Komórka biologiczna

Ten artykuł jest o gałęzi biologii. Aby zapoznać się z samymi komórkami, zobacz Komórka (biologia) .

Biologia komórki (również biologia komórkowa lub cytologia ) jest działem biologii zajmującym się badaniem struktury , funkcji i zachowania komórek . Wszystkie żywe organizmy zbudowane są z komórek. Komórka to podstawowa jednostka życiowa odpowiedzialna za życie i funkcjonowanie organizmów. Biologia komórki to nauka o jednostkach strukturalnych i funkcjonalnych komórek. Biologia komórki obejmuje zarówno komórki prokariotyczne , jak i eukariotyczne i ma wiele podtematów, które mogą obejmować badanie metabolizmu komórkowego , komunikacji międzykomórkowej , cyklu komórkowego , biochemii i składu komórkowego . Badanie komórek przeprowadza się przy użyciu kilku mikroskopii , hodowli komórkowej i frakcjonowania komórek . Pozwoliły one i są obecnie wykorzystywane do odkryć i badań dotyczących funkcjonowania komórek, ostatecznie dając wgląd w zrozumienie większych organizmów. Znajomość składników komórek i sposobu działania komórek ma fundamentalne znaczenie dla wszystkich nauk biologicznych, a jednocześnie jest niezbędna do badań w biomedycznych , takich jak rak i inne choroby. Badania w dziedzinie biologii komórki są powiązane z innymi dziedzinami, takimi jak genetyka , genetyka molekularna , biologia molekularna , mikrobiologia medyczna , immunologia i cytochemia .

Historia

Komórki po raz pierwszy zaobserwowano w XVII-wiecznej Europie wraz z wynalezieniem mikroskopu złożonego . W 1665 roku Robert Hooke nazwał budulec wszystkich żywych organizmów „komórkami” (opublikowane w Micrographia ) po obejrzeniu kawałka korka i zaobserwowaniu struktury przypominającej komórkę, jednak komórki były martwe i nie dawały żadnych wskazówek co do rzeczywistego ogólne składniki komórki. Kilka lat później, w 1674 roku, Anton Van Leeuwenhoek jako pierwszy przeanalizował żywe komórki w swoim badaniu alg . Wszystko to poprzedziło teorię komórkową , która głosi, że wszystkie żywe istoty składają się z komórek i że komórki są funkcjonalną i strukturalną jednostką organizmów. Ostatecznie doszli do tego naukowcy zajmujący się roślinami, Matthias Schleiden i naukowiec zajmujący się zwierzętami Theodor Schwann w 1838 r., którzy obserwowali żywe komórki odpowiednio w tkankach roślinnych i zwierzęcych. 19 lat później Rudolf Virchow wniósł dalszy wkład w teorię komórkową, dodając, że wszystkie komórki pochodzą z podziału wcześniej istniejących komórek. Wirusy nie są brane pod uwagę w biologii komórki - nie mają cech żywej komórki i zamiast tego są badane w podklasie mikrobiologii wirusologii .

Techniki

Badania z zakresu biologii komórki dotyczą różnych sposobów hodowli i manipulowania komórkami poza żywym organizmem w celu dalszych badań anatomii i fizjologii człowieka oraz uzyskiwania leków. Techniki badania komórek ewoluowały. Dzięki postępowi w mikroskopii, techniki i technologia pozwoliły naukowcom lepiej zrozumieć strukturę i funkcję komórek. Poniżej wymieniono wiele technik powszechnie stosowanych do badania biologii komórki:

