Celična fiziologija: pregled zgradbe, funkcije in vedenja

Celice kot osnovne enote življenja opravljajo pomembne funkcije v prokarionti in evkarionti. Celična fiziologija se osredotoča na notranje strukture in procese v živih organizmih.

Od delitve do komunikacije to področje preučuje, kako celic živeti, delati in umreti.

Del celične fiziologije je preučevanje obnašanja celic. Med celično strukturo, funkcijo in vedenjem je pomembna povezava. Na primer, organele pri evkariontih imajo posebne vloge, ki pomagajo celici delovati in se pravilno obnašati.

Ko razumete fiziologijo in celično biologijo, je način vedenja celice smiseln. Usklajeno vedenje je pomemben za večcelične organizme, ker obstaja veliko celic, ki morajo sodelovati. Pravilno vedenje celic ustvarja funkcionalna tkiva in zdrav organizem.

Ko pa se vedenje celic zalomi, lahko vodi do bolezni, kot je rak. Na primer, če delitev celic je izven nadzora, se celice lahko razmnožujejo in tvorijo tumorje.

Čeprav se celice lahko razlikujejo, je veliko njih vedenje veliko. Vključujejo:

• Delitev in rast celic. Celice morajo sčasoma rasti in se deliti. Mitoza in mejoza sta najpogostejši vrsti celične delitve. Mitoza proizvaja dve enaki hčerinski celici, medtem ko mejoza tvori štiri različne hčerinske celice s polovico DNA.
• Celični metabolizem. Vsa živa bitja potrebujejo energijo ali gorivo za življenje, metabolizem pa jim pomaga pri tem. Večina celic jih uporablja celično dihanje ali fotosinteza, ki so vrsta kemičnih procesov.
• Celična komunikacija. Žive celice morajo pogosto komunicirati in širiti informacije po telesu. Za komunikacijo lahko uporabljajo receptorje ali ligande, reže ali plazmodesmate.
• Celični promet. Celični transport premika materiale čez a celična membrana. To je lahko aktivni ali pasivni prevoz.
• Celična gibljivost. Gibljivost celicam omogoča premikanje z enega mesta na drugega. Lahko plavajo, plazijo, drsijo ali uporabljajo druge metode.
  

Pomembno je razumeti fiziologijo celic in transport membrane. Organizmi morajo snovi prenašati v celice in iz njih ter čez dvoslojni lipid plazemske membrane.

Pasivni in aktivni prevoz sta dve pogosti vrsti celičnega transporta. Med aktivnim in pasivnim prevozom obstaja nekaj bistvenih razlik.

Pasivni transport ne porablja energije za premikanje snovi. Ena od metod, ki jo uporabljajo celice, je difuzija, in ga lahko razdelite na preprosto ali olajšano difuzija. Snovi se lahko premikajo z območij z visoko koncentracijo na območja z nizko koncentracijo. Osmoza je primer preproste difuzije, ki vključuje vodo.

Preprosta difuzija vključuje molekule, ki se skozi plazemsko membrano premikajo po koncentracijskem gradientu. Te molekule so majhne in nepolarne. Olajšana difuzija je podoben, vendar vključuje membranske transportne kanale. Velike in polarne molekule so odvisne od olajšane difuzije.

Aktivni prevoz potrebuje energijo za premikanje snovi. Molekule se lahko premikajo proti gradientu koncentracije z območij z nizko koncentracijo na območja z visoko koncentracijo zaradi virov energije, kot je ATP. Nosilne beljakovine pomagajo celicam v tem procesu, celice pa lahko uporabljajo protonsko črpalko ali ionski kanal.

Endokitoza in eksocitoza so primeri aktivnega transporta v celicah. Pomagajo pri premikanju velikih molekul znotraj veziklov. Med endocitozo celica zajame molekulo in jo premakne v notranjost. Med eksocitozo celica premakne molekulo na zunanjo stran svoje membrane.

Celice lahko sprejemajo, razlagajo in se odzivajo na signale. Ta vrsta komunikacije jim pomaga, da se odzovejo na svoje okolje in širijo informacije znotraj večceličnega organizma. Signalizacija vodi vedenje celic, tako da celicam omogoča odziv na določene signale iz njihovega okolja ali drugih celic.

