CELLEBIOLOGI: HISTORIE, HVAD DEN STUDERER, ANVENDELSER OG KONCEPTER - BIOLOGI - 2025

Den Cellebiologi er den gren af biologien, der forsker alle aspekter af celle liv. Det vil sige med strukturen, funktionen, udviklingen og opførslen af ​​cellerne, der udgør levende væsener på jorden; med andre ord alt, hvad der er forbundet med hans fødsel, liv og død.

Det er en videnskab, der integrerer en stor mængde viden, blandt hvilke biokemi, biofysik, molekylærbiologi, computervidenskaber, udviklings- og adfærdsbiologi og evolutionær biologi skiller sig ud, hver med sin egen tilgang og deres egne eksperimenteringsstrategier til besvarelse af specifikke spørgsmål.

Silhuet af et mikroskop (Kilde: Karen Arnold via Wikimedia Commons)

Da celleteorien siger, at alt levende er sammensat af celler, skelner cellebiologi ikke mellem dyr, planter, bakterier, archaea, alger eller svampe og kan fokusere på individuelle celler eller på celler, der hører til væv og organer fra det samme flercellede individ.

Da det er en eksperimentel videnskab (snarere end beskrivende), afhænger forskning inden for denne gren af ​​biologi af de tilgængelige metoder til undersøgelse af celle ultrastruktur og dens funktioner (mikroskopi, centrifugering, kultur in vitro osv.)

Cellebiologiens historie

Nogle forfattere mener, at cellebiologiens fødsel fandt sted med fremkomsten af ​​den celle teori, der blev foreslået af Schleiden og Schwann i 1839.

Det er dog vigtigt at overveje, at cellerne blev beskrevet og undersøgt mange år tidligere, begyndende med de første fund af Robert Hooke, som i 1665 for første gang så cellerne, der udgjorde det døde væv i et korkark; og fortsætter med Antoni van Leeuwenhoek, som år senere observerede prøver med forskellige mikroorganismer under mikroskopet.

Portræt af Robert Hooke (Kilde: Gustav VH, via Wikimedia Commons)

Efter arbejdet med Hooke, Leeuwenhoek Schleiden og Schwann viet mange forfattere sig også til opgaven med at studere celler, hvormed detaljer blev forfinet med hensyn til deres indre struktur og funktion: kernen i eukaryote celler, DNA og kromosomer, mitokondrier, endoplasmatisk retikulum, Golgi-kompleks osv.

I midten af ​​det 20. århundrede oplevede området molekylærbiologi betydelige fremskridt. Dette påvirkede, at cellebiologi i 1950'erne også oplevede en betydelig vækst, da det i disse år var muligt at opretholde og formere celler in vitro, isoleret fra levende organismer.

Fremskridt inden for mikroskopi, centrifugering, formulering af kulturmedier, proteinoprensning, identifikation og manipulation af mutante cellelinier, eksperimentering med kromosomer og nukleinsyrer, sætter blandt andet præcedens for den hurtige udvikling af cellebiologi til nuværende æra.

Hvad læser du? (genstand for undersøgelse)

Cellebiologi er ansvarlig for studiet af prokaryotiske og eukaryote celler; han studerer processerne i sin dannelse, sit liv og sin død. Det kan normalt fokusere på signalmekanismer og strukturering af cellemembraner samt organisering af cytoskelettet og cellepolaritet.

Den studerer også morfogenese, det vil sige mekanismerne, der beskriver, hvordan celler udvikler sig morfologisk, og hvordan celler, der "modnes" og transformeres gennem deres liv, ændrer sig over tid.

Gærceller af arten Saccharomyces cerevisiae.

Inden for cellebiologi er emner, der er relateret til mobilitet og energimetabolisme inkluderet, såvel som dynamikken og biogenesen af ​​deres indre organeller, i tilfælde af eukaryote celler (kerne, endoplasmatisk retikulum, Golgi-kompleks, mitokondrier, chloroplaster, lysosomer, peroxisomer, glycosomer, vakuoler, glyoxysomer osv.).

Det involverer også studiet af genomer, deres organisation og nukleare funktion generelt.

I cellebiologi undersøges formen, størrelsen og funktionen af ​​cellerne, der udgør alle levende organismer, samt de kemiske processer, der forekommer i dem, og samspillet mellem deres cytosoliske komponenter (og deres subcellulære placering) og celler med deres miljø.

Væsentlige begreber inden for cellebiologi

Illustration af opdelingen af ​​en celle. Kilde: pixabay.com

Det er en simpel opgave at gå ind i cellebiologiens felt, når man tager hensyn til nogle grundlæggende viden eller væsentlige begreber, da det med disse og med brug af fornuft er muligt at forstå dybtgående den komplekse verden af ​​celler.

celler

Skema med de to typer celler i naturen: eukaryoter og prokaryoter. Hoveddelene vises, der viser forskellene mellem dem (Kilde: Ingen maskinlæsbar forfatter leveret. Mortadelo2005 antaget (baseret på ophavsretskrav). Via Wikimedia Commons)

Blandt de grundlæggende koncepter, der skal tages i betragtning i panoramaet, er forestillingen om, at celler er de basale enheder i livet, det vil sige, at det er de "blokke", der tillader konstruktion af organismer, som vi kan kalde "levende", og at alle de adskilles fra det ekstracellulære miljø takket være tilstedeværelsen af ​​en membran.