• Hodowla komórkowa : Wykorzystuje szybko rosnące komórki na pożywce, co pozwala na dużą ilość określonego typu komórek i skuteczny sposób badania komórek. Hodowla komórkowa jest jednym z głównych narzędzi stosowanych w biologii komórkowej i molekularnej, dostarczając doskonałych systemów modelowych do badania normalnej fizjologii i biochemii komórek (np. badania metaboliczne, starzenie), wpływu leków i związków toksycznych na komórki oraz mutagenezy i karcynogenezy. Jest również stosowany w badaniach przesiewowych i opracowywaniu leków oraz produkcji związków biologicznych na dużą skalę (np. szczepionek, białek terapeutycznych).
• Mikroskopia fluorescencyjna : znaczniki fluorescencyjne, takie jak GFP , są używane do znakowania określonego składnika komórki. Następnie pewna długość fali światła jest używana do wzbudzenia znacznika fluorescencyjnego, który można następnie zwizualizować.
• Mikroskopia z kontrastem fazowym : Wykorzystuje optyczny aspekt światła do przedstawiania zmian fazy stałej, ciekłej i gazowej jako różnic jasności.
• Mikroskopia konfokalna : łączy mikroskopię fluorescencyjną z obrazowaniem poprzez skupianie światła i fotografowanie obiektów w celu utworzenia trójwymiarowego obrazu.
• Transmisyjna mikroskopia elektronowa : obejmuje barwienie metali i przepuszczanie elektronów przez komórki, które zostaną odchylone w wyniku interakcji z metalem. Ostatecznie tworzy to obraz badanych komponentów.
• Cytometria : Komórki są umieszczane w maszynie, która wykorzystuje wiązkę do rozpraszania komórek na podstawie różnych aspektów, dzięki czemu może je rozdzielić na podstawie wielkości i zawartości. Komórki można również znakować za pomocą fluorescencji GFP i można je również rozdzielać w ten sposób.
• Frakcjonowanie komórek : proces ten wymaga rozbicia komórki za pomocą wysokiej temperatury lub sonikacji, a następnie odwirowania w celu oddzielenia części komórki, co umożliwi ich oddzielne badanie.

Typy komórek

Główny artykuł: typy komórek

Rysunek komórki prokariotycznej

Istnieją dwie podstawowe klasyfikacje komórek: prokariotyczne i eukariotyczne . Komórki prokariotyczne różnią się od komórek eukariotycznych brakiem jądra komórkowego lub innych organelli związanych z błoną . Komórki prokariotyczne są znacznie mniejsze niż komórki eukariotyczne, co czyni je najmniejszą formą życia. Komórki prokariotyczne obejmują bakterie i archeony i nie mają zamkniętego jądra komórkowego. Komórki eukariotyczne występują u roślin, zwierząt, grzybów i protistów. Mają średnicę od 10 do 100 μm, a ich DNA jest zawarte w jądrze związanym z błoną. Eukarioty to organizmy zawierające komórki eukariotyczne. Cztery królestwa eukariotyczne to Animalia, Plantae, Fungi i Protista.

Oba rozmnażają się poprzez rozszczepienie binarne . Bakterie, najbardziej widoczny typ, mają kilka różnych kształtów , chociaż większość z nich ma kształt kulisty lub pręcikowy . Bakterie można podzielić na Gram-dodatnie lub Gram-ujemne w zależności od składu ściany komórkowej . Bakterie Gram-dodatnie mają grubszą warstwę peptydoglikanu niż bakterie Gram-ujemne. Cechy strukturalne bakterii obejmują wić , która pomaga komórce się poruszać, rybosomy do translacji RNA na białko oraz nukleoid , który utrzymuje cały materiał genetyczny w okrągłej strukturze. Istnieje wiele procesów zachodzących w komórkach prokariotycznych, które pozwalają im przetrwać. U prokariotów synteza mRNA jest inicjowana w sekwencji promotora na matrycy DNA zawierającej dwie sekwencje konsensusowe, które rekrutują polimerazę RNA. Polimeraza prokariotyczna składa się z enzymu rdzeniowego składającego się z czterech podjednostek białkowych i białka σ, które pomaga tylko w inicjacji. Na przykład w procesie zwanym koniugacją czynnik płodności pozwala bakteriom posiadać pilus, który pozwala im przenosić DNA do innej bakterii pozbawionej czynnika F, umożliwiając przenoszenie oporności, co pozwala jej przetrwać w określonych środowiskach.

Struktura i funkcja

Budowa komórek eukariotycznych

Główny artykuł: Eukariota

Schemat komórki zwierzęcej

Komórki eukariotyczne zbudowane są z następujących organelli:

