ŠŪNU BIOLOĢIJA: VĒSTURE, PĒTĪJUMI, PIELIETOJUMI UN KONCEPCIJAS - BIOLOĢIJA - 2025

Šūnu bioloģija ir filiāle bioloģija, kas pēta visus šūnu dzīvi. Tas ir, ar šūnu struktūru, funkcijām, evolūciju un izturēšanos, kas veido dzīvās būtnes uz zemes; citiem vārdiem sakot, viss, kas raksturīgs viņa dzimšanai, dzīvībai un nāvei.

Tā ir zinātne, kas apvieno lielu daudzumu zināšanu, starp kurām izceļas bioķīmija, biofizika, molekulārā bioloģija, skaitļošanas zinātnes, attīstības un uzvedības bioloģija un evolūcijas bioloģija, katra no kurām ar savu pieeju un savas eksperimentu stratēģijas, lai atbildētu uz konkrētiem jautājumiem.

Mikroskopa siluets (Avots: Karena Arnolda, izmantojot Wikimedia Commons)

Tā kā šūnu teorijā teikts, ka visas dzīvās lietas sastāv no šūnām, šūnu bioloģijā nav nošķirti dzīvnieki, augi, baktērijas, arhaea, aļģes vai sēnītes un tā var koncentrēties uz atsevišķām šūnām vai uz šūnām, kas pieder audiem un orgāniem tas pats daudzšūnu indivīds.

Tā kā šī ir eksperimentāla zinātne (nevis aprakstoša), pētījumi šajā bioloģijas nozarē ir atkarīgi no metodēm, kas pieejamas šūnu ultrastruktūras un tās funkciju izpētei (mikroskopija, centrifugēšana, kultūra in vitro utt.)

Šūnu bioloģijas vēsture

Daži autori uzskata, ka šūnu bioloģijas dzimšana notika līdz ar šūnu teorijas parādīšanos, ko 1839. gadā ierosināja Šleidens un Švans.

Tomēr ir svarīgi ņemt vērā, ka šūnas tika aprakstītas un izpētītas daudzus gadus agrāk, sākot ar pirmajiem Roberta Hūka atradumiem, kurš 1665. gadā pirmo reizi ieraudzīja šūnas, kas veidoja korķa loksnes mirušos audus; un turpinot ar Antoni van Leeuwenhoek, kurš gadus vēlāk mikroskopā novēroja paraugus ar dažādiem mikroorganismiem.

Roberta Hūka portrets (Avots: Gustavs VH, izmantojot Wikimedia Commons)

Pēc Hooke, Leeuwenhoek Schleiden un Schwann darba daudzi autori arī veltīja uzmanību šūnu izpētes uzdevumam, ar kuru tika precizēta informācija par to iekšējo struktūru un darbību: eikariotu šūnu kodols, DNS un hromosomas, mitohondriji, endoplazmas retikulums, Golgi komplekss utt.

20. gadsimta vidū molekulārās bioloģijas jomā bija vērojams ievērojams progress. Tas ietekmēja faktu, ka pagājušā gadsimta piecdesmitajos gados šūnu bioloģija arī piedzīvoja ievērojamu izaugsmi, jo šajos gados bija iespējams uzturēt un pavairot šūnas in vitro, kas izolētas no dzīviem organismiem.

Jaunumi mikroskopijā, centrifugēšanā, barotnes veidošanā, olbaltumvielu attīrīšanā, mutantu šūnu līniju identificēšanā un manipulācijā, eksperimentos ar hromosomām un nukleīnskābēm, cita starpā, rada precedentu šūnu bioloģijas ātrai progresēšanai pašreizējais laikmets.

Ko tu mācies? (mācību objekts)

Šūnu bioloģija ir atbildīga par prokariotu un eikariotu šūnu izpēti; viņš pēta savas veidošanās procesus, dzīvi un nāvi. Parasti tā var koncentrēties uz signalizācijas mehānismiem un šūnu membrānu strukturēšanu, kā arī uz citoskeleta un šūnu polaritātes organizēšanu.

Tajā tiek pētīta arī morfoģenēze, tas ir, mehānismi, kas apraksta, kā šūnas attīstās morfoloģiski un kā laika gaitā mainās šūnas, kas "nobriest" un transformējas visu mūžu.

