უჯრედის ფიზიოლოგია: სტრუქტურის, ფუნქციისა და ქცევის მიმოხილვა

როგორც სიცოცხლის ძირითადი ერთეულები, უჯრედები ასრულებენ მნიშვნელოვან ფუნქციებს პროკარიოტები და ეუკარიოტები. უჯრედის ფიზიოლოგია ყურადღებას ამახვილებს შინაგან სტრუქტურებსა და პროცესებზე ცოცხალი ორგანიზმების შიგნით.

განყოფილებიდან კომუნიკაციამდე, ეს სფერო სწავლობს როგორ უჯრედები იცხოვრე, იმუშავე და მოკვდი.

უჯრედის ფიზიოლოგიის ერთი ნაწილია იმის შესწავლა, თუ როგორ იქცევიან უჯრედები. მნიშვნელოვანი კავშირი არსებობს უჯრედის სტრუქტურას, ფუნქციასა და ქცევას შორის. Მაგალითად, ორგანელები ეუკარიოტებს აქვთ კონკრეტული როლები, რომლებიც ხელს უწყობენ უჯრედის ფუნქციონირებას და სწორად იქცევიან.

როდესაც გესმით ფიზიოლოგია და უჯრედის ბიოლოგია, აზრი აქვს უჯრედის ქცევას. კოორდინირებული ქცევა მნიშვნელოვანია მრავალუჯრედიანი ორგანიზმებისათვის, რადგან არსებობს მრავალი უჯრედი, რომლებმაც ერთად უნდა იმუშაონ. უჯრედის სწორი ქცევა ქმნის ფუნქციურ ქსოვილებს და ჯანმრთელ ორგანიზმს.

ამასთან, როდესაც უჯრედის ქცევა არასწორი ხდება, ამან შეიძლება გამოიწვიოს დაავადებები, როგორიცაა კიბო. მაგალითად, თუ უჯრედის დაყოფა კონტროლიდან გამოსულია, უჯრედებს შეუძლიათ გამრავლება და სიმსივნის წარმოქმნა.

მიუხედავად იმისა, რომ უჯრედები შეიძლება განსხვავდებოდეს, არსებობს ძირითადი ქცევა, რომელსაც ბევრი მათგანი იზიარებს. Ისინი შეიცავენ:

• უჯრედების დაყოფა და ზრდა. დროთა განმავლობაში უჯრედები უნდა გაიზარდონ და გაიყონ. მიტოზი და მეიოზი უჯრედების დაყოფის ორი ყველაზე გავრცელებული ტიპია. მიტოზი წარმოქმნის ორ ერთნაირ ქალიშვილ უჯრედს, ხოლო მეიოზი ქმნის ოთხ განსხვავებულ ქალიშვილ უჯრედს დნმ-ის ნახევრით.
• უჯრედული მეტაბოლიზმი. ყველა ცოცხალ არსებას ენერგია ან საწვავი სჭირდება საცხოვრებლად და მეტაბოლიზმი ეხმარება მათ ამის შესრულებაში. უჯრედების უმეტესობა ან ერთსაც იყენებს უჯრედული სუნთქვა ან ფოტოსინთეზი, რომლებიც წარმოადგენს ქიმიური პროცესების სერიას.
• ფიჭური კომუნიკაცია. ცოცხალ უჯრედებს ხშირად სჭირდებათ ორგანიზმში კომუნიკაცია და ინფორმაციის გავრცელება. კომუნიკაციისთვის მათ შეუძლიათ გამოიყენონ რეცეპტორები ან ლიგანდები, უფსკრული კვანძები ან პლაზმოდემა.
• ფიჭური ტრანსპორტი. უჯრედის ტრანსპორტი მასალებს გადაადგილდება ა უჯრედის მემბრანა. ეს შეიძლება იყოს აქტიური ან პასიური ტრანსპორტი.
• უჯრედული მოძრაობა. მოძრაობა საშუალებას აძლევს უჯრედებს გადაადგილდნენ ერთი ადგილიდან მეორეზე. მათ შეუძლიათ ცურვა, სეირნობა, გასრიალება ან სხვა მეთოდების გამოყენება.
  

მნიშვნელოვანია გვესმოდეს უჯრედის ფიზიოლოგია და მემბრანის ტრანსპორტი. ორგანიზმებმა უნდა გადაიტანონ ნივთიერებები თავიანთ უჯრედებში და გარეთ და პლაზმური მემბრანის ლიპიდური ფენის გადაღმა.

პასიური და აქტიური ტრანსპორტი ფიჭური ტრანსპორტის ორი გავრცელებული ტიპია. არსებობს არსებითი განსხვავებები აქტიურ და პასიურ ტრანსპორტს შორის.

