КЛЕТОЧНАЯ БИОЛОГИЯ: ИСТОРИЯ, ЧТО ОНА ИЗУЧАЕТ, ПРИЛОЖЕНИЯ И КОНЦЕПЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

Клеточная биология является отраслью биологии , которая изучает все аспекты жизни клеток. То есть со структурой, функцией, эволюцией и поведением клеток, из которых состоят живые существа на Земле; Другими словами, все, что присуще его рождению, жизни и смерти.

Это наука, которая объединяет большой объем знаний, среди которых выделяются биохимия, биофизика, молекулярная биология, вычислительные науки, биология развития и поведенческая биология, а также эволюционная биология, каждая из которых имеет свой собственный подход и свои собственные стратегии экспериментирования, чтобы ответить на конкретные вопросы.

Силуэт микроскопа (Источник: Карен Арнольд через Wikimedia Commons)

Поскольку клеточная теория утверждает, что все живые существа состоят из клеток, клеточная биология не делает различий между животными, растениями, бактериями, архей, водорослями или грибами и может сосредоточиться на отдельных клетках или на клетках, принадлежащих тканям и органам. такая же многоклеточная особь.

Таким образом, поскольку это экспериментальная наука (а не описательная), исследования в этой области биологии зависят от методов, доступных для изучения ультраструктуры клетки и ее функций (микроскопия, центрифугирование, культивирование in vitro и др.)

История клеточной биологии

Некоторые авторы считают, что рождение клеточной биологии произошло с появлением клеточной теории, предложенной Шлейденом и Шванном в 1839 году.

Однако важно учитывать, что клетки были описаны и изучены много лет назад, начиная с первых открытий Роберта Гука, который в 1665 году впервые увидел клетки, составляющие мертвую ткань пробкового листа; и продолжил Антони ван Левенгук, который много лет спустя наблюдал образцы с различными микроорганизмами под микроскопом.

Портрет Роберта Гука (Источник: Густав В.Х., через Wikimedia Commons)

После работ Гука, Левенгука Шлейдена и Шванна многие авторы также посвятили себя изучению клеток, с помощью которых были уточнены детали, касающиеся их внутренней структуры и функционирования: ядра эукариотических клеток, ДНК а также хромосомы, митохондрии, эндоплазматический ретикулум, комплекс Гольджи и т. д.

В середине 20 века в области молекулярной биологии произошел значительный прогресс. Это повлияло на тот факт, что в течение 1950-х годов клеточная биология также пережила значительный рост, поскольку в те годы стало возможным поддерживать и размножать клетки in vitro, изолированные от живых организмов.

Достижения в области микроскопии, центрифугирования, создания питательных сред, очистки белков, идентификации и обработки мутантных клеточных линий, экспериментирования с хромосомами и нуклеиновыми кислотами, среди прочего, создают прецедент для быстрого продвижения клеточной биологии в нынешняя эпоха.

Что ты изучаешь? (объект исследования)

Клеточная биология отвечает за изучение прокариотических и эукариотических клеток; он изучает процессы своего становления, свою жизнь и свою смерть. Обычно он может фокусироваться на механизмах передачи сигналов и структуре клеточных мембран, а также на организации цитоскелета и полярности клеток.

Он также изучает морфогенез, то есть механизмы, которые описывают, как клетки развиваются морфологически и как клетки, которые «созревают» и трансформируются в течение своей жизни, меняются с течением времени.

Дрожжевые клетки вида Saccharomyces cerevisiae.

Клеточная биология включает темы, связанные с подвижностью и энергетическим обменом, а также динамикой и биогенезом их внутренних органелл, в случае эукариотических клеток (ядра, эндоплазматического ретикулума, комплекса Гольджи, митохондрий, хлоропластов, лизосомы, пероксисомы, гликосомы, вакуоли, глиоксисомы и др.).

Он также включает изучение геномов, их организации и ядерной функции в целом.

В клеточной биологии изучаются форма, размер и функция клеток, из которых состоят все живые организмы, а также химические процессы, происходящие внутри них, и взаимодействие между их цитозольными компонентами (и их субклеточным расположением) и клетки с окружающей их средой.

Основные концепции клеточной биологии

Иллюстрация деления клетки. Источник: pixabay.com

Вступление в область клеточной биологии - это простая задача, если принять во внимание некоторые базовые знания или важные концепции, поскольку с их помощью и с помощью разума можно глубоко понять сложный мир клеток.

ячейки

Схема двух типов клеток в природе: эукариот и прокариот. Показаны основные части, демонстрирующие различия между ними (Источник: автор не указан в машиночитаемом формате. Предполагается, что Mortadelo2005 (на основании заявлений об авторских правах). Через Wikimedia Commons)

Среди фундаментальных концепций, которые необходимо принять во внимание в панораме, - концепция о том, что клетки являются основными единицами жизни, то есть что они являются «блоками», которые позволяют создавать организмы, которые мы можем назвать «живыми», и что все они отделены от внеклеточной среды благодаря наличию мембраны.

Независимо от их размера, формы или функции в конкретной ткани, все клетки выполняют те же основные функции, которые характерны для живых существ: они растут, питаются, взаимодействуют с окружающей средой и размножаются.

