Buněčná fyziologie: Přehled struktury, funkce a chování

Jako základní jednotky života vykonávají buňky důležité funkce v prokaryoty a eukaryoty. Fyziologie buněk se zaměřuje na vnitřní struktury a procesy uvnitř živých organismů.

V této oblasti se od divize po komunikaci studuje jak buňky žít, pracovat a umírat.

Jednou částí buněčné fyziologie je studium chování buněk. Mezi strukturou, funkcí a chováním buněk existuje důležitá souvislost. Například, organely v eukaryotech mají specifické role, které pomáhají buňce fungovat a chovat se správně.

Když rozumíte fyziologii a buněčné biologii, způsob, jakým se buňka chová, má smysl. Koordinované chování je důležitý pro mnohobuněčné organismy, protože existuje mnoho buněk, které musí spolupracovat. Správné chování buněk vytváří funkční tkáně a zdravý organismus.

Když se však chování buněk pokazí, může to vést k chorobám, jako je rakovina. Například pokud buněčné dělení je mimo kontrolu, buňky se mohou množit a tvořit nádory.

Ačkoli se buňky mohou lišit, mnoho z nich sdílí základní chování. Obsahují:

• Dělení a růst buněk. Buňky musí v průběhu času růst a dělit se. Mitóza a meióza jsou dva nejběžnější typy buněčného dělení. Mitóza produkuje dvě identické dceřiné buňky, zatímco meióza vytváří čtyři různé dceřiné buňky s polovinou DNA.
• Buněčný metabolismus. Všechno živé potřebuje ke svému životu energii nebo palivo a metabolismus jim to pomáhá dosáhnout. Většina buněk používá buď buněčné dýchání nebo fotosyntéza, což je řada chemických procesů.
• Mobilní komunikace. Živé buňky často potřebují komunikovat a šířit informace po celém organismu. Mohou ke komunikaci používat receptory nebo ligandy, mezery nebo plasmodesmata.
• Buněčný transport. Transport buněk přesouvá materiály napříč a buněčná membrána. Může to být aktivní nebo pasivní transport.
• Buněčná pohyblivost. Pohyblivost umožňuje buňkám pohybovat se z jednoho místa do druhého. Mohou plavat, plazit se, klouzat nebo používat jiné metody.
  

Je důležité porozumět buněčné fyziologii a membránovému transportu. Organismy musí přenášet látky dovnitř a ven ze svých buněk a přes lipidovou dvojvrstvu plazmatické membrány.

Pasivní a aktivní doprava jsou dva běžné typy buněčného transportu. Mezi aktivním a pasivním transportem existují zásadní rozdíly.

Pasivní doprava nevyužívá energii k přemisťování látek. Jednou z metod, kterou buňky používají, je difúzea můžete jej rozdělit na jednoduchý nebo usnadněno difúze. Látky se mohou pohybovat z oblastí s vysokou koncentrací do oblastí s nízkou koncentrací. Osmóza je příkladem jednoduché difúze zahrnující vodu.

Jednoduchá difúze zahrnuje molekuly pohybující se dolů koncentračním gradientem plazmatickou membránou. Tyto molekuly jsou malé a nepolární. Usnadněná difúze je podobný, ale zahrnuje membránové transportní kanály. Velké a polární molekuly závisí na usnadněné difúzi.

Aktivní transport potřebuje energii k pohybu látek. Molekuly se mohou pohybovat proti koncentračnímu gradientu z oblastí s nízkou koncentrací do oblastí s vysokou koncentrací díky energetickým zdrojům, jako je ATP. Nosné proteiny pomáhají buňkám během tohoto procesu a buňky mohou používat protonovou pumpu nebo iontový kanál.

Endocytóza a exocytóza jsou příklady aktivního transportu v buňkách. Pomáhají pohybovat velkými molekulami uvnitř vezikul. Během endocytózy buňka zachytí molekulu a přesune ji dovnitř. Během exocytózy buňka přesune molekulu na vnější stranu své membrány.

