Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с Cell (биология) .

Часть серии по
Биохимия
Myoglobin.png
Ключевые компоненты
История биохимии
Глоссарии
Порталы: Биохимия

Клеточная биология (также клеточная биология или цитологическая ) является ветвь биологии изучает структуру и функцию в клетке , также известную как основная единица жизни . [1] Клеточная биология охватывает как прокариотические, так и эукариотические клетки и может быть разделена на множество подтем, которые могут включать изучение клеточного метаболизма , клеточной коммуникации , клеточного цикла , биохимии и клеточного состава.. Изучение клеток проводится с использованием нескольких методов, таких как культура клеток , различные виды микроскопии и фракционирование клеток . Они позволили и в настоящее время используются для открытий и исследований, касающихся того, как функционируют клетки, что в конечном итоге дает представление о понимании более крупных организмов. Знание компонентов клеток и того, как клетки работают, является фундаментальным для всех биологических наук, а также важно для исследований в биомедицинских областях, таких как рак и другие болезни. Исследования в области клеточной биологии взаимосвязаны с другими областями, такими как генетика , молекулярная генетика , биохимия и др.молекулярная биология , медицинская микробиология , иммунология и цитохимия .

История [ править ]

Впервые клетки были замечены в Европе 17 века с изобретением сложного микроскопа . В 1665 году Роберт Гук назвал строительный блок всех живых организмов «клетками», посмотрев на кусок пробки и обнаружив клеточно-подобную структуру [2], однако клетки были мертвы и не дали никаких указаний на фактические общие компоненты. ячейки. Несколько лет спустя, в 1674 году, Антон ван Левенгук первым проанализировал живые клетки в своем исследовании водорослей . Все это предшествовало теории клеток.в котором говорится, что все живые существа состоят из клеток и что клетки являются функциональной и структурной единицей организмов. В конечном итоге к такому выводу пришли ученый-растениевод Маттиас Шлейден и зоотехник Теодор Шванн в 1838 году, изучившие живые клетки в тканях растений и животных соответственно. [3] 19 лет спустя Рудольф Вирхов внес свой вклад в клеточную теорию, добавив, что все клетки возникают в результате деления уже существующих клеток. [3] Несмотря на широкое признание, было проведено много исследований, которые ставят под сомнение обоснованность теории клетки. У вирусов, например, отсутствуют общие характеристики живой клетки, такие как мембраны, клеточные органеллы., и способность воспроизводить сами по себе. [4] Ученые изо всех сил пытались решить, живы ли вирусы или нет, и согласны ли они с клеточной теорией.

Методы [ править ]

Современные исследования клеточной биологии рассматривают различные способы культивирования и манипулирования клетками вне живого тела для дальнейших исследований в области анатомии и физиологии человека и получения лекарств. Методы исследования клеток эволюционировали. Благодаря достижениям в микроскопии, методы и технологии позволили ученым лучше понять структуру и функции клеток. Многие методы, обычно используемые для изучения клеточной биологии, перечислены ниже: [5]

  • Культура клеток : использует быстрорастущие клетки в среде, что позволяет получать большое количество клеток определенного типа и является эффективным способом изучения клеток. [6]
  • Флуоресцентная микроскопия : флуоресцентные маркеры, такие как GFP , используются для маркировки определенного компонента клетки. Затем определенная длина волны света используется для возбуждения флуоресцентного маркера, который затем может быть визуализирован. [6]
  • Фазово-контрастная микроскопия : использует оптический аспект света для представления изменений твердой, жидкой и газовой фаз в виде разницы яркости. [6]
  • Конфокальная микроскопия : объединяет флуоресцентную микроскопию с визуализацией путем фокусировки света и моментальной съемки для формирования трехмерного изображения. [6]
  • Просвечивающая электронная микроскопия : включает окрашивание металлов и прохождение электронов через клетки, которые будут отклоняться при взаимодействии с металлом. В конечном итоге это формирует образ изучаемых компонентов. [6]
  • Цитометрия : клетки помещаются в машину, которая использует луч для рассеивания клеток на основе различных аспектов и, следовательно, может разделять их на основе размера и содержимого. Клетки также могут быть помечены GFP-флуоресценцией и могут быть разделены таким же образом. [7]
  • Фракционирование клеток : этот процесс требует разрушения клетки с использованием высокой температуры или обработки ультразвуком с последующим центрифугированием для разделения частей клетки, что позволяет исследовать их отдельно. [6]

