Клетъчна физиология: Общ преглед на структурата, функцията и поведението

Като основни звена на живота, клетките изпълняват важни функции в прокариоти и еукариоти. Клетъчната физиология се фокусира върху вътрешните структури и процеси в живите организми.

От разделението до комуникацията, тази област изучава как клетки живеят, работят и умират.

Една част от клетъчната физиология е изследването на това как клетките се държат. Съществува важна връзка между клетъчната структура, функция и поведение. Например, органели при еукариотите имат специфични роли, които помагат на клетъчната функция и се държат правилно.

Когато разбирате физиологията и клетъчната биология, начинът на поведение на клетката има смисъл. Координирано поведение е важно за многоклетъчните организми, защото има много клетки, които трябва да работят заедно. Правилното поведение на клетките създава функционални тъкани и здрав организъм.

Когато обаче поведението на клетките се обърка, това може да доведе до заболявания, като рак. Например, ако клетъчно делене е извън контрол, клетките могат да се размножават и да образуват тумори.

Въпреки че клетките могат да се различават, има основни поведения, които много от тях споделят. Те включват:

• Клетъчно делене и растеж. Клетките трябва да растат и да се делят с времето. Митозата и мейозата са двата най-често срещани типа клетъчно делене. Митоза произвежда две еднакви дъщерни клетки, докато мейозата прави четири различни дъщерни клетки с половината от ДНК.
• Клетъчен метаболизъм. Всички живи същества се нуждаят от енергия или гориво, за да живеят и метаболизмът им помага да постигнат това. Повечето клетки използват и двете клетъчно дишане или фотосинтеза, които са поредица от химични процеси.
• Клетъчна комуникация. Живите клетки често се нуждаят от комуникация и разпространение на информация в целия организъм. Те могат да използват рецептори или лиганди, междинни връзки или плазмодесмати за комуникация.
• Клетъчен транспорт. Клетъчният транспорт премества материали през a клетъчната мембрана. Това може да бъде активен или пасивен транспорт.
• Клетъчна подвижност. Подвижността позволява на клетките да се придвижват от едно място на друго. Те могат да плуват, да пълзят, да се плъзгат или да използват други методи.
  

Важно е да се разбере клетъчната физиология и мембранния транспорт. Организмите трябва да носят вещества в и извън клетките си и през липидния бислой на плазмената мембрана.

Пасивен и активен транспорт са два често срещани вида клетъчен транспорт. Има някои съществени разлики между активния и пасивния транспорт.

Пасивният транспорт не използва енергия за преместване на вещества. Един метод, който клетките използват, е дифузия, и можете да го разделите на просто или улеснено дифузия. Веществата могат да се придвижват от зони с висока концентрация към зони с ниска концентрация. Осмозата е пример за проста дифузия, която включва вода.

Обикновена дифузия включва молекули, движещи се надолу по градиента на концентрацията през плазмената мембрана. Тези молекули са малки и неполярни. Улеснена дифузия е подобен, но включва мембранни транспортни канали. Големите и полярните молекули зависят от улеснена дифузия.

Активен транспорт се нуждае от енергия за преместване на вещества. Молекулите могат да се движат спрямо градиента на концентрация от зони с ниска концентрация към зони с висока концентрация благодарение на енергийни източници като АТФ. Носителите протеини помагат на клетките по време на този процес и клетките могат да използват протонна помпа или йонен канал.

Ендоцитоза и екзоцитоза са примери за активен транспорт в клетките. Те помагат за придвижването на големи молекули във везикулите. По време на ендоцитоза клетката улавя молекула и я премества вътре. По време на екзоцитоза клетката премества молекула от външната страна на мембраната си.

Клетките могат да приемат, интерпретират и реагират на сигнали. Този тип комуникация им помага да реагират на заобикалящата ги среда и да разпространяват информация в многоклетъчния организъм. Сигнализирането ръководи поведението на клетките, като позволява на клетките да реагират на специфични сигнали от тяхната среда или други клетки.

Предаване на сигнала е друг термин за клетъчна сигнализация и се отнася до предаването на информация. Каскадата на сигналната трансдукция е път или поредица от химични реакции, които се случват вътре в клетката, след като стимулът я стартира. Сигнализирането може да контролира клетъчния растеж, движение, метаболизъм и др. Когато обаче клетъчната комуникация се обърка, това може да причини заболяване като рак.

Важно е да разберете основите на клетъчната комуникация. Общият процес започва, когато клетката открие химичен сигнал. Това предизвиква химическа реакция, която в крайна сметка помага на клетката да реагира на нея. Има краен отговор, който води до желания резултат.

Например клетката получава сигнал от тялото, че тя се нуждае от повече клетъчно делене. Той преминава през сигнална каскада, която завършва с експресията на гени, които ще задвижат клетъчното делене, и клетката започва да се дели.

Повечето от сигналите в клетката са химически. Клетките наричат ​​протеини рецептори и молекули, наречени лиганди които им помагат по време на сигнализиране.

Например клетката може да освободи протеин в извънклетъчното пространство, за да предупреди други клетки. Протеинът може да плава до втора клетка, която го улавя, защото клетката има подходящия рецептор за него. След това втората клетка получава сигнала и може да реагира на него.

Можете да намерите междинни връзки в животински клетки и плазмодесмати в растителни клетки, които са канали, които помагат на клетките да комуникират. Тези канали свързват близките клетки. Те позволяват на малки молекули да преминават през тях, така че сигналите могат да се движат.

След като клетките получат сигнали, те могат да ги интерпретират. Това се случва чрез конформационна промяна или биохимични реакции. Каскадите за предаване на сигнала могат да преместят информацията през клетката. Фосфорилирането може да активира или деактивира протеини чрез добавяне на фосфатна група.

Някои каскади за предаване на сигнали включват вътреклетъчни пратеници или втори пратеници, като Ca²⁺, cAMP, NO и cGMP. Това обикновено са протеинови молекули, като калциеви йони, които могат да бъдат в изобилие в клетката.

Например, някои клетки имат протеини, които могат да свързват калциеви йони, които могат да променят формата и активността на протеините.

Клетките могат да реагират на сигнали по различни начини. Например те могат да правят промени в генната експресия които могат да променят поведението на клетката.

Те могат също да изпращат сигнали за обратна връзка, за да потвърдят, че са получили оригиналния сигнал и са отговорили. В крайна сметка сигнализирането може да повлияе на клетъчната функция.

Клетъчна подвижност е важно, защото помага на организмите да се преместят от едно място на друго. Това може да е необходимо, за да се сдобиете с храна или да избягате от опасност. Често клетката трябва да се движи като отговор на промените в околната среда. Клетките могат да пълзят, да плуват, да се плъзгат или да използват други методи.

The флагела и реснички може да помогне на клетката да се премести. Ролята на бичурите или подобни на камшици структури е да задвижат клетка. Ролята на ресничките или подобни на косми структури е да се движат напред-назад в ритмичен модел. Сперматозоидите имат флагели, докато клетките, които покриват дихателните пътища, имат реснички.

Клетъчната сигнализация може да доведе до движение на клетките в организмите. Това движение може да бъде към или далеч от сигналите и може да играе роля при заболяване. Хемотаксис е движението на клетките към или далеч от по-висока химична концентрация и е важна част от клетъчния отговор.

Например, хемотаксисът позволява на раковите клетки да се придвижат към област от тялото, която насърчава по-голям растеж.

Клетките могат да се свиват и този тип движение се случва в мускулни клетки. Процесът започва със сигнал от нервната система.

След това клетките реагират, като започват химически реакции. Реакциите засягат мускулните влакна и предизвикват контракции.