Uanset deres størrelse, form eller funktion i et specifikt væv udfører alle celler de samme grundlæggende funktioner, der kendetegner levende ting: de vokser, fodres, interagerer med miljøet og reproducerer.

DNA

DNA-molekyle. Kilde: wikipedia.org

Selvom der er eukaryote celler og prokaryote celler, som er grundlæggende forskellige med hensyn til deres cytosoliske organisering, uanset hvad man har i tankerne, har alle, uden undtagelse, deoxyribonukleinsyre (DNA) inde i dem, et molekyle, der huser " strukturens, morfologiske og funktionelle plan ”af en celle.

cytosol

Diagram over en dyrecelle og dens dele. Cytosol kaldes i bunden. (Kilde: Alejandro Porto via Wikimedia Commons)

Eukaryote celler har specialiserede organeller i deres cytosol til forskellige funktioner, der bidrager til deres vitale processer. Disse organeller udfører energiproduktion fra næringsstof, syntese, emballering og transport af mange cellulære proteiner samt import og fordøjelse af store partikler.

cytoskeleton

Celler har et internt cytoskelet, der opretholder form, styrer bevægelse og transport af proteiner og de organeller, der bruger dem, samt hjælper med bevægelse eller forskydning af hele cellen.

Enscellulære og multicellulære organismer

Der er encellede og multicellulære organismer (hvis antal celler er meget varierende). Cellebiologiske studier fokuserer normalt på "model" -organismer, der er defineret i henhold til celletypen (prokaryoter eller eukaryoter) og i henhold til typen af ​​organismer (bakterier, dyr eller planter).

Genererne

Gener er en del af den information, der er kodet i DNA-molekyler, der er til stede i alle celler på jorden.

Disse udfører ikke kun funktioner i opbevaring og transport af den information, der er nødvendig for at bestemme sekvensen af ​​et protein, men udøver også vigtige regulatoriske og strukturelle funktioner.

Cellebiologi-applikationer

Der er et stort antal applikationer til cellebiologi inden for områder som medicin, bioteknologi og miljøet. Her er nogle applikationer:

Fluorescerende in situ-farvning og hybridisering (FISH) af kromosomer kan detektere kromosomale translokationer i kræftceller.

Teknologien til mikroarrays af DNA-"chip" gør det muligt at kende kontrollen med genekspression af gær under dens vækst. Denne teknologi er blevet brugt til at forstå ekspressionen af ​​humane gener i forskellige væv og kræftceller.

Fluorescensmærkede antistoffer, specifikke mod mellemliggende filamentproteiner, gør det muligt at kende det væv, som en tumor stammer fra. Denne information hjælper lægen med at vælge den mest passende behandling til bekæmpelse af tumoren.

Anvendelse af grønt fluorescerende protein (GFP) til at lokalisere celler i et væv. Ved anvendelse af rekombinant DNA-teknologi introduceres GFP-genet i specifikke celler fra et komplet dyr.

Nye forskningseksempler i cellebiologi

To eksempler på artikler offentliggjort i tidsskriftet Nature Cell Biology Review blev valgt. Dette er følgende:

Roll af epigenetisk arv hos dyr (Pérez og Ben Lehner, 2019)

Det er blevet opdaget, at andre molekyler ud over genomsekvensen kan overføre information mellem generationer. Denne information kan ændres efter de tidligere generationers fysiologiske og miljømæssige forhold.

Der er således information i DNA'et, der ikke er forbundet med sekvensen (kovalente modifikationer af histoner, DNA-methylering, små RNA'er) og information uafhængig af genomet (mikrobiome).

Hos pattedyr påvirker underernæring eller god ernæring afkomets glukosemetabolisme. Faderlige effekter formidles ikke altid af gameter, men de kan handle indirekte gennem moderen.

Bakterier kan arves gennem moderen gennem fødselskanalen eller gennem amning. Hos mus producerer en diæt, der er lavt i fiber, et fald i mikrobiomens taxonomiske mangfoldighed gennem generationer. Til sidst forekommer udryddelsen af ​​underpopulationer af mikroorganismer.

Kromatinregulering og kræftterapi (Valencia og Kadoch, 2019)

I øjeblikket kendes mekanismerne, der styrer strukturen af ​​kromatin og dens rolle i sygdom. I denne proces har udviklingen af ​​teknikker, der gør det muligt at identificere ekspressionen af ​​onkogene gener og opdagelsen af ​​terapeutiske mål, været nøglen.

Nogle af de anvendte teknikker er kromatinimmunudfældning efterfulgt af sekventering (ChIP-seq), RNA-sekventering (RNA-seq), chromatin transpoccessibel assay ved anvendelse af sekventering (ATAC-seq).

I fremtiden vil brugen af ​​CRISPR - Cas9-teknologi og RNA-interferens spille en rolle i udviklingen af ​​kræftbehandlinger.

Referencer

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Væsentlig cellebiologi. Garland Science.
2. Bolsaver, SR, Shephard, EA, White, HA, & Hyams, JS (2011). Cellebiologi: et kort kursus. John Wiley & sønner.
3. Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Cellen: Molekylær tilgang. Medicinska naklada.
4. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2000). Molekylær cellebiologi 4. udgave. National Center for Biotechnology Information, Boghylde.
5. Solomon, EP, Berg, LR, & Martin, DW (2011). Biologi (9. udgave). Brooks / Cole, Cengage Learning: USA.