Celfysiologie: een overzicht van structuur, functie en gedrag

Als basiseenheden van het leven vervullen cellen belangrijke functies in prokaryoten en eukaryoten. Celfysiologie richt zich op de interne structuren en processen in levende organismen.

Van deling tot communicatie, dit veld bestudeert hoe cellen leven, werken en sterven.

Een onderdeel van celfysiologie is de studie van hoe cellen zich gedragen. Er is een belangrijk verband tussen celstructuur, functie en gedrag. Bijvoorbeeld, organellen in eukaryoten hebben specifieke rollen die de cel helpen functioneren en zich goed gedragen.

Als je fysiologie en celbiologie begrijpt, is de manier waarop een cel zich gedraagt ​​logisch. gecoördineerd gedrag is belangrijk voor meercellige organismen omdat er veel cellen zijn die moeten samenwerken. Goed celgedrag zorgt voor functionele weefsels en een gezond organisme.

Wanneer celgedrag echter fout gaat, kan dit leiden tot ziekten, zoals kanker. Bijvoorbeeld, als celverdeling uit de hand loopt, kunnen cellen zich vermenigvuldigen en tumoren vormen.

Hoewel cellen kunnen verschillen, zijn er basisgedragingen die veel van hen gemeen hebben. Ze bevatten:

• Celdeling en groei. Cellen moeten in de loop van de tijd groeien en delen. Mitose en meiose zijn de twee meest voorkomende soorten celdeling. Mitose produceert twee identieke dochtercellen, terwijl meiose vier verschillende dochtercellen maakt met de helft van het DNA.
• Cellulair metabolisme. Alle levende wezens hebben energie of brandstof nodig om te leven, en het metabolisme helpt hen dit te bereiken. De meeste cellen gebruiken ofwel cellulaire ademhaling of fotosynthese, die een reeks chemische processen zijn.
• Mobiele communicatie. Levende cellen moeten vaak communiceren en informatie door een organisme verspreiden. Ze kunnen receptoren of liganden, gap junctions of plasmodesmata gebruiken om te communiceren.
• Mobiel vervoer. Celtransport verplaatst materialen over een celmembraan. Dit kan actief of passief transport zijn.
• Cellulaire beweeglijkheid. Door beweeglijkheid kunnen cellen van de ene locatie naar de andere gaan. Ze kunnen zwemmen, kruipen, glijden of andere methoden gebruiken.
  

Het is belangrijk om de celfysiologie en het membraantransport te begrijpen. Organismen moeten stoffen in en uit hun cellen en door de lipide dubbellaag van het plasmamembraan vervoeren.

Passief en actief transport zijn twee veel voorkomende soorten cellulair transport. Er zijn enkele essentiële verschillen tussen actief en passief transport.

Passief transport gebruikt geen energie om stoffen te verplaatsen. Een methode die cellen gebruiken is: diffusie, en je kunt het verdelen in gemakkelijk of gefaciliteerd verspreiding. Stoffen kunnen zich verplaatsen van gebieden met een hoge concentratie naar gebieden met een lage concentratie. Osmose is een voorbeeld van eenvoudige diffusie waarbij water betrokken is.

Eenvoudige diffusie omvat moleculen die langs de concentratiegradiënt door het plasmamembraan bewegen. Deze moleculen zijn klein en niet-polair. Gefaciliteerde diffusie is vergelijkbaar, maar omvat membraantransportkanalen. Grote en polaire moleculen zijn afhankelijk van gefaciliteerde diffusie.

Actief transport heeft energie nodig om stoffen te verplaatsen. Dankzij energiebronnen zoals ATP kunnen moleculen zich tegen de concentratiegradiënt verplaatsen van gebieden met een lage concentratie naar gebieden met een hoge concentratie. Dragereiwitten helpen de cellen tijdens dit proces en de cellen kunnen een protonpomp of ionkanaal gebruiken.

endocytose en exocytose zijn voorbeelden van actief transport in cellen. Ze helpen grote moleculen in blaasjes te verplaatsen. Tijdens endocytose vangt de cel een molecuul op en verplaatst het naar binnen. Tijdens exocytose verplaatst de cel een molecuul naar de buitenkant van zijn membraan.

Cellen kunnen signalen ontvangen, interpreteren en erop reageren. Dit type communicatie helpt hen te reageren op hun omgeving en informatie te verspreiden binnen een meercellig organisme. Signalering leidt het celgedrag door cellen te laten reageren op specifieke signalen uit hun omgeving of andere cellen.

