Cellefysiologi: En oversikt over struktur, funksjon og atferd

Som livets grunnleggende enheter utfører celler viktige funksjoner i prokaryoter og eukaryoter. Cellefysiologi fokuserer på de indre strukturer og prosesser i levende organismer.

Fra divisjon til kommunikasjon studerer dette feltet hvordan celler leve, jobbe og dø.

En del av cellefysiologi er studiet av hvordan celler oppfører seg. Det er en viktig kobling mellom cellestruktur, funksjon og atferd. For eksempel, organeller i eukaryoter har spesifikke roller som hjelper cellen til å fungere og oppføre seg ordentlig.

Når du forstår fysiologi og cellebiologi, er det fornuftig hvordan en celle oppfører seg. Koordinert oppførsel er viktig for flercellede organismer fordi det er mange celler som må jobbe sammen. Riktig celleoppførsel skaper funksjonelle vev og en sunn organisme.

Når celleadferd går galt, kan det imidlertid føre til sykdommer, for eksempel kreft. For eksempel hvis celledeling er ute av kontroll, kan celler formere seg og danne svulster.

Selv om celler kan variere, er det grunnleggende atferd som mange av dem deler. De inkluderer:

• Celledeling og vekst. Cellene må vokse og dele seg over tid. Mitose og meiose er de to vanligste typene av celledeling. Mitose produserer to identiske datterceller, mens meiose lager fire forskjellige datterceller med halve DNA.
• Cellulær metabolisme. Alle levende ting trenger energi eller drivstoff for å leve, og metabolisme hjelper dem å oppnå dette. De fleste celler bruker enten cellulær respirasjon eller fotosyntese, som er en serie kjemiske prosesser.
• Mobilkommunikasjon. Levende celler trenger ofte å kommunisere og spre informasjon gjennom en organisme. De kan bruke reseptorer eller ligander, gap-kryss eller plasmodesmata for å kommunisere.
• Mobiltransport. Celletransport beveger materialer over en cellemembran. Dette kan være aktiv eller passiv transport.
• Mobil mobilitet. Motilitet lar celler bevege seg fra ett sted til et annet. De kan svømme, krype, gli eller bruke andre metoder.
  

Det er viktig å forstå cellefysiologi og membrantransport. Organismer trenger å føre stoffer inn og ut av cellene sine og over lipid-dobbeltlaget i plasmamembranen.

Passiv og aktiv transport er to vanlige typer mobiltransport. Det er noen vesentlige forskjeller mellom aktiv og passiv transport.

Passiv transport bruker ikke energi til å flytte stoffer. En metode som celler bruker er spredning, og du kan dele den opp i enkel eller tilrettelagt spredning. Stoffer kan bevege seg fra områder med høy konsentrasjon til områder med lav konsentrasjon. Osmose er et eksempel på enkel diffusjon som involverer vann.

Enkel diffusjon innebærer at molekyler beveger seg nedover konsentrasjonsgradienten gjennom plasmamembranen. Disse molekylene er små og ikke-polare. Tilrettelagt diffusjon er lik, men involverer membrantransportkanaler. Store og polære molekyler er avhengig av lettere diffusjon.

Aktiv transport trenger energi for å flytte stoffer. Molekyler kan bevege seg mot konsentrasjonsgradienten fra områder med lav konsentrasjon til områder med høy konsentrasjon takket være energikilder som ATP. Bæreproteiner hjelper cellene under denne prosessen, og cellene kan bruke en protonpumpe eller ionekanal.

Endocytose og eksocytose er eksempler på aktiv transport i celler. De hjelper med å flytte store molekyler i vesikler. Under endocytose fanger cellen et molekyl og flytter det inn. Under eksocytose beveger cellen et molekyl til utsiden av membranen.

Celler kan motta, tolke og svare på signaler. Denne typen kommunikasjon hjelper dem med å svare på miljøet og spre informasjon i en flercellede organisme. Signalering styrer celleadferd ved å la celler svare på spesifikke signaler fra omgivelsene eller andre celler.

