LĄSTELIŲ BIOLOGIJA: ISTORIJA, JOS TYRIMAS, TAIKYMAI IR SĄVOKOS - BIOLOGIJA - 2025

Ląstelės biologija yra biologijos šaka, tiria visus ląstelių gyvenimo aspektus. Tai yra, atsižvelgiant į ląstelių, sudarančių gyvas būtybes žemėje, struktūrą, funkcijas, evoliuciją ir elgesį; kitaip tariant, viskas, kas būdinga jo gimimui, gyvenimui ir mirčiai.

Tai yra mokslas, sujungiantis daug žinių, iš kurių išsiskiria biochemija, biofizika, molekulinė biologija, skaičiavimo mokslai, raidos ir elgesio biologija bei evoliucinė biologija, kurių kiekvienas turi savo požiūrį ir savo eksperimentavimo strategijas, kad atsakytų į konkrečius klausimus.

Mikroskopo siluetas (Šaltinis: Karen Arnold per Wikimedia Commons)

Kadangi ląstelių teorija teigia, kad visi gyvi daiktai yra sudaryti iš ląstelių, ląstelių biologijoje nėra atskirti gyvūnai, augalai, bakterijos, archaja, dumbliai ar grybeliai ir ji gali sutelkti dėmesį į atskiras ląsteles arba į ląsteles, priklausančias audiniams ir organams. tas pats daugialąstis individas.

Taigi, kadangi tai yra eksperimentinis mokslas (o ne aprašomasis), šios biologijos šakos tyrimai priklauso nuo turimų ląstelių ultrastruktūros ir jos funkcijų (mikroskopijos, centrifugavimo, kultūros) tyrimo metodų. in vitro ir kt.)

Ląstelių biologijos istorija

Kai kurie autoriai mano, kad ląstelių biologijos gimimas įvyko atsiradus ląstelių teorijai, kurią 1839 m. Pasiūlė Schleidenas ir Schwannas.

Tačiau svarbu atsižvelgti į tai, kad ląstelės buvo aprašytos ir ištirtos daug metų anksčiau, pradedant nuo pirmųjų Roberto Hooke'o atradimų, kurie 1665 m. Pirmą kartą pamatė ląsteles, sudarančias negyvą kamščio lapo audinį; ir tęsdami Antoni van Leeuwenhoek, kuris po metų mikroskopu stebėjo įvairių mikroorganizmų mėginius.

Roberto Huko portretas (Šaltinis: Gustavas VH, per „Wikimedia Commons“)

Po Hooke'o, Leeuwenhoek Schleideno ir Schwann'o darbo, daugelis autorių taip pat atsidavė ląstelių tyrinėjimo uždaviniui, kuriuo buvo patikslintos jų vidinės struktūros ir funkcionavimo detalės: eukariotų ląstelių branduolys, DNR. ir chromosomos, mitochondrijos, endoplazminis retikulumas, Golgi kompleksas ir kt.

XX amžiaus viduryje molekulinės biologijos srityje padaryta didelė pažanga. Tai turėjo įtakos tam, kad šeštajame dešimtmetyje ląstelių biologija taip pat sparčiai augo, nes tais metais buvo įmanoma išlaikyti ir padauginti ląsteles in vitro, atskirtas nuo gyvų organizmų.

Pažanga atliekant mikroskopiją, centrifugavimą, auginimo terpių formavimą, baltymų gryninimą, mutantinių ląstelių linijų identifikavimą ir manipuliavimą jomis, eksperimentai su chromosomomis ir nukleorūgštimis, be kita ko, sudarė precedentą greitam ląstelių biologijos progresui į dabartinė era.

Ką tu studijuoji? (tyrimo objektas)

Ląstelių biologija yra atsakinga už prokariotų ir eukariotų ląstelių tyrimus; jis tiria savo formavimosi procesus, gyvenimą ir mirtį. Paprastai tai gali sutelkti dėmesį į signalizacijos mechanizmus ir ląstelių membranų struktūrizavimą, taip pat į citoskeleto ir ląstelės poliškumo organizavimą.

Taip pat tiriama morfogenezė, tai yra mechanizmai, apibūdinantys, kaip ląstelės vystosi morfologiškai ir kaip laikui bėgant keičiasi ląstelės, kurios „subręsta“ ir transformuojasi visą savo gyvenimą.