Signaaltransductie is een andere term voor celsignalering en verwijst naar de overdracht van informatie. Een signaaltransductiecascade is een pad of reeks chemische reacties die in de cel plaatsvindt nadat een stimulus deze heeft gestart. Signalering kan celgroei, beweging, metabolisme en meer regelen. Wanneer celcommunicatie echter misgaat, kan dit ziekten zoals kanker veroorzaken.

Het is belangrijk om de basisprincipes van celcommunicatie te begrijpen. Het algemene proces begint wanneer de cel een chemisch signaal detecteert. Dit veroorzaakt een chemische reactie die de cel uiteindelijk helpt om erop te reageren. Er is een eindreactie die leidt tot het gewenste resultaat.

Een cel ontvangt bijvoorbeeld een signaal van het lichaam dat het meer nodig heeft celverdeling. Het gaat door een signaalcascade die eindigt met de expressie van genen die de celdeling zullen aansturen, en de cel begint zich te delen.

De meeste signalen in een cel zijn chemisch. Cellen hebben eiwitten genaamd receptoren en moleculen genaamd liganden die hen helpen tijdens het signaleren.

Een cel kan bijvoorbeeld een eiwit afgeven in de extracellulaire ruimte om andere cellen te waarschuwen. Het eiwit kan naar een tweede cel drijven, die het oppikt omdat de cel er de juiste receptor voor heeft. Vervolgens ontvangt de tweede cel het signaal en kan erop reageren.

Je kunt gap junctions vinden in dierlijke cellen en plasmodesmata in plantencellen, dit zijn kanalen die cellen helpen communiceren. Deze kanalen verbinden nabijgelegen cellen. Ze laten kleine moleculen door, zodat signalen kunnen reizen.

Nadat cellen signalen hebben ontvangen, kunnen ze deze interpreteren. Dit gebeurt door een conformatieverandering of biochemische reacties. Signaaltransductiecascades kunnen de informatie door de cel verplaatsen. Fosforylering kan eiwitten activeren of deactiveren door een fosfaatgroep toe te voegen.

Sommige signaaltransductiecascades omvatten intracellulaire boodschappers of tweede boodschappers, zoals Ca²⁺, cAMP, NO en cGMP. Dit zijn meestal niet-eiwitmoleculen, zoals calciumionen, die overvloedig aanwezig kunnen zijn in de cel.

Sommige cellen hebben bijvoorbeeld eiwitten die calciumionen kunnen binden, die de vorm en activiteit van de eiwitten kunnen veranderen.

Cellen kunnen op verschillende manieren op signalen reageren. Ze kunnen bijvoorbeeld wijzigingen aanbrengen in genexpressie dat kan veranderen hoe de cel zich gedraagt.

Ze kunnen ook feedbacksignalen sturen om te bevestigen dat ze het oorspronkelijke signaal hebben ontvangen en hebben gereageerd. Uiteindelijk kan signalering de celfunctie beïnvloeden.

celmotiliteit is belangrijk omdat het organismen helpt om van de ene locatie naar de andere te gaan. Dit kan nodig zijn om voedsel te krijgen of om aan gevaar te ontsnappen. Vaak moet de cel bewegen als reactie op veranderingen in de omgeving. Cellen kunnen kruipen, zwemmen, glijden of andere methoden gebruiken.

De flagella en trilhaartjes kan een cel helpen bewegen. De rol van de flagella of zweepachtige structuren is om een ​​cel voort te stuwen. De rol van de trilhaartjes of haarachtige structuren is om heen en weer te bewegen in een ritmisch patroon. Spermacellen hebben flagella, terwijl de cellen die de luchtwegen bekleden trilhaartjes hebben.

Celsignalering kan leiden tot celbeweging in organismen. Deze beweging kan naar of weg van signalen zijn en kan een rol spelen bij ziekte. chemotaxis is celbeweging naar of weg van een hogere chemische concentratie, en het is een belangrijk onderdeel van de cellulaire respons.

Met chemotaxis kunnen kankercellen bijvoorbeeld naar een deel van het lichaam gaan dat meer groei bevordert.

Cellen kunnen samentrekken en dit type beweging vindt plaats in spiercellen. Het proces begint met een signaal van het zenuwstelsel.

Vervolgens reageren de cellen door chemische reacties te starten. De reacties tasten de spiervezels aan en veroorzaken contracties.