ביולוגיה של התא: היסטוריה, מה היא חוקרת, יישומים ומושגים - ביולוגיה - 2025

ביולוגיה של התא הוא ענף של הביולוגיה, כי מחקרים בכל תחומי החיים בתא. כלומר, עם המבנה, התפקוד, ההתפתחות וההתנהגות של התאים המרכיבים יצורים חיים על פני האדמה; במילים אחרות, כל מה שטמון בלידתו, חייו ומותו.

זהו מדע שמשלב כמות גדולה של ידע, שביניהם בולטות ביוכימיה, ביו-פיזיקה, ביולוגיה מולקולרית, מדעי חישוב, ביולוגיה התפתחותית והתנהגותית וביולוגיה אבולוציונית, שכל אחת מהן עם גישה משלה ו אסטרטגיות ניסוי משלהם כדי לענות על שאלות ספציפיות.

צללית של מיקרוסקופ (מקור: קארן ארנולד באמצעות ויקימדיה Commons)

מכיוון שתורת התאים קובעת כי כל היצורים החיים מורכבים מתאים, ביולוגיה של התא אינה מבחינה בין בעלי חיים, צמחים, חיידקים, ארכאאה, אצות או פטריות והיא יכולה להתמקד בתאים בודדים או בתאים השייכים לרקמות ואיברים של אותו אדם רב-תאי.

לפיכך, מכיוון שמדובר במדע ניסיוני (ולא בתיאור), מחקר בענף זה של ביולוגיה תלוי בשיטות הקיימות לחקר אולטרה-תשתיות תאים ובתפקידיו (מיקרוסקופיה, צנטריפוגה, תרבות במבחנה וכו ')

היסטוריה של ביולוגיה של התא

חלק מהמחברים סבורים כי לידת הביולוגיה של התא התרחשה עם כניסתה של תיאוריית התאים שהציעו שליידן ושוואן בשנת 1839.

עם זאת, חשוב לקחת בחשבון כי התאים תוארו ונחקרו שנים רבות לפני, החל מהממצאים הראשונים של רוברט הוק שבשנת 1665 ראה לראשונה את התאים שהיוו את הרקמה המתה של גיליון הפקק; והמשיך עם אנטוני ואן ליוונהוק, אשר שנים אחר כך צפה בדגימות עם מיקרואורגניזמים שונים תחת המיקרוסקופ.

דיוקנו של רוברט הוק (מקור: גוסטב VH, באמצעות ויקימדיה Commons)

לאחר עבודתם של הוק, ליוונהוק שליידן ושוואן, מחברים רבים התמסרו גם הם למשימת חקר התאים, בעזרתם שוכללו פרטים אודות מבנהם הפנימי ותפקודם: גרעין התאים האוקריוטים, DNA וכרומוזומים, mitochondria, reticulum endoplasmic, מתחם גולגי וכו '.

באמצע המאה ה -20 חלה התקדמות ניכרת בשדה הביולוגיה המולקולרית. זה השפיע על העובדה שבשנות החמישים חלה גם ביולוגיה של תאים בצמיחה ניכרת, מכיוון שבאותן שנים ניתן היה לשמור ולהכפיל תאים במבחנה, מבודדים מאורגניזמים חיים.

התקדמות במיקרוסקופיה, צנטריפוגציה, ניסוח אמצעי תרבות, טיהור חלבונים, זיהוי ומניפולציה של קווי תאים מוטנטים, ניסויים בכרומוזומים וחומצות גרעין, בין היתר, מציבים תקדים לקידום מהיר של ביולוגיה של התא לתא. העידן הנוכחי.

מה אתה לומד? (מושא המחקר)

ביולוגיה של התא אחראית לחקר התאים הפרוקריוטים והאוקריוטים; הוא חוקר את תהליכי התהוותו, חייו ומותו. זה בדרך כלל יכול להתמקד במנגנוני איתות ובבניית קרומי התא, כמו גם בארגון שלד הציטוס וקוטביות התא.

הוא גם חוקר מורפוגנזה, כלומר המנגנונים המתארים כיצד התאים מתפתחים בצורה מורפולוגית וכיצד תאים "שמתבגרים" והופכים לאורך חייהם משתנים עם הזמן.