• Jądro : Jądro komórki działa jako magazyn genomu i informacji genetycznej komórki, zawierający całe DNA zorganizowane w postaci chromosomów . Jest otoczony otoczką jądrową , która zawiera pory jądrowe umożliwiające transport białek między wnętrzem i na zewnątrz jądra. Jest to również miejsce replikacji DNA, jak również transkrypcji DNA do RNA. Następnie RNA jest modyfikowane i transportowane do cytosolu w celu translacji na białko.
• Jądro : Ta struktura znajduje się w jądrze, zwykle jest gęsta i ma kulisty kształt. Jest miejscem syntezy rybosomalnego RNA (rRNA), które jest potrzebne do składania rybosomów.
• Retikulum endoplazmatyczne (ER) : Służy do syntezy, przechowywania i wydzielania białek do aparatu Golgiego. Strukturalnie retikulum endoplazmatyczne jest siecią błon znajdujących się w całej komórce i połączonych z jądrem. Błony różnią się nieco w zależności od komórki, a funkcja komórki określa rozmiar i strukturę ER.
• Mitochondria : Powszechnie znane jako elektrownia komórkowa to organelle komórkowe związane z podwójną błoną. Ta funkcja służy do produkcji energii lub ATP w komórce. W szczególności jest to miejsce, w którym zachodzi cykl Krebsa lub cykl TCA do produkcji NADH i FADH. Następnie produkty te są wykorzystywane w łańcuchu transportu elektronów (ETC) i fosforylacji oksydacyjnej do końcowej produkcji ATP.
• Aparat Golgiego : Ta funkcja służy do dalszego przetwarzania, pakowania i wydzielania białek do miejsca przeznaczenia. Białka zawierają sekwencję sygnałową, która pozwala aparatowi Golgiego rozpoznać ją i skierować we właściwe miejsce. Aparat Golgiego wytwarza również glikoproteiny i glikolipidy .
• Lizosom : Funkcje lizosomu polegają na degradacji materiału wniesionego z zewnątrz komórki lub starych organelli. Zawiera wiele kwaśnych hydrolaz, proteaz, nukleaz i lipaz, które rozkładają różne cząsteczki. Autofagia to proces degradacji przez lizosomy, który zachodzi, gdy pęcherzyk odrywa się od ER i pochłania materiał, a następnie przyczepia się i łączy z lizosomem, umożliwiając degradację materiału.
• Rybosomy : Funkcje tłumaczące RNA na białko. służy jako miejsce syntezy białek.
• Cytoszkielet : Cytoszkielet to struktura, która pomaga utrzymać kształt i ogólną organizację cytoplazmy. Zakotwicza organelle w komórkach i tworzy strukturę i stabilność komórki. Cytoszkielet składa się z trzech głównych rodzajów włókien białkowych: włókien aktynowych, włókien pośrednich i mikrotubul, które są utrzymywane razem i połączone z organellami subkomórkowymi i błoną plazmatyczną za pomocą różnych białek pomocniczych.
• Błona komórkowa : Błonę komórkową można opisać jako dwuwarstwę fosfolipidową, która również składa się z lipidów i białek. Ponieważ wnętrze dwuwarstwy jest hydrofobowe i aby cząsteczki mogły uczestniczyć w reakcjach w komórce, muszą być w stanie przekroczyć tę warstwę błony, aby dostać się do komórki poprzez ciśnienie osmotyczne, dyfuzję, gradienty stężeń i kanały błonowe .
• Centriole : Funkcja polegająca na wytwarzaniu włókien wrzeciona, które są używane do oddzielania chromosomów podczas podziału komórki.

Komórki eukariotyczne mogą również składać się z następujących składników molekularnych:

• Chromatyna : Tworzy chromosomy i jest mieszaniną DNA z różnymi białkami.
• Rzęski : Pomagają napędzać substancje i mogą być również wykorzystywane do celów sensorycznych.

Metabolizm komórkowy

Metabolizm komórkowy jest niezbędny do produkcji energii dla komórki, a tym samym do jej przeżycia i obejmuje wiele szlaków. W przypadku oddychania komórkowego , gdy glukoza jest dostępna, w cytosolu komórki zachodzi glikoliza w celu wytworzenia pirogronianu. Pirogronian ulega dekarboksylacji przy użyciu kompleksu wielu enzymów, tworząc acetylo-coA, który może być łatwo wykorzystany w cyklu TCA do produkcji NADH i FADH ₂ . Produkty te biorą udział w łańcuchu transportu elektronów , ostatecznie tworząc gradient protonów w poprzek wewnętrznej błony mitochondrialnej. Ten gradient może następnie napędzać produkcję ATP i H2O podczas fosforylacji oksydacyjnej . Metabolizm w komórkach roślinnych obejmuje fotosyntezę , która jest dokładnym przeciwieństwem oddychania, ponieważ ostatecznie wytwarza cząsteczki glukozy.