Saccharomyces cerevisiae sugas rauga šūnas.

Šūnu bioloģijā ir iekļautas tēmas, kas saistītas ar mobilitāti un enerģijas metabolismu, kā arī to iekšējo organellu dinamiku un bioģenēzi eikariotu šūnu gadījumā (kodols, endoplazmatisks retikulums, Golgi komplekss, mitohondriji, hloroplasti, lizosomas, peroksisomas, glikozomas, vakuoli, glikoksizomas utt.).

Tas ietver arī genomu, to organizācijas un kodolfunkciju izpēti kopumā.

Šūnu bioloģijā tiek pētīta visu dzīvo organismu veidojošo šūnu forma, izmērs un funkcijas, kā arī ķīmiskie procesi, kas notiek tajos, un mijiedarbība starp to citosoliskajiem komponentiem (un to subcelulāro atrašanās vietu) un šūnas ar savu vidi.

Būtiski jēdzieni šūnu bioloģijā

Šūnas dalīšanas ilustrācija. Avots: pixabay.com

Iekļūšana šūnu bioloģijas jomā ir vienkāršs uzdevums, ņemot vērā dažas pamatzināšanas vai pamatjēdzienus, jo, izmantojot tos un saprātu, ir iespējams padziļināti izprast sarežģīto šūnu pasauli.

Šūnas

Divu veidu šūnu shēma dabā: eikarioti un prokarioti. Tiek parādītas galvenās daļas, parādot atšķirības starp tām (Avots: nav sniegts mašīnlasāms autors. Tiek pieņemts, ka Mortadelo2005 (pamatojoties uz autortiesību pretenzijām). Via Wikimedia Commons)

Starp pamatjēdzieniem, kas jāņem vērā panorāmā, ir uzskats, ka šūnas ir dzīvības pamatvienības, tas ir, ka tie ir “bloki”, kas ļauj veidot organismus, kurus mēs varam saukt par “dzīviem”, un ka visi pateicoties membrānas klātbūtnei, tie ir atdalīti no ārpusšūnu vides.

Neatkarīgi no to lieluma, formas vai funkcijas noteiktos audos, visas šūnas veic tās pašas pamatfunkcijas, kas raksturo dzīvās lietas: tās aug, barojas, mijiedarbojas ar apkārtējo vidi un reproducē.

DNS

DNS molekula. Avots: wikipedia.org

Lai arī ir eikariotu šūnas un prokariotu šūnas, kas pēc būtības ir atšķirīgas citozola organizācijā, lai arī kāda šūna būtu prātā, visās bez izņēmuma iekšpusē ir dezoksiribonukleīnskābe (DNS), molekulā, kurā atrodas " šūnas strukturālās, morfoloģiskās un funkcionālās plaknes ”.

Citosols

Dzīvnieka šūnas un tās daļu diagramma. Citosols ir nosaukts apakšā. (Avots: Alejandro Porto, izmantojot Wikimedia Commons)

Eikariotu šūnās citosolā ir specializētas organellas dažādām funkcijām, kas veicina viņu dzīvībai svarīgos procesus. Šīs organelles veic enerģijas ražošanu no barības vielām, daudzu šūnu olbaltumvielu sintēzi, iesaiņošanu un transportēšanu, kā arī lielu daļiņu importu un gremošanu.

Citoskelets

Šūnām ir iekšējs citoskelets, kas uztur formu, vada olbaltumvielu un to izmantojošo organoīdu kustību un transportēšanu, kā arī palīdz visas šūnas pārvietošanā vai pārvietošanā.

Vienšūnu un daudzšūnu organismi

Ir vienšūnu un daudzšūnu organismi (kuru šūnu skaits ir ļoti mainīgs). Šūnu bioloģijas pētījumi parasti koncentrējas uz "modeļa" organismiem, kas definēti atbilstoši šūnas tipam (prokarioti vai eikarioti) un atbilstoši organisma tipam (baktērijas, dzīvnieks vai augs).

Gēni

Gēni ir daļa no informācijas, kas kodēta DNS molekulās, kuras atrodas visās šūnās uz zemes.

