Fiziologia celulară: o prezentare generală a structurii, funcției și comportamentului

Ca unități de bază ale vieții, celulele îndeplinesc funcții importante în procariote și eucariote. Fiziologia celulară se concentrează pe structurile interne și procesele din interiorul organismelor vii.

De la diviziune la comunicare, acest domeniu studiază cum celule trăiește, lucrează și mor.

O parte a fiziologiei celulare este studiul modului în care celulele se comportă. Există o legătură importantă între structura, funcția și comportamentul celulei. De exemplu, organite în eucariote au roluri specifice care ajută celula să funcționeze și să se comporte corect.

Când înțelegeți fiziologia și biologia celulară, are sens modul în care se comportă o celulă. Comportament coordonat este important pentru organismele multicelulare, deoarece există multe celule care trebuie să lucreze împreună. Comportamentul adecvat al celulelor creează țesuturi funcționale și un organism sănătos.

Cu toate acestea, atunci când comportamentul celular merge prost, poate duce la boli, cum ar fi cancerul. De exemplu, dacă

Deși celulele pot diferi, există comportamente de bază pe care multe dintre ele le împărtășesc. Ei includ:

• Diviziunea și creșterea celulară. Celulele trebuie să crească și să se împartă în timp. Mitoza și meioza sunt cele mai frecvente două tipuri de diviziune celulară. Mitoză produce două celule fiice identice, în timp ce meioza produce patru celule fiice diferite cu jumătate din ADN.
• Metabolismul celular. Toate viețuitoarele au nevoie de energie sau combustibil pentru a trăi, iar metabolismul îi ajută să realizeze acest lucru. Majoritatea celulelor folosesc oricare respirație celulară sau fotosinteză, care sunt o serie de procese chimice.
• Comunicarea celulară. Celulele vii au adesea nevoie să comunice și să răspândească informații în întregul organism. Aceștia pot utiliza receptori sau liganzi, joncțiuni gap sau plasmodesmate pentru a comunica.
• Transport celular. Transportul celular deplasează materialele pe o membrana celulara. Acesta poate fi transport activ sau pasiv.
• Motilitatea celulară. Motilitatea permite celulelor să se deplaseze dintr-o locație în alta. Aceștia pot înota, târâ, aluneca sau pot folosi alte metode.
  

Este important să înțelegem fiziologia celulară și transportul membranei. Organismele trebuie să transporte substanțe în și în afara celulelor lor și de-a lungul stratului lipidic al membranei plasmatice.

Transport pasiv și activ sunt două tipuri comune de transport celular. Există câteva diferențe esențiale între transportul activ și cel pasiv.

Transportul pasiv nu folosește energie pentru a muta substanțe. O metodă pe care o folosesc celulele este difuzie, și îl puteți împărți în simplu sau facilitat difuzie. Substanțele se pot deplasa de la zone cu concentrație mare la zone cu concentrație scăzută. Osmoza este un exemplu de difuzie simplă care implică apă.

Difuzie simplă implică molecule care se deplasează în jos gradientul de concentrație prin membrana plasmatică. Aceste molecule sunt mici și nepolare. Difuzie facilitată este similar, dar implică canale de transport cu membrană. Moleculele mari și polare depind de difuzarea facilitată.

Transport activ are nevoie de energie pentru a muta substanțe. Moleculele se pot deplasa împotriva gradientului de concentrație de la zone cu concentrație scăzută la zone cu concentrație mare datorită surselor de energie precum ATP. Proteinele purtătoare ajută celulele în timpul acestui proces, iar celulele pot folosi o pompă de protoni sau un canal ionic.

Endocitoza și exocitoză sunt exemple de transport activ în celule. Ele ajută la deplasarea moleculelor mari în interiorul veziculelor. În timpul endocitozei, celula captează o moleculă și o mută în interior. În timpul exocitozei, celula mută o moleculă către exteriorul membranei sale.

Celulele pot recepționa, interpreta și răspunde la semnale. Acest tip de comunicare îi ajută să răspundă la mediul lor și să răspândească informații într-un organism multicelular. Semnalizarea ghidează comportamentul celulei, permițând celulelor să răspundă la semnale specifice din mediul lor sau din alte celule.

