ЋЕЛИЈСКА БИОЛОГИЈА: ИСТОРИЈА, ШТА ПРОУЧАВА, ПРИМЕНА И КОНЦЕПТИ - БИОЛОГИЈА - 2025

Биологија ћелије је грана биологије која проучава све аспекте живота ћелије. То јест, са структуром, функцијом, еволуцијом и понашањем ћелија које чине жива бића на земљи; другим речима, све што је својствено његовом рођењу, животу и смрти.

То је наука која обједињује велику количину знања, међу којима се истичу биохемија, биофизика, молекуларна биологија, рачунарске науке, развојна и бихевиорална биологија и еволуциона биологија, а свака од њих има свој приступ и сопствене стратегије експериментирања да одговоре на конкретна питања.

Силуета микроскопа (Извор: Карен Арнолд преко Викимедиа Цоммонс)

Пошто ћелијска теорија каже да су сва жива бића сачињена од ћелија, ћелијска биологија не прави разлику између животиња, биљака, бактерија, археја, алги или гљивица и може се усредсредити на поједине ћелије или ћелије које припадају ткивима и органима иста вишећелијска јединка.

Дакле, будући да је то експериментална наука (пре него дескриптивна), истраживање у овој грани биологије зависи од метода доступних за проучавање ћелијске ултраструктуре и њених функција (микроскопија, центрифугирање, култура ин витро итд.)

Историја ћелијске биологије

Неки аутори сматрају да се рођење ћелијске биологије десило појавом ћелијске теорије коју су предложиле Сцхлеиден и Сцхванн 1839.

Међутим, важно је узети у обзир да су ћелије описане и проучаване много година раније, почевши од првих налаза Роберта Хоокеа који је 1665. године први пут видео ћелије које су чиниле мртво ткиво плута; и наставља са Антонијем ван Лееувенхоеком, који је годинама касније под микроскопом посматрао узорке са различитим микроорганизмима.

Портрет Роберта Хоокеа (Извор: Густав ВХ, виа Викимедиа Цоммонс)

Након рада Хоокеа, Лееувенхоека Сцхлеиден-а и Сцхванна, многи аутори су се такође посветили задатку проучавања ћелија, којим су прецизирани детаљи у вези са њиховом унутрашњом структуром и функционисањем: језгро еукариотских ћелија, ДНК и хромозоми, митохондрији, ендоплазматски ретикулум, Голгијев комплекс итд.

Средином 20. века област молекуларне биологије имала је значајан напредак. То је утицало на чињеницу да је током 1950-их ћелијска биологија такође имала значајан раст, јер је тих година било могуће одржавати и умножавати ћелије ин витро, изоловане од живих организама.

Напредак у микроскопији, центрифугирању, формулацији медијума за културу, пречишћавању протеина, идентификацији и манипулисању мутираним ћелијским линијама, експериментисању са хромозомима и нуклеинским киселинама, између осталог, поставили су преседан за брзо напредовање ћелијске биологије ка тренутна ера.

Шта учиш? (предмет проучавања)

Ћелијска биологија је одговорна за проучавање прокариотских и еукариотских ћелија; проучава процесе свог формирања, његов живот и смрт. Обично се може усредсредити на сигналне механизме и структуру ћелијских мембрана, као и на организацију цитоскелета и ћелијског поларитета.

Такође проучава морфогенезу, односно механизме који описују како се ћелије развијају морфолошки и како се ћелије које „сазревају“ и трансформишу се током живота мењају се током времена.

Ћелије квасца врсте Саццхаромицес церевисиае.

Ћелијска биологија обухвата теме везане за покретљивост и метаболизам енергије, као и динамику и биогенезу њихових унутрашњих органела, у случају еукариотских ћелија (језгра, ендоплазматски ретикулум, Голгијев комплекс, митохондрије, хлоропласти, лизосоми, пероксисоми, гликозоми, вакуоли, глиоксизоми итд.).

Такође укључује проучавање генома, њихову организацију и нуклеарну функцију уопште.

У ћелијској биологији проучавају се облик, величина и функција ћелија које чине сви живи организми, као и хемијски процеси који се дешавају у њима и интеракција између њихових цитосолних компоненти (и њихове ћелијске ћелије) и ћелије са околином.

Основни појмови у ћелијској биологији

Илустрација поделе ћелије. Извор: пикабаи.цом

Улазак у поље ћелијске биологије једноставан је задатак када се узму у обзир нека основна знања или суштински појмови, јер је помоћу њих и употребом разума могуће дубински разумети сложени свет ћелија.

Ћелије

Шема две врсте ћелија у природи: еукариоти и прокариоти. Приказани су главни делови, показујући разлике међу њима (Извор: Није приложен ауторски читљив аутор. Претпостављено је Мортадело2005 (на основу захтева о ауторским правима). Виа Викимедиа Цоммонс)

Међу основним концептима које морамо узети у обзир у панорами је концепција да су ћелије основне јединице живота, односно да су оне „блокови“ који омогућавају изградњу организама које можемо назвати „живима“ и да су сви одвојене су од ванћелијске средине захваљујући присуству мембране.

Без обзира на њихову величину, облик или функцију у одређеном ткиву, све ћелије врше исте основне функције које карактеришу жива бића: расту, хране се, делују у окружењу и размножавају се.

