BIOLOGIA KOMÓRKI: HISTORIA, CZYM SIĘ BADA, ZASTOSOWANIA I KONCEPCJE - BIOLOGIA - 2025

Cell Biology jest gałęzią biologii, która bada wszystkie aspekty życia komórki. To znaczy ze strukturą, funkcją, ewolucją i zachowaniem komórek, z których składają się istoty żyjące na Ziemi; innymi słowy, wszystko związane z jego narodzinami, życiem i śmiercią.

Jest to nauka integrująca dużą ilość wiedzy, wśród których wyróżniają się biochemia, biofizyka, biologia molekularna, nauki obliczeniowe, biologia rozwojowa i behawioralna oraz biologia ewolucyjna, z których każda ma własne podejście i własne strategie eksperymentowania, aby odpowiedzieć na określone pytania.

Sylwetka mikroskopu (źródło: Karen Arnold za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Ponieważ teoria komórki stwierdza, że ​​wszystkie żywe istoty składają się z komórek, biologia komórki nie rozróżnia zwierząt, roślin, bakterii, archeonów, alg lub grzybów i może skupiać się na pojedynczych komórkach lub komórkach należących do tkanek i narządów ta sama wielokomórkowa osoba.

Dlatego, ponieważ jest to nauka eksperymentalna (a nie opisowa), badania w tej gałęzi biologii zależą od dostępnych metod badania ultrastruktury komórki i jej funkcji (mikroskopia, wirowanie, hodowla in vitro itp.)

Historia biologii komórki

Niektórzy autorzy uważają, że narodziny biologii komórki nastąpiły wraz z pojawieniem się teorii komórki zaproponowanej przez Schleidena i Schwanna w 1839 roku.

Należy jednak wziąć pod uwagę, że komórki zostały opisane i zbadane wiele lat wcześniej, poczynając od pierwszych odkryć Roberta Hooke'a, który w 1665 roku po raz pierwszy zobaczył komórki stanowiące martwą tkankę arkusza korkowego; i kontynuując z Antonim van Leeuwenhoekiem, który lata później obserwował próbki z różnymi mikroorganizmami pod mikroskopem.

Portret Roberta Hooke'a (źródło: Gustav VH, za Wikimedia Commons)

Po pracy Hooke, Leeuwenhoek Schleiden i Schwann wielu autorów poświęciło się również badaniu komórek, za pomocą których dopracowywano szczegóły dotyczące ich wewnętrznej struktury i funkcjonowania: jądro komórek eukariotycznych, DNA i chromosomy, mitochondria, retikulum endoplazmatyczne, kompleks Golgiego itp.

W połowie XX wieku w dziedzinie biologii molekularnej nastąpił znaczący postęp. Wpłynęło to na fakt, że w latach pięćdziesiątych XX wieku również biologia komórki uległa znacznemu wzrostowi, gdyż w tamtych latach można było utrzymywać i namnażać komórki in vitro, izolowane od organizmów żywych.

Postępy w mikroskopii, wirowaniu, formułowaniu pożywek hodowlanych, oczyszczaniu białek, identyfikacji i manipulacji zmutowanymi liniami komórkowymi, eksperymentowaniu z chromosomami i kwasami nukleinowymi, między innymi, stanowią precedens dla szybkiego postępu biologii komórki w kierunku obecna era.

Co studiujesz? (przedmiot badań)

Biologia komórki jest odpowiedzialna za badanie komórek prokariotycznych i eukariotycznych; bada procesy swojej formacji, życia i śmierci. Zwykle może skupiać się na mechanizmach sygnalizacyjnych i budowie błon komórkowych, a także organizacji cytoszkieletu i polaryzacji komórek.

Bada również morfogenezę, czyli mechanizmy opisujące, jak komórki rozwijają się pod względem morfologicznym i jak komórki, które „dojrzewają” i przekształcają się przez całe życie, zmieniają się w czasie.

Komórki drożdży z gatunku Saccharomyces cerevisiae.

W biologii komórki poruszane są tematy związane z mobilnością i metabolizmem energetycznym, a także dynamiką i biogenezą ich organelli wewnętrznych, w przypadku komórek eukariotycznych (jądro, retikulum endoplazmatyczne, kompleks Golgiego, mitochondria, chloroplasty, lizosomy, peroksysomy, glikosomy, wakuole, glioksysomy itp.).

Obejmuje również badanie genomów, ich organizacji i ogólnie funkcji jądrowej.

W biologii komórki bada się kształt, rozmiar i funkcję komórek, z których składają się wszystkie żywe organizmy, a także zachodzące w nich procesy chemiczne oraz interakcje między ich składnikami cytozolowymi (i ich lokalizacją w subkomórkach) oraz komórki z ich otoczeniem.

Podstawowe pojęcia biologii komórki

Ilustracja podziału komórki. Źródło: pixabay.com

Wejście w dziedzinę biologii komórki jest prostym zadaniem, biorąc pod uwagę podstawową wiedzę lub podstawowe pojęcia, ponieważ dzięki nim i przy użyciu rozumu można dogłębnie zrozumieć złożony świat komórek.

Komórki

Schemat dwóch typów komórek w przyrodzie: eukariontów i prokariotów. Główne części są pokazane, pokazując różnice między nimi (Źródło: nie podano autora do odczytu maszynowego. Założono Mortadelo2005 (na podstawie roszczeń dotyczących praw autorskich). Via Wikimedia Commons)

Wśród podstawowych pojęć, które należy wziąć pod uwagę w panoramie, jest koncepcja, że ​​komórki są podstawowymi jednostkami życia, to znaczy, że są „blokami”, które pozwalają na budowę organizmów, które możemy nazwać „żywymi” i że wszystko są oddzielone od środowiska zewnątrzkomórkowego dzięki obecności membrany.

