Cellfysiologi: En översikt över struktur, funktion och beteende

Som grundenheter i livet utför celler viktiga funktioner i prokaryoter och eukaryoter. Cellfysiologi fokuserar på de interna strukturerna och processerna i levande organismer.

Från division till kommunikation studerar detta fält hur celler lev, arbeta och dö.

En del av cellfysiologin är studien av hur celler beter sig. Det finns en viktig länk mellan cellstruktur, funktion och beteende. Till exempel, organeller i eukaryoter har specifika roller som hjälper cellen att fungera och beter sig ordentligt.

När du förstår fysiologi och cellbiologi är det meningsfullt hur en cell beter sig. Samordnat beteende är viktigt för flercelliga organismer eftersom det finns många celler som måste arbeta tillsammans. Korrekt cellbeteende skapar funktionella vävnader och en sund organism.

Men när cellbeteende går fel kan det leda till sjukdomar som cancer. Till exempel om celldelning är utom kontroll kan celler multiplicera och bilda tumörer.

Även om celler kan skilja sig åt finns det grundläggande beteenden som många av dem delar. De inkluderar:

• Celldelning och tillväxt. Celler måste växa och dela sig över tiden. Mitos och meios är de två vanligaste typerna av celldelning. Mitos producerar två identiska dotterceller, medan meios gör fyra olika dotterceller med hälften av DNA: t.
• Cellmetabolism. Alla levande saker behöver energi eller bränsle för att leva, och ämnesomsättningen hjälper dem att uppnå detta. De flesta celler använder antingen cellandningen eller fotosyntes, som är en serie kemiska processer.
• Mobilkommunikation. Levande celler behöver ofta kommunicera och sprida information i en organism. De kan använda receptorer eller ligander, gapkorsningar eller plasmodesmata för att kommunicera.
• Mobil transport. Celltransport flyttar material över en cellmembranet. Detta kan vara aktiv eller passiv transport.
• Mobil rörlighet. Motilitet gör att celler kan flytta från en plats till en annan. De kan simma, krypa, glida eller använda andra metoder.
  

Det är viktigt att förstå cellfysiologi och membrantransport. Organismer behöver bära ämnen in och ut ur sina celler och över plasmamembranets lipiddubbelskikt.

Passiv och aktiv transport är två vanliga typer av cellulär transport. Det finns några väsentliga skillnader mellan aktiv och passiv transport.

Passiv transport använder inte energi för att flytta ämnen. En metod som celler använder är diffusion, och du kan dela upp den i enkel eller underlättas diffusion. Ämnen kan flytta från områden med hög koncentration till områden med låg koncentration. Osmos är ett exempel på enkel diffusion som involverar vatten.

Enkel diffusion involverar molekyler som rör sig ner i koncentrationsgradienten genom plasmamembranet. Dessa molekyler är små och icke-polära. Underlättad diffusion är liknande men involverar membrantransportkanaler. Stora och polära molekyler är beroende av underlättad diffusion.

Aktiv transport behöver energi för att flytta ämnen. Molekyler kan röra sig mot koncentrationsgradienten från områden med låg koncentration till områden med hög koncentration tack vare energikällor som ATP. Bärarproteiner hjälper cellerna under denna process, och cellerna kan använda en protonpump eller jonkanal.

Endocytos och exocytos är exempel på aktiv transport i celler. De hjälper till att flytta stora molekyler inuti blåsor. Under endocytos fångar cellen en molekyl och flyttar den in. Under exocytos flyttar cellen en molekyl till utsidan av sitt membran.

Celler kan ta emot, tolka och svara på signaler. Denna typ av kommunikation hjälper dem att reagera på sin miljö och sprida information inom en multicellular organism. Signalering styr cellbeteendet genom att låta celler svara på specifika signaler från sin omgivning eller andra celler.

Signaltransduktion är en annan term för cellsignalering och hänvisar till överföring av information. En signaltransduktionskaskad är en väg eller serie kemiska reaktioner som händer inuti cellen efter att en stimulans startar den. Signalering kan kontrollera celltillväxt, rörelse, ämnesomsättning och mer. Men när cellkommunikation går fel kan det orsaka sjukdom som cancer.

Det är viktigt att förstå grunderna för cellkommunikation. Den allmänna processen börjar när cellen upptäcker en kemisk signal. Detta utlöser en kemisk reaktion som i slutändan hjälper cellen att svara på den. Det finns ett slutsvar som leder till önskat resultat.

Till exempel får en cell en signal från kroppen som säger att den behöver mer celldelning. Det går igenom en signalkaskad som slutar med uttrycket av gener som kommer att driva celldelning och cellen börjar dela sig.

De flesta signalerna i en cell är kemiska. Celler har proteiner som kallas receptorer och molekyler som kallas ligander som hjälper dem under signalering.

Till exempel kan en cell släppa ut ett protein i det extracellulära utrymmet för att varna andra celler. Proteinet kan flyta till en andra cell, som plockar upp det eftersom cellen har rätt receptor för det. Sedan tar den andra cellen emot signalen och kan svara på den.

Du hittar gapkorsningar i djurceller och plasmodesmata i växtceller, vilket är kanaler som hjälper celler att kommunicera. Dessa kanaler ansluter närliggande celler. De låter små molekyler passera genom dem så att signaler kan färdas.

När celler har tagit emot signaler kan de tolka dem. Detta händer genom en konformationsförändring eller biokemiska reaktioner. Signalomvandlingskaskader kan flytta informationen genom cellen. Fosforylering kan aktivera eller avaktivera proteiner genom att tillsätta en fosfatgrupp.

Vissa signaltransduktionskaskader inkluderar intracellulära budbärare eller andra budbärare, såsom Ca²⁺, cAMP, NO och cGMP. Dessa tenderar att vara icke-proteinmolekyler, som kalciumjoner, som kan finnas rikligt i cellen.

Till exempel har vissa celler proteiner som kan binda kalciumjoner, vilket kan förändra proteinernas form och aktivitet.

Celler kan svara på signaler på olika sätt. De kan till exempel göra ändringar i genexpression som kan förändra hur cellen beter sig.

De kan också skicka feedback-signaler för att bekräfta att de har tagit emot originalsignalen och svarat. I slutändan kan signalering påverka cellfunktionen.

Cellmotilitet är viktigt eftersom det hjälper organismer att flytta från en plats till en annan. Detta kan vara nödvändigt för att skaffa mat eller komma undan fara. Ofta behöver cellen röra sig som svar på miljöförändringar. Celler kan krypa, simma, glida eller använda andra metoder.

De flagella och cilia kan hjälpa en cell att röra sig. Flagellans eller piskliknande strukturs roll är att driva en cell. Rollen hos cilia eller hårliknande strukturer är att röra sig fram och tillbaka i ett rytmiskt mönster. Spermaceller har flageller, medan cellerna som leder luftvägarna har cilier.

Cellsignalering kan leda till cellrörelse i organismer. Denna rörelse kan vara mot eller bort från signaler, och den kan spela en roll vid sjukdom. Kemotaxi är cellrörelse mot eller bort från en högre kemisk koncentration, och det är en viktig del av det cellulära svaret.

Till exempel tillåter kemotaxi cancerceller att röra sig mot ett område av kroppen som främjar mer tillväxt.

Celler kan dra ihop sig, och denna typ av rörelse sker i muskelceller. Processen börjar med en signal från nervsystemet.

Därefter svarar cellerna genom att starta kemiska reaktioner. Reaktionerna påverkar muskelfibrerna och orsakar sammandragningar.