Классификация и состав ячеек [ править ]

Существует две основные классификации клеток: прокариотические и эукариотические . Прокариотические клетки отличаются от эукариотических клеток отсутствием клеточного ядра или другой мембраносвязанной органеллы . [8] Прокариотические клетки намного меньше эукариотических клеток, что делает их самой маленькой формой жизни. [9] Изучение эукариотических клеток, как правило, является основным направлением деятельности цитологов, тогда как прокариотические клетки находятся в центре внимания микробиологов .

Прокариотические клетки [ править ]

Типичная прокариотическая клетка.

Прокариотические клетки включают бактерии и археи и не имеют закрытого клеточного ядра . Оба они размножаются посредством двойного деления . Бактерии, наиболее известный тип, имеют несколько различных форм, в основном сферическую и палочковидную . Бактерии можно классифицировать как грамположительные или грамотрицательные в зависимости от состава клеточной стенки . Бактериальные структурные особенности включают:

  • Жгутики : структура в виде хвоста, которая помогает клетке двигаться. [10]
  • Рибосомы : используются для трансляции РНК в белок. [10]
  • Нуклеоид : зона, предназначенная для хранения всего генетического материала в круговой структуре. [10]

В прокариотических клетках происходит множество процессов, которые позволяют им выжить. Например, в процессе, называемом конъюгацией , фактор фертильности позволяет бактериям обладать ворсинками, которые позволяют им передавать ДНК другим бактериям, у которых отсутствует фактор F, обеспечивая передачу устойчивости, позволяющую им выживать в определенных средах. [11]

Эукариотические клетки [ править ]

Типичная животная клетка.

Эукариотические клетки могут быть одноклеточными или многоклеточными [10] и включают клетки животных, растений, грибов и простейших, которые все содержат органеллы различной формы и размера. [12] Эти клетки состоят из следующих органелл:

  • Ядро : оно функционирует как хранилище генома и генетической информации для клетки, содержащее всю ДНК, организованную в виде хромосом. Он окружен ядерной оболочкой , которая включает ядерные поры, позволяющие транспортировать белки между внутренней и внешней частью ядра. [13] Это также сайт репликации ДНК, а также транскрипции ДНК в РНК. После этого РНК модифицируется и транспортируется в цитозоль для трансляции в белок.
  • Ядрышко : Эта структура находится внутри ядра, обычно плотная и сферическая по форме. Это место синтеза рибосомной РНК (рРНК), которая необходима для сборки рибосом.
  • Эндоплазматический ретикулум (ЭР) : он синтезирует, хранит и секретирует белки в аппарат Гольджи. [14]
  • Митохондрии : это функции для производства энергии или АТФ внутри клетки. В частности, это место, где происходит цикл Кребса или цикл TCA для производства NADH и FADH. Впоследствии эти продукты используются в цепи переноса электронов (ETC) и окислительном фосфорилировании для конечного производства АТФ. [15]
  • Аппарат Гольджи : он предназначен для дальнейшей обработки, упаковки и выделения белков по назначению. Белки содержат сигнальную последовательность, которая позволяет аппарату Гольджи распознавать и направлять ее в нужное место. [16]
  • Лизосома : функция лизосомы заключается в разложении материала, поступающего извне клетки или старых органелл. Он содержит много кислотных гидролаз, протеаз, нуклеаз и липаз, которые расщепляют различные молекулы. Аутофагия - это процесс деградации через лизосомы, который происходит, когда везикула отрывается от ER и поглощает материал, затем прикрепляется и сливается с лизосомой, позволяя материалу разлагаться. [17]
  • Рибосомы : функции преобразования РНК в белок.
  • Цитоскелет : он служит для закрепления органелл внутри клеток и обеспечивает структуру и стабильность клетки.
  • Клеточная мембрана . Клеточную мембрану можно описать как бислой фосфолипидов, которая также состоит из липидов и белков. [10] Поскольку внутренняя часть бислоя является гидрофобной, и для того, чтобы молекулы могли участвовать в реакциях внутри клетки, они должны иметь возможность пересечь этот мембранный слой, чтобы попасть в клетку через осмотическое давление , диффузию , градиенты концентрации и мембранные каналы. . [18]
  • Центриоли : функция для производства волокон веретена, которые используются для разделения хромосом во время деления клеток.

