Bunková fyziológia: Prehľad štruktúry, funkcií a správania

Ako základné jednotky života bunky vykonávajú dôležité funkcie v prokaryoty a eukaryoty. Fyziológia buniek sa zameriava na vnútorné štruktúry a procesy vo vnútri živých organizmov.

V tejto oblasti sa od rozdelenia po komunikáciu študuje ako bunky žiť, pracovať a zomrieť.

Jednou časťou bunkovej fyziológie je štúdium toho, ako sa bunky správajú. Existuje dôležité spojenie medzi bunkovou štruktúrou, funkciou a správaním. Napríklad organely v eukaryotoch majú špecifické úlohy, ktoré pomáhajú bunke fungovať a správne sa správať.

Keď rozumiete fyziológii a bunkovej biológii, má zmysel to, ako sa bunka správa. Koordinované správanie je dôležitý pre mnohobunkové organizmy, pretože existuje veľa buniek, ktoré musia spolupracovať. Správnym správaním buniek sa vytvárajú funkčné tkanivá a zdravý organizmus.

Ak sa však správanie buniek pokazí, môže to viesť k chorobám, ako je rakovina. Napríklad ak bunkové delenie je mimo kontroly, bunky sa môžu množiť a vytvárať nádory.

Aj keď sa bunky môžu líšiť, existuje veľa základných typov správania, ktoré majú spoločné. Zahŕňajú:

• Delenie a rast buniek. Bunky musia časom rásť a deliť sa. Mitóza a meióza sú dva najbežnejšie typy bunkového delenia. Mitóza produkuje dve identické dcérske bunky, zatiaľ čo meióza vytvára štyri rôzne dcérske bunky s polovicou DNA.
• Bunkový metabolizmus. Všetko živé potrebuje na svoj život energiu alebo palivo a metabolizmus im to pomáha dosiahnuť. Väčšina buniek používa buď bunkové dýchanie alebo fotosyntéza, ktoré sú radom chemických procesov.
• Bunková komunikácia. Živé bunky často musia komunikovať a šíriť informácie po celom tele. Na komunikáciu môžu používať receptory alebo ligandy, medzery alebo plazmodesmata.
• Bunkový transport. Bunkový transport posúva materiály naprieč a bunková membrána. Môže to byť aktívna alebo pasívna doprava.
• Bunková pohyblivosť. Motilita umožňuje bunkám presun z jedného miesta na druhé. Môžu plávať, plaziť sa, kĺzať alebo používať iné metódy.
  

Je dôležité porozumieť bunkovej fyziológii a membránovému transportu. Organizmy musia prenášať látky do a zo svojich buniek a cez lipidovú dvojvrstvu plazmatickej membrány.

Pasívna a aktívna doprava sú dva bežné typy bunkového transportu. Existuje niekoľko podstatných rozdielov medzi aktívnou a pasívnou dopravou.

Pasívna doprava nevyužíva energiu na pohyb látok. Jednou z metód, ktorú bunky používajú, je difúziaa môžete ho rozdeliť na jednoduché alebo uľahčené difúzia. Látky sa môžu pohybovať z oblastí s vysokou koncentráciou do oblastí s nízkou koncentráciou. Osmóza je príkladom jednoduchej difúzie, ktorá zahŕňa vodu.

Jednoduchá difúzia zahŕňa molekuly pohybujúce sa dole koncentračným gradientom cez plazmatickú membránu. Tieto molekuly sú malé a nepolárne. Uľahčená difúzia je podobný, ale zahŕňa membránové transportné kanály. Veľké a polárne molekuly závisia od uľahčenej difúzie.

Aktívna preprava potrebuje energiu na pohyb látok. Molekuly sa môžu pohybovať proti koncentračnému gradientu z oblastí s nízkou koncentráciou do oblastí s vysokou koncentráciou vďaka zdrojom energie, ako je ATP. Nosné proteíny pomáhajú bunkám počas tohto procesu a bunky môžu využívať protónovú pumpu alebo iónový kanál.

Endocytóza a exocytóza sú príklady aktívneho transportu v bunkách. Pomáhajú pohybovať veľkými molekulami vo vnútri vezikúl. Počas endocytózy bunka zachytí molekulu a presunie ju dovnútra. Počas exocytózy bunka posúva molekulu von zo svojej membrány.

Bunky môžu prijímať, interpretovať a reagovať na signály. Tento typ komunikácie im pomáha reagovať na svoje prostredie a šíriť informácie v mnohobunkovom organizme. Signalizácia vedie správanie buniek tým, že umožňuje bunkám reagovať na konkrétne signály z ich prostredia alebo iných buniek.