Tie veic ne tikai informācijas glabāšanas un pārvadāšanas funkcijas, kas vajadzīgas olbaltumvielu secības noteikšanai, bet arī veic svarīgas regulatīvās un strukturālās funkcijas.

Šūnu bioloģijas pielietojumi

Šūnu bioloģijai ir liels skaits lietojumu tādās jomās kā medicīna, biotehnoloģija un vide. Šeit ir dažas lietojumprogrammas:

Fluorescējoša in situ krāsošana un hromosomu hibridizācija (FISH) var atklāt hromosomu translokāciju vēža šūnās.

DNS "mikroshēmas" mikrouzņēmumu tehnoloģija ļauj zināt rauga gēnu ekspresijas kontroli tā augšanas laikā. Šī tehnoloģija tika izmantota, lai saprastu cilvēka gēnu izpausmes dažādos audos un vēža šūnās.

Ar fluorescenci iezīmētas antivielas, kas raksturīgas pret starpposma pavedienu proteīniem, ļauj uzzināt audus, no kuriem audzējs ir cēlies. Šī informācija palīdz ārstam izvēlēties vispiemērotāko ārstēšanu audzēja ārstēšanai.

Zaļās fluorescējošās olbaltumvielu (GFP) izmantošana, lai lokalizētu šūnas audos. Izmantojot rekombinantās DNS tehnoloģiju, GFP gēns tiek ievadīts konkrētā veselā dzīvnieka šūnās.

Jaunākie pētījumu piemēri šūnu bioloģijā

Tika izvēlēti divi žurnālā Nature Cell Biology Review publicēto rakstu piemēri. Tie ir šādi:

Epiģenētiskās mantojuma loma dzīvniekiem (Peres un Ben Lehner, 2019)

Atklāts, ka citas molekulas papildus genoma secībai var nodot informāciju paaudzēm. Šo informāciju var mainīt, ņemot vērā iepriekšējo paaudžu fizioloģiskos un vides apstākļus.

Tādējādi DNS ir informācija, kas nav saistīta ar secību (histonu kovalentās modifikācijas, DNS metilēšana, mazas RNS) un informācija, kas ir neatkarīga no genoma (mikrobioma).

Zīdītājiem nepietiekams uzturs vai labs uzturs ietekmē pēcnācēju glikozes metabolismu. Paternālo efektu ne vienmēr ietekmē gametas, bet tie var rīkoties netieši caur māti.

Baktērijas var mantot caur māti caur dzemdību kanālu vai ar krūti. Pelēm diēta ar zemu šķiedrvielu daudzumu samazina mikrobioma taksonomiskās daudzveidības paaudzēm paaudzē. Galu galā notiek mikroorganismu apakšpopulāciju izzušana.

Hromatīna regulēšana un vēža terapija (Valensija un Kadoka, 2019. gads)

Pašlaik ir zināmi mehānismi, kas regulē hromatīna struktūru un tā lomu slimībā. Šajā procesā galvenā nozīme ir metožu izstrādei, kas ļauj identificēt onkogēno gēnu ekspresiju un atklāt terapeitiskos mērķus.

Daži no izmantotajiem paņēmieniem ir hromatīna imunoprecipitācija, kam seko sekvencēšana (ChIP-seq), RNS sekvencēšana (RNA-seq), transpocesaināms hromatīna tests, izmantojot sekvencēšanu (ATAC-seq).

Nākotnē CRISPR - Cas9 tehnoloģijas izmantošanai un RNS traucējumiem būs nozīme vēža terapijas attīstībā.

Atsauces

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Būtiskā šūnu bioloģija. Garland zinātne.
2. Bolsaver, SR, Shephard, EA, White, HA, & Hyams, JS (2011). Šūnu bioloģija: īss kurss. Džons Vilijs un dēli.
3. Kūpers, GM, un Hausmans, RE (2004). Šūna: molekulārā pieeja. Medicinska naklada.
4. Lodish, H., Berks, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2000). Molekulāro šūnu bioloģija 4. izdevums. Nacionālais biotehnoloģijas informācijas centrs, grāmatplaukts.
5. Zālamans, EP, Bergs, LR un Martins, DW (2011). Bioloģija (9. izdevums). Brūka / Kola, Cengagas mācīšanās: ASV.