Sygnalizacja komórkowa

Dalsze informacje: Sygnalizacja komórkowa

Sygnalizacja komórkowa lub komunikacja komórkowa jest ważna dla regulacji komórek i dla komórek do przetwarzania informacji ze środowiska i odpowiedniej reakcji. Sygnalizacja może zachodzić poprzez bezpośredni kontakt z komórką lub sygnalizację endokrynną , parakrynną i autokrynną . Bezpośredni kontakt komórka-komórka ma miejsce, gdy receptor na komórce wiąże cząsteczkę, która jest przyłączona do błony innej komórki. Sygnalizacja wewnątrzwydzielnicza zachodzi poprzez cząsteczki wydzielane do krwioobiegu. Sygnalizacja parakrynna wykorzystuje do komunikacji cząsteczki dyfundujące między dwiema komórkami. Autokryna to komórka wysyłająca do siebie sygnał poprzez wydzielanie cząsteczki, która wiąże się z receptorem na jej powierzchni. Formy komunikacji mogą odbywać się poprzez:

• Kanały jonowe : mogą być różnych typów, takich jak kanały jonowe bramkowane napięciem lub ligandem. Pozwalają na odpływ i dopływ molekuł i jonów.
• Receptor sprzężony z białkiem G (GPCR): Powszechnie uznaje się, że zawiera siedem domen transbłonowych. Ligand wiąże się z domeną zewnątrzkomórkową, a gdy ligand się zwiąże, sygnalizuje to czynnikowi wymiany guaniny, aby przekształcił GDP w GTP i aktywował podjednostkę G-α. G-α może celować w inne białka, takie jak cyklaza adenylowa lub fosfolipaza C, które ostatecznie wytwarzają wtórne przekaźniki, takie jak cAMP, Ip3, DAG i wapń. Te drugorzędne przekaźniki działają w celu wzmocnienia sygnałów i mogą kierować kanały jonowe lub inne enzymy. Jednym z przykładów amplifikacji sygnału jest wiązanie cAMP i aktywacja PKA przez usunięcie podjednostek regulatorowych i uwolnienie podjednostki katalitycznej. Podjednostka katalityczna ma sekwencję lokalizacji jądrowej, która skłania ją do wejścia do jądra i fosforylacji innych białek w celu stłumienia lub aktywacji aktywności genu.
• Receptorowe kinazy tyrozynowe : Wiążą czynniki wzrostu, dodatkowo promując tyrozynę w wewnątrzkomórkowej części białka do fosforylacji krzyżowej. Ufosforylowana tyrozyna staje się lądowiskiem dla białek zawierających domenę SH2 umożliwiającą aktywację Ras i zaangażowanie szlaku kinazy MAP .

Wzrost i rozwój

Cykl komórkowy eukariota

Główny artykuł: cykl komórkowy

Proces podziału komórki w cyklu komórkowym zwierząt

Komórki są podstawą wszystkich organizmów i są podstawowymi jednostkami życia. Wzrost i rozwój komórek są niezbędne do utrzymania żywiciela i przeżycia organizmu. W tym procesie komórka przechodzi przez etapy cyklu komórkowego i rozwoju, które obejmują wzrost komórki, replikację DNA , podział komórki , regenerację i śmierć komórki .

Cykl komórkowy dzieli się na cztery odrębne fazy : G1, S, G2 i M. Faza G – czyli faza wzrostu komórki – stanowi około 95% cyklu. Proliferacja komórek jest inicjowana przez komórki progenitorowe. Wszystkie komórki zaczynają się w identycznej formie i mogą zasadniczo stać się dowolnym typem komórek. Sygnalizacja komórkowa, taka jak indukcja, może wpływać na pobliskie komórki, aby określić typ komórki, którą się staną. Co więcej, pozwala to komórkom tego samego typu na agregację i tworzenie tkanek, następnie narządów, a ostatecznie układów. Fazy ​​G1, G2 i S (replikacja, uszkodzenie i naprawa DNA) są uważane za interfazową część cyklu, podczas gdy faza M ( mitoza ) jest częścią cyklu podziału komórkowego . Mitoza składa się z wielu etapów, które obejmują odpowiednio profazę, metafazę, anafazę, telofazę i cytokinezę. Ostatecznym rezultatem mitozy jest utworzenie dwóch identycznych komórek potomnych.

