CELLBIOLOGI: HISTORIA, VAD DEN STUDERAR, APPLIKATIONER OCH BEGREPP - BIOLOGI - 2025

Den cellbiologi är den gren av biologin som studerar alla aspekter av cellens liv. Det vill säga med strukturen, funktionen, evolutionen och beteendet hos cellerna som utgör levande varelser på jorden; med andra ord allt som ligger i hans födelse, liv och död.

Det är en vetenskap som integrerar en stor mängd kunskap, bland vilka biokemi, biofysik, molekylärbiologi, beräkningsvetenskap, utvecklings- och beteendebiologi och evolutionär biologi sticker ut, var och en med sin egen strategi och sina egna experimentstrategier för att svara på specifika frågor.

Silhuett av ett mikroskop (Källa: Karen Arnold via Wikimedia Commons)

Eftersom cellteorin säger att allt levande är sammansatt av celler skiljer inte cellbiologi mellan djur, växter, bakterier, archaea, alger eller svampar och kan fokusera på enskilda celler eller på celler som tillhör vävnader och organ i samma flercelliga individ.

Eftersom det är en experimentell vetenskap (snarare än beskrivande) beror forskning inom denna gren av biologin på de metoder som finns tillgängliga för att studera cellultrastruktur och dess funktioner (mikroskopi, centrifugering, kultur in vitro, etc.)

Cellbiologiens historia

Vissa författare anser att födelsen av cellbiologi ägde rum med tillkomsten av cellteorin som Schleiden och Schwann föreslog 1839.

Det är emellertid viktigt att tänka på att cellerna beskrevs och studerades många år tidigare, med början med de första resultaten från Robert Hooke, som 1665 såg för första gången cellerna som utgör den döda vävnaden i ett korkark; och fortsätter med Antoni van Leeuwenhoek, som år senare observerade prover med olika mikroorganismer under mikroskopet.

Porträtt av Robert Hooke (Källa: Gustav VH, via Wikimedia Commons)

Efter arbetet med Hooke, Leeuwenhoek Schleiden och Schwann ägnade många författare sig åt uppgiften att studera celler, med vilka detaljer förfinades beträffande deras inre struktur och funktion: kärnan i eukaryota celler, DNA och kromosomer, mitokondrier, endoplasmatisk retikulum, Golgi-komplex, etc.

I mitten av 1900-talet upplevde området molekylärbiologi betydande framsteg. Detta påverkade att cellbiologin under 1950-talet också hade en betydande tillväxt, eftersom det under dessa år var möjligt att upprätthålla och multiplicera celler in vitro, isolerade från levande organismer.

Framsteg inom mikroskopi, centrifugering, formulering av odlingsmedier, proteingrening, identifiering och manipulering av mutanta cellinjer, experiment med kromosomer och nukleinsyror, bland annat sätter ett prejudikat för snabb utveckling av cellbiologi till nuvarande era.

Vad studerar du? (studieobjekt)

Cellbiologi ansvarar för studien av prokaryota och eukaryota celler; han studerar processerna i sin bildning, sitt liv och sin död. Det kan vanligtvis fokusera på signalmekanismer och struktureringen av cellmembran, liksom organisationen av cytoskeletten och cellpolariteten.

Den studerar också morfogenes, det vill säga mekanismerna som beskriver hur celler utvecklas morfologiskt och hur celler som "mognar" och förvandlas under hela deras liv förändras över tid.

Jästceller av arten Saccharomyces cerevisiae.

Cellbiologi inkluderar ämnen relaterade till mobilitet och energimetabolism, samt dynamik och biogenes av deras inre organeller, i fallet med eukaryota celler (kärna, endoplasmatisk retikulum, Golgi-komplex, mitokondrier, kloroplast, lysosomer, peroxisomer, glykosomer, vakuoler, glyoxysomer, etc.).

Det involverar också studier av genom, deras organisation och kärnfunktion i allmänhet.

I cellbiologi studeras formen, storleken och funktionen hos cellerna som utgör alla levande organismer, liksom de kemiska processerna som förekommer inom dem och samspelet mellan deras cytosoliska komponenter (och deras subcellulära placering) och celler med sin miljö.

Väsentliga begrepp inom cellbiologi

Illustration av delningen av en cell. Källa: pixabay.com

Att gå in i cellbiologi är en enkel uppgift när man tar hänsyn till vissa grundläggande kunskaper eller väsentliga begrepp, eftersom det med dessa och med användningen av förnuft är möjligt att fördjupa den komplexa världen av celler.

Celler

Schema för de två typerna av celler i naturen: eukaryoter och prokaryoter. Huvuddelarna visas och visar skillnaderna mellan dem (Källa: Ingen maskinläsbar författare tillhandahållen. Mortadelo2005 antas (baserat på upphovsrättsanspråk). Via Wikimedia Commons)

Bland de grundläggande begreppen som måste beaktas i panorama är uppfattningen att celler är livets grundenheter, det vill säga att de är "blocken" som tillåter konstruktion av organismer som vi kan kalla "levande" och att alla de är separerade från den extracellulära miljön tack vare närvaron av ett membran.