ДНК

ДНК молекул. Извор: википедиа.орг

Иако постоје еукариотске ћелије и прокариотске ћелије, које су у основи различите у односу на њихову цитосолну организацију, без обзира на то шта ћелија има на уму, све, без изузетка, имају деоксирибонуклеинску киселину (ДНК) у себи, молекул који чува " структурне, морфолошке и функционалне равни “ћелије.

Цитосол

Дијаграм животињске ћелије и њених делова. Цитосол је назван на дну. (Извор: Алејандро Порто преко Викимедиа Цоммонс)

Еукариотске ћелије имају специјализоване органеле у свом цитосолу за различите функције које доприносе њиховим виталним процесима. Ови органели врше производњу енергије из хранљивих материја, синтезу, паковање и транспорт многих ћелијских протеина, као и увоз и варење великих честица.

Цитоскелет

Ћелије имају унутрашњи цитоскелет који одржава облик, усмерава кретање и транспорт протеина и органела које их користе, као и помажући у кретању или премештању целе ћелије.

Једноћелијски и вишећелијски организми

Постоје једноцелични и вишећелијски организми (чији је број ћелија врло променљив). Студије биолошке ћелије обично се фокусирају на „моделне“ организме, који су дефинисани према врсти ћелије (прокариоти или еукариоти) и према типу организма (бактерије, животиње или биљке).

Гени

Гени су део информација кодираних у молекулама ДНК које су присутне у свим ћелијама на земљи.

Они не само да испуњавају функције у чувању и транспорту информација потребних за утврђивање редоследа протеина, већ такође врше важне регулаторне и структурне функције.

Примене ћелијске биологије

Постоји велики број примена за ћелијску биологију у областима као што су медицина, биотехнологија и околина. Ево неких апликација:

Флуоресцентно бојење ин ситу и хибридизација (ФИСХ) хромозома могу открити хромозомске транслокације у ћелијама рака.

Технологија микрорачуна ДНК „чипа“ омогућава да се контролише експресија гена квасца током његовог раста. Ова технологија је коришћена за разумевање експресије људских гена у различитим ткивима и ћелијама рака.

Антитела обележена флуоресценцијом, специфична против протеина средњег филамента, омогућавају сазнање ткива из кога је настао тумор. Ове информације помажу љекару да одабере најприкладнији третман за борбу против тумора.

Употреба зеленог флуоресцентног протеина (ГФП) за локализацију ћелија унутар ткива. Користећи рекомбинантну ДНК технологију, ГФП ген се уводи у специфичне ћелије комплетне животиње.

Недавни примери истраживања у ћелијској биологији

Изабрана су два примера чланака објављених у часопису Натуре Целл Биологи Ревиев. То су следећи:

Улога епигенетског насљеђивања код животиња (Перез и Бен Лехнер, 2019)

Откривено је да и други молекули, поред секвенце генома, могу преносити информације између генерација. Ове информације се могу модификовати физиолошким и окружењем претходних генерација.

Дакле, у ДНК постоје информације које нису повезане са секвенцом (ковалентне модификације хистона, метилацијом ДНК, малим РНК) и информацијама независним од генома (микробиом).

Код сисара потхрањеност или добра исхрана утичу на метаболизам глукозе у потомству. Очински ефекти нису увек посредовани гаметама, али они могу деловати индиректно преко мајке.

Бактерије се могу наслиједити путем мајке кроз порођајни канал, или дојењем. Код мишева начин исхране који садржи мало влакана ствара смањење таксономске разноликости микробиома кроз генерације. На крају долази до изумирања субпопулација микроорганизама.

Регулација хроматина и терапија против рака (Валенциа и Кадоцх, 2019)

Тренутно су познати механизми који управљају структуром хроматина и његовом улогом у болести. У овом процесу кључни је био развој техника које омогућавају идентификацију експресије онкогених гена и откривање терапијских циљева.

Неке од коришћених техника су имунопреципитација хроматина, праћена секвенцирањем (ЦхИП-сек), секвенцирањем РНК (РНА-сек), транспо приступачним хроматинским тестом коришћењем секвенцирања (АТАЦ-сек).

У будућности ће употреба ЦРИСПР - Цас9 технологије и интерференције РНА имати улогу у развоју терапија рака.

Референце

1. Албертс, Б., Браи, Д., Хопкин, К., Јохнсон, АД, Левис, Ј., Рафф, М.,… и Валтер, П. (2013). Основна ћелијска биологија. Гарланд Сциенце.
2. Болсавер, СР, Схепхард, ЕА, Вхите, ХА и Хиамс, ЈС (2011). Ћелијска биологија: кратак курс. Јохн Вилеи & Сонс.
3. Цоопер, ГМ и Хаусман, РЕ (2004). Ћелија: Молекуларни приступ. Медицинска наклада.
4. Лодисх, Х., Берк, А., Зипурски, СЛ, Матсудаира, П., Балтиморе, Д., и Дарнелл, Ј. (2000). Молекуларна ћелијска биологија, четврто издање. Национални центар за информације о биотехнологији, полица за књиге.
5. Соломон, ЕП, Берг, ЛР и Мартин, ДВ (2011). Биологија (9. изд.). Броокс / Цоле, Ценгаге Леарнинг: УСА.