Cykl komórkowy jest regulowany w punktach kontrolnych cyklu komórkowego przez szereg czynników sygnalizacyjnych i kompleksów, takich jak cykliny, kinaza zależna od cyklin i p53 . Kiedy komórka zakończy proces wzrostu i okaże się, że jest uszkodzona lub zmieniona, ulega śmierci komórkowej, albo przez apoptozę , albo martwicę , aby wyeliminować zagrożenie, jakie może stwarzać dla przetrwania organizmu.

Śmiertelność komórek, nieśmiertelność linii komórkowej

Przodkowie każdej współczesnej komórki przypuszczalnie sięgają wstecz, w nieprzerwanej linii przez ponad 3 miliardy lat, aż do powstania życia . W rzeczywistości to nie komórki są nieśmiertelne , ale wielopokoleniowe linie komórkowe. Nieśmiertelność linii komórkowej zależy od utrzymania podziału komórkowego . Potencjał ten może zostać utracony w dowolnej konkretnej linii z powodu uszkodzenia komórek, końcowego różnicowania , jakie występuje w komórkach nerwowych lub zaprogramowanej śmierci komórki ( apoptozy ) podczas rozwoju. Utrzymanie potencjału podziałów komórkowych w kolejnych pokoleniach zależy od unikania i dokładnej naprawy uszkodzeń komórkowych, w szczególności uszkodzeń DNA . W organizmach płciowych ciągłość linii zarodkowej zależy od skuteczności procesów unikania uszkodzeń DNA i naprawy tych uszkodzeń DNA , które występują. Procesy płciowe zarówno u eukariontów , jak i u prokariotów dają możliwość skutecznej naprawy uszkodzeń DNA w linii zarodkowej na drodze rekombinacji homologicznej .

Fazy ​​cyklu komórkowego

Cykl komórkowy to czteroetapowy proces, przez który przechodzi komórka, gdy się rozwija i dzieli. Obejmuje Gap 1 (G1), syntezę (S), Gap 2 (G2) i mitozę (M). Komórka albo ponownie rozpoczyna cykl od G1, albo opuszcza cykl do G0 po zakończeniu cyklu. Komórka może przejść od G0 do końcowego różnicowania.

Interfaza odnosi się do faz cyklu komórkowego, które występują między jedną mitozą a następną i obejmuje G1, S i G2.

Faza G1

Rozmiar komórki rośnie.

Zawartość komórek jest replikowana.

Faza S

Replikacja DNA

Komórka replikuje każdy z 46 chromosomów (23 pary).

Faza G2

Komórka mnoży się.

W ramach przygotowań do podziału komórki tworzą się organelle i białka.

Faza M

Po mitozie następuje cytokineza (oddzielenie komórek)

Powstanie dwóch identycznych komórek potomnych

Faza G0

Komórki te opuszczają G1 i wchodzą w G0, fazę spoczynku. Komórka w G0 wykonuje swoją pracę bez aktywnego przygotowania do podziału.

Patologia

Główny artykuł: Cytopatologia

Dziedzina nauki, która bada i diagnozuje choroby na poziomie komórkowym, nazywa się cytopatologią . Cytopatologia jest zwykle stosowana na próbkach wolnych komórek lub fragmentów tkanek, w przeciwieństwie do gałęzi patologii histopatologii , która bada całe tkanki. Cytopatologia jest powszechnie stosowana do badania chorób obejmujących wiele różnych miejsc ciała, często jako pomoc w diagnozowaniu raka, ale także w diagnostyce niektórych chorób zakaźnych i innych stanów zapalnych. Na przykład powszechnym zastosowaniem cytopatologii jest badanie cytologiczne , badanie przesiewowe stosowane do wykrywania raka szyjki macicy oraz zmian przedrakowych szyjki macicy , które mogą prowadzić do raka szyjki macicy.

