Historia biologii komórkowej, jakie badania, zastosowania i koncepcje

Komórka biologiczna Jest to gałąź biologii, która bada wszystkie aspekty związane z życiem komórkowym. To znaczy w przypadku struktury, funkcji, ewolucji i zachowania komórek tworzących żywe istoty na Ziemi; Innymi słowy, wszystko związane z jego narodzinami, jego życiem i śmiercią.

Jest to nauka, która integruje wiele wiedzy, wśród których biochemia, biofizyka, biologia molekularna, informatyka, biologia rozwoju oraz biologia behawioralna i ewolucyjna, z których każde z własnym podejściem i własnymi strategiami eksperymentów, aby odpowiedzieć na konkretne pytania.

Sylwetka mikroskopu (Źródło: Karen Arnold [CC0] przez Wikimedia Commons)

Ponieważ teoria komórek stwierdza, że ​​wszystkie żywe istoty składają się z komórek, biologia komórek nie rozróżnia zwierząt, roślin, bakterii, łuków, glonów lub grzybów i może koncentrować się na poszczególnych komórkach lub komórkach należących do tkanek i narządów tego samego wielokomórkowego indywidualnego.

Zatem, ponieważ jest to nauka eksperymentalna (więcej niż opisowa), badania w tej gałęzi biologii zależą od metod dostępnych do badań ultrastruktury komórkowej i jej funkcji (mikroskopia, wirowanie, uprawa In vitro, itp.)

[TOC]

Historia biologii komórkowej

Niektórzy autorzy uważają, że narodziny biologii komórkowej miały miejsce wraz z nadejściem teorii komórek zaproponowanej przez Schleiden i Schwann w 1839 roku.

Należy jednak wziąć pod uwagę, że komórki zostały opisane i badane wiele lat wcześniej, zaczynając od pierwszych ustaleń Roberta Hooke'a, który w 1665 r. Po raz pierwszy widział komórki, które stanowiły martwą tkaninę arkusza korka; I kontynuowanie z Antoni van Leeuwenhoek, który lata później zaobserwował próbki z innym mikroskopem z różnym mikroskopem.

Portret Roberta Hooke'a (Źródło: Gustav VH, Via Wikimedia Commons)

Następnie dzieła Hooke'a, Leeuwenhoek Schleiden i Schwann, wielu autorów poświęciło się również zadaniu badania komórek, które udoskonalały szczegóły dotyczące ich wewnętrznej struktury i działania: jądro komórek eukariotycznych opisano, DNA i chromosomy, mitochondria, endoplazmatyczne siatkowe , Kompleks Golgiego itp.

W połowie lat dwudziestych dziedzina biologii molekularnej odnotowała znaczny postęp. Wpłynęło to na to, że w latach pięćdziesiątych biologia komórki również miała znaczny wzrost, ponieważ w tych latach możliwe było utrzymanie i pomnożenie komórek In vitro, izolowane od żywych organizmów.

Może ci służyć: leukocyty (białe krwinki): cechy, funkcje, typy

Postępy w mikroskopii, wirowaniu, sformułowaniu pożywki hodowlanej, oczyszczaniu białka, identyfikacji i manipulacji zmutowanych linii komórkowych, eksperymenty z chromosomami i kwasami nukleinowymi, między innymi ustalały precedens szybkiego postępu biologii komórkowej aż do obecnej epoki.

Co studiujesz? (obiekt studiów)

Biologia komórkowa jest odpowiedzialna za badanie komórek prokariotycznych i eukariotycznych; Przestudiuj procesy jego formacji, jego życia i śmierci. Zazwyczaj można skupić się na mechanizmach sygnalizacyjnych i struktury błon komórkowych, a także na organizacji cytoszkieletu i polaryzacji komórkowej.

Badaj także morfogenezę, to znaczy mechanizmy opisujące, w jaki sposób rozwijają się komórki morfologiczne i jak te, które „dojrzewają”, zmieniają się w czasie i przekształcają się przez całe życie.

Saccharomyces cerevisiae gatunki Komórki drożdży.

