một nồi áp suất, ngăn ngừa sự giãn nở quá mức khi nước thẩm thấu vào tế bào. Được tìm thấy ở thực vật, vi khuẩn, nấm men, tảo và vi khuẩn cổ, thành tế bào không có ở động vật và côn trùng. Nó cũng giúp duy trì cấu trúc bên trong thực vật giống như màng tế bào.

Khác với tế bào thực vật, thành tế bào ở vi khuẩn prokaryotic được cấu thành từ peptidoglycan, một phân tử đặc trưng của thành phần tế bào vi khuẩn. Peptidoglycan là một polymer gồm đường đôi và axit amin (tiểu đơn vị protein), cung cấp độ cứng cho thành tế bào và giúp hình thành cấu trúc vi khuẩn. Trong vi khuẩn gram dương, thành tế bào chứa nhiều lớp peptidoglycan, làm tăng độ dày. Ngược lại, vi khuẩn gram âm có thành tế bào mỏng hơn với tỷ lệ peptidoglycan thấp hơn và có lớp lipopolysaccharides (LPS) bao quanh. LPS không chỉ hoạt động như một endotoxin mà còn bảo vệ vi khuẩn gram âm khỏi một số kháng sinh, chẳng hạn như penicillin.

Hầu hết các tế bào nhân sơ đều có thành tế bào. Thành phần chính cấu tạo thành tế bào vi khuẩn là Peptiđôglican, được hình thành từ các chuỗi cacbohiđrat liên kết với nhau bằng các đoạn polipeptit ngắn. Thành tế bào quy định hình dạng của tế bào. Nếu loại bỏ thành tế bào của vi khuẩn với các hình dạng khác nhau và đặt chúng vào dung dịch có nồng độ chất tan tương đương, tất cả các tế bào sẽ chuyển thành dạng hình cầu. Dựa trên cấu trúc và thành phần hóa học của thành tế bào, vi khuẩn được phân loại thành Gram dương và Gram âm. Vi khuẩn Gram dương nhuộm màu tím, còn vi khuẩn Gram âm nhuộm màu đỏ. Một số tế bào nhân sơ có lớp vỏ nhầy bên ngoài thành tế bào, giúp chúng ít bị tiêu diệt bởi tế bào bạch cầu.

2. Cấu tạo thành tế bào:

Thành tế bào vi khuẩn được cấu thành từ nhiều đơn phân murein (còn gọi là peptidoglycan hoặc glucopeptit). Trong đơn phân murein có các thành phần: N-acetyl glucozamin (G), N-acetyl muramic (M), Alanin, D-glutamic và Di-aninoaxit, với tỷ lệ: G: M: Ala: D-glu: Diamin = 1: 1: 2: 1: 1.

• Các axit amin trong đơn phân liên kết với nhau qua liên kết 1-4 ß-glucozit. Các amino axit liên kết với M bằng liên kết peptit. Các đơn phân kết hợp tạo thành lớp thành bền vững.
• Liên kết 1-4 ß-glucozit giữa M của đơn phân này với G của đơn phân tiếp theo tạo nên chuỗi dài của thành tế bào.
• Liên kết 1-4 ß-glucozit bị enzim lyzozim cắt đứt, dẫn đến việc thành tế bào bị thuỷ phân bởi lyzozim.
• Các đơn phân trên hai chuỗi khác nhau cũng liên kết với nhau tạo thành liên kết ngang của thành tế bào. Ở vi khuẩn Gram âm, hai đơn phân liên kết với nhau là Diamin và D-ala. Ở vi khuẩn Gram dương, hai đơn phân liên kết với nhau qua cầu nối pentaglyxin. Thành tế bào Gram dương có nhiều lớp murein, trong khi vi khuẩn Gram âm chỉ có một lớp murein mỏng hơn. Vi khuẩn Gram dương còn chứa axit teicoic (chiếm 50% trọng lượng khô của màng), trong khi vi khuẩn Gram âm không có. Bên ngoài tế bào vi khuẩn Gram âm còn có lớp màng ngoài phức tạp.