Punkty kontrolne cyklu komórkowego i system naprawy uszkodzeń DNA

Cykl komórkowy składa się z szeregu dobrze uporządkowanych, następujących po sobie etapów, które skutkują podziałem komórkowym. Istotnym elementem regulacji cyklu komórkowego jest fakt, że komórki nie rozpoczynają kolejnego etapu, dopóki nie zakończy się ostatni. Punkty kontrolne cyklu komórkowego to cechy, które stanowią doskonałą strategię monitorowania dokładnego cyklu komórkowego i podziałów. Cdk, powiązane odpowiedniki cyklin, kinazy białkowe i fosfatazy regulują wzrost i podział komórek z jednego etapu do drugiego. Cykl komórkowy jest kontrolowany przez czasową aktywację Cdks, która jest regulowana przez interakcję cykliny z partnerem, fosforylację przez określone kinazy białkowe i defosforylację przez fosfatazy z rodziny Cdc25. W odpowiedzi na uszkodzenie DNA reakcja naprawy DNA w komórce jest kaskadą szlaków sygnałowych, która prowadzi do zaangażowania punktu kontrolnego, reguluje mechanizm naprawy DNA, zmiany cyklu komórkowego i apoptozę. Liczne struktury biochemiczne, a także procesy wykrywające uszkodzenia w DNA, to ATM i ATR, które indukują punkty kontrolne naprawy DNA

Cykl komórkowy to sekwencja czynności, w których organelle komórkowe są duplikowane, a następnie precyzyjnie rozdzielane na komórki potomne. Istnieją ważne wydarzenia, które mają miejsce podczas cyklu komórkowego. Procesy zachodzące w cyklu komórkowym obejmują rozwój komórek, replikację i segregację chromosomów. Punkty kontrolne cyklu komórkowego to systemy nadzoru, które śledzą integralność, dokładność i chronologię cyklu komórkowego. Każdy punkt kontrolny służy jako alternatywny punkt końcowy cyklu komórkowego, w którym badane są parametry komórki i tylko wtedy, gdy spełnione są pożądane cechy, cykl komórkowy przechodzi przez odrębne etapy. Celem cyklu komórkowego jest precyzyjne skopiowanie DNA każdego organizmu, a następnie równy podział komórki i jego składników między dwiema nowymi komórkami. U eukariontów występują cztery główne etapy. W G1 komórka jest zwykle aktywna i nadal szybko rośnie, podczas gdy w G2 wzrost komórek trwa, podczas gdy cząsteczki białka stają się gotowe do rozdzielenia. To nie są czasy uśpienia; wtedy komórki nabierają masy, integrują receptory czynników wzrostu, ustanawiają zreplikowany genom i przygotowują się do segregacji chromosomów. Replikacja DNA jest ograniczona do oddzielnej syntezy u eukariontów, która jest również znana jako faza S. Podczas mitozy, znanej również jako faza M, następuje segregacja chromosomów. DNA, jak każda inna cząsteczka, może przechodzić szeroki zakres reakcji chemicznych. Z drugiej strony modyfikacje sekwencji DNA mają znacznie większy wpływ niż modyfikacje innych składników komórkowych, takich jak RNA lub białka, ponieważ DNA działa jako trwała kopia genomu komórki. Gdy błędne nukleotydy zostaną włączone podczas replikacji DNA, mogą wystąpić mutacje. Większość uszkodzeń DNA jest naprawiana poprzez usunięcie wadliwych zasad, a następnie ponowną syntezę wyciętego obszaru. Z drugiej strony, niektóre uszkodzenia DNA można naprawić poprzez odwrócenie uszkodzeń, co może być skuteczniejszą metodą radzenia sobie z powszechnymi typami uszkodzeń DNA. Tylko kilka form uszkodzeń DNA jest naprawianych w ten sposób, w tym dimery pirymidyny spowodowane przez światło ultrafioletowe (UV) zmienione przez wstawienie grup metylowych lub etylowych w pozycji O6 pierścienia purynowego.