Buňky mohou přijímat, interpretovat a reagovat na signály. Tento typ komunikace jim pomáhá reagovat na jejich prostředí a šířit informace v mnohobuněčném organismu. Signalizace řídí chování buněk tím, že umožňuje buňkám reagovat na konkrétní signály z jejich prostředí nebo jiných buněk.

Transdukce signálu je další termín pro buněčnou signalizaci a označuje přenos informací. Kaskáda signální transdukce je cesta nebo řada chemických reakcí, ke kterým dochází uvnitř buňky po spuštění stimulu. Signalizace může řídit růst buněk, pohyb, metabolismus a další. Když se však buněčná komunikace pokazí, může to způsobit onemocnění, jako je rakovina.

Je důležité porozumět základům buněčné komunikace. Obecný proces začíná, když buňka detekuje chemický signál. Tím se spustí chemická reakce, která nakonec pomůže buňce na ni reagovat. Existuje konečná reakce, která vede k požadovanému výsledku.

Například buňka přijímá signál od těla, že potřebuje více buněčné dělení. Prochází signální kaskádou, která končí expresí genů, které budou řídit buněčné dělení, a buňka se začne dělit.

Většina signálů v buňce je chemická. Buňky nazývají proteiny receptory a molekuly ligandy které jim pomáhají během signalizace.

Například buňka může uvolnit protein do extracelulárního prostoru, aby varovala ostatní buňky. Protein může plavat do druhé buňky, která ji zvedne, protože buňka má pro ni správný receptor. Potom druhá buňka přijme signál a může na něj reagovat.

Spoje mezer najdete ve zvířecích buňkách a plasmodesmata v rostlinných buňkách, což jsou kanály, které buňkám pomáhají komunikovat. Tyto kanály spojují blízké buňky. Umožňují malým molekulám procházet nimi, takže signály mohou cestovat.

Poté, co buňky obdrží signály, mohou je interpretovat. To se děje prostřednictvím konformační změny nebo biochemických reakcí. Kaskády přenosu signálu mohou přesouvat informace buňkou. Fosforylace může aktivovat nebo deaktivovat proteiny přidáním fosfátové skupiny.

Některé kaskády přenosu signálu zahrnují intracelulární posly nebo druhé posly, jako je Ca²⁺, cAMP, NO a cGMP. Obvykle se jedná o neproteinové molekuly, jako jsou ionty vápníku, které mohou být v buňce hojné.

Například některé buňky mají proteiny, které mohou vázat ionty vápníku, což může změnit tvar a aktivitu proteinů.

Buňky mohou reagovat na signály různými způsoby. Mohou například provádět změny v genová exprese to může změnit chování buňky.

Mohou také posílat signály zpětné vazby, aby potvrdily, že přijaly původní signál a odpověděly. Signalizace může nakonec ovlivnit funkci buněk.

Pohyblivost buněk je důležité, protože pomáhá organismům pohybovat se z jednoho místa do druhého. To může být nutné k získání potravy nebo úniku z nebezpečí. Buňka se často musí pohybovat jako reakce na změny prostředí. Buňky se mohou plazit, plavat, klouzat nebo používat jiné metody.

The bičíky a řasy může pomoci pohybu buňky. Úlohou bičíků nebo struktur podobných víru je pohánět buňku. Úkolem řasinek nebo vlasových struktur je pohybovat se tam a zpět v rytmickém vzoru. Spermie mají bičíky, zatímco buňky, které lemují dýchací cesty, mají řasinky.

Buněčná signalizace může vést k buněčnému pohybu v organismech. Tento pohyb může být směrem k nebo od signálů a může hrát roli v nemoci. Chemotaxe je pohyb buněk směrem k vyšší chemické koncentraci nebo od ní a je důležitou součástí buněčné reakce.

Například chemotaxe umožňuje rakovinovým buňkám pohybovat se do oblasti těla, která podporuje větší růst.

Buňky se mohou smršťovat a k tomuto typu pohybu dochází svalové buňky. Proces začíná signálem z nervového systému.

Poté buňky reagují zahájením chemických reakcí. Reakce ovlivňují svalová vlákna a způsobují kontrakce.