Эукариотические клетки также могут состоять из следующих молекулярных компонентов:

  • Хроматин : он составляет хромосомы и представляет собой смесь ДНК с различными белками.
  • Реснички  : они помогают продвигать вещества, а также могут использоваться для сенсорных целей. [19]

Процессы [ править ]

Основная статья: Клетка (биология) § Клеточные процессы

Клеточный метаболизм [ править ]

Клеточный метаболизм необходим для производства энергии для клетки и, следовательно, для ее выживания, и включает множество путей. Что касается клеточного дыхания , когда глюкоза становится доступной, в цитозоле клетки происходит гликолиз с образованием пирувата. Пируват подвергается декарбоксилированию с использованием мультиферментного комплекса с образованием ацетил-коА, который может быть легко использован в цикле TCA для производства NADH и FADH2. Эти продукты участвуют в цепи переноса электронов, чтобы в конечном итоге сформировать протонный градиент через внутреннюю митохондриальную мембрану. Этот градиент может затем управлять производством АТФ и H2O во время окислительного фосфорилирования . [20] Метаболизм в растительных клетках включает фотосинтез. что прямо противоположно дыханию, поскольку в конечном итоге производит молекулы глюкозы.

Сотовая связь и сигнализация [ править ]

Клеточная коммуникация важна для клеточной регуляции, а также для обработки клетками информации из окружающей среды и соответствующей реакции. Связь может происходить посредством прямого контакта клеток или передачи эндокринных , паракринных и аутокринных сигналов . Прямой контакт клетка-клетка - это когда рецептор клетки связывает молекулу, которая прикреплена к мембране другой клетки. Эндокринная передача сигналов происходит через молекулы, секретируемые в кровоток. Паракринная передача сигналов использует для связи молекулы, диффундирующие между двумя клетками. Аутокринная клетка - это клетка, посылающая себе сигнал, секретируя молекулу, которая связывается с рецептором на ее поверхности. Формы общения могут быть через:

  • Ионные каналы : могут быть разных типов, например, ионные каналы, управляемые напряжением или лигандом. Учесть отток и приток молекул и ионов.
  • Рецептор, связанный с G-белком(GPCR): широко признано, что он содержит 7 трансмембранных доменов. Лиганд связывается с внеклеточным доменом, и как только лиганд связывается, это дает сигнал фактору обмена гуанина для преобразования GDP в GTP и активации субъединицы G-α. G-α может нацеливаться на другие белки, такие как аденилциклаза или фосфолипаза C, которые в конечном итоге продуцируют вторичные мессенджеры, такие как цАМФ, Ip3, DAG и кальций. Эти вторичные мессенджеры усиливают сигналы и могут воздействовать на ионные каналы или другие ферменты. Одним из примеров амплификации сигнала является связывание цАМФ и активация PKA путем удаления регуляторных субъединиц и высвобождения каталитической субъединицы. Каталитическая субъединица имеет последовательность ядерной локализации, которая побуждает ее войти в ядро ​​и фосфорилировать другие белки, подавляя или активируя активность гена. [20]
  • Рецепторные тирозинкиназы : связывают факторы роста, дополнительно способствуя перекрестному фосфорилированию тирозина во внутриклеточной части белка. Фосфорилированный тирозин становится посадочной площадкой для белков, содержащих домен SH2, что делает возможным активацию Ras и участие пути киназы MAP . [21]

Клеточный цикл [ править ]

Основная статья: Клеточный цикл
Процесс деления клеток в клеточном цикле .