Oavsett storlek, form eller funktion i en specifik vävnad utför alla celler samma grundläggande funktioner som kännetecknar levande saker: de växer, matar, interagerar med miljön och reproducerar.

DNA

DNA-molekyl. Källa: wikipedia.org

Även om det finns eukaryota celler och prokaryota celler, som är grundläggande olika med avseende på deras cytosoliska organisation, oavsett vilken cell man har i åtanke, har alla, utan undantag, deoxiribonukleinsyra (DNA) inuti dem, en molekyl som rymmer " strukturens, morfologiska och funktionella plan ”för en cell.

cytosolen

Diagram över en djurcell och dess delar. Cytosolen heter längst ner. (Källa: Alejandro Porto via Wikimedia Commons)

Eukaryota celler har specialiserade organeller i sin cytosol för olika funktioner som bidrar till deras vitala processer. Dessa organeller driver energiproduktion från näringsmaterial, syntes, förpackning och transport av många cellulära proteiner, samt import och matsmältning av stora partiklar.

cytoskelettet

Cellerna har ett inre cytoskelett som bibehåller formen, styr rörelsen och transporten av proteiner och de organeller som använder dem, samt hjälper till att förflytta eller förskjuta hela cellen.

Enscellulära och flercelliga organismer

Det finns encelliga och multicellulära organismer (vars antal celler är mycket varierande). Cellbiologistudier fokuserar vanligtvis på "modell" -organismer, som har definierats enligt typen av cell (prokaryoter eller eukaryoter) och enligt typen av organismer (bakterier, djur eller växter).

Generna

Gener är en del av den information som kodas i DNA-molekyler som finns i alla celler på jorden.

Dessa uppfyller inte bara funktioner vid lagring och transport av den information som är nödvändig för att bestämma sekvensen för ett protein, utan utövar också viktiga reglerande och strukturella funktioner.

Cellbiologi-applikationer

Det finns ett stort antal applikationer för cellbiologi inom områden som medicin, bioteknik och miljön. Här är några applikationer:

Fluorescerande in situ-färgning och hybridisering (FISH) av kromosomer kan detektera kromosomala translokationer i cancerceller.

Teknologin för mikroarrayerna av DNA-"chip" gör det möjligt att veta kontrollen av genuttrycket av jäst under dess tillväxt. Denna teknik har använts för att förstå uttrycket av mänskliga gener i olika vävnader och cancerceller.

Fluorescensmärkta antikroppar, specifika mot mellanliggande filamentproteiner, gör det möjligt att känna till vävnaden från vilken en tumör härstammar. Denna information hjälper läkaren att välja den lämpligaste behandlingen för att bekämpa tumören.

Användning av grönt fluorescerande protein (GFP) för att lokalisera celler i en vävnad. Med användning av rekombinant DNA-teknik införs GFP-genen i specifika celler från ett komplett djur.

Nya exempel på forskning inom cellbiologi

Två exempel på artiklar publicerade i tidskriften Nature Cell Biology Review valdes. Dessa är följande:

Roll av epigenetisk arv hos djur (Pérez och Ben Lehner, 2019)

Det har upptäckts att andra molekyler, förutom genomsekvensen, kan överföra information mellan generationer. Denna information kan modifieras av tidigare generationers fysiologiska och miljömässiga villkor.

Således finns information i DNA som inte är associerad med sekvensen (kovalenta modifikationer av histoner, DNA-metylering, små RNA) och information oberoende av genomet (mikrobiom).

Hos däggdjur påverkar undernäring eller god näring avkomman glukosmetabolismen. Faderliga effekter förmedlas inte alltid av gameter, men de kan agera indirekt genom modern.

Bakterier kan ärvas genom modern genom födelsekanalen eller genom amning. Hos möss ger en diet som är låg i fiber en minskning av den taxonomiska mångfalden hos mikrobiomet under generationer. Så småningom inträffar utrotningen av subpopulationer av mikroorganismer.

Kromatinreglering och cancerterapi (Valencia och Kadoch, 2019)

För närvarande är mekanismerna som styr strukturen för kromatin och dess roll i sjukdomar kända. I denna process har utvecklingen av tekniker som möjliggör identifiering av uttryck av onkogena gener och upptäckten av terapeutiska mål varit nyckeln.

Några av de använda teknikerna är kromatinimmunutfällning följt av sekvensering (ChIP-sekv.), RNA-sekvensering (RNA-sekv.), Kromatinöverförbar analys med användning av sekvensering (ATAC-sekvens).

I framtiden kommer användningen av CRISPR - Cas9-teknik och RNA-störningar att spela en roll i utvecklingen av cancerterapier.

referenser

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M., … & Walter, P. (2013). Väsentlig cellbiologi. Garland Science.
2. Bolsaver, SR, Shephard, EA, White, HA, & Hyams, JS (2011). Cellbiologi: en kort kurs. John Wiley & Sons.
3. Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Cellen: Molekylär inställning. Medicinska naklada.
4. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2000). Molekylär cellbiologi 4: e upplagan. Nationellt centrum för bioteknikinformation, bokhylla.
5. Solomon, EP, Berg, LR, & Martin, DW (2011). Biologi (9: e upplagan). Brooks / Cole, Cengage Learning: USA.