Signaltransduksjon er et annet begrep for cellesignalering og refererer til overføring av informasjon. En signaltransduksjonskaskade er en vei eller serie kjemiske reaksjoner som skjer inne i cellen etter at en stimulus starter den. Signalering kan kontrollere cellevekst, bevegelse, metabolisme og mer. Men når cellekommunikasjon går galt, kan det forårsake sykdom som kreft.

Det er viktig å forstå det grunnleggende i cellekommunikasjon. Den generelle prosessen starter når cellen oppdager et kjemisk signal. Dette utløser en kjemisk reaksjon som til slutt hjelper cellen med å reagere på den. Det er en sluttsvar som fører til ønsket resultat.

For eksempel mottar en celle et signal fra kroppen som sier at den trenger mer celledeling. Den går gjennom en signalkaskade som slutter med uttrykk for gener som vil drive celledeling, og cellen begynner å dele seg.

De fleste signalene i en celle er kjemiske. Celler har proteiner kalt reseptorer og molekyler kalt ligander som hjelper dem under signalisering.

For eksempel kan en celle frigjøre et protein i det ekstracellulære rommet for å varsle andre celler. Proteinet kan flyte til en andre celle, som plukker den opp fordi cellen har riktig reseptor for den. Deretter mottar den andre cellen signalet og kan svare på det.

Du finner gapkryss i dyreceller og plasmodesmata i planteceller, som er kanaler som hjelper celler med å kommunisere. Disse kanalene forbinder nærliggende celler. De lar små molekyler passere gjennom dem, slik at signalene kan bevege seg.

Etter at celler har mottatt signaler, kan de tolke dem. Dette skjer gjennom en konformasjonsendring eller biokjemiske reaksjoner. Signaloverføringskaskader kan flytte informasjonen gjennom cellen. Fosforylering kan aktivere eller deaktivere proteiner ved å tilsette en fosfatgruppe.

Noen signaltransduksjonskaskader inkluderer intracellulære budbringere eller andre budbringere, slik som Ca²⁺, cAMP, NO og cGMP. Disse pleier å være ikke-proteinmolekyler, som kalsiumioner, som kan være rikelig i cellen.

For eksempel har noen celler proteiner som kan binde kalsiumioner, som kan endre formen og aktiviteten til proteinene.

Celler kan svare på signaler på en rekke måter. For eksempel kan de gjøre endringer i genuttrykk som kan endre hvordan cellen oppfører seg.

De kan også sende tilbakemeldingssignaler for å bekrefte at de mottok det originale signalet og svarte. Til slutt kan signalering påvirke cellefunksjonen.

Cellemotilitet er viktig fordi det hjelper organismer med å bevege seg fra et sted til et annet. Dette kan være nødvendig for å skaffe mat eller unnslippe fare. Ofte må cellen bevege seg som et svar på miljøendringer. Celler kan krype, svømme, gli eller bruke andre metoder.

De flagella og cilia kan hjelpe en celle til å bevege seg. Rollen til flagella eller piskelignende strukturer er å drive en celle. Rollen til cilia eller hårlignende strukturer er å bevege seg frem og tilbake i et rytmisk mønster. Sædceller har flagell, mens cellene som strekker luftveiene har cilia.

Cellesignalering kan føre til cellebevegelse i organismer. Denne bevegelsen kan være mot eller bort fra signaler, og den kan spille en rolle i sykdommer. Kjemotaxis er cellebevegelse mot eller bort fra en høyere kjemisk konsentrasjon, og det er en viktig del av den cellulære responsen.

For eksempel tillater cellegift kreftceller å bevege seg mot et område av kroppen som fremmer mer vekst.

Celler kan trekke seg sammen, og denne typen bevegelse skjer i muskelceller. Prosessen starter med et signal fra nervesystemet.

Deretter reagerer cellene ved å starte kjemiske reaksjoner. Reaksjonene påvirker muskelfibrene og forårsaker sammentrekninger.