دیواره یاخته‌ای: لایه خارجی محافظ یاخته گیاهی متشکل از سلولز

دیواره یاخته‌ای: سپر محکم گیاهان

دیواره یاخته‌ای چیست و چه می‌کند؟

اگر به یک گیاه نگاه کنید، می‌بینید که ایستاده و محکم است. این استحکام تا حد زیادی به لطف دیواره یاخته‌ای است. این دیواره، یک لایه محکم و نسبتاً سفت است که در خارج از غشای پلاسمایی^۴ یاخته‌های گیاهی قرار گرفته است. برخلاف یاخته‌های جانوری که چنین دیواره‌ای ندارند، این ساختار به گیاهان ویژگی‌های منحصر به فردی می‌دهد.

برای درک بهتر، یک یاخته گیاهی را مانند یک بالن پر از آب تصور کنید. غشای پلاسمایی مانند پوسته نازک بالن است. اگر آب زیادی وارد بالن شود، ممکن است بترکد. اما اگر همین بالن را داخل یک جعبه مقوایی محکم قرار دهیم، از ترکیدن آن جلوگیری می‌شود. دیواره یاخته‌ای دقیقاً نقش آن جعبه مقوایی را برای یاخته بازی می‌کند و مانع از ترکیدن آن در اثر ورود آب زیاد می‌شود.

ساختار مولکولی و مواد تشکیل‌دهنده

دیواره یاخته‌ای مانند یک کامپوزیت مهندسی‌شده است؛ یعنی از چندین ماده مختلف ساخته شده که در کنار هم استحکام فوق‌العاده‌ای ایجاد می‌کنند. ماده اصلی و اسکلت این دیواره، سلولز است.

سلولز یک پلی‌ساکارید^۷ بسیار بلند و محکم است که از اتصال هزاران مولکول گلوکز^۸ ساخته شده است. این زنجیره‌های سلولزی مانند تیرهای فولادی در بتن‌ریزی، به صورت دسته‌ای کنار هم قرار می‌گیرند و ریزالیاف^۹ را تشکیل می‌دهند. این ریزالیاف در یک ماده ژله‌ای و چسبنده‌مانند به نام همی‌سلولز^۱۰ و پکتین^۱۱ غوطه‌ور شده‌اند. پکتین مانند چسب، الیاف را به هم متصل می‌کند. در برخی دیواره‌ها، ماده‌ای سخت‌تر به نام لیگنین^۱۲ نیز اضافه می‌شود که دیواره را چوبی و بسیار مقاوم می‌کند (مثل تنه درختان).

مراحل ساختن دیواره یاخته‌ای

ساخت این دیواره محکم یک فرآیند گام‌به‌گام و دقیق است که عمدتاً پس از تقسیم یاخته انجام می‌شود.

گام اول: تشکیل لاملای میانی^۱۳
وقتی یک یاخته گیاهی تقسیم می‌شود و دو یاخته جدید به وجود می‌آیند، اولین لایه‌ای که بین آن‌ها ساخته می‌شود، لاملای میانی است. این لایه عمدتاً از پکتین تشکیل شده و مانند یک چسب قوی، یاخته‌های دختری را به هم متصل می‌کند. این همان ماده‌ای است که وقتی میوه‌های رسیده مانند هلو را از هم جدا می‌کنید، می‌بینید.

گام دوم: تشکیل دیواره اولیه^۱۴
هر یک از یاخته‌های جدید، بلافاصله شروع به ساختن دیواره اولیه خود در سمت داخلی لاملای میانی می‌کنند. این دیواره نازک و انعطاف‌پذیر است و اجازه می‌دهد یاخته بتواند رشد کند. دیواره اولیه از شبکه‌ای از ریزالیاف سلولزی درون ماتریکس همی‌سلولز و پکتین تشکیل شده است.

گام سوم (اختیاری): تشکیل دیواره ثانویه^۱۵
پس از اینکه یاخته به اندازه نهایی خود رسید، ممکن است لایه‌های اضافی را در سمت داخلی دیواره اولیه بسازد. این لایه، دیواره ثانویه نام دارد که بسیار ضخیم‌تر و سفت‌تر است. در این مرحله اغلب لیگنین به دیواره اضافه می‌شود که باعث چوبی شدن و استحکام بسیار زیاد آن می‌گردد. یاخته‌های آوندهای چوبی^۱۶ و الیاف، دارای دیواره ثانویه هستند.

دیواره یاخته‌ای در زندگی روزمره و صنعت

شاید جالب باشد که بدانید دیواره یاخته‌ای گیاهان، بخش بزرگی از مواد مورد استفاده در زندگی ما را تشکیل می‌دهد.

کاغذ و مقوا: کاغذ اساساً از الیاف سلولزی ساخته شده است. وقتی چوب درختان را برای تولید کاغذ خرد و پردازش می‌کنند، در واقع دیواره‌های ثانویه یاخته‌های چوبی را از هم جدا کرده و آن‌ها را به صورت ورق درمی‌آورند. هر چه این فرآیند بهتر انجام شود، کیفیت کاغذ بالاتر می‌رود.

منسوجات (پارچه‌های طبیعی): پنبه‌ای که لباس‌های ما از آن ساخته می‌شود، در واقع از الیاف بسیار خالص سلولز تشکیل شده است. این الیاف، در واقع رشد بسیار بلند دیواره‌های اولیه یاخته‌های خاصی در پوستۀ بذر گیاه پنبه هستند. کتان نیز مثال دیگری است.

غذا و تغذیه: وقتی سبزیجات ترد مانند هویج یا کرفس را می‌خورید، در حال جویدن دیواره‌های یاخته‌ای آن‌ها هستید. این دیواره‌ها منبع اصلی فیبر غذایی^۱۷ هستند که برای سلامت دستگاه گوارش بسیار مهم است. پکتین موجود در دیواره یاخته‌ای نیز به عنوان ماده غلیظ‌کننده در تهیه مربا استفاده می‌شود.

سوخت‌های زیستی: از آنجایی که دیواره یاخته‌ای سرشار از قندهای پیچیده (پلی‌ساکاریدها) است، می‌توان آن را تجزیه کرد و به سوخت‌هایی مانند اتانول تبدیل نمود. این یک منبع انرژی تجدیدپذیر است.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

^۱ دیواره یاخته‌ای (Cell Wall)
^۲ یاخته‌های گیاهی (Plant Cells)
^۳ سلولز (Cellulose)
^۴ غشای پلاسمایی (Plasma Membrane)
^۵ فشار تورگر (Turgor Pressure)
^۶ پلاسمودسماتا (Plasmodesmata, singular: Plasmodesma)
^۷ پلی‌ساکارید (Polysaccharide)
^۸ گلوکز (Glucose)
^۹ ریزالیاف (Microfibrils)
^۱۰ همی‌سلولز (Hemicellulose)
^۱۱ پکتین (Pectin)
^۱۲ لیگنین (Lignin)
^۱۳ لاملای میانی (Middle Lamella)
^۱۴ دیواره اولیه (Primary Cell Wall)
^۱۵ دیواره ثانویه (Secondary Cell Wall)
^۱۶ آوندهای چوبی (Xylem Vessels)
^۱۷ فیبر غذایی (Dietary Fiber)
^۱۸ سیتوپلاسم (Cytoplasm)
^۱۹ آنزیم‌ها (Enzymes)