Zellphysiologie: Struktur, Funktion und Verhalten im Überblick

Als Grundeinheiten des Lebens erfüllen Zellen wichtige Funktionen in Prokaryoten und Eukaryoten. Die Zellphysiologie konzentriert sich auf die inneren Strukturen und Prozesse in lebenden Organismen.

Von der Trennung bis zur Kommunikation untersucht dieses Feld, wie Zellen leben, arbeiten und sterben.

Ein Teil der Zellphysiologie ist die Untersuchung des Verhaltens von Zellen. Zwischen Zellstruktur, Funktion und Verhalten besteht ein wichtiger Zusammenhang. Beispielsweise, Organellen in Eukaryoten haben spezifische Rollen, die der Zellfunktion und dem richtigen Verhalten helfen.

Wenn man Physiologie und Zellbiologie versteht, macht das Verhalten einer Zelle Sinn. Koordiniertes Verhalten ist für vielzellige Organismen wichtig, da viele Zellen zusammenarbeiten müssen. Das richtige Verhalten der Zellen schafft funktionelle Gewebe und einen gesunden Organismus.

Wenn das Zellverhalten jedoch schief geht, kann dies zu Krankheiten wie Krebs führen. Zum Beispiel, wenn Zellteilung außer Kontrolle geraten, Zellen können sich vermehren und Tumore bilden.

Obwohl sich Zellen unterscheiden können, gibt es grundlegende Verhaltensweisen, die viele von ihnen teilen. Sie beinhalten:

• Zellteilung und Wachstum. Zellen müssen im Laufe der Zeit wachsen und sich teilen. Mitose und Meiose sind die beiden häufigsten Arten der Zellteilung. Mitose produziert zwei identische Tochterzellen, während die Meiose vier verschiedene Tochterzellen mit der Hälfte der DNA erzeugt.
• Zellmetabolismus. Alle Lebewesen brauchen Energie oder Treibstoff zum Leben, und der Stoffwechsel hilft ihnen dabei. Die meisten Zellen verwenden entweder Zellatmung oder Photosynthese, die eine Reihe von chemischen Prozessen sind.
• Mobilfunkkommunikation. Lebende Zellen müssen oft in einem Organismus kommunizieren und Informationen verbreiten. Sie können über Rezeptoren oder Liganden, Gap Junctions oder Plasmodesmen kommunizieren.
• Zellulärer Transport. Zelltransport bewegt Materialien über a Zellmembran. Dies kann aktiver oder passiver Transport sein.
• Zellmotilität. Motilität ermöglicht es Zellen, sich von einem Ort zum anderen zu bewegen. Sie können schwimmen, krabbeln, gleiten oder andere Methoden anwenden.
  

Es ist wichtig, die Zellphysiologie und den Membrantransport zu verstehen. Organismen müssen Substanzen in und aus ihren Zellen und durch die Lipiddoppelschicht der Plasmamembran transportieren.

Passiver und aktiver Transport sind zwei gängige Arten des Zelltransports. Es gibt einige wesentliche Unterschiede zwischen aktivem und passivem Transport.

Passiver Transport verbraucht keine Energie, um Stoffe zu bewegen. Eine Methode, die Zellen verwenden, ist Diffusion, und Sie können es unterteilen in einfach oder erleichtert Diffusion. Stoffe können von Gebieten mit hoher Konzentration in Gebiete mit geringer Konzentration gelangen. Osmose ist ein Beispiel für einfache Diffusion, an der Wasser beteiligt ist.

Einfache Diffusion beinhaltet Moleküle, die sich entlang des Konzentrationsgradienten durch die Plasmamembran bewegen. Diese Moleküle sind klein und unpolar. Erleichterte Diffusion ist ähnlich, beinhaltet aber Membrantransportkanäle. Große und polare Moleküle hängen von einer erleichterten Diffusion ab.

Aktiven Transport braucht Energie, um Stoffe zu bewegen. Moleküle können sich dank Energiequellen wie ATP entgegen dem Konzentrationsgradienten von Bereichen geringer Konzentration zu Bereichen hoher Konzentration bewegen. Trägerproteine ​​helfen den Zellen dabei, und die Zellen können eine Protonenpumpe oder einen Ionenkanal nutzen.

Endozytose und Exozytose sind Beispiele für aktiven Transport in Zellen. Sie helfen, große Moleküle in Vesikel zu bewegen. Während der Endozytose fängt die Zelle ein Molekül ein und bewegt es ins Innere. Während der Exozytose bewegt die Zelle ein Molekül an die Außenseite ihrer Membran.

Zellen können Signale empfangen, interpretieren und darauf reagieren. Diese Art der Kommunikation hilft ihnen, auf ihre Umgebung zu reagieren und Informationen innerhalb eines vielzelligen Organismus zu verbreiten. Die Signalgebung steuert das Zellverhalten, indem sie es den Zellen ermöglicht, auf spezifische Signale aus ihrer Umgebung oder anderen Zellen zu reagieren.

