Die Homöostase auf zellulärer Ebene ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Homöostase im gesamten Organismus. Tierische Zellen haben mehrere Möglichkeiten, ihnen zu helfen, im Gleichgewicht zu bleiben.
Zellmembran und Phospholipid-Doppelschicht
Die Zellmembran fungiert als Grenze, die die innere zelluläre Umgebung von der äußeren Umgebung trennt. Es ist selektiv durchlässig, was bedeutet, dass es einige Materialien durchlässt, aber den Durchgang anderer Materialien reguliert.
Die Phospholipid-Doppelschicht ist eine zweischichtige Struktur, aus der die Zellmembran besteht, die die Zelle umgibt. Es umfasst Phosphatmoleküle und Lipidmoleküle, wobei die hydrophoben Enden der Lipidmoleküle nach innen und die hydrophilen Phosphatenden nach außen weisen. Es ist etwa 7,5 nm dick. Neben den Phospholipidmolekülen enthält die Membran auch Kohlenhydrate, Glykoproteine, Proteinkanäle, Cholesterin und Filamente, die ein Zytoskelett bilden und Unterstützung geben.
Die beiden Mechanismen, durch die Moleküle über die Zellmembran transportiert werden, sind aktiver Transport und passiver Transport. Der aktive Transport erfordert den Energieaufwand, während der passive Transport aus der zufälligen Bewegung von Molekülen resultiert. Osmose und Diffusion sind zwei Arten des passiven Transports. Bei der Osmose bewegt sich Wasser von Bereichen größerer Konzentration zu einer geringeren Konzentration, bis das Gleichgewicht erreicht ist. Es ist der wichtigste Prozess, durch den sich Wasser in die Zelle hinein und aus ihr heraus bewegt. Kleine Moleküle passieren die Zellmembran durch Diffusion, auch unter Verwendung eines Konzentrationsgradienten.
Das Bild oben zeigt Details der Phospholipid-Doppelschicht der Zellmembran.
Ionentransportmechanismen
Es gibt mehrere Ionentransportmechanismen innerhalb der Zellmembran, die dazu dienen, den richtigen Gehalt an gelösten Stoffen innerhalb und außerhalb der Zelle aufrechtzuerhalten. Eine der wichtigsten ist die Natrium-Kalium-ATPase-Pumpe. Dieses System nutzt die in ATP gespeicherte Energie, um Kalium in die Zelle und Natrium aus der Zelle zu pumpen. Eine weitere kritische Pumpe ist die Calcium-ATPase-Pumpe, die Kalzium aus der Zelle herausbewegt oder in das endoplasmatische Retikulum pumpt. Dieser Transfer von Ionen hin und her über die Membran erzeugt ein Membranpotential, das die Ionenströme antreibt. Auch Wasser bewegt sich in und aus der Zelle basierend auf den Unterschieden in den Ionenkonzentrationen. Auf diese Weise hilft der Ionentransport, sowohl das Volumen der Zelle als auch das Membranpotential zu regulieren.
Das obige Bild zeigt die Komponenten einer Natrium-Kalium-Pumpe in der Phospholipid-Doppelschicht der Zellmembran.
Zellulare Kommunikation
Es gibt drei grundlegende Arten der interzellulären Kommunikation, die zur Aufrechterhaltung der Homöostase verwendet werden. Der erste ist, wenn direkter Kontakt zwischen den Membranen zweier Zellen auftritt und sie sich gegenseitig signalisieren. Die zweite ist, wenn Zellen chemische Signale mit kurzer Reichweite über kurze Entfernungen verwenden. Das dritte sind Langstreckensignale, die in den Blutkreislauf ausgeschieden werden und überall im Körper transportiert werden können.
Gap Junctions sind Strukturen, die es Zellen ermöglichen, in einem Prozess, der als Zell-zu-Zell-Erkennung bezeichnet wird, miteinander zu kommunizieren. Die Embryonalentwicklung und die Immunantwort sind zwei Beispiele dafür, wo diese Kommunikation verwendet wird. Parakrine Signalisierung bezieht sich auf chemische Signalisierung, die das Verhalten benachbarter Zellen verändert. Ein Beispiel hierfür ist der Neurotransmitter Acetylcholin, der eine chemische Botschaft von einer Nervenzelle zur anderen transportiert.
Hormone sind die Art und Weise, wie Zellen über größere Entfernungen kommunizieren, bekannt als endokrine Signale. Ein Beispiel ist die Sekretion von Insulin durch die Bauchspeicheldrüse in den Blutkreislauf, die durch den Körper wandert, um Zellen zu signalisieren, Glukose aufzunehmen. Eine Zelle kann auch chemische Signalisierung auf sich selbst in einem Prozess namens autokrine Signalisierung verwenden. Diese Art der zellulären Kommunikation wird mit dem Zytokin Interleukin-1 in Monozyten im Immunsystem beobachtet. Ein externer Stimulus produziert Interleukin-1, das an die Rezeptoren derselben Zelle binden kann, die es produziert hat.
Das Bild oben zeigt verschiedene Arten von chemischen Signalen, die zwischen Zellen auftreten.