Введение

Клеточная стенка – один их немногих клеточных компартментов, наличие которого принципиально отличает растительную клетку от животной. Казалось бы, она должна пользоваться особым вниманием биологов растений. Однако нет, пожалуй, другого столь масштабного и столь плохо понятого процесса как формирование клеточной стенки. Причин для такого положения вещей несколько. Важнейшая из них – сложность, ранее недооцененная, этой надмолекулярной структуры, в состав которой входят многочисленные полимеры с разнообразными деталями строения и неравномерной локализацией. Еще одна причина – упрощенное и несколько пренебрежительное отношение к клеточной стенке как к мертвому внеклеточному образованию, существовавшее на протяжении веков. Многим казалось, что клеточная стенка – своеобразный «ящик», в котором находится живая протоплазма. «Неживые части растительных тканей» – формулировка из определения апопласта, в понятие которого входила совокупность клеточных стенок растения.

Клеточная стенка «ожила» в результате исследований последних десятилетий. Из «мертвого деревянного ящика», в котором живет протоплазма, она превратилась в многофункциональный компартмент растительной клетки с исключительно сложными механизмами формирования и функционирования. Растительной клеточной стенке присущи дуалистичекие свойства. С одной стороны, она отделяет одну клетку от другой, создавая условия для компартментации растительного организма, а с другой стороны, именно клеточная стенка объединяет клетки в целый организм, организуя их взаиморасположение и обеспечивая апопластный путь транспорта. Клеточная стенка должна обладать прочностью, чтобы выносить большие механические нагрузки, и в то же время быть способной растягиваться, во всяком случае, на некоторых этапах развития клетки. Клеточная стенка участвует в определении направления и скорости растяжения клетки, в реакции на стресс, в формировании водо- и ион-связывающей способности ткани, в механизмах узнавания клеток, в частности клеток патогенов, в обеспечении прорастания семян, созревания фруктов, опадения листьев, наконец – в образовании регуляторных молекул олигосахаринов. В последние годы достигнуты колоссальные успехи в расшифровке молекулярной структуры компонентов клеточных стенок, прежде всего полисахаридов, которые относятся к числу наиболее сложных молекул биологического происхождения. Необозримая информационная емкость клеточной стенки не нашла пока своей расшифровки, но уже сейчас очевидно, что эта субклеточная структура – значительно более динамичное образование, чем было общепризнанно.

Целлюлоза является веществом, широко распространенным в растительном мире. Вопрос об условиях и механизме биохимического синтеза целлюлозы – один из наиболее сложных и интересных в химии целлюлозы.

Роль целлюлозы, основного компонента клеточной стенки высших растений, играющего роль механического каркаса, непосредственно связана с особенностями химического строения макромолекулы и характером надмолекулярной структуры. Как образование макромолекул целлюлозы, так и формирование надмолекулярной структуры происходит в процессе биохимического синтеза, поэтому проблема исследования образования целлюлозы в природе имеет два аспекта – собственно биохимический, включающий вопрос о характере исходных реагирующих соединений, кинетике и механизме синтеза макромолекул, и структурно-химический механизм образования элементов надмолекулярной структуры и формирования сложной структуры полисахарида как полимера.Возможность рационального использования целлюлозы различных отраслях народного хозяйства для получения материалов обладающих требуемыми свойствами, непосредственно зависит от выяснения основных вопросов строения целлюлозы и от подробного изучения свойств целлюлозных материалов. Это относится в первую очередь к тем отраслям промышленности, которые основаны на химической переработке целлюлозы (приготовление лаков, пленок, пластических масс, искусственного волокна, бездымного пороха и т.д.), а также к текстильной и бумажной промышленности. Разные представления о строении целлюлозы приводят к разным выводам об оптимальных условиях проведения процессов ее химической переработки и о методах, которые нужно применять для изменения в желаемом направлении физико-химических и механических свойств получаемых продуктов. Поэтому, естественно, вопросам строения целлюлозы посвящались и посвящаются многочисленные исследования.