Signaltransduktion ist ein anderer Begriff für Zellsignalisierung und bezieht sich auf die Übertragung von Informationen. Eine Signaltransduktionskaskade ist ein Weg oder eine Reihe von chemischen Reaktionen, die innerhalb der Zelle ablaufen, nachdem ein Stimulus sie gestartet hat. Signalübertragung kann Zellwachstum, Bewegung, Stoffwechsel und mehr steuern. Wenn die Zellkommunikation jedoch fehlschlägt, kann dies Krankheiten wie Krebs verursachen.

Es ist wichtig, die Grundlagen der Zellkommunikation zu verstehen. Der allgemeine Prozess beginnt, wenn die Zelle ein chemisches Signal erkennt. Dies löst eine chemische Reaktion aus, die der Zelle letztendlich hilft, darauf zu reagieren. Es gibt eine Endreaktion, die zum gewünschten Ergebnis führt.

Zum Beispiel erhält eine Zelle vom Körper ein Signal, dass sie mehr braucht Zellteilung. Es durchläuft eine Signalkaskade, die mit der Expression von Genen endet, die die Zellteilung antreiben, und die Zelle beginnt sich zu teilen.

Die meisten Signale in einer Zelle sind chemisch. Zellen haben Proteine ​​namens Rezeptoren und Moleküle genannt Liganden die ihnen bei der Signalisierung helfen.

Zum Beispiel kann eine Zelle ein Protein in den extrazellulären Raum freisetzen, um andere Zellen zu alarmieren. Das Protein kann zu einer zweiten Zelle schweben, die es aufnimmt, weil die Zelle den richtigen Rezeptor dafür hat. Dann empfängt die zweite Zelle das Signal und kann darauf reagieren.

Sie finden Gap Junctions in tierischen Zellen und Plasmodesmata in Pflanzenzellen, die Kanäle sind, die den Zellen bei der Kommunikation helfen. Diese Kanäle verbinden benachbarte Zellen. Sie lassen kleine Moleküle durch sie hindurch, sodass Signale übertragen werden können.

Nachdem Zellen Signale empfangen haben, können sie diese interpretieren. Dies geschieht durch eine Konformationsänderung oder biochemische Reaktionen. Signaltransduktionskaskaden können die Informationen durch die Zelle transportieren. Die Phosphorylierung kann Proteine ​​durch Hinzufügen einer Phosphatgruppe aktivieren oder deaktivieren.

Einige Signaltransduktionskaskaden umfassen intrazelluläre Botenstoffe oder sekundäre Botenstoffe wie Ca²⁺, cAMP, NO und cGMP. Dies sind in der Regel Nicht-Protein-Moleküle wie Calciumionen, die in der Zelle reichlich vorhanden sein können.

Einige Zellen haben beispielsweise Proteine, die Kalziumionen binden können, was die Form und Aktivität der Proteine ​​​​ändern kann.

Zellen können auf verschiedene Weise auf Signale reagieren. Beispielsweise können sie Änderungen an Genexpression das kann das Verhalten der Zelle ändern.

Sie können auch Feedback-Signale senden, um zu bestätigen, dass sie das ursprüngliche Signal empfangen und geantwortet haben. Letztlich kann die Signalgebung die Zellfunktion beeinflussen.

Zellmotilität ist wichtig, weil es Organismen hilft, sich von einem Ort zum anderen zu bewegen. Dies kann notwendig sein, um Nahrung zu beschaffen oder Gefahren zu entgehen. Oft muss sich die Zelle als Reaktion auf Umweltveränderungen bewegen. Zellen können kriechen, schwimmen, gleiten oder andere Methoden anwenden.

Das Geißeln und Zilien kann einer Zelle helfen, sich zu bewegen. Die Funktion der Flagellen oder peitschenartigen Strukturen besteht darin, eine Zelle anzutreiben. Die Rolle der Zilien oder haarähnlichen Strukturen besteht darin, sich in einem rhythmischen Muster hin und her zu bewegen. Spermazellen haben Flagellen, während die Zellen, die die Atemwege auskleiden, Flimmerhärchen haben.

Zellsignale können in Organismen zu Zellbewegungen führen. Diese Bewegung kann auf Signale zu oder von ihnen weg erfolgen und kann bei Krankheiten eine Rolle spielen. Chemotaxis ist die Zellbewegung hin zu oder weg von einer höheren chemischen Konzentration und ist ein wichtiger Teil der zellulären Reaktion.

Chemotaxis ermöglicht es beispielsweise Krebszellen, sich in einen Bereich des Körpers zu bewegen, der mehr Wachstum fördert.

Zellen können sich zusammenziehen, und diese Art von Bewegung geschieht in Muskelzellen. Der Prozess beginnt mit einem Signal des Nervensystems.

Dann reagieren die Zellen, indem sie chemische Reaktionen starten. Die Reaktionen wirken sich auf die Muskelfasern aus und verursachen Kontraktionen.