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

DNA

Cząsteczka DNA. Źródło: wikipedia.org

Chociaż istnieją komórki eukariotyczne i komórki prokariotyczne, które zasadniczo różnią się pod względem organizacji cytozolowej, niezależnie od komórki, o której myślimy, wszystkie bez wyjątku mają w sobie kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA), cząsteczkę, w której się znajduje. płaszczyzny strukturalne, morfologiczne i funkcjonalne ”komórki.

Cytosol

Schemat komórki zwierzęcej i jej części. Nazwa cytozolu znajduje się na dole. (Źródło: Alejandro Porto via Wikimedia Commons)

Komórki eukariotyczne mają w swoim cytozolu wyspecjalizowane organelle pełniące różne funkcje, które przyczyniają się do ich procesów życiowych. Te organelle zajmują się produkcją energii z materiału odżywczego, syntezą, pakowaniem i transportem wielu białek komórkowych, a także importem i trawieniem dużych cząstek.

Cytoszkielet

Komórki posiadają wewnętrzny cytoszkielet, który zachowuje kształt, kieruje ruchem i transportem białek oraz wykorzystujących je organelli, a także pomaga w ruchu lub przemieszczaniu całej komórki.

Organizmy jednokomórkowe i wielokomórkowe

Istnieją organizmy jednokomórkowe i wielokomórkowe (których liczba komórek jest bardzo zmienna). Badania biologii komórki zwykle koncentrują się na organizmach „modelowych”, które zostały zdefiniowane zgodnie z typem komórki (prokariota lub eukariota) i typem organizmu (bakteria, zwierzę lub roślina).

Geny

Geny są częścią informacji zakodowanej w cząsteczkach DNA, które są obecne we wszystkich komórkach na Ziemi.

Pełnią one nie tylko funkcje związane z przechowywaniem i transportem informacji niezbędnych do określenia sekwencji białka, ale także pełnią ważne funkcje regulacyjne i strukturalne.

Zastosowania biologii komórki

Biologia komórki ma wiele zastosowań w takich dziedzinach, jak medycyna, biotechnologia i środowisko. Oto kilka aplikacji:

Fluorescencyjne barwienie i hybrydyzacja in situ (FISH) chromosomów może wykrywać translokacje chromosomów w komórkach nowotworowych.

Technologia mikromacierzy „chipa” DNA pozwala poznać kontrolę ekspresji genów drożdży podczas ich wzrostu. Ta technologia została wykorzystana do zrozumienia ekspresji ludzkich genów w różnych tkankach i komórkach rakowych.

Znakowane fluorescencyjnie przeciwciała, swoiste wobec białek z włókien pośrednich, umożliwiają poznanie tkanki, z której powstał guz. Ta informacja pomaga lekarzowi wybrać najbardziej odpowiednią metodę walki z guzem.

Zastosowanie białka zielonej fluorescencji (GFP) do lokalizacji komórek w tkance. Przy użyciu technologii rekombinacji DNA gen GFP jest wprowadzany do określonych komórek całego zwierzęcia.

Najnowsze przykłady badań w biologii komórki

Wybrano dwa przykłady artykułów opublikowanych w czasopiśmie Nature Cell Biology Review. Są to następujące:

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

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

Tak więc w DNA są informacje niezwiązane z sekwencją (kowalencyjne modyfikacje histonów, metylacja DNA, małe RNA) i informacje niezależne od genomu (mikrobiom).

U ssaków niedożywienie lub dobre odżywianie wpływa na metabolizm glukozy u potomstwa. W efektach ojcowskich nie zawsze pośredniczą gamety, ale mogą one działać pośrednio poprzez matkę.

Bakterie mogą być dziedziczone przez matkę przez kanał rodny lub przez karmienie piersią. U myszy dieta uboga w błonnik powoduje zmniejszenie zróżnicowania taksonomicznego mikrobiomu na przestrzeni pokoleń. Ostatecznie następuje wyginięcie subpopulacji mikroorganizmów.

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

Obecnie znane są mechanizmy rządzące budową chromatyny i jej rolą w chorobach. W tym procesie kluczowe znaczenie miał rozwój technik, które pozwalają na identyfikację ekspresji genów onkogennych i odkrycie celów terapeutycznych.

Niektóre z zastosowanych technik to immunoprecypitacja chromatyny, a następnie sekwencjonowanie (sekwencja ChIP), sekwencjonowanie RNA (sekwencja RNA), oznaczenie chromatyny dostępnej transpo za pomocą sekwencjonowania (sekwencja ATAC).

W przyszłości wykorzystanie technologii CRISPR - Cas9 i interferencji RNA odegra rolę w rozwoju terapii przeciwnowotworowych.

Bibliografia

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Podstawowa biologia komórki. Garland Science.
2. Bolsaver, SR, Shephard, EA, White, HA i Hyams, JS (2011). Biologia komórki: krótki kurs. John Wiley & Sons.
3. Cooper, GM i Hausman, RE (2004). Komórka: podejście molekularne. Medicinska naklada.
4. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D. i Darnell, J. (2000). Czwarta edycja Molecular Cell Biology. National Center for Biotechnology Information, Bookshelf.
5. Solomon, EP, Berg, LR i Martin, DW (2011). Biology (9th ed.). Brooks / Cole, Cengage Learning: USA.