Transducția semnalului este un alt termen pentru semnalizarea celulară și se referă la transmiterea informațiilor. O cascadă de transducție a semnalului este o cale sau o serie de reacții chimice care se întâmplă în interiorul celulei după ce un stimul o pornește. Semnalizarea poate controla creșterea celulară, mișcarea, metabolismul și multe altele. Cu toate acestea, atunci când comunicarea celulară merge prost, poate provoca boli precum cancerul.

Este important să înțelegem elementele de bază ale comunicării celulare. Procesul general începe atunci când celula detectează un semnal chimic. Aceasta declanșează o reacție chimică care, în cele din urmă, ajută celula să răspundă la aceasta. Există un răspuns final care duce la rezultatul dorit.

De exemplu, o celulă primește un semnal de la corp spunând că are nevoie de mai mult diviziune celulara. Trece printr-o cascadă de semnalizare care se termină cu expresia genelor care vor conduce la diviziunea celulară, iar celula începe să se împartă.

Majoritatea semnalelor dintr-o celulă sunt chimice. Celulele au proteinele numite receptori și molecule numite liganzi care îi ajută în timpul semnalizării.

De exemplu, o celulă poate elibera o proteină în spațiul extracelular pentru a alerta alte celule. Proteina poate pluti la o a doua celulă, care o preia, deoarece celula are receptorul potrivit pentru aceasta. Apoi, a doua celulă primește semnalul și poate răspunde la acesta.

Puteți găsi joncțiuni între celulele animale și plasmodesme în celulele vegetale, care sunt canale care ajută celulele să comunice. Aceste canale conectează celulele din apropiere. Permit moleculelor mici să treacă prin ele, astfel încât semnalele să poată circula.

După ce celulele primesc semnale, le pot interpreta. Acest lucru se întâmplă printr-o schimbare conformațională sau reacții biochimice. Cascadele de transducție a semnalului pot muta informațiile prin celulă. Fosforilarea poate activa sau dezactiva proteinele prin adăugarea unei grupări fosfat.

Unele cascade de transducție a semnalului includ mesageri intracelulari sau al doilea mesager, cum ar fi Ca²⁺, cAMP, NO și cGMP. Acestea tind să fie molecule neproteice, cum ar fi ionii de calciu, care pot fi abundente în celulă.

De exemplu, unele celule au proteine ​​care pot lega ionii de calciu, care pot schimba forma și activitatea proteinelor.

Celulele pot răspunde la semnale într-o varietate de moduri. De exemplu, pot face modificări în expresia genelor care poate schimba modul în care se comportă celula.

De asemenea, ei pot trimite semnale de feedback pentru a confirma că au primit semnalul original și că au răspuns. În cele din urmă, semnalizarea poate afecta funcția celulei.

Motilitatea celulelor este important deoarece ajută organismele să se deplaseze dintr-o locație în alta. Acest lucru poate fi necesar pentru a obține hrană sau pentru a scăpa de pericol. Adesea, celula trebuie să se miște ca răspuns la schimbările de mediu. Celulele se pot târâ, înota, aluneca sau pot folosi alte metode.

flagel și cilii poate ajuta o mișcare a celulei. Rolul structurilor flagel sau whiplike este de a propulsa o celulă. Rolul structurilor cilia sau hairlike este de a se deplasa înainte și înapoi într-un model ritmic. Spermatozoizii au flageli, în timp ce celulele care acoperă căile respiratorii au cilii.

Semnalizarea celulară poate duce la mișcarea celulelor în organisme. Această mișcare poate fi îndreptată sau îndepărtată de semnale și poate juca un rol în boală. Chimiotaxie este mișcarea celulară către sau departe de o concentrație chimică mai mare și este o parte importantă a răspunsului celular.

De exemplu, chimiotaxia permite celulelor canceroase să se deplaseze către o zonă a corpului care favorizează o creștere mai mare.

Celulele se pot contracta și acest tip de mișcare are loc în celulele musculare. Procesul începe cu un semnal din sistemul nervos.

Apoi, celulele răspund declanșând reacții chimice. Reacțiile afectează fibrele musculare și provoacă contracții.