Prenos signálu je ďalší výraz pre bunkovú signalizáciu a vzťahuje sa na prenos informácií. Kaskáda signálnej transdukcie je dráha alebo séria chemických reakcií, ktoré sa dejú vo vnútri bunky po spustení stimulu. Signalizácia môže riadiť rast buniek, pohyb, metabolizmus a ďalšie. Ak sa však bunková komunikácia pokazí, môže to spôsobiť ochorenie ako rakovina.

Je dôležité porozumieť základom bunkovej komunikácie. Všeobecný proces sa začína, keď bunka zistí chemický signál. Toto spustí chemickú reakciu, ktorá nakoniec pomôže bunke na ňu reagovať. Existuje konečná odpoveď, ktorá vedie k požadovanému výsledku.

Napríklad bunka dostane od tela signál, že potrebuje viac bunkové delenie. Prechádza signalizačnou kaskádou, ktorá končí expresiou génov, ktoré budú riadiť bunkové delenie, a bunka sa začne deliť.

Väčšina signálov v bunke je chemická. Bunky majú tzv receptory a molekuly tzv ligandy ktoré im pomáhajú pri signalizácii.

Bunka môže napríklad uvoľniť proteín do extracelulárneho priestoru, aby varovala ďalšie bunky. Proteín môže plávať do druhej bunky, ktorá ju zachytí, pretože má pre ňu správny receptor. Potom druhá bunka prijme signál a môže na ňu reagovať.

Nájdete medzery v živočíšnych bunkách a plazmodesmata v rastlinných bunkách, čo sú kanály, ktoré bunkám pomáhajú komunikovať. Tieto kanály spájajú blízke bunky. Umožňujú malým molekulám prechádzať cez ne, takže signály môžu cestovať.

Keď bunky dostanú signály, môžu ich interpretovať. To sa deje prostredníctvom konformačnej zmeny alebo biochemických reakcií. Kaskády signálnej transdukcie môžu posúvať informácie cez bunku. Fosforylácia môže aktivovať alebo deaktivovať proteíny pridaním fosfátovej skupiny.

Niektoré kaskády prenosu signálu zahŕňajú intracelulárnych poslov alebo druhých poslov, ako je Ca²⁺, cAMP, NO a cGMP. Spravidla ide o nebielkovinové molekuly, ako sú ióny vápnika, ktoré môžu byť v bunke v hojnom množstve.

Napríklad niektoré bunky obsahujú proteíny, ktoré môžu viazať ióny vápnika, čo môže meniť tvar a aktivitu proteínov.

Bunky môžu na signály reagovať rôznymi spôsobmi. Môžu napríklad robiť zmeny v génová expresia to môže zmeniť správanie bunky.

Môžu tiež posielať signály spätnej väzby, aby potvrdili, že dostali pôvodný signál a odpovedali. Signalizácia môže v konečnom dôsledku ovplyvniť funkciu buniek.

Motilita buniek je dôležitý, pretože pomáha organizmom pohybovať sa z jedného miesta na druhé. To môže byť potrebné na získanie potravy alebo na únik pred nebezpečenstvom. Bunka sa často musí pohybovať ako reakcia na zmeny životného prostredia. Bunky sa môžu plaziť, plávať, kĺzať alebo používať iné metódy.

The bičíky a mihalnica môže pomôcť bunke pri pohybe. Úlohou bičíkov alebo štruktúr podobných vetrom je poháňať bunku. Úlohou mihalníc alebo vlasových štruktúr je pohybovať sa tam a späť v rytmickom vzore. Spermiové bunky majú bičíky, zatiaľ čo bunky, ktoré lemujú dýchacie cesty, majú mihalnice.

Bunková signalizácia môže viesť k bunkovému pohybu v organizmoch. Tento pohyb môže byť smerom k signálom alebo od nich a môže hrať úlohu pri chorobe. Chemotaxia je pohyb buniek smerom k vyššej chemickej koncentrácii alebo od nej a je dôležitou súčasťou bunkovej reakcie.

Napríklad chemotaxia umožňuje rakovinovým bunkám pohybovať sa do oblasti tela, ktorá podporuje väčší rast.

Bunky sa môžu zmršťovať a tento typ pohybu sa deje v svalové bunky. Proces začína signálom z nervového systému.

Potom bunky reagujú začatím chemických reakcií. Reakcie ovplyvňujú svalové vlákna a spôsobujú kontrakcie.