Fisiologia cellulare: una panoramica di struttura, funzione e comportamento

In quanto unità di base della vita, le cellule svolgono importanti funzioni in procarioti ed eucarioti. La fisiologia cellulare si concentra sulle strutture e sui processi interni degli organismi viventi.

Dalla divisione alla comunicazione, questo campo studia come cellule vivere, lavorare e morire.

Una parte della fisiologia cellulare è lo studio del comportamento delle cellule. C'è un importante legame tra struttura cellulare, funzione e comportamento. Per esempio, organelli negli eucarioti hanno ruoli specifici che aiutano la cellula a funzionare e a comportarsi correttamente.

Quando comprendi la fisiologia e la biologia cellulare, il modo in cui una cellula si comporta ha senso. Comportamento coordinato è importante per gli organismi pluricellulari perché ci sono molte cellule che devono lavorare insieme. Il corretto comportamento cellulare crea tessuti funzionali e un organismo sano.

Tuttavia, quando il comportamento delle cellule va male, può portare a malattie, come il cancro. Ad esempio, se

Sebbene le cellule possano differire, ci sono comportamenti di base che molti di loro condividono. Loro includono:

• Divisione cellulare e crescita. Le cellule hanno bisogno di crescere e dividersi nel tempo. La mitosi e la meiosi sono i due tipi più comuni di divisione cellulare. Mitosi produce due cellule figlie identiche, mentre la meiosi produce quattro cellule figlie diverse con metà del DNA.
• Metabolismo cellulare. Tutti gli esseri viventi hanno bisogno di energia o carburante per vivere e il metabolismo li aiuta a farlo. La maggior parte delle cellule usa entrambi respirazione cellulare o fotosintesi, che sono una serie di processi chimici.
• Comunicazione cellulare. Le cellule viventi hanno spesso bisogno di comunicare e diffondere informazioni in tutto l'organismo. Possono utilizzare recettori o ligandi, giunzioni gap o plasmodesmi per comunicare.
• Trasporto cellulare. Il trasporto cellulare sposta i materiali attraverso a membrana cellulare. Questo può essere un trasporto attivo o passivo.
• Motilità cellulare. La motilità consente alle cellule di spostarsi da una posizione all'altra. Possono nuotare, gattonare, planare o usare altri metodi.
  

È importante comprendere la fisiologia cellulare e il trasporto di membrana. Gli organismi devono trasportare sostanze dentro e fuori le loro cellule e attraverso il doppio strato lipidico della membrana plasmatica.

Trasporto passivo e attivo sono due tipi comuni di trasporto cellulare. Ci sono alcune differenze essenziali tra trasporto attivo e passivo.

Il trasporto passivo non utilizza energia per spostare le sostanze. Un metodo utilizzato dalle cellule è diffusione, e puoi dividerlo in semplice o facilitato diffusione. Le sostanze possono spostarsi da aree ad alta concentrazione ad aree a bassa concentrazione. L'osmosi è un esempio di diffusione semplice che coinvolge l'acqua.

Diffusione semplice coinvolge le molecole che si muovono lungo il gradiente di concentrazione attraverso la membrana plasmatica. Queste molecole sono piccole e non polari. Diffusione facilitata è simile ma coinvolge i canali di trasporto di membrana. Le molecole grandi e polari dipendono dalla diffusione facilitata.

Trasporto attivo ha bisogno di energia per spostare le sostanze. Le molecole possono spostarsi contro il gradiente di concentrazione da aree a bassa concentrazione ad aree ad alta concentrazione grazie a fonti energetiche come l'ATP. Le proteine ​​trasportatrici aiutano le cellule durante questo processo e le cellule possono utilizzare una pompa protonica o un canale ionico.

Endocitosi e esocitosi sono esempi di trasporto attivo nelle cellule. Aiutano a spostare grandi molecole all'interno delle vescicole. Durante l'endocitosi, la cellula cattura una molecola e la sposta all'interno. Durante l'esocitosi, la cellula sposta una molecola all'esterno della sua membrana.

Le cellule possono ricevere, interpretare e rispondere ai segnali. Questo tipo di comunicazione li aiuta a rispondere al loro ambiente ea diffondere informazioni all'interno di un organismo multicellulare. La segnalazione guida il comportamento cellulare consentendo alle cellule di rispondere a segnali specifici provenienti dal loro ambiente o da altre cellule.