ДНК

Молекула ДНК. Источник: wikipedia.org

Хотя существуют эукариотические клетки и прокариотические клетки, которые фундаментально различаются по своей цитозольной организации, какую бы клетку мы ни имели в виду, все без исключения содержат внутри себя дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК), молекулу, в которой находится " структурные, морфологические и функциональные плоскости »клетки.

цитозоль

Схема животной клетки и ее частей. Цитозоль назван внизу. (Источник: Алехандро Порто через Wikimedia Commons)

Эукариотические клетки имеют в цитозоле специализированные органеллы для различных функций, которые способствуют их жизненно важным процессам. Эти органеллы осуществляют производство энергии из питательного материала, синтез, упаковку и транспортировку многих клеточных белков, а также импорт и переваривание крупных частиц.

цитоскелета

Клетки имеют внутренний цитоскелет, который поддерживает форму, направляет движение и транспорт белков и органелл, которые их используют, а также помогает перемещению или перемещению всей клетки.

Одноклеточные и многоклеточные организмы

Есть одноклеточные и многоклеточные организмы (количество клеток в которых сильно варьируется). Исследования клеточной биологии обычно сосредоточены на «модельных» организмах, которые были определены в соответствии с типом клетки (прокариоты или эукариоты) и в соответствии с типом организма (бактерии, животные или растения).

Гены

Гены - это часть информации, закодированной в молекулах ДНК, которые присутствуют во всех клетках на Земле.

Они не только выполняют функции по хранению и транспортировке информации, необходимой для определения последовательности белка, но также выполняют важные регуляторные и структурные функции.

Приложения клеточной биологии

Существует множество приложений клеточной биологии в таких областях, как медицина, биотехнология и окружающая среда. Вот несколько приложений:

Флуоресцентное окрашивание и гибридизация (FISH) хромосом in situ может обнаруживать хромосомные транслокации в раковых клетках.

Технология микрочипов ДНК «чипа» позволяет узнать контроль экспрессии генов дрожжей во время их роста. Эта технология использовалась для понимания экспрессии генов человека в различных тканях и раковых клетках.

Меченные флуоресценцией антитела, специфичные против белков промежуточных филаментов, позволяют узнать ткань, из которой возникла опухоль. Эта информация помогает врачу выбрать наиболее подходящее лечение для борьбы с опухолью.

Использование зеленого флуоресцентного белка (GFP) для локализации клеток в ткани. Используя технологию рекомбинантной ДНК, ген GFP вводят в определенные клетки целого животного.

Недавние примеры исследований в клеточной биологии

Были выбраны два примера статей, опубликованных в журнале Nature Cell Biology Review. Это следующие:

Роль эпигенетического наследования у животных (Перес и Бен Ленер, 2019)

Было обнаружено, что другие молекулы, помимо последовательности генома, могут передавать информацию между поколениями. Эта информация может быть изменена физиологическими и экологическими условиями предыдущих поколений.

Таким образом, в ДНК есть информация, не связанная с последовательностью (ковалентные модификации гистонов, метилирование ДНК, малые РНК), и информация, не зависящая от генома (микробиом).

У млекопитающих недоедание или правильное питание влияет на метаболизм глюкозы у потомства. Отцовские эффекты не всегда опосредуются гаметами, но они могут действовать косвенно через мать.

Бактерии могут передаваться по наследству от матери через родовые пути или при грудном вскармливании. У мышей диета с низким содержанием клетчатки приводит к уменьшению таксономического разнообразия микробиома на протяжении поколений. Со временем происходит вымирание субпопуляций микроорганизмов.

Регулирование хроматина и терапия рака (Валенсия и Кадоч, 2019)

В настоящее время известны механизмы, управляющие структурой хроматина и его ролью при заболевании. В этом процессе ключевым моментом стала разработка методов, позволяющих идентифицировать экспрессию онкогенных генов и обнаружение терапевтических мишеней.

Некоторые из используемых методов включают иммунопреципитацию хроматина с последующим секвенированием (ChIP-seq), секвенирование РНК (RNA-seq), анализ транспо доступного хроматина с использованием секвенирования (ATAC-seq).

В будущем использование технологии CRISPR-Cas9 и РНК-интерференция будет играть роль в разработке методов лечения рака.

Ссылки

1. Альбертс, Б., Брей, Д., Хопкин, К., Джонсон, А.Д., Льюис, Дж., Рафф, М.,… и Уолтер, П. (2013). Эссенциальная клеточная биология. Наука о гирляндах.
2. Болсавер, С. Р., Шепард, Е. А., Уайт, Х.А., и Хаямс, Дж. С. (2011). Клеточная биология: краткий курс. Джон Вили и сыновья.
3. Купер, GM, и Хаусман, Р. Э. (2004). Клетка: молекулярный подход. Медицинская наклада.
4. Лодиш, Х., Берк, А., Зипурски, С.Л., Мацудаира, П., Балтимор, Д., и Дарнелл, Дж. (2000). Молекулярная клеточная биология 4-е издание. Национальный центр биотехнологической информации, книжная полка.
5. Соломон, Е.П., Берг, Л.Р., и Мартин, Д.В. (2011). Биология (9-е изд.). Брукс / Коул, Cengage Learning: США.