Biologia komórek obejmuje tematy związane z mobilnością i metabolizmem energii, a także dynamikę i biogenezę jej organelli wewnętrznych, w przypadku komórek eukariotycznych (jądro, retikulum endoplazmatyczne, kompleks golgi, mitochondria, chloroplasty, lizosomy, peroksomaty, glikosomy, wakuole, glejsyzmy itp.).

Implikuje również badanie genomów, ich organizacji i funkcji jądrowych w ogóle.

W biologii komórkowej kształt, wielkość i funkcja komórek tworzących wszystkie żywe organizmy, a także procesy chemiczne występujące w środku oraz interakcja między ich składnikami cytozolowymi (i lokalizacją subkomórkową) i komórek z ich otoczeniem.

Niezbędne koncepcje w biologii komórkowej

Ilustracja podziału komórkowego. Źródło: Pixabay.com

Wejście do dziedziny biologii komórkowej jest prostym zadaniem, gdy wzięte pod uwagę pewne podstawowe wiedza lub niezbędne pojęcia, ponieważ w przypadku tych i z użyciem powodu możliwe jest szczegółowe zrozumienie złożonego świata komórek.

Komórki

Schemat dwóch rodzajów komórek w przyrodzie: eukariotów i prokariotów. Pokazane są główne części, co wskazuje na różnice między nimi (źródło: żaden autora do odczytu maszynowego. Mortadelo2005 założono (na podstawie roszczeń związanych z prawem autorskim). [Domena publiczna] za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Wśród podstawowych koncepcji, które należy wziąć w panoramie, jest poczęcie, że komórki są podstawowymi jednostkami życia, to znaczy „blokami”, które pozwalają na budowę organizmów, które możemy nazwać „żywcem” i że wszystko, co są oddzielone od środka zewnątrzkomórkowego dzięki obecności błony.

Niezależnie od ich wielkości, ich kształtu lub funkcji w określonej tkance, wszystkie komórki pełnią te same podstawowe funkcje, które charakteryzują żywe istoty: rosną, karmią się, oddziałują ze środowiskiem i rozmnażają.

Może ci służyć: proeritroblast: cechy, morfologia, regulacja, barwienie

DNA

Cząsteczka DNA. Źródło: Wikipedia.org

Chociaż istnieją komórki eukariotyczne i komórki prokariotyczne, które zasadniczo różnią się od ich organizacji cytozolowej, niezależnie od komórki, o której mowa, wszystkie, bez wyjątku, mają one w wewnętrznym kwasie deoksyrybonukleinowym (DNA), cząsteczce, w której znajdują się „strukturalne” , płaszczyzny morfologiczne i funkcjonalne ”komórki.

Cytosol

Schemat komórek zwierząt i jego części. Cytosol jest nazwany w dolnej części. (Źródło: Alejandro Porto [CC0] Via Wikimedia Commons)

Komórki eukariotyczne mają organizacje specjalizowane w różnych funkcjach, które przyczyniają się do istotnych procesów. Organelle te wykonują produkcję energii z materiału odżywczego, syntezy, opakowania i transportu wielu białek komórkowych, a także importu i trawienia dużych cząstek.

Cytoszkielet

Komórki mają wewnętrzny cytoszkielet, który utrzymuje kształt, kieruje ruchem i transportem białek i organelli, które je używają, oprócz współpracy w ruchu lub przemieszczeniu kompletnej komórki.

Organizmy jednokomórkowe i wielokomórkowe

Istnieją organizmy jednokomórkowe i wielokomórkowe (których liczba komórek jest niezwykle zmienna). Badania biologii komórkowej zwykle koncentrują się na organizacjach „modelowych”, które zostały zdefiniowane zgodnie z typem komórki (prokariotów lub eukariotów) i zgodnie z rodzajem organizmu (bakterie, zwierzęta lub roślina).

Geny

Geny są częścią informacji zakodowanych w cząsteczkach DNA, które są obecne we wszystkich komórkach ziemskich.

Te nie tylko spełniają funkcje przechowywania i transportu informacji niezbędnych do określenia sekwencji białka, ale także ćwiczenia ważnych funkcji regulacyjnych i strukturalnych.