Prenos signala je še en izraz za celično signalizacijo in se nanaša na prenos informacij. Kaskada pretvorbe signala je pot ali vrsta kemičnih reakcij, ki se zgodijo znotraj celice po zagonu dražljaja. Signalizacija lahko nadzoruje rast celic, gibanje, metabolizem in še več. Ko pa celična komunikacija zaide, lahko povzroči bolezen, kot je rak.

Pomembno je razumeti osnove celične komunikacije. Splošni postopek se začne, ko celica zazna kemični signal. To sproži kemično reakcijo, ki na koncu pomaga celici, da se nanjo odzove. Obstaja končni odziv, ki vodi do želenega rezultata.

Na primer, celica prejme od telesa signal, da potrebuje več delitev celic. Gre skozi signalno kaskado, ki se konča z izražanjem genov, ki bodo spodbujali delitev celic, in celica se začne deliti.

Večina signalov v celici je kemičnih. Celice imajo imenovane beljakovine receptorji in molekule imenovane ligandi ki jim pomagajo med signalizacijo.

Na primer, celica lahko sprosti beljakovine v zunajcelični prostor, da opozori druge celice. Beljakovina lahko priplava do druge celice, ki jo pobere, ker ima celica ustrezen receptor zanjo. Nato druga celica sprejme signal in se lahko nanj odzove.

Prehode lahko najdete v živalskih celicah in plazmodesmate v rastlinskih celicah, ki so kanali, ki celicam pomagajo pri komunikaciji. Ti kanali povezujejo bližnje celice. Prepuščajo majhne molekule skozi njih, zato lahko signali potujejo.

Ko celice prejmejo signale, jih lahko razlagajo. To se zgodi s konformacijsko spremembo ali biokemičnimi reakcijami. Kaskade prenosa signala lahko informacije premikajo skozi celico. Fosforilacija lahko aktivira ali deaktivira beljakovine z dodajanjem fosfatne skupine.

Nekatere kaskade prenosa signala vključujejo znotrajcelične ali druge glasnike, kot je Ca²⁺, cAMP, NO in cGMP. To so ponavadi beljakovinske molekule, kot so kalcijevi ioni, ki jih je lahko veliko v celici.

Na primer, nekatere celice imajo beljakovine, ki lahko vežejo kalcijeve ione, kar lahko spremeni obliko in aktivnost beljakovin.

Celice se na signale lahko odzivajo na različne načine. Lahko se na primer spremenijo v izražanje genov ki lahko spremeni obnašanje celice.

Lahko tudi pošljejo povratne signale, da potrdijo, da so prejeli originalni signal in se odzvali. Na koncu lahko signalizacija vpliva na delovanje celic.

Mobilnost celic je pomembno, ker pomaga organizmom pri selitvi z ene lokacije na drugo. To bo morda potrebno za pridobivanje hrane ali pobeg. Pogosto se mora celica premikati kot odgovor na spremembe v okolju. Celice lahko plazijo, plavajo, drsijo ali uporabljajo druge metode.

The bičkov in trepalnice lahko pomaga celici pri premikanju. Vloga bičkov ali bičastih struktur je poganjanje celice. Vloga trepalnic ali las podobnih struktur je premikanje naprej in nazaj v ritmičnem vzorcu. Spermne celice imajo bičeve, celice, ki obdajajo dihala, pa imajo trepalnice.

Signalizacija celic lahko vodi do gibanja celic v organizmih. To gibanje je lahko usmerjeno proti signalom ali stran od njih in ima lahko vlogo pri bolezni. Kemotaksija je gibanje celic proti višji kemijski koncentraciji ali stran od nje ter je pomemben del celičnega odziva.

Na primer, kemotaksija omogoča, da se rakave celice premaknejo na področje telesa, ki spodbuja večjo rast.

Celice se lahko krčijo in tovrstno gibanje se zgodi v mišične celice. Proces se začne s signalom živčnega sistema.

Nato se celice odzovejo s sprožitvijo kemičnih reakcij. Reakcije vplivajo na mišična vlakna in povzročajo krčenje.