CELLEBIOLOGI: HISTORIE, HVA DEN STUDERER, ANVENDELSER OG KONSEPTER - BIOLOGI - 2026

The Cell Biology er den grenen av biologi som studerer alle aspekter av celle livet. Det vil si med strukturen, funksjonen, evolusjonen og atferden til cellene som utgjør levende vesener på jorden; med andre ord alt som ligger i hans fødsel, liv og død.

Det er en vitenskap som integrerer en stor mengde kunnskap, hvor blant annet biokjemi, biofysikk, molekylærbiologi, beregningsvitenskap, utviklings- og atferdsbiologi og evolusjonsbiologi skiller seg ut, hver med sin egen tilnærming og sine egne eksperimentstrategier for å svare på spesifikke spørsmål.

Silhuett av et mikroskop (Kilde: Karen Arnold via Wikimedia Commons)

Siden celleteorien sier at alle levende ting er sammensatt av celler, skiller ikke cellebiologi mellom dyr, planter, bakterier, archaea, alger eller sopp og kan fokusere på individuelle celler eller på celler som tilhører vev og organer fra det samme flercellede individet.

Siden det er en eksperimentell vitenskap (snarere enn beskrivende), avhenger forskning innen denne grenen av biologi av metodene som er tilgjengelige for studier av cellulær ultrastruktur og dens funksjoner (mikroskopi, sentrifugering, kultur in vitro osv.)

Historie om cellebiologi

Noen forfattere vurderer at fødselen av cellebiologi skjedde med ankomsten av celleteorien foreslått av Schleiden og Schwann i 1839.

Det er imidlertid viktig å ta hensyn til at cellene ble beskrevet og studert mange år tidligere, og begynte med de første funnene til Robert Hooke som i 1665 for første gang så cellene som utgjorde det døde vevet i et korkark; og fortsatte med Antoni van Leeuwenhoek, som år senere observerte prøver med forskjellige mikroorganismer under mikroskopet.

Portrett av Robert Hooke (Kilde: Gustav VH, via Wikimedia Commons)

Etter arbeidet med Hooke, Leeuwenhoek Schleiden og Schwann, viet mange forfattere seg også til oppgaven med å studere celler, som detaljer ble foredlet med hensyn til deres indre struktur og funksjon: kjernen til eukaryote celler, DNA og kromosomer, mitokondrier, endoplasmatisk retikulum, Golgi-kompleks, etc.

I midten av det 20. århundre hadde feltet molekylærbiologi betydelig fremgang. Dette påvirket at cellebiologien i løpet av 1950-årene også opplevde betydelig vekst, ettersom det i løpet av disse årene var mulig å opprettholde og formere celler in vitro, isolert fra levende organismer.

Fremskritt innen mikroskopi, sentrifugering, formulering av kulturmedier, proteinrensing, identifikasjon og manipulering av mutante cellelinjer, eksperimentering med kromosomer og nukleinsyrer, gir blant annet en presedens for den raske fremskritt for cellebiologi til nåtid.

Hva studerer du? (gjenstand for studien)

Cellebiologi er ansvarlig for studiet av prokaryote og eukaryote celler; han studerer prosessene i formasjonen, livet og døden. Det kan vanligvis fokusere på signaliseringsmekanismer og strukturering av cellemembraner, samt organisering av cytoskjelettet og cellepolaritet.

Den studerer også morfogenese, det vil si mekanismene som beskriver hvordan celler utvikler seg morfologisk og hvordan celler som "modnes" og transformerer seg gjennom livet endrer seg over tid.

Gjærceller av arten Saccharomyces cerevisiae.

Cellebiologi inkluderer emner relatert til mobilitet og energimetabolisme, så vel som dynamikken og biogenesen av deres indre organeller, i tilfelle av eukaryote celler (kjerner, endoplasmatisk retikulum, Golgi-kompleks, mitokondrier, kloroplast, lysosomer, peroksisomer, glykosomer, vakuoler, glyoksysomer, etc.).

Det involverer også studiet av genomer, deres organisering og kjernefunksjon generelt.

I cellebiologi studeres formen, størrelsen og funksjonen til cellene som utgjør alle levende organismer, samt de kjemiske prosessene som oppstår inne i dem og samspillet mellom deres cytosoliske komponenter (og deres subcellulære beliggenhet) og celler med sitt miljø.

Viktige konsepter i cellebiologi

Illustrasjon av delingen av en celle. Kilde: pixabay.com

Å komme inn i feltet biologi er en enkel oppgave når man tar hensyn til noen grunnleggende kunnskaper eller essensielle begreper, siden det med disse og med bruk av fornuft er mulig å forstå i dybden den komplekse verdenen av celler.

celler

Oppsett av de to cellene i naturen: eukaryoter og prokaryoter. Hoveddelene vises, og viser forskjellene mellom dem (Kilde: Ingen maskinlesbar forfatter gitt. Mortadelo2005 antatt (basert på copyright-krav). Via Wikimedia Commons)

Blant de grunnleggende konseptene som må tas i betraktning i panoramaet er oppfatningen om at celler er de grunnleggende enhetene i livet, det vil si at de er "blokkene" som tillater konstruksjon av organismer som vi kan kalle "levende" og at alle de er atskilt fra det ekstracellulære miljøet takket være tilstedeværelsen av en membran.

Uansett størrelse, form eller funksjon i et spesifikt vev, utfører alle celler de samme grunnleggende funksjonene som kjennetegner levende ting: de vokser, mater, interagerer med miljøet og reproduserer.