პასიური ტრანსპორტი არ იყენებს ენერგიას ნივთიერებების გადასაადგილებლად. უჯრედების ერთ-ერთი მეთოდია დიფუზიადა შეგიძლიათ გაყოთ ის მარტივი ან ხელი შეუწყო დიფუზია. ნივთიერებებს შეუძლიათ მაღალი კონცენტრაციის უბნებიდან დაბალი კონცენტრაციის ადგილებში გადავიდნენ. ოსმოსი არის მარტივი დიფუზიის მაგალითი, რომელიც მოიცავს წყალს.

მარტივი დიფუზია გულისხმობს მოლეკულების კონცენტრაციის გრადიენტის ქვემოთ გადაადგილებას პლაზმური მემბრანის გავლით. ეს მოლეკულები მცირე და არაპოლარულია. გამარტივებული დიფუზია მსგავსია, მაგრამ მოიცავს მემბრანის ტრანსპორტირების არხებს. დიდი და პოლარული მოლეკულები დამოკიდებულია გამარტივებულ დიფუზიაზე.

Აქტიური ტრანსპორტი ენერგია სჭირდება ნივთიერებების გადასაადგილებლად. მოლეკულებს შეუძლიათ კონცენტრაციის გრადიენტის საწინააღმდეგოდ გადაადგილება დაბალი კონცენტრაციის უბნებიდან მაღალი კონცენტრაციის ადგილებში ენერგიის წყაროების წყალობით, როგორიცაა ATP. მატარებლის ცილები უჯრედებს ეხმარება ამ პროცესის განმავლობაში და უჯრედებს შეუძლიათ გამოიყენონ პროტონის ტუმბო ან იონური არხი.

ენდოციტოზი და ეგზოციტოზი უჯრედებში აქტიური ტრანსპორტის მაგალითებია. ისინი ხელს უწყობენ დიდი მოლეკულების გადაადგილებას ბუშტუკების შიგნით. ენდოციტოზის დროს უჯრედი იპყრობს მოლეკულას და გადააქვს შიგნით. ეგზოციტოზის დროს, უჯრედი მოლეკულას მისი მემბრანის გარეთ გადაჰყავს.

უჯრედებს შეუძლიათ სიგნალების მიღება, ინტერპრეტაცია და რეაგირება. ამ ტიპის კომუნიკაცია ეხმარება მათ რეაგირება მოახდინონ თავიანთ გარემოზე და გაავრცელონ ინფორმაცია მრავალუჯრედიან ორგანიზმში. სიგნალირება ხელმძღვანელობს უჯრედის ქცევას და აძლევს უჯრედების რეაგირებას კონკრეტულ სიგნალებზე მათი გარემოდან ან სხვა უჯრედებიდან.

Სიგნალის გადაცემა უჯრედის სიგნალის კიდევ ერთი ტერმინია და ინფორმაციის გადაცემას გულისხმობს. სიგნალის გადატანის კასკადი არის გზა ან ქიმიური რეაქციების სერია, რომელიც ხდება უჯრედის შიგნით მას შემდეგ, რაც სტიმული იწყება. სიგნალს შეუძლია გააკონტროლოს უჯრედების ზრდა, მოძრაობა, მეტაბოლიზმი და ა.შ. ამასთან, როდესაც უჯრედის კომუნიკაცია არასწორი ხდება, ამან შეიძლება გამოიწვიოს დაავადება, როგორიცაა კიბო.

მნიშვნელოვანია გავიგოთ უჯრედული კომუნიკაციის საფუძვლები. ზოგადი პროცესი იწყება მაშინ, როდესაც უჯრედი აღმოაჩენს ქიმიურ სიგნალს. ეს იწვევს ქიმიურ რეაქციას, რაც საბოლოოდ უჯრედს ეხმარება მასზე რეაგირებაში. არსებობს საბოლოო პასუხი, რომელიც სასურველ შედეგამდე მიდის.

მაგალითად, უჯრედი იღებს სხეულისგან სიგნალს, რომ მას მეტი სჭირდება უჯრედის დაყოფა. ის გადის სასიგნალო კასკადს, რომელიც მთავრდება გენების გამოხატვით, რომლებიც უჯრედის გაყოფას განაპირობებს და უჯრედი იწყებს გაყოფას.

უჯრედში სიგნალების უმეტესობა ქიმიურია. უჯრედებს აქვთ ცილები, რომლებსაც ე.წ. რეცეპტორები და მოლეკულები ე.წ. ლიგანდები რომლებიც მათ სიგნალის დროს ეხმარებიან.

მაგალითად, უჯრედს შეუძლია გამოყოს ცილა გარეუჯრედულ სივრცეში სხვა უჯრედების გასაფრთხილებლად. პროტეინს შეუძლია მეორე უჯრედში გადაფრენა, რომელიც მას აიყვანს, რადგან უჯრედს მისთვის სწორი რეცეპტორია. შემდეგ, მეორე უჯრედი იღებს სიგნალს და შეუძლია მასზე რეაგირება.

