Rakufüsioloogia: ülevaade struktuurist, funktsioonist ja käitumisest

Elu põhiühikutena täidavad rakud aastal olulisi funktsioone prokarüootid ja eukarüoodid. Rakufüsioloogia keskendub elusorganismide sisemistele struktuuridele ja protsessidele.

Jagamisest suhtlemiseni uuritakse selles valdkonnas kuidas rakke elada, töötada ja surra.

Rakufüsioloogia üks osa on rakkude käitumise uurimine. Rakkude struktuuri, funktsiooni ja käitumise vahel on oluline seos. Näiteks, organellid eukarüootides on spetsiifilised rollid, mis aitavad rakul toimida ja korralikult käituda.

Kui mõistate füsioloogiat ja rakubioloogiat, on raku käitumine mõttekas. Kooskõlastatud käitumine on mitmerakuliste organismide jaoks oluline, kuna seal on palju rakke, mis peavad koos töötama. Rakkude õige käitumine loob funktsionaalsed koed ja terve organismi.

Kui rakkude käitumine läheb valesti, võib see aga põhjustada haigusi, näiteks vähki. Näiteks kui raku pooldumine on kontrolli alt väljas, võivad rakud paljuneda ja moodustada kasvajaid.

Kuigi rakud võivad erineda, on olemas põhikäitumine, mida paljud neist jagavad. Nad sisaldavad:

• Rakkude jagunemine ja kasv. Rakud peavad aja jooksul kasvama ja jagunema. Mitoos ja meioos on kaks kõige tavalisemat rakkude jagunemise tüüpi. Mitoos toodab kaks identset tütarrakku, meioos aga neli erinevat tütrerakku poole DNAga.
• Rakkude metabolism. Kõik elusolendid vajavad elamiseks energiat või kütust ja ainevahetus aitab neil seda saavutada. Enamik rakke kasutab kumbagi rakuhingamine või fotosüntees, mis on keemiliste protsesside jada.
• Mobiilside. Elusrakud peavad sageli kogu organismis teavet edastama ja levitama. Nad saavad suhtlemiseks kasutada retseptoreid või ligande, tühimike ristmikke või plasmodesmataid.
• Mobiilne transport. Rakutransport viib materjalid üle a rakumembraan. See võib olla aktiivne või passiivne transport.
• Rakuline liikuvus. Liikuvus võimaldab rakkudel liikuda ühest kohast teise. Nad võivad ujuda, roomata, libiseda või kasutada muid meetodeid.
  

Oluline on mõista raku füsioloogiat ja membraanitransporti. Organismid peavad kandma aineid rakkudest sisse ja välja ning läbi plasmamembraani kahekihilise lipiidi.

Passiivne ja aktiivne transport on kaks tavalist rakutranspordi tüüpi. Aktiivsel ja passiivsel transpordil on mõned olulised erinevused.

Passiivne transport ei kasuta energiat ainete liikumiseks. Üks meetod, mida rakud kasutavad, on difusioonja saate selle jagada lihtne või hõlbustatud difusioon. Ained võivad liikuda kõrge kontsentratsiooniga piirkondadest madala kontsentratsiooniga piirkondadesse. Osmoos on lihtsa difusiooni näide, mis hõlmab vett.

Lihtne difusioon hõlmab molekule, mis liiguvad plasmamembraani kaudu kontsentratsiooni gradiendil. Need molekulid on väikesed ja mittepolaarsed. Hõlbustatud difusioon on sarnane, kuid hõlmab membraani transpordikanaleid. Suured ja polaarsed molekulid sõltuvad hõlbustatud difusioonist.

Aktiivne transport vajab ainete liikumiseks energiat. Molekulid saavad liikuda kontsentratsioonigradiendi vastu madala kontsentratsiooniga piirkondadest kõrge kontsentratsiooniga piirkondadesse tänu sellistele energiaallikatele nagu ATP. Kandvalgud aitavad rakke selle protsessi käigus ja rakud saavad kasutada prootonpumpa või ioonikanalit.

Endotsütoos ja eksotsütoos on näited rakkudes toimuvast aktiivsest transpordist. Need aitavad liigutada suuri vesiikulite molekule. Endotsütoosi ajal haarab rakk molekuli ja viib selle sisse. Eksotsütoosi ajal viib rakk molekuli oma membraani väljapoole.

Rakud suudavad signaale vastu võtta, neid tõlgendada ja neile reageerida. Seda tüüpi suhtlus aitab neil reageerida oma keskkonnale ja levitada teavet mitmerakulises organismis. Signaliseerimine juhib rakkude käitumist, võimaldades rakkudel reageerida konkreetsetele signaalidele oma keskkonnast või muudest rakkudest.