3. Cấu trúc thành tế bào:

Thành tế bào thực vật bao gồm ba lớp chính, từ lớp ngoài cùng trở vào là phiến giữa, vách tế bào sơ cấp và vách tế bào thứ cấp. Hầu hết các tế bào thực vật có phiến giữa và vách tế bào sơ cấp, nhưng không phải tất cả đều có vách tế bào thứ cấp.

• Phiến giữa: Lớp vách tế bào chứa polysaccharide pectin, giúp kết dính các tế bào lại với nhau.
• Vách tế bào sơ cấp: Được hình thành giữa phiến giữa và màng sinh chất trong tế bào đang phát triển, chủ yếu bởi vi sợi cellulose trong một ma trận gel của hemicellulose và pectin. Thành tế bào cung cấp năng lượng và sự linh hoạt cho tế bào.
• Vách tế bào thứ cấp: Lớp cứng nằm giữa các tế bào và màng sinh chất ở một số tế bào thực vật. Khi thành tế bào sơ cấp ngừng phát triển, nó sẽ trở nên cứng hơn để tạo thành vách tế bào thứ cấp, giúp tăng cường và bảo vệ tế bào. Thành tế bào thứ cấp chứa cellulose, hemicellulose và lignin, với lignin củng cố thành tế bào và giữ nước trong mô mạch thực vật.

4. Vai trò và chức năng của thành tế bào:

Thành tế bào có các vai trò chính: bảo vệ tế bào, định hình dạng và kích thước tế bào, và các chức năng khác như:

• Xác định hình dạng của tế bào.
• Bảo vệ tế bào khỏi các yếu tố cơ học và môi trường bên ngoài.
• Cân bằng và bảo vệ các thành phần bên trong của tế bào.
• Giữa các phân tử cellulose có khoảng trống ngăn nước và khoáng chất xâm nhập vào tế bào.
• Sự khác biệt giữa các loại thành tế bào giúp phát triển thuốc kháng sinh đặc hiệu để tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh.
• Thành tế bào thực vật gồm ba thành phần chính: cellulose, hemicellulose và pectin, với tỷ lệ khác nhau ở các giai đoạn phát triển của tế bào. Cellulose là thành phần quan trọng nhất trong tự nhiên.
• Cellulose là polymer của nhiều đồng phân glucose, liên kết bởi liên kết 1-4 glycosidic tạo thành cấu trúc 'xấp' và 'ngửa'.
• Cấu trúc này cho phép các liên kết hydro giữa các phân tử tạo thành bó dài dưới dạng vi sợi. Các vi sợi không hòa tan được xếp lớp, tạo thành một cấu trúc bền chắc.

Thành tế bào không chỉ tạo ra một khung vững chắc để giữ cho tế bào không bị giãn nở, mà còn giữ vai trò quan trọng trong việc duy trì hình dạng của tế bào nhờ vào các sợi cellulose, protein cấu trúc và polysaccharides khác. Những chức năng chính của thành tế bào bao gồm:

• Hỗ trợ - Thành tế bào cung cấp sức mạnh cơ học và sự hỗ trợ cần thiết cho tế bào, đồng thời kiểm soát sự phát triển của tế bào. Nó có khả năng chịu áp lực turgor, lực mà nội dung tế bào tác động lên thành tế bào khi chất lỏng di chuyển qua màng plasma. Áp lực này giúp cây duy trì độ cứng cáp, nhưng cũng có thể gây tổn thương cho tế bào nếu quá mức.
• Điều chỉnh tăng trưởng - Thành tế bào gửi tín hiệu tăng trưởng đến nhân tế bào, kích hoạt chu trình sinh trưởng và phát triển của tế bào. Nó điều chỉnh sự vận chuyển các chất, cho phép một số chất như protein vào tế bào trong khi giữ lại các chất khác.
• Truyền thông - Các tế bào liên lạc qua plasmodesmata, các kênh nhỏ giữa các thành tế bào cho phép phân tử và tín hiệu truyền qua lại giữa các tế bào.
• Bảo vệ - Thành tế bào đóng vai trò như một lớp bảo vệ chống lại virus và các tác nhân gây bệnh khác, đồng thời ngăn ngừa mất nước.
• Lưu trữ - Thành tế bào cũng có chức năng lưu trữ carbohydrate, một thành phần quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm.