КЛІТИННА БІОЛОГІЯ: ІСТОРІЯ, ТЕ, ЩО ВОНА ВИВЧАЄ, ПРОГРАМИ ТА КОНЦЕПЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

Клітинна біологія є галуззю біології , яка вивчає всі аспекти життя клітин. Тобто з будовою, функцією, еволюцією та поведінкою клітин, що складають живих істот на землі; іншими словами, все, що притаманне його народженню, життю та смерті.

Це наука, яка інтегрує великий обсяг знань, серед яких виділяються біохімія, біофізика, молекулярна біологія, обчислювальні науки, біологія розвитку та поведінки та еволюційна біологія, кожна з яких має свій підхід і власні стратегії експериментів для відповіді на конкретні запитання.

Силует мікроскопа (Джерело: Карен Арнольд через Wikimedia Commons)

Оскільки клітинна теорія стверджує, що все живе складається з клітин, біологія клітин не розрізняє тварин, рослини, бактерії, археї, водорості чи гриби і може зосереджуватися на окремих клітинах або на клітинах тканин та органів той самий багатоклітинний індивід.

Таким чином, оскільки це експериментальна наука (а не описова), дослідження в цій галузі біології залежать від доступних методів дослідження ультраструктури клітин та її функцій (мікроскопія, центрифугування, культура in vitro тощо)

Історія клітинної біології

Деякі автори вважають, що зародження клітинної біології відбулося з появою клітинної теорії, запропонованої Шлейденом і Шваном в 1839 році.

Однак важливо врахувати, що клітини були описані та вивчені багато років раніше, починаючи з перших знахідок Роберта Гука, який у 1665 р. Вперше побачив клітини, що складали мертву тканину пробкового листа; і продовжував Антоні ван Левенгук, який через роки спостерігав зразки різних мікроорганізмів під мікроскопом.

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

Після роботи Гука, Левенгука Шлейдена та Шванна багато авторів також присвятили себе вивченню клітин, за допомогою яких були уточнені деталі щодо їх внутрішньої будови та функціонування: ядро ​​еукаріотичних клітин, ДНК і хромосоми, мітохондрії, ендоплазматичний ретикулум, комплекс Гольджі та ін.

У середині 20 століття область молекулярної біології зазнала значного прогресу. Це вплинуло на те, що протягом 1950-х років біологія клітин також зазнала значного зростання, оскільки в ті роки можна було підтримувати та розмножувати клітини in vitro, виділені від живих організмів.

Успіхи мікроскопії, центрифугування, формування культуральних середовищ, очищення білка, ідентифікація та маніпулювання мутантними клітинними лініями, експерименти з хромосомами та нуклеїновими кислотами, серед іншого, створюють прецедент для швидкого просування клітинної біології до поточна епоха.

Що ти вивчаєш? (об’єкт дослідження)

Клітинна біологія відповідає за дослідження прокаріотичних та еукаріотичних клітин; він вивчає процеси свого становлення, своє життя та смерть. Зазвичай він може зосереджуватися на механізмах сигналізації та структуруванні клітинних мембран, а також на організації цитоскелету та полярності клітин.

Він також вивчає морфогенез, тобто механізми, що описують, як клітини розвиваються морфологічно і як клітини, які "дозрівають" і трансформуються протягом свого життя, змінюються з часом.

Дріжджові клітини виду Saccharomyces cerevisiae.

Клітинна біологія включає теми, пов'язані з рухливістю та енергетичним обміном, а також динамікою та біогенезом їх внутрішніх органел, у випадку еукаріотичних клітин (ядро, ендоплазматичний ретикулум, комплекс Гольджі, мітохондрії, хлоропласти та ін. лізосоми, пероксисоми, глікосоми, вакуолі, гліоксисоми тощо).

Це також включає вивчення геномів, їх організації та ядерної функції загалом.

У клітинній біології вивчають форму, розміри та функції клітин, що складають усі живі організми, а також хімічні процеси, що відбуваються всередині них, та взаємодію між цитозольними компонентами (та їх надклітинним розташуванням) та клітини зі своїм середовищем.

Основні поняття в клітинній біології

Ілюстрація поділу клітини. Джерело: pixabay.com

Вийти на поле клітинної біології - це просте завдання при врахуванні деяких базових знань чи істотних понять, оскільки за допомогою них та з використанням розуму можна глибоко зрозуміти складний світ клітин.

Клітини

Схема двох типів клітин у природі: еукаріоти та прокаріоти. Основні частини показані, показуючи відмінності між ними (Джерело: Немає машиночитаного автора. Мортадело2005 передбачається (на основі претензій щодо авторських прав). Через Wikimedia Commons)

Серед фундаментальних понять, які необхідно враховувати в панорамі, є уявлення про те, що клітини є основними одиницями життя, тобто, що вони є "блоками", які дозволяють побудувати організми, які ми можемо назвати "живими", і що всі вони відокремлюються від позаклітинного середовища завдяки наявності мембрани.

Незалежно від їх розміру, форми чи функції в певній тканині, всі клітини виконують однакові основні функції, що характеризують живе: вони ростуть, живляться, взаємодіють із довкіллям та розмножуються.

ДНК

Молекула ДНК. Джерело: wikipedia.org

Хоча є еукаріотичні клітини та прокаріотичні клітини, котрі принципово відрізняються за своєю цитозольною організацією, незалежно від того, яка клітина має на увазі, усі без винятку мають всередині них дезоксирибонуклеїнову кислоту (молекулу, яка живе) " структурна, морфологічна та функціональна площини »клітини.

Цитозол

Діаграма клітини тварини та її частин. Цитозол названий внизу. (Джерело: Алехандро Порто через Wikimedia Commons)

Еукаріотичні клітини мають у своєму цитозолі спеціалізовані органели для різних функцій, що сприяють їх життєво важливим процесам. Ці органели здійснюють виробництво енергії з поживних речовин, синтез, упаковку та транспортування багатьох клітинних білків, а також імпорт та перетравлення великих частинок.

Цитоскелет

Клітини мають внутрішній цитоскелет, який підтримує форму, спрямовує рух і транспорт білків і органел, які їх використовують, а також допомагає в переміщенні або переміщенні всієї клітини.

Одноклітинні та багатоклітинні організми

Існують одноклітинні та багатоклітинні організми (кількість клітин сильно мінлива). Дослідження клітинної біології зазвичай зосереджуються на "модельних" організмах, які були визначені за типом клітини (прокаріоти або еукаріоти) та за типом організму (бактерії, тварини чи рослини).

Гени

Гени - це частина інформації, закодованої в молекулах ДНК, які присутні у всіх клітинах Землі.

Вони не тільки виконують функції зберігання та транспортування інформації, необхідної для визначення послідовності білка, але й виконують важливі регуляторні та структурні функції.

Застосування клітинної біології

Існує велика кількість застосувань для клітинної біології в таких галузях, як медицина, біотехнологія та навколишнє середовище. Ось кілька програм:

Флуоресцентне фарбування in situ та гібридизація (FISH) хромосом дозволяє виявити хромосомні транслокації в ракових клітинах.

Технологія мікроматеріалів ДНК «чіпа» дозволяє знати контроль експресії генів дріжджів під час його зростання. Ця технологія була використана для розуміння експресії генів людини в різних тканинах та ракових клітинах.

Флуоресцентні антитіла, специфічні щодо білків проміжних ниток, дозволяють пізнати тканини, з яких походить пухлина. Ця інформація допомагає лікареві вибрати найбільш підходяще лікування для боротьби з пухлиною.

Використання зеленого флуоресцентного білка (GFP) для локалізації клітин всередині тканини. За допомогою технології рекомбінантної ДНК ген GFP вводиться в конкретні клітини цілої тварини.

Останні приклади досліджень в клітинній біології

Вибрано два приклади статей, опублікованих у журналі Nature Cell Biology Review. Це такі:

Роль епігенетичного успадкування тварин (Перес і Бен Ленер, 2019)

Було виявлено, що інші молекули, крім послідовності геномів, можуть передавати інформацію між поколіннями. Цю інформацію можна модифікувати за допомогою фізіологічних та екологічних умов попередніх поколінь.

Таким чином, у ДНК є інформація, не пов'язана з послідовністю (ковалентні модифікації гістонів, метилювання ДНК, невеликі РНК) та інформація, незалежна від геному (мікробіома).

У ссавців неправильне харчування або правильне харчування впливає на метаболізм глюкози потомства. Ефекти для батьків не завжди опосередковуються гаметами, але вони можуть діяти опосередковано через матір.

Бактерії можуть успадковуватися через матір через родові шляхи або через грудне вигодовування. У мишей дієта з низьким вмістом клітковини призводить до зменшення таксономічного різноманіття мікробіома протягом поколінь. Врешті-решт відбувається вимирання субпопуляцій мікроорганізмів.

Регуляція хроматину та терапія раку (Valencia and Kadoch, 2019)

В даний час відомі механізми, що регулюють структуру хроматину та його роль у захворюванні. У цьому процесі ключовою була розробка методик, що дозволяють ідентифікувати експресію онкогенних генів та виявити терапевтичні мішені.

Деякі з застосовуваних методів - це імунопреципітація хроматину з подальшим секвенуванням (ChIP-seq), секвенуванням РНК (послідовність РНК), хромотиновим транскодоступним аналізом з використанням секвенування (ATAC-seq).

Надалі використання технології CRISPR - Cas9 та втручання РНК відіграватимуть роль у розробці терапії раку.

Список літератури

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Основна клітинна біологія. Гарленд Наука.
2. Bolsaver, SR, Shephard, EA, White, HA, & Hyams, JS (2011). Клітинна біологія: короткий курс. Джон Вілі та сини.
3. Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Клітина: Молекулярний підхід. Медицинська наклада.
4. Лодіш, Х., Берк, А., Зіпурський, С. Л., Мацудайра, П., Балтімор, Д., Дарнелл, Дж. (2000). Молекулярна клітинна біологія 4-е видання. Національний центр інформації про біотехнології, книжкова полиця.
5. Solomon, EP, Berg, LR, & Martin, DW (2011). Біологія (9-е видання). Брукс / Коул, Cengage Learning: США.