Signaali ülekanne on veel üks termin raku signaalimiseks ja viitab teabe edastamisele. Signaaliülekande kaskaad on keemiliste reaktsioonide rada või rida, mis toimub raku sees pärast seda, kui stiimul selle käivitab. Signaaliga saab kontrollida rakkude kasvu, liikumist, ainevahetust ja palju muud. Kui rakusuhtlus läheb valesti, võib see aga põhjustada selliseid haigusi nagu vähk.

Oluline on mõista rakusuhtluse põhitõdesid. Üldine protsess algab siis, kui rakk tuvastab keemilise signaali. See käivitab keemilise reaktsiooni, mis lõppkokkuvõttes aitab rakul sellele reageerida. On olemas lõppreaktsioon, mis viib soovitud tulemuseni.

Näiteks saab rakk kehalt signaali, et ta vajab rohkem raku pooldumine. See läbib signaalide kaskaadi, mis lõpeb geenide ekspressiooniga, mis juhib rakkude jagunemist, ja rakk hakkab jagunema.

Enamik rakus olevaid signaale on keemilised. Rakkudel on valgud, mida nimetatakse retseptorid ja molekule nimetatakse ligandid mis aitavad neid signaalimise ajal.

Näiteks võib rakk rakuvälisesse ruumi eraldada valgu, et teisi rakke hoiatada. Valk võib hõljuda teise rakuni, mis võtab selle üles, kuna rakul on selle jaoks sobiv retseptor. Seejärel võtab teine ​​rakk signaali vastu ja saab sellele reageerida.

Loomarakkudest leiate lõheühendused ja taimerakkudest plasmodesmata, mis on kanalid, mis aitavad rakkudel suhelda. Need kanalid ühendavad läheduses olevaid rakke. Nad lasevad väikestel molekulidel neist läbi minna, nii et signaalid võivad liikuda.

Pärast rakkude signaalide vastuvõtmist saavad nad neid tõlgendada. See toimub konformatsioonilise muutuse või biokeemiliste reaktsioonide kaudu. Signaaliülekande kaskaadid võivad teavet raku kaudu liigutada. Fosforüülimine võib fosfaatrühma lisades valke aktiveerida või deaktiveerida.

Mõni signaaliülekande kaskaad sisaldab rakusiseseid või teiseseid, näiteks Ca²⁺, cAMP, NO ja cGMP. Need kipuvad olema mittevalgumolekulid, nagu kaltsiumiioonid, mida võib rakus olla palju.

Näiteks on mõnel rakul valke, mis suudavad siduda kaltsiumi ioone, mis võib muuta valkude kuju ja aktiivsust.

Rakud saavad signaalidele reageerida mitmel viisil. Näiteks võivad nad teha muudatusi geeniekspressioon see võib muuta raku käitumist.

Samuti võivad nad saata tagasiside signaale, et kinnitada, et nad said algse signaali ja reageerisid. Lõppkokkuvõttes võib signaalimine mõjutada raku tööd.

Rakkude liikuvus on oluline, kuna see aitab organismidel liikuda ühest kohast teise. See võib olla vajalik toidu hankimiseks või ohust pääsemiseks. Sageli peab rakk reageerima keskkonnamuutustele. Rakud võivad roomata, ujuda, libiseda või kasutada muid meetodeid.

The lipuke ja cilia aitab rakul liikuda. Lippude või piiskstruktuuride roll on raku liikumine. Ripsmete või karvaste struktuuride roll on liikuda edasi-tagasi rütmiliselt. Seemnerakkudel on lipud, hingamisteid vooderdavatel rakkudel aga ripsmikud.

Rakkude signaalimine võib viia rakkude liikumiseni organismides. See liikumine võib olla signaalide suunas või signaalidest eemal ja see võib haigustes rolli mängida. Kemotaksis on raku liikumine suurema keemilise kontsentratsiooni suunas või sellest eemale ning see on raku reaktsiooni oluline osa.

Näiteks võimaldab kemotaksis vähirakkudel liikuda kehapiirkonna suunas, mis soodustab suuremat kasvu.

Rakud võivad kokku tõmbuda ja seda tüüpi liikumine toimub lihasrakud. Protsess algab närvisüsteemi signaaliga.

Seejärel reageerivad rakud keemiliste reaktsioonide alustamisega. Reaktsioonid mõjutavad lihaskiude ja põhjustavad kokkutõmbeid.