Bunková stena

Bunková stena je pevný organický materiál na povrchu buniek baktérií, archeí, húb, rastlín a rias, ktorý plní ochrannú funkciu a funkciu vonkajšej kostry bunky.

Ide o prvú pozorovanú bunkovú štruktúru na mikroskopickej úrovni – pomocou jednoduchého svetelného mikroskopu ju na priečnom reze korkom sledoval Robert Hooke v roku 1665.

Bunková stena rastlín

Na tomto obrázku rastlinnej bunky je bunková stena znázornená zeleno. (Pod ňou je žltým označená cytoplazmatická membrána)

Bunková stena rastlín má veľa funkcií:

1. tvorí vonkajšiu kostru bunky, ktorá bráni jej expanzii v dôsledku osmózy a jej vznikajúceho turgoru
2. tvorí mechanické štruktúry v rámci celej rastliny
3. tvorí ochranný obal, chrániaci rastlinu pred prostredím a patogénmi
4. tvorí sklad určitých makromolekulárnych látok

Zloženie bunkovej steny u rastlín

Základnú štruktúrnu kostru bunkovej steny tvoria celulózy, hemicelulózy a pektíny. Okrem týchto základných látok existujú ďalšie, ktorými bunka inkorpuruje bunkovú stenu. V prvom rade ide o proteíny, z ktorých najdôležitejšie sú: glykoproteíny bohaté na hydroxyprolín (HPGP), arabinogalaktanové proteíny (AGP), proteíny bohaté na glycín (GRPs) a proteíny bohaté na prolín (PRPs). S výnimkou na glycín bohatých proteínov ide vo všetkých prípadoch o glykosiláty obsahujúce hydroxyprolín. Bunková stena rastliny môže byť navyše (najmä v oblasti sekundárnych a terciálnych vrstiev) vystužená organickými (lignín, kutín, suberín, vosky) či anorganickými látkami .

Vznik a štruktúra bunkovej steny

Stredná lamela vzniká predovšetkým z pektínových látok (najmä horečnatých a vápenatých pektínov) a pri delení bunky a v budúcnosti oddeľuje bunkové steny susedných buniek. Na ňu sa prikladá primárna stena obsahujúca najmä celulózy, hemicelulózy a pektíny, pričom celulózové vlákna sú v nej usporiadané v sieťovine. Je pružná a ľahko rastie do šírky prikladaním nových celulóznych mikrofibríl, takže nijako neprekáža rastu buniek. K primárnej stene sa po ukončení rastu bunky môže zvnútra prikladať ešte sekundárna stena, ktorá je spravidla výrazne silnejšia, je obohatená veľa organickými a anorganickými látkami a jej celulózne vlákna sú usporiadané súbežne. Vznik sekundárnej steny sa označuje ako hrubnutie bunkovej steny a niekedy môže viesť až k odumretiu protoplastu.

Hrubnutie bunkovej steny sa často obmedzuje len na určité miesta v rastline a nemusí byť plošné v celej bunke – napríklad pri cievach s vodivou funkciou sú charakteristické kruhovité či skrutkovité hrubnutia.

V bunkovej stene sa spravidla nachádzajú tzv. bodky (malé otvory), ktorými prechádzajú plazmodezmy – vlákna cytoplazmy spájajúce protoplasty susedných buniek. V rámci rastlinných pletív či celých rastlín sa často používa pojem symplast (pre navzájom prepojené protoplasty susedných buniek) a apoplast (pre systém ich bunkových stien a medzibunkových priestorov).

Rast bunkovej steny

Popri hrubnutí má bunková stena možnosť rásť, teda prirastať laterálne a zväčšovať svoj obvod a povrch. Bunková stena je síce do istej miery pružná, ale nie do tej miery, aby umožňovala ďalší rast bunky, ktorá je vnútri svojich stien uväznená. Na to, aby to bolo možné, je treba najprv konzistentnú štruktúru celulózových a pektínových vlákien rozvoľniť. Bunková stena tiež nerastie sama od seba, ale na základe „žiadosti“ z bunkového protoplastu a za spolupráce cytoplazmy (treba do bunkovej steny dopravovať nový stavebný materiál).

Proces. Na začiatku musí bunka sama ako celok získať impulz k rastu. Podmienkou pre tento rast je prítomnosť auxínu, ktorého zmena v aktuálnej koncentrácii vo vnútri bunky (či už na základe syntézy alebo skôr vďaka transportu do bunky z okolia) môže byť jedným z takýchto signálov. Auxín potom začne pôsobiť na transport vodíkových iónov von z bunky cez membránu do bunkovej steny. Následné okyslenie bunkovej steny spôsobí aktiváciu enzýmov známych ako expanzíny, ktoré narušujú väzby v štruktúre bunkovej steny. V takto narušenej bunkovej stene je celuózo-pektínová sieťovina uvoľnená a pod tlakom, ktorý prichádza z vnútra bunky (s rastúcim obsahom bunky, najmä vakuól a nimi generovaného turgoru) sa môže viac roztiahnuť. Novo roztiahnutá pôvodná kostra sa znova spevní jednotlivými zložkami bunkovej steny.

Bunková stena húb

Iba niektoré druhy ríše húb vytvárajú bunkovú stenu. Tá je tvorená celulózou a chitínom. Pôsobí ako ochranný faktor, vonkajšia kostra a ochrana pred osmotickou lýziou. Veľa fungicídov je založených na princípe narušovania tejto steny. Zloženie a štruktúra bunkovej steny húb závisí viac ako u iných organizmov na prostredí, životnom cykle a úlohe bunky.

Prokaryotická bunková stena

Primárnou funkciou bunkovej steny baktérií je vonkajšia opora a ochrana pred prostredím, resp. (u patogénov) pred imunitným systémom hostiteľa. Dôležitú úlohu hrá aj ochrana pred osmotickou lýziou – rozdiely medzi vnútorným a vonkajším prostredím dané osmotickými javmi môžu vyvolať vnútorný pretlak až 15 atmosfér.

Rozlišujeme dva základné typy usporiadania bakteriálnej bunkovej steny:

Bunková stena grampozitívnych baktérií je hrubšia a skladá sa prevažne z peptidoglykanov. Je zafarbiteľná kryštalickou violeťou, ktorú z nej nemožno vymyť alkoholom – z Gramovho farbenia teda vychádza zafarbená modrofialovo. Veľa antibiotík je svojim účinkom zameraných na narušenie štruktúry bunkovej steny (napr. penicilín).

Bunková stena gramnegatívnych baktérií je považovaná za odolnejšiu, pokiaľ ide o vzdorovanie antibiotikám a imunitnému systému. Je podstatne tenšia, peptidoglykanová vrstva je zredukovaná a prevahu majú liposacharidy. Zvrchu je prekrytá druhou membránou. Je zafarbiteľná kryštalickou violeťou, ale alkohol ju z nej vymýva, preto z Gramovho farbenia vychádza ružová, dodatočne zafarbená safraninovým roztokom.

Organizmy ríše Archaea nemajú bunkovú stenu tvorenú peptidoglykanmi, ale niektoré z nich v nej obsahujú pseudopeptidoglykan podobnej štruktúry a funkcie.