ცხოველურ უჯრედებში შეგიძლიათ იპოვოთ უფსკრული კვანძები და მცენარეთა უჯრედებში არსებული პლაზმოდულები, რომლებიც არხებია, რომლებიც უჯრედებს ურთიერთობაში ეხმარება. ეს არხები აკავშირებს ახლომდებარე უჯრედებს. ისინი მცირე მოლეკულების გატარების საშუალებას აძლევს მათ, ამიტომ სიგნალებს შეუძლიათ იმოგზაურონ.

მას შემდეგ, რაც უჯრედები მიიღებენ სიგნალებს, მათ შეუძლიათ მათი ინტერპრეტაცია. ეს ხდება კონფორმაციული ცვლილების ან ბიოქიმიური რეაქციების შედეგად. სიგნალის გადაცემის კასკადს შეუძლია ინფორმაციის გადატანა უჯრედის საშუალებით. ფოსფორილაციას შეუძლია პროტეინების გააქტიურება ან დეაქტივაცია ფოსფატების ჯგუფის დამატებით.

ზოგიერთ სიგნალის გადატანის კასკადში შედის უჯრედშიდა მესინჯერები ან მეორე მესინჯერები, მაგალითად Ca²⁺, cAMP, NO და cGMP. ესენი არიან არაპროტეინის მოლეკულები, ისევე როგორც კალციუმის იონები, რომლებიც შეიძლება უხვად იყოს უჯრედში.

მაგალითად, ზოგიერთ უჯრედს აქვს ცილები, რომლებსაც შეუძლიათ კალციუმის იონების შეკავშირება, რომლებსაც შეუძლიათ შეცვალონ ცილების ფორმა და აქტივობა.

უჯრედებს შეუძლიათ სიგნალებზე რეაგირება სხვადასხვა გზით. მაგალითად, მათ შეიძლება შეიტანონ ცვლილებები გენის გამოხატვა რომელსაც შეუძლია შეცვალოს უჯრედის მოქმედება.

მათ ასევე შეუძლიათ გამოაგზავნონ უკუკავშირის სიგნალები იმის დასადასტურებლად, რომ მიიღეს ორიგინალი სიგნალი და უპასუხეს. საბოლოო ჯამში, სიგნალიზაციამ შეიძლება გავლენა მოახდინოს უჯრედის ფუნქციაზე.

უჯრედების მოძრაობა მნიშვნელოვანია, რადგან ის ეხმარება ორგანიზმებს ერთი ადგილიდან მეორეში გადასვლაში. ეს შეიძლება საჭირო გახდეს საკვების შესაძენად ან საფრთხისგან თავის დასაღწევად. ხშირად, უჯრედს სჭირდება გადაადგილება, როგორც გარემო ცვლილებების საპასუხოდ. უჯრედები შეიძლება სეირნობენ, ცურვიან, სრიალებენ ან იყენებენ სხვა მეთოდებს.

flagella და cilia შეუძლია დაეხმაროს უჯრედს. Flagella ან მათრახის მსგავსი სტრუქტურების როლი არის უჯრედის განდევნა. წამწამების ან თმის მსგავსი სტრუქტურების როლი არის რიტმული წესით წინ და უკან გადაადგილება. სპერმის უჯრედებს აქვთ flagella, ხოლო უჯრედებს, რომლებიც სასუნთქ გზებს ალაგებენ, აქვთ წამწამები.

უჯრედების სიგნალმა შეიძლება გამოიწვიოს უჯრედების მოძრაობა ორგანიზმებში. ეს მოძრაობა შეიძლება იყოს სიგნალებისკენ ან მისგან შორს, და მას შეუძლია როლი შეასრულოს დაავადებებში. ქემოტაქსი არის უჯრედების მოძრაობა უფრო მაღალი ქიმიური კონცენტრაციისკენ ან დაშორებით და ეს არის უჯრედული რეაქციის მნიშვნელოვანი ნაწილი.

მაგალითად, ქიმიოტაქსია საშუალებას აძლევს კიბოს უჯრედებს გადაადგილდნენ სხეულის იმ უბნისკენ, რაც უფრო მეტ ზრდას უწყობს ხელს.

უჯრედები შეიძლება შემცირდნენ და ამ ტიპის მოძრაობა ხდება კუნთების უჯრედები. პროცესი იწყება ნერვული სისტემის სიგნალით.

შემდეგ, უჯრედები რეაგირებენ ქიმიური რეაქციების დაწყებით. რეაქციები გავლენას ახდენს კუნთოვან ბოჭკოებზე და იწვევს შეკუმშვას.