Процесс роста клетки относится не к размеру клетки, а к плотности количества клеток, присутствующих в организме в данный момент времени. Рост клеток означает увеличение количества клеток, присутствующих в организме по мере его роста и развития; по мере того, как организм становится больше, увеличивается и количество присутствующих клеток. Клетки - основа всех организмов и фундаментальная единица жизни. Рост и развитие клеток необходимы для поддержания хозяина и выживания организма. Для этого процесса клетка проходит этапы клеточного цикла и развития, которые включают рост клеток, репликацию ДНК , деление клеток , регенерацию и гибель клеток.. Клеточный цикл делится на четыре отдельные фазы: G1, S, G2 и M. Фаза G - фаза роста клеток - составляет приблизительно 95% цикла. Разрастание клеток инициируется предшественниками. Все клетки изначально имеют идентичную форму и могут по существу стать клетками любого типа. Передача клеточных сигналов, такая как индукция, может влиять на близлежащие клетки, чтобы дифференцировать и определять тип клетки, которой она станет. Более того, это позволяет клеткам одного и того же типа агрегировать и формировать ткани, затем органы и, в конечном итоге, системы. Фазы G1, G2 и S (репликация, повреждение и репарация ДНК) считаются межфазной частью цикла, а фаза M ( митоз ) - делением клетки.часть цикла. Митоз состоит из многих стадий, которые включают профазу, метафазу, анафазу, телофазу и цитокинез соответственно. Конечным результатом митоза является образование двух идентичных дочерних клеток.

Клеточный цикл регулируется рядом сигнальных факторов и комплексов, таких как циклины, циклин-зависимая киназа и р53 . Когда клетка завершает процесс своего роста и если обнаруживается, что она повреждена или изменена, она претерпевает клеточную смерть в результате апоптоза или некроза , чтобы устранить угрозу, которую она может создать для выживания организма. [22]

Патология [ править ]

Основная статья: Цитопатология

Раздел науки, изучающий и диагностирующий заболевания на клеточном уровне, называется цитопатология . Цитопатология обычно используется для образцов свободных клеток или фрагментов тканей, в отличие от раздела патологии гистопатологии , изучающего целые ткани. Цитопатология обычно используется для исследования заболеваний, затрагивающих широкий спектр участков тела, часто для помощи в диагностике рака, а также для диагностики некоторых инфекционных заболеваний и других воспалительных состояний. Например, распространенное применение цитопатологии - это мазок Папаниколау , скрининговый тест, используемый для выявления рака шейки матки и предраковых поражений шейки матки. что может привести к раку шейки матки.

Известные клеточные биологи [ править ]

  • Чешский анатом Ян Евангелиста Пуркине наиболее известен своим открытием в 1837 году клеток Пуркинье .

  • Теодор Шванн, первооткрыватель клетки Шванна .

  • Лауреат Нобелевской премии Ёсинори Осуми за работу по аутофагии .

См. Также [ править ]

  • Американское общество клеточной биологии
  • Биофизика клетки
  • Разрушение клеток
  • Клеточная физиология
  • Сотовая адаптация
  • Клеточная микробиология
  • Институт молекулярной и клеточной биологии (значения)
  • Органоид
  • Очерк клеточной биологии

Примечания [ править ]