Dynamika błony mitochondrialnej

Mitochondria są powszechnie nazywane „elektrowniami” komórki ze względu na ich zdolność do skutecznego wytwarzania ATP, który jest niezbędny do utrzymania homeostazy komórkowej i metabolizmu. Co więcej, naukowcy uzyskali lepszą wiedzę na temat znaczenia mitochondriów w biologii komórki dzięki odkryciu szlaków sygnalizacji komórkowej przez mitochondria, które są kluczowymi platformami regulacji funkcji komórek, takich jak apoptoza. Jego fizjologiczna zdolność adaptacji jest silnie powiązana z trwającą rekonfiguracją kanału mitochondrialnego komórki poprzez szereg mechanizmów znanych jako dynamika błony mitochondrialnej, które obejmują fuzję i fragmentację błony wewnętrznej (separację), a także ultrastrukturalną przebudowę błony. W rezultacie dynamika mitochondriów reguluje i często choreografuje nie tylko metaboliczne, ale także skomplikowane procesy sygnalizacji komórkowej, takie jak pluripotencjalne komórki macierzyste, proliferacja, dojrzewanie, starzenie się i śmiertelność. Wzajemne zmiany potranslacyjne aparatu mitochondrialnego i rozwój transbłonowych miejsc kontaktu między mitochondriami i innymi strukturami, które mają potencjał łączenia sygnałów z różnych tras, które zasadniczo wpływają na dynamikę błony mitochondrialnej, mitochondria są otoczone dwiema błonami: wewnętrzną mitochondrialną błona (IMM) i zewnętrzna błona mitochondrialna (OMM), z których każda ma charakterystyczną funkcję i strukturę, co odpowiada ich podwójnej roli jako elektrowni komórkowych i organelli sygnalizacyjnych. Wewnętrzna błona mitochondrialna dzieli światło mitochondrium na dwie części: wewnętrzną błonę graniczną, która biegnie równolegle do OMM, oraz cristae, które są głęboko skręconymi, wielojądrowymi inwazjami, które dają miejsce na powiększenie powierzchni i mieszczą mitochondrialny aparat oddechowy. Z drugiej strony zewnętrzna błona mitochondrialna jest miękka i przepuszczalna. Dlatego działa jako podstawa dla szlaków sygnalizacji komórkowej, które gromadzą się, są rozszyfrowywane i transportowane do mitochondriów. Ponadto OMM łączy się z innymi organellami komórkowymi, takimi jak retikulum endoplazmatyczne (ER), lizosomy, endosomy i błona plazmatyczna. Mitochondria odgrywają w biologii komórki szeroki zakres ról, co znajduje odzwierciedlenie w ich różnorodności morfologicznej. Od początku badań nad mitochondriami dobrze udokumentowano, że mitochondria mogą przybierać różne formy, a ich ogólna i ultrastrukturalna morfologia znacznie się różni między komórkami, podczas cyklu komórkowego oraz w odpowiedzi na sygnały metaboliczne lub komórkowe . Mitochondria mogą istnieć jako niezależne organelle lub jako część większych systemów; mogą być również nierównomiernie rozmieszczone w cytozolu poprzez regulowany transport i umieszczanie w mitochondriach, aby spełnić lokalne wymagania energetyczne komórki. Dynamika mitochondrialna odnosi się do adaptacyjnego i zmiennego aspektu mitochondriów, w tym ich kształtu i rozmieszczenia wewnątrzkomórkowego.

autofagia

Główny artykuł: Autofagia

Autofagia to mechanizm samodegradacji, który reguluje źródła energii podczas wzrostu i reakcji na stres dietetyczny. Autofagia również sprząta po sobie, usuwając zagregowane białka, oczyszczając uszkodzone struktury, w tym mitochondria i retikulum endoplazmatyczne oraz eliminując infekcje wewnątrzkomórkowe. Ponadto autofagia pełni rolę przeciwwirusową i przeciwbakteryjną w komórce i bierze udział w początku charakterystycznych i adaptacyjnych odpowiedzi immunologicznych na zanieczyszczenie wirusowe i bakteryjne. Niektóre wirusy zawierają białka wirulencji, które zapobiegają autofagii, podczas gdy inne wykorzystują elementy autofagii do rozwoju wewnątrzkomórkowego lub podziału komórkowego. Autofagia makro, autofagia mikro i autofagia za pośrednictwem białek opiekuńczych to trzy podstawowe typy autofagii. Kiedy uruchamiana jest autofagia makro, błona wykluczająca obejmuje część cytoplazmy, generując autofagosom, charakterystyczną organellę z podwójną błoną. Następnie autofagosom łączy się z lizosomem, tworząc autolizosom, którego składniki degradują enzymy lizosomalne. W mikroautofagii lizosom lub wakuola pochłania fragment cytoplazmy poprzez wkłucie lub wysunięcie błony lizosomalnej w celu zamknięcia cytozolu lub organelli. Autofagia za pośrednictwem białek opiekuńczych (CMA) zapewnia jakość białek poprzez trawienie utlenionych i zmienionych białek w stresujących okolicznościach i dostarczanie aminokwasów poprzez denaturację białek. Autofagia jest podstawowym wewnętrznym systemem degradującym peptydy, tłuszcze, węglowodany i inne struktury komórkowe. Zarówno w sytuacjach fizjologicznych, jak i stresujących, ta progresja komórkowa jest niezbędna do utrzymania prawidłowej równowagi komórkowej. Niestabilność autofagii prowadzi do różnych objawów chorobowych, w tym zapalenia, zaburzeń biochemicznych, starzenia się i neurodegeneracji, ze względu na jej udział w kontrolowaniu integralności komórki. Modyfikacja sieci autofagii-lizosomów jest typową cechą wielu chorób neurologicznych i mięśniowych. W rezultacie autofagia została zidentyfikowana jako potencjalna strategia zapobiegania i leczenia różnych zaburzeń. Wielu z tych zaburzeń można zapobiec lub je złagodzić, spożywając polifenole w posiłku. W rezultacie naturalne związki, które mają zdolność modyfikowania mechanizmu autofagii, są postrzegane jako potencjalna opcja terapeutyczna. Stworzenie podwójnej błony (fagoforu), która byłaby znana jako zarodkowanie, jest pierwszym krokiem w makro-autofagii. Podejście fagoforowe wskazuje na rozregulowane polipeptydy lub wadliwe organelle pochodzące z błony komórkowej, aparatu Golgiego, retikulum endoplazmatycznego i mitochondriów. Wraz z zakończeniem autofagocytu kończy się powiększanie fagoforu. Autofagosom łączy się z pęcherzykami lizosomalnymi, tworząc autolizosom, który rozkłada kapsułkowane substancje, określane jako fagocytoza.