DNA

DNA-molekyl. Kilde: wikipedia.org

Selv om det er eukaryote celler og prokaryote celler, som er grunnleggende forskjellige med hensyn til deres cytosoliske organisering, har uansett hvilken celle man har i tankene, deoksyribonukleinsyre (DNA) inni seg, et molekyl som huser " strukturelle, morfologiske og funksjonelle plan ”av en celle.

cytosol

Diagram over en dyrecelle og dens deler. Cytosol er navngitt i bunnen. (Kilde: Alejandro Porto via Wikimedia Commons)

Eukaryote celler har spesialiserte organeller i sin cytosol for forskjellige funksjoner som bidrar til deres vitale prosesser. Disse organellene driver energiproduksjon fra næringsstoff, syntese, pakking og transport av mange cellulære proteiner, og også import og fordøyelse av store partikler.

cytoskjelettet

Celler har et internt cytoskjelett som opprettholder formen, styrer bevegelse og transport av proteiner og organellene som bruker dem, samt hjelper til med bevegelse eller fortrengning av hele cellen.

Enscellulære og flercellede organismer

Det er encellede og flercellede organismer (hvis antall celler er svært varierende). Cellebiologistudier fokuserer vanligvis på "modell" -organismer, som er definert i henhold til celletypen (prokaryoter eller eukaryoter) og i henhold til typen organisme (bakterier, dyr eller planter).

Genene

Gener er en del av informasjonen som er kodet i DNA-molekyler som er til stede i alle celler på jorden.

Disse oppfyller ikke bare funksjoner i lagring og transport av informasjonen som er nødvendig for å bestemme sekvensen til et protein, men utøver også viktige regulatoriske og strukturelle funksjoner.

Cellebiologi-applikasjoner

Det finnes et stort antall applikasjoner for cellebiologi innen felt som medisin, bioteknologi og miljøet. Her er noen programmer:

Fluorescerende situasjonsfarging og hybridisering (FISH) av kromosomer kan oppdage kromosomale translokasjoner i kreftceller.

Teknologien til mikroarrayene av DNA "chip" gjør det mulig å kjenne kontrollen til genuttrykk av gjær under dens vekst. Denne teknologien har blitt brukt for å forstå uttrykk for menneskelige gener i forskjellige vev og kreftceller.

Fluorescensmerkede antistoffer, spesifikke mot mellomliggende filamentproteiner, gjør det mulig å kjenne til vevet som en tumor stammer fra. Denne informasjonen hjelper legen med å velge den mest passende behandlingen for å bekjempe svulsten.

Bruk av grønt lysstoffrør (GFP) for å lokalisere celler i et vev. Ved bruk av rekombinant DNA-teknologi blir GFP-genet introdusert i spesifikke celler fra et komplett dyr.

Nyere forskningseksempler i cellebiologi

To eksempler på artikler publisert i tidsskriftet Nature Cell Biology Review ble valgt. Dette er følgende:

Rollen til epigenetisk arv hos dyr (Pérez og Ben Lehner, 2019)

Det har blitt oppdaget at andre molekyler, i tillegg til genomsekvensen, kan overføre informasjon mellom generasjoner. Denne informasjonen kan modifiseres av fysiologiske og miljømessige forhold fra tidligere generasjoner.

Således er det informasjon i DNAet som ikke er assosiert med sekvensen (kovalente modifikasjoner av histoner, DNA-metylering, små RNA) og informasjon uavhengig av genomet (mikrobiom).

Hos pattedyr påvirker underernæring eller god ernæring avkommet glukosemetabolismen. Faderlige effekter blir ikke alltid formidlet av gameter, men de kan virke indirekte gjennom moren.

Bakterier kan arves gjennom moren gjennom fødselskanalen, eller gjennom amming. Hos mus gir en diett med lite fiber en reduksjon i det taksonomiske mangfoldet av mikrobiomet gjennom generasjoner. Etter hvert forekommer utryddelsen av subpopulasjoner av mikroorganismer.

Kromatregulering og kreftterapi (Valencia og Kadoch, 2019)

For øyeblikket er mekanismene som styrer strukturen til kromatin og dens rolle i sykdommer kjent. I denne prosessen har utvikling av teknikker som gjør det mulig å identifisere uttrykk av onkogene gener og oppdagelsen av terapeutiske mål vært nøkkelen.

Noen av teknikkene som brukes er kromatinimmunutfelling etterfulgt av sekvensering (ChIP-sekv.), RNA-sekvensering (RNA-sekv.), Kromatin-transponerbar analyse ved bruk av sekvensering (ATAC-sekv.).

I fremtiden vil bruk av CRISPR - Cas9-teknologi og RNA-interferens spille en rolle i utviklingen av kreftbehandlinger.

referanser

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M., … & Walter, P. (2013). Essensiell cellebiologi. Garland Science.
2. Bolsaver, SR, Shephard, EA, White, HA, & Hyams, JS (2011). Cellebiologi: et kort kurs. John Wiley & Sons.
3. Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Cellen: Molekylær tilnærming. Medicinska naklada.
4. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2000). Molecular cell biology 4. utgave. Nasjonalt senter for informasjon om bioteknologi, bokhylle.
5. Solomon, EP, Berg, LR, & Martin, DW (2011). Biologi (9. utg.). Brooks / Cole, Cengage Learning: USA.