ZELLBIOLOGIE: GESCHICHTE, WAS SIE STUDIERT, ANWENDUNGEN UND KONZEPTE - BIOLOGIE - 2025

Die Zellbiologie ist der Zweig der Biologie, der alle Aspekte des Zelllebens untersucht. Das heißt, mit der Struktur, Funktion, Entwicklung und dem Verhalten der Zellen, aus denen Lebewesen auf der Erde bestehen; Mit anderen Worten, alles, was seiner Geburt, seinem Leben und seinem Tod innewohnt.

Es ist eine Wissenschaft, die eine große Menge an Wissen integriert, darunter Biochemie, Biophysik, Molekularbiologie, Computerwissenschaften, Entwicklungs- und Verhaltensbiologie und Evolutionsbiologie, von denen jedes seinen eigenen Ansatz hat und ihre eigenen Experimentierstrategien zur Beantwortung spezifischer Fragen.

Silhouette eines Mikroskops (Quelle: Karen Arnold über Wikimedia Commons)

Da die Zelltheorie besagt, dass alle Lebewesen aus Zellen bestehen, unterscheidet die Zellbiologie nicht zwischen Tieren, Pflanzen, Bakterien, Archaeen, Algen oder Pilzen und kann sich auf einzelne Zellen oder auf Zellen konzentrieren, die zu Geweben und Organen von gehören das gleiche mehrzellige Individuum.

Da es sich um eine experimentelle Wissenschaft handelt (und nicht um eine deskriptive), hängt die Forschung in diesem Bereich der Biologie von den verfügbaren Methoden zur Untersuchung der Zell-Ultrastruktur und ihrer Funktionen (Mikroskopie, Zentrifugation, Kultur) ab in vitro usw.)

Geschichte der Zellbiologie

Einige Autoren gehen davon aus, dass die Geburt der Zellbiologie mit dem Aufkommen der von Schleiden und Schwann 1839 vorgeschlagenen Zelltheorie erfolgte.

Es ist jedoch wichtig zu berücksichtigen, dass die Zellen viele Jahre zuvor beschrieben und untersucht wurden, beginnend mit den ersten Befunden von Robert Hooke, der 1665 zum ersten Mal die Zellen sah, die das tote Gewebe eines Korkblatts bildeten. und weiter mit Antoni van Leeuwenhoek, der Jahre später Proben mit verschiedenen Mikroorganismen unter dem Mikroskop beobachtete.

Porträt von Robert Hooke (Quelle: Gustav VH, über Wikimedia Commons)

Nach der Arbeit von Hooke, Leeuwenhoek Schleiden und Schwann widmeten sich viele Autoren auch der Untersuchung von Zellen, mit denen Details zu ihrer inneren Struktur und Funktion verfeinert wurden: der Kern eukaryotischer Zellen, DNA und Chromosomen, Mitochondrien, endoplasmatisches Retikulum, Golgi-Komplex usw.

Mitte des 20. Jahrhunderts wurden auf dem Gebiet der Molekularbiologie erhebliche Fortschritte erzielt. Dies beeinflusste die Tatsache, dass in den 1950er Jahren auch die Zellbiologie ein beträchtliches Wachstum verzeichnete, da es in diesen Jahren möglich war, aus lebenden Organismen isolierte Zellen in vitro zu erhalten und zu vermehren.

Fortschritte in der Mikroskopie, Zentrifugation, Formulierung von Kulturmedien, Proteinreinigung, Identifizierung und Manipulation von mutierten Zelllinien, Experimente mit Chromosomen und Nukleinsäuren unter anderem bildeten einen Präzedenzfall für den raschen Fortschritt der Zellbiologie in die aktuelle Ära.

Was studierst du? (Studienobjekt)

Die Zellbiologie ist für die Untersuchung prokaryotischer und eukaryotischer Zellen verantwortlich. Er studiert die Prozesse seiner Ausbildung, seines Lebens und seines Todes. Es kann sich normalerweise auf Signalmechanismen und die Strukturierung von Zellmembranen sowie die Organisation des Zytoskeletts und der Zellpolarität konzentrieren.

Es untersucht auch die Morphogenese, dh die Mechanismen, die beschreiben, wie sich Zellen morphologisch entwickeln und wie sich Zellen, die im Laufe ihres Lebens "reifen" und sich verändern, im Laufe der Zeit verändern.

Hefezellen der Art Saccharomyces cerevisiae.