Zastosowania biologii komórkowej

Istnieje wiele zastosowań biologii komórkowej w dziedzinach takich jak medycyna, biotechnologia i środowisko.  Niektóre aplikacje przedstawiono poniżej:

Kolorowanie kolorów i hybrydyzacja (FISH) chromosomów pozwala wykryć translokacje chromosomalne w komórkach rakowych.

Technologia mikrodyspozycji DNA „Chip” pozwala poznać kontrolę ekspresji genów drożdży, podczas jej wzrostu. Ta technologia została wykorzystana do poznania ekspresji ludzkich genów w różnych tkankach i komórkach rakowych

Przeciwciała oznaczone fluorescencją, specyficzne dla białek włókien pośrednich, pozwalają poznać tkankę, z której powstał guz. Informacje te pomagają lekarzowi wybrać najbardziej odpowiednie leczenie w celu zwalczania guza.

Zastosowanie zielonego białka fluorescencyjnego (GFP) do zlokalizowania komórek wewnątrz tkanki. Poprzez rekombinację technologii DNA gen GFP jest wprowadzany w określonych komórkach kompletnego zwierzęcia.

Może ci służyć: hemidesmosomas: co to jest, opis, struktura, funkcje

Przykłady ostatnich badań w biologii komórkowej

Wybrano dwa przykłady artykułów opublikowanych w Nature Cell Biology. To są następujące:

Rola dziedziczenia epigenetycznego u zwierząt (Pérez i Ben Lehner, 2019)

Odkryto, że inne cząsteczki, oprócz sekwencji genomu, mogą przesyłać informacje między pokoleniami. Informacje te mogą być modyfikowane przez warunki fizjologiczne i środowiskowe poprzednich pokoleń.

W ten sposób istnieją informacje w DNA niezwiązane z sekwencją (kowalencyjne modyfikacje histonów, metylacja DNA, mały RNA) i niezależne informacje genomu (mikrobiom).

U ssaków niedożywienie lub dobra żywność wpływa na metabolizm glukozy pochodzenia. W efektach ojcowskich nie zawsze pośredniczą gamety, ale mogą działać pośrednio matczyną trasą.

Bakterie można odziedziczyć drogą matki przez kanał urodzenia lub karmienie piersią. U myszy słaba dieta błonnika powoduje spadek różnorodności taksonomicznej mikrobiomu przez pokolenie. Ostatecznie występuje wyginięcie subpopulacji mikroorganizmu.

Regulacja chromatyny i terapia przeciwnowotworowa (Valencia i Kadoch, 2019)

Obecnie znane są mechanizmy regulujące strukturę chromatyny i ich rola w chorobach. W tym procesie kluczowe było opracowanie technik, które pozwalają na identyfikację ekspresji genów onkogennych i odkrycie białych terapeutycznych.

Niektóre z zastosowanych technik to immunoprecypitacja chromatyny, a następnie sekwencjonowanie (ChIP-SEQ), sekwencjonowanie RNA (RNA-Seq), transporsyjna próba chromatyny przy użyciu sekwencjonowania (ATAC-Seq).

W przyszłości zastosowanie technologii CRISPR-CAS9 i interferencji RNA będzie odgrywać rolę w rozwoju terapii przeciwnowotworowych.

Bibliografia

1. Alberts, ur., Bray, d., Hopkin, k., Johnson, a. D., Lewis, J., Raff, m.,… I Walter, P. (2013). Niezbędna biologia komórki. Garland Science.
2. Bagsover, s. R., Shephard, e. DO., White, h. DO., I Hyams, J. S. (2011). Biologia komórkowa: krótki kurs. John Wiley & Sons.
3. Cooper, g. M., & Hausman, r. I. (2004). Komórka: zbliżaj się do molekularnej. Medicinska Naklada.
4. Lodish, h., Berk, a., Zipursky, s. L., Matsudaira, s. 1., Baltimore, zm., & Darnell, J. (2000). Czwarta edycja komórek molekularnych. National Center for Biotechnology Information, półka z książkami.
5. Salomon, e. P., Berg, L. R., & Martin, D. W. (2011). Biologia (9 wydanie.). Brooks/Cole, Cengage Learning: USA.