Znani biolodzy komórkowi

• Jean Baptiste Carnoy
• Piotr Agre
• Güntera Blobla
• Roberta Browna
• Geoffrey M. Cooper
• Christian de Duve
• Henryk Dutrochet
• Robert hooke
• H. Roberta Horvitza
• Marka Kirschnera
• Antona van Leeuwenhoeka
• Ira Melman
• Petera D. Mitchella
• Rudolfa Virchowa
• Paweł Pielęgniarz
• Jerzego Emila Palade'a
• Keitha R. Portera
• Raya Rappaporta
• Michaela Swanna
• Rogera Cienia
• Edmunda Beechera Wilsona
• Kennetha R. Millera
• Matthiasa Jakoba Schleidena
• Teodora Schwanna
• Yoshinori Ohsumi
• Jan Evangelista Purkyně

• 

  Czeski anatom Jan Evangelista Purkyně jest najlepiej znany z odkrycia komórek Purkinjego w 1837 roku .

• 

  Theodor Schwann , odkrywca komórki Schwanna

• 

  Yoshinori Ohsumi , laureat Nagrody Nobla za pracę nad autofagią

Zobacz też

• Amerykańskie Towarzystwo Biologii Komórki
• Biofizyka komórki
• Zakłócenie komórek
• Fizjologia komórki
• Adaptacja komórkowa
• Mikrobiologia komórkowa
• Instytut Biologii Molekularnej i Komórkowej (ujednoznacznienie)
• Meiomitoza
• Organoid
• Zarys biologii komórki

Notatki

•         Penner-Hahn, James E. (2013). „Rozdział 2. Technologie wykrywania metali w pojedynczych komórkach. Sekcja 4. Wewnętrzna fluorescencja rentgenowska”. W Bani, Lucia (red.). Metalomika i komórka . Jony metali w naukach przyrodniczych. Tom. 12. Springera. s. 15–40. doi : 10.1007/978-94-007-5561-1_2 . ISBN 978-94-007-5560-4 . PMID 23595669 . książka elektroniczna ISBN 978-94-007-5561-1 ISSN 1559-0836 elektroniczna- ISSN 1868-0402
•   Biologia komórkowa i molekularna, Karp, wyd. 5, ISBN 0-471-46580-1
• Ten artykuł zawiera materiały należące do domeny publicznej z Science Primer . NCBI . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 8 grudnia 2009 r.

Linki zewnętrzne

• Media związane z biologią komórki w Wikimedia Commons
• biologii komórki w Curlie
• Starzejąca się komórka
• „Francis Harry Compton Crick (1916-2004)” autorstwa A. Andrei w Encyklopedii Projektu Embryo
• „Zasoby biologiczne autorstwa profesora Lin”.