Die Zellbiologie umfasst Themen im Zusammenhang mit Mobilität und Energiestoffwechsel sowie der Dynamik und Biogenese ihrer inneren Organellen bei eukaryotischen Zellen (Kern, endoplasmatisches Retikulum, Golgi-Komplex, Mitochondrien, Chloroplasten, Lysosomen, Peroxisomen, Glykosomen, Vakuolen, Glyoxysomen usw.).

Es beinhaltet auch die Untersuchung von Genomen, ihrer Organisation und Kernfunktion im Allgemeinen.

In der Zellbiologie werden Form, Größe und Funktion der Zellen, aus denen alle lebenden Organismen bestehen, sowie die in ihnen ablaufenden chemischen Prozesse und die Wechselwirkung zwischen ihren zytosolischen Komponenten (und ihrer subzellulären Position) und untersucht Zellen mit ihrer Umgebung.

Grundlegende Konzepte in der Zellbiologie

Illustration der Teilung einer Zelle. Quelle: pixabay.com

Der Einstieg in die Zellbiologie ist eine einfache Aufgabe, wenn einige Grundkenntnisse oder wesentliche Konzepte berücksichtigt werden, da mit diesen und unter Verwendung der Vernunft die komplexe Welt der Zellen eingehend verstanden werden kann.

Zellen

Schema der beiden Zelltypen in der Natur: Eukaryoten und Prokaryoten. Die Hauptteile werden gezeigt und zeigen die Unterschiede zwischen ihnen (Quelle: Kein maschinenlesbarer Autor angegeben. Mortadelo2005 angenommen (basierend auf Urheberrechtsansprüchen). Über Wikimedia Commons)

Zu den grundlegenden Konzepten, die im Panorama berücksichtigt werden müssen, gehört die Vorstellung, dass Zellen die Grundeinheiten des Lebens sind, dh dass sie die "Blöcke" sind, die die Konstruktion von Organismen ermöglichen, die wir "leben" nennen können, und das alles Sie sind durch das Vorhandensein einer Membran von der extrazellulären Umgebung getrennt.

Unabhängig von ihrer Größe, Form oder Funktion in einem bestimmten Gewebe erfüllen alle Zellen dieselben Grundfunktionen, die Lebewesen charakterisieren: Sie wachsen, ernähren sich, interagieren mit der Umwelt und vermehren sich.

DNA

DNA-Molekül. Quelle: wikipedia.org

Obwohl es eukaryotische Zellen und prokaryotische Zellen gibt, die sich in Bezug auf ihre zytosolische Organisation grundlegend unterscheiden, enthält jede Zelle ausnahmslos Desoxyribonukleinsäure (DNA), ein Molekül, das " die strukturellen, morphologischen und funktionellen Ebenen “einer Zelle.

Cytosol

Diagramm einer Tierzelle und ihrer Teile. Das Cytosol ist unten benannt. (Quelle: Alejandro Porto über Wikimedia Commons)

Eukaryontische Zellen haben in ihrem Cytosol spezialisierte Organellen für verschiedene Funktionen, die zu ihren lebenswichtigen Prozessen beitragen. Diese Organellen produzieren Energie aus Nährstoffen, synthetisieren, verpacken und transportieren viele zelluläre Proteine ​​und importieren und verdauen große Partikel.

Zytoskelett

Zellen haben ein internes Zytoskelett, das die Form beibehält, die Bewegung und den Transport von Proteinen und den Organellen, die sie verwenden, steuert und die Bewegung oder Verschiebung der gesamten Zelle unterstützt.

Einzellige und mehrzellige Organismen

Es gibt einzellige und mehrzellige Organismen (deren Anzahl von Zellen sehr variabel ist). Zellbiologische Studien konzentrieren sich normalerweise auf "Modell" -Organismen, die nach dem Zelltyp (Prokaryoten oder Eukaryoten) und nach dem Typ des Organismus (Bakterien, Tiere oder Pflanzen) definiert wurden.

Die Gene

Gene sind Teil der Informationen, die in DNA-Molekülen kodiert sind, die in allen Zellen der Erde vorhanden sind.

Diese erfüllen nicht nur Funktionen bei der Speicherung und dem Transport der Informationen, die zur Bestimmung der Sequenz eines Proteins erforderlich sind, sondern üben auch wichtige regulatorische und strukturelle Funktionen aus.