  1. ^ Бишелья, Ник. «Клеточная биология» . Scitable . www.nature.com.
  2. ↑ Гук, Роберт (сентябрь 1665 г.). Микрография .
  3. ^ a b Гупта, П. (1 декабря 2005 г.). Клеточная и молекулярная биология . Публикации Растоги. п. 11. ISBN 978-8171338177.
  4. ^ Кендрик, Каролин (1 января 2010). Химия в медицине . Компания Benchmark Education. п. 26. ISBN 978-1450928526.
  5. ^ Lavanya, P. (1 декабря 2005). Клеточная и молекулярная биология . Публикации Растоги. п. 11. ISBN 978-8171338177.
  6. ^ Б с д е е Купер, Джеффри М. (2000). «Инструменты клеточной биологии» . Клетка: молекулярный подход. 2-е издание .
  7. ↑ Маккиннон, Кэтрин М. (21 февраля 2018 г.). «Проточная цитометрия: обзор» . Текущие протоколы в иммунологии . 120 : 5.1.1–5.1.11. DOI : 10.1002 / cpim.40 . ISSN 1934-3671 . PMC 5939936 . PMID 29512141 .   
  8. ^ Doble, Мукеш; Гуммади, Сатьянараяна Н. (5 августа 2010 г.). Биохимическая инженерия . Нью-Дели: Prentice-Hall of India Pvt.Ltd. ISBN 978-8120330528.
  9. ^ Канеширо, Эдна (2 мая 2001). Справочник по клеточной физиологии: молекулярный подход (3-е изд.). Академическая пресса. ISBN 978-0123877383.
  10. ^ a b c d e Нельсон, Дэниел (22 июня 2018 г.). «Разница между эукариотическими и прокариотическими клетками». Тенденции науки . DOI : 10.31988 / scitrends.20655 .
  11. ^ Гриффитс, Энтони JF; Миллер, Джеффри Х .; Судзуки, Дэвид Т .; Левонтин, Ричард С .; Гелбарт, Уильям М. (2000). «Бактериальная конъюгация» . Введение в генетический анализ. 7-е издание .
  12. ^ «Морфология эукариотических клеток: форма, количество и размер» . YourArticleLibrary.com: библиотека нового поколения . 19 марта 2014 . Проверено 22 ноября 2015 года .
  13. ^ De Rooij, Йохан (25 июня 2019). «Рекомендация F1000Prime по силе запускает ядерный выход YAP, регулируя транспортировку через ядерные поры». DOI : 10.3410 / f.732079699.793561846 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  14. ^ "Эндоплазматический ретикулум (грубый и гладкий) | Британское общество клеточной биологии" . Дата обращения 6 октября 2019 .
  15. ^ Пелли, John W. (2007), "Лимонная кислота цикла, цепь переноса электронов и окислительное фосфорилирование", Elsevier Интегрированная биохимия , Elsevier, стр 55-63,. Дои : 10.1016 / b978-0-323-03410-4.50013- 4 , ISBN 9780323034104
  16. ^ Купер, Джеффри М. (2000). «Аппарат Гольджи» . Клетка: молекулярный подход. 2-е издание .
  17. ^ Верити, М. А. Лизосомы: некоторые патологические последствия . OCLC 679070471 . 
  18. ^ Купер, Джеффри М. (2000). «Транспорт малых молекул» . Клетка: молекулярный подход. 2-е издание .
  19. ^ "Каковы основные функции ресничек и жгутиков?" . Наука . Дата обращения 23 ноября 2020 .
  20. ^ а б Ахмад, Мария; Kahwaji, Chadi I. (2019), "Biochemistry, Electron Transport Chain" , StatPearls , StatPearls Publishing, PMID 30252361 , данные получены 20 октября 2019 г. 
  21. ^ Шлессинджер, Джозеф (октябрь 2000 г.). «Передача сигналов клетками рецепторными тирозинкиназами». Cell . 103 (2): 211–225. DOI : 10.1016 / s0092-8674 (00) 00114-8 . ISSN 0092-8674 . PMID 11057895 . S2CID 11465988 .   
  22. ^ Shackelford, RE; Кауфманн, В.К .; Paules, RS (февраль 1999 г.). «Контроль клеточного цикла, механизмы контрольных точек и генотоксический стресс» . Перспективы гигиены окружающей среды . 107 (приложение 1): 5–24. DOI : 10,1289 / ehp.99107s15 . ISSN 0091-6765 . PMC 1566366 . PMID 10229703 .   

Ссылки [ править ]

  • Пеннер-Хан, Джеймс Э. (2013). «Глава 2. Технологии обнаружения металлов в одиночных клетках. Раздел 4. Собственная рентгеновская флуоресценция». В Бани, Лючия (ред.). Металломика и клетка . Ионы металлов в науках о жизни. 12 . Springer. С. 15–40. DOI : 10.1007 / 978-94-007-5561-1_2 . ISBN 978-94-007-5560-4. PMID  23595669 .электронная книга ISBN 978-94-007-5561-1 ISSN 1559-0836 электронная книга ISSN 1868-0402    
  • Клеточная и молекулярная биология, 5-е изд. Карпа, ISBN 0-471-46580-1 
  •  Эта статья включает материалы, являющиеся  общественным достоянием, из документа NCBI : Science Primer .

Внешние ссылки [ править ]

Библиотечные ресурсы по
клеточной биологии
  • Ресурсы в вашей библиотеке
  • Клеточная биология в Curlie
  • Ячейка старения
  • «Фрэнсис Гарри Комптон Крик (1916-2004)» А. Андрея в энциклопедии Embryo Project
  • «Биологический ресурс профессора Линя».