Saccharomyces cerevisiae rūšies mielių ląstelės.

Į ląstelių biologiją įtraukiamos temos, susijusios su mobilumu ir energijos apykaita, taip pat su jų vidinių organelių dinamika ir biogeneze, jei tai eukariotinės ląstelės (branduolys, endoplazminis retikulumas, Golgi kompleksas, mitochondrijos, chloroplastai, lizosomos, peroksisomos, glikozomos, vakuolės, glikoksizomos ir kt.).

Tai taip pat apima genomų, jų organizavimo ir apskritai branduolinių funkcijų tyrimą.

Ląstelių biologijoje tiriama ląstelių, sudarančių visus gyvus organizmus, forma, dydis ir funkcijos, taip pat juose vykstantys cheminiai procesai ir jų citozolinių komponentų (ir jų tarpląstelinės vietos) sąveika ir ląstelės su savo aplinka.

Esminės ląstelių biologijos sąvokos

Ląstelės padalijimo iliustracija. Šaltinis: pixabay.com

Įėjimas į ląstelių biologijos sritį yra nesudėtingas uždavinys, kai atsižvelgiama į kai kurias pagrindines žinias ar esmines sąvokas, nes, vartojant jas ir protas, įmanoma giliau suprasti sudėtingą ląstelių pasaulį.

Ląstelės

Dviejų rūšių ląstelių schema gamtoje: eukariotai ir prokariotai. Parodytos pagrindinės dalys, parodytos skirtumai tarp jų (Šaltinis: nepateiktas mašininio skaitymo autorius. Prisiimta „Mortadelo2005“ (pagrįsta autorių teisių paraiškomis). Per „Wikimedia Commons“)

Tarp pagrindinių sąvokų, į kurias būtina atsižvelgti panoramoje, yra nuostata, kad ląstelės yra pagrindiniai gyvybės vienetai, tai yra, kad jos yra „blokai“, leidžiančios konstruoti organizmus, kuriuos galime pavadinti „gyvais“, ir kad visi jie yra atskirti nuo tarpląstelinės aplinkos dėl membranos buvimo.

Nepriklausomai nuo dydžio, formos ar funkcijos konkrečiame audinyje, visos ląstelės atlieka tas pačias pagrindines funkcijas, kurios apibūdina gyvus dalykus: jos auga, maitinasi, sąveikauja su aplinka ir dauginasi.

DNR

DNR molekulė. Šaltinis: wikipedia.org

Nors yra eukariotų ir prokariotinių ląstelių, kurios iš esmės skiriasi citozolinės struktūros atžvilgiu, kad ir kokias ląsteles galvotumėte, visose be išimties jų viduje yra dezoksiribonukleino rūgštis (DNR), molekulė, kurioje yra „ ląstelės struktūrinės, morfologinės ir funkcinės plokštumos.

Citozolis

Gyvūno ląstelės ir jos dalių schema. Citozolis pavadintas apačioje. (Šaltinis: Alejandro Porto per „Wikimedia Commons“)

Eukariotų ląstelės citozolyje turi specializuotų organelių, skirtų skirtingoms funkcijoms, kurios prisideda prie jų gyvybinių procesų. Šie organeliai vykdo energijos gamybą iš maistinių medžiagų, daugelio ląstelių baltymų sintezę, pakavimą ir transportavimą, taip pat didelių dalelių importą ir virškinimą.

Citoskeletas

Ląstelės turi vidinį citoskeletą, kuris palaiko formą, vadovauja baltymų ir juos naudojančių organelių judėjimui ir pernešimui, taip pat padeda judėti arba išjudinti visą ląstelę.

Vienaląsčiai ir daugialąsteliai organizmai

Yra vienaląsčių ir daugialąsčių organizmų (kurių ląstelių skaičius labai kinta). Ląstelių biologijos tyrimai paprastai sutelkiami į „modelinius“ organizmus, kurie nustatomi pagal ląstelės tipą (prokariotai ar eukariotai) ir pagal organizmo tipą (bakterijos, gyvūnas ar augalas).