Zellbiologische Anwendungen

Es gibt eine Vielzahl von Anwendungen für die Zellbiologie in Bereichen wie Medizin, Biotechnologie und Umwelt. Hier sind einige Anwendungen:

Fluoreszierende In-situ-Färbung und Hybridisierung (FISH) von Chromosomen können chromosomale Translokationen in Krebszellen nachweisen.

Die Technologie der Microarrays von DNA "Chip" ermöglicht es, die Kontrolle der Genexpression von Hefe während ihres Wachstums zu kennen. Diese Technologie wurde verwendet, um die Expression menschlicher Gene in verschiedenen Geweben und Krebszellen zu verstehen.

Fluoreszenzmarkierte Antikörper, die gegen intermediäre Filamentproteine ​​spezifisch sind, ermöglichen es, das Gewebe zu kennen, aus dem ein Tumor stammt. Diese Informationen helfen dem Arzt bei der Auswahl der am besten geeigneten Behandlung zur Bekämpfung des Tumors.

Verwendung von grün fluoreszierendem Protein (GFP) zur Lokalisierung von Zellen in einem Gewebe. Unter Verwendung der rekombinanten DNA-Technologie wird das GFP-Gen in spezifische Zellen eines vollständigen Tieres eingeführt.

Aktuelle Forschungsbeispiele in der Zellbiologie

Zwei Beispiele für Artikel, die in der Zeitschrift Nature Cell Biology Review veröffentlicht wurden, wurden ausgewählt. Dies sind die folgenden:

Rolle der epigenetischen Vererbung bei Tieren (Pérez und Ben Lehner, 2019)

Es wurde entdeckt, dass andere Moleküle zusätzlich zur Genomsequenz Informationen zwischen Generationen übertragen können. Diese Informationen können durch die physiologischen und Umweltbedingungen früherer Generationen verändert werden.

Somit gibt es Informationen in der DNA, die nicht mit der Sequenz assoziiert sind (kovalente Modifikationen von Histonen, DNA-Methylierung, kleine RNAs) und Informationen unabhängig vom Genom (Mikrobiom).

Bei Säugetieren beeinflusst Mangelernährung oder gute Ernährung den Glukosestoffwechsel der Nachkommen. Väterliche Wirkungen werden nicht immer durch Gameten vermittelt, sondern können indirekt durch die Mutter wirken.

Bakterien können durch die Mutter über den Geburtskanal oder durch Stillen vererbt werden. Bei Mäusen führt eine ballaststoffarme Ernährung über Generationen zu einer Abnahme der taxonomischen Vielfalt des Mikrobioms. Schließlich tritt das Aussterben von Subpopulationen von Mikroorganismen auf.

Chromatinregulation und Krebstherapie (Valencia und Kadoch, 2019)

Derzeit sind die Mechanismen bekannt, die die Struktur des Chromatins und seine Rolle bei Krankheiten steuern. In diesem Prozess war die Entwicklung von Techniken, mit denen die Expression onkogener Gene identifiziert und therapeutische Ziele entdeckt werden können, von zentraler Bedeutung.

Einige der verwendeten Techniken sind Immunpräzipitation von Chromatin, gefolgt von Sequenzierung (ChIP-seq), RNA-Sequenzierung (RNA-seq), transpoaccessible Chromatin-Assay unter Verwendung von Sequenzierung (ATAC-seq).

In Zukunft wird der Einsatz der CRISPR-Cas9-Technologie und der RNA-Interferenz eine Rolle bei der Entwicklung von Krebstherapien spielen.

Verweise

1. B. Alberts, D. Bray, K. Hopkin, AD Johnson, J. Lewis, M. Raff,… & P. ​​Walter (2013). Essentielle Zellbiologie. Garland Science.
2. Bolsaver, SR, Shephard, EA, White, HA & Hyams, JS (2011). Zellbiologie: ein kurzer Kurs. John Wiley & Sons.
3. Cooper, GM & Hausman, RE (2004). Die Zelle: Molekularer Ansatz. Medicinska Naklada.
4. H. Lodish, A. Berk, SL Zipursky, P. Matsudaira, D. Baltimore & J. Darnell (2000). Molekulare Zellbiologie 4. Auflage. Nationales Zentrum für biotechnologische Informationen, Bücherregal.
5. Solomon, EP, Berg, LR & Martin, DW (2011). Biology (9. Aufl.). Brooks / Cole, Cengage Learning: USA.