Trasduzione del segnale è un altro termine per la segnalazione cellulare e si riferisce alla trasmissione di informazioni. Una cascata di trasduzione del segnale è un percorso o una serie di reazioni chimiche che si verificano all'interno della cellula dopo che uno stimolo l'ha avviata. La segnalazione può controllare la crescita cellulare, il movimento, il metabolismo e altro ancora. Tuttavia, quando la comunicazione cellulare va male, può causare malattie come il cancro.

È importante comprendere le basi della comunicazione cellulare. Il processo generale inizia quando la cellula rileva un segnale chimico. Questo innesca una reazione chimica che alla fine aiuta la cellula a rispondere ad essa. C'è una risposta finale che porta al risultato desiderato.

Ad esempio, una cellula riceve un segnale dal corpo che dice che ha bisogno di più divisione cellulare. Passa attraverso una cascata di segnali che termina con l'espressione dei geni che guideranno la divisione cellulare e la cellula inizia a dividersi.

La maggior parte dei segnali in una cellula sono chimici. Le cellule hanno proteine ​​chiamate recettori e molecole chiamate ligandi che li aiutano durante la segnalazione.

Ad esempio, una cellula può rilasciare una proteina nello spazio extracellulare per allertare altre cellule. La proteina può fluttuare in una seconda cellula, che la raccoglie perché la cellula ha il recettore giusto per essa. Quindi, la seconda cella riceve il segnale e può rispondere ad esso.

Puoi trovare giunzioni gap nelle cellule animali e plasmodesmi nelle cellule vegetali, che sono canali che aiutano le cellule a comunicare. Questi canali collegano le cellule vicine. Consentono a piccole molecole di attraversarli, in modo che i segnali possano viaggiare.

Dopo che le cellule ricevono i segnali, possono interpretarli. Ciò avviene attraverso un cambiamento conformazionale o reazioni biochimiche. Le cascate di trasduzione del segnale possono spostare le informazioni attraverso la cellula. La fosforilazione può attivare o disattivare le proteine ​​aggiungendo un gruppo fosfato.

Alcune cascate di trasduzione del segnale includono messaggeri intracellulari o secondi messaggeri, come Ca²⁺, cAMP, NO e cGMP. Queste tendono ad essere molecole non proteiche, come gli ioni calcio, che possono essere abbondanti nella cellula.

Ad esempio, alcune cellule hanno proteine ​​che possono legare ioni calcio, che possono modificare la forma e l'attività delle proteine.

Le cellule possono rispondere ai segnali in vari modi. Ad esempio, possono apportare modifiche in espressione genica che può cambiare il comportamento della cellula.

Possono anche inviare segnali di feedback per confermare di aver ricevuto il segnale originale e di aver risposto. In definitiva, la segnalazione può influenzare la funzione cellulare.

Motilità cellulare è importante perché aiuta gli organismi a spostarsi da un luogo all'altro. Questo può essere necessario per procurarsi cibo o sfuggire al pericolo. Spesso, la cellula ha bisogno di muoversi in risposta ai cambiamenti ambientali. Le cellule possono strisciare, nuotare, planare o utilizzare altri metodi.

Il flagelli e ciglia può aiutare una cellula a muoversi. Il ruolo dei flagelli o delle strutture a forma di frusta è quello di spingere una cellula. Il ruolo delle ciglia o strutture simili a capelli è quello di muoversi avanti e indietro secondo uno schema ritmico. Gli spermatozoi hanno flagelli, mentre le cellule che rivestono il tratto respiratorio hanno ciglia.

La segnalazione cellulare può portare al movimento cellulare negli organismi. Questo movimento può avvicinarsi o allontanarsi dai segnali e può svolgere un ruolo nella malattia. Chemiotassi è il movimento cellulare verso o lontano da una concentrazione chimica più elevata ed è una parte importante della risposta cellulare.

Ad esempio, la chemiotassi consente alle cellule tumorali di spostarsi verso un'area del corpo che promuove una maggiore crescita.

Le cellule possono contrarsi e questo tipo di movimento avviene in cellule muscolari. Il processo inizia con un segnale dal sistema nervoso.

Quindi, le cellule rispondono avviando reazioni chimiche. Le reazioni colpiscono le fibre muscolari e provocano contrazioni.