Genai

Genai yra dalis informacijos, užkoduotos DNR molekulėse, esančiose visose žemės ląstelėse.

Jie ne tik atlieka informacijos kaupimo ir gabenimo funkcijas, būtinas baltymo sekai nustatyti, bet ir atlieka svarbias reguliavimo ir struktūrines funkcijas.

Ląstelių biologijos taikymai

Yra daugybė ląstelių biologijos taikymo sričių, tokių kaip medicina, biotechnologijos ir aplinka. Čia yra keletas programų:

Fluorescencinis dažymas in situ ir chromosomų hibridizacija (FISH) gali aptikti chromosomų translokacijas vėžio ląstelėse.

DNR „mikroschemos“ mikropaveikslų technologija leidžia žinoti mielių genų ekspresijos kontrolę jų augimo metu. Ši technologija buvo naudojama suprasti žmogaus genų raišką skirtinguose audiniuose ir vėžio ląstelėse.

Fluorescencija pažymėti antikūnai, specifiški prieš tarpinius siūlinius baltymus, leidžia pažinti audinį, iš kurio atsirado navikas. Ši informacija padeda gydytojui pasirinkti tinkamiausią gydymą kovai su naviku.

Žaliųjų fluorescencinių baltymų (GFP) panaudojimas audinio ląstelėms nustatyti. Naudojant rekombinantinės DNR technologiją, GFP genas įvedamas į specifines viso gyvūno ląsteles.

Naujausi ląstelių biologijos tyrimų pavyzdžiai

Buvo pasirinkti du straipsniai, publikuoti žurnale „Nature Cell Biology Review“. Tai yra šie:

Epigenetinio paveldėjimo vaidmuo gyvūnams (Pérez and Ben Lehner, 2019)

Išsiaiškinta, kad kitos molekulės, be genomo sekos, gali perduoti informaciją iš kartos į kitą. Šią informaciją gali pakeisti ankstesnių kartų fiziologinės ir aplinkos sąlygos.

Taigi DNR yra informacijos, nesusijusios su seka (kovalentiniai histonų modifikacijos, DNR metilinimas, mažos RNR) ir informacijos, nepriklausomos nuo genomo (mikrobiomo).

Žinduoliams netinkama mityba ar gera mityba turi įtakos palikuonių gliukozės metabolizmui. Tėvų poveikį ne visada suformuoja gametos, tačiau jos gali veikti netiesiogiai per motiną.

Bakterijos gali būti paveldimos per motiną per gimdymo kanalą arba maitinant krūtimi. Pelėms dieta, kurioje mažai skaidulų, sumažina mikrobiomų taksonominę įvairovę per kartas. Galų gale išnyksta mikroorganizmų porūšiai.

Chromatino reguliavimas ir vėžio terapija (Valensija ir Kadochas, 2019 m.)

Šiuo metu yra žinomi mechanizmai, kurie valdo chromatino struktūrą ir jo vaidmenį sergant liga. Šiame procese svarbiausia buvo kurti metodus, leidžiančius identifikuoti onkogeninių genų ekspresiją ir aptikti terapinius taikinius.

Kai kurie naudojami metodai yra chromatino imuninis nusodinimas, po kurio seka (ChIP-seq), RNR seka (RNA-seq), prieinamas chromatino tyrimas, naudojant seka (ATAC-seq).

Ateityje CRISPR - Cas9 technologijos naudojimas ir RNR įsikišimas vaidins svarbų vaidmenį kuriant vėžio terapiją.

Nuorodos

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… ir Walter, P. (2013). Esminė ląstelių biologija. Girlianda mokslas.
2. Bolsaver, SR, Shephard, EA, White, HA, & Hyams, JS (2011). Ląstelių biologija: trumpas kursas. Johnas Wiley ir sūnūs.
3. Cooperis, GM ir Hausmanas, RE (2004). Ląstelė: molekulinis požiūris. Medicinska naklada.
4. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., ir Darnell, J. (2000). Molekulinių ląstelių biologija, 4-asis leidimas. Nacionalinis biotechnologijų informacijos centras, knygų lentyna.
5. Saliamonas, EP, Bergas, LR ir Martinas, DW (2011). Biologija (9-asis leidimas). Brooks / Cole, Cengage mokymasis: JAV.