תאי שמרים מהזן Saccharomyces cerevisiae.

בתוך ביולוגיה של התא כלולים נושאים הקשורים לניידות ומטבוליזם של אנרגיה, כמו גם לדינמיקה והביוגנזה של האברונים הפנימיים שלהם, במקרה של תאים אוקריוטיים (גרעין, אנדופלסמה רטיקול, מתחם גולגי, מיטוכונדריה, כלורופלסטים, ליזוזומים, פרוקסיסומים, גליקוזומים, ווקואולים, גליוקסיסומים וכו ').

זה כרוך גם בחקר הגנום, ארגונם ותפקודם הגרעיני בכלל.

בביולוגיה של התאים נחקרים צורתם, גודלם ותפקודם של התאים המרכיבים את כל האורגניזמים החיים, כמו גם את התהליכים הכימיים המתרחשים בתוכם והאינטראקציה בין המרכיבים הציטוזוליים שלהם (והמיקום התת-תאי שלהם) תאים עם הסביבה שלהם.

מושגים חיוניים בביולוגיה של התא

איור חלוקת התא. מקור: pixabay.com

הכניסה לתחום הביולוגיה של התא היא משימה פשוטה כאשר לוקחים בחשבון ידע בסיסי כלשהו או מושגים חיוניים, שכן בעזרת אלה ועם שימוש בשכל ניתן להבין לעומק את עולם התאים המורכב.

תאים

סכמה של שני סוגי התאים בטבע: איקריוטות ופרוקריוטות. החלקים העיקריים מוצגים ומראים את ההבדלים ביניהם (מקור: לא נמסר מחבר קריא במכונה. Mortadelo2005 הניח (מבוסס על טענות בזכויות יוצרים). באמצעות ויקימדיה Commons)

בין מושגי היסוד שצריך לקחת בחשבון בפנורמה היא התפיסה שתאים הם יחידות החיים הבסיסיות, כלומר שהם "הבלוקים" המאפשרים בניית אורגניזמים שאנחנו יכולים לכנות "חיים" ושכולם הם מופרדים מהסביבה החוץ תאית בזכות נוכחותה של קרום.

ללא קשר לגודל, צורתם או תפקודם ברקמה ספציפית, כל התאים מבצעים את אותן פונקציות בסיסיות המאפיינות דברים חיים: הם צומחים, ניזונים, מתקשרים עם הסביבה ומתרבים.

DNA

מולקולת DNA. מקור: wikipedia.org

למרות שישנם תאים אוקריוטיים ותאים פרוקריוטים, שהם שונים באופן מהותי ביחס לארגון הציטוזולי שלהם, כל תא שיש לזכור, לכל אלה, ללא יוצא מן הכלל, יש בתוכם חומצה deoxyribonucleic (DNA), מולקולה המאכלסת " המישורים המבניים, המורפולוגיים והתפקודיים של התא.

ציטוזול

תרשים של תא בעלי חיים וחלקיו. הציטוזול נקרא בתחתית. (מקור: Alejandro Porto דרך ויקימדיה Commons)

לתאים האוקריוטים יש אברונים מתמחים בציטוזול שלהם לתפקודים שונים התורמים לתהליכים החיוניים שלהם. אברונים אלה מבצעים ייצור אנרגיה מחומר מזין, סינתזה, אריזה והובלה של חלבונים תאיים רבים, וכן ייבוא ​​ועיכול של חלקיקים גדולים.

ציטוס שלד

לתאים יש ציטוס שלד פנימי השומר על צורה, מכוון את התנועה וההובלה של חלבונים והאיברונים המשתמשים בהם, וכן מסייע בתנועה או בתזוזה של התא כולו.

אורגניזמים חד-תאיים ורב-תאיים

ישנם אורגניזמים חד-תאיים ורב-תאיים (שמספר התאים שלהם משתנה מאוד). מחקרי ביולוגיה של תאים מתמקדים בדרך כלל באורגניזמים "מודליים", שהוגדרו על פי סוג התא (פרוקריוטות או אוקריוטות) ועל פי סוג האורגניזם (חיידקים, בעלי חיים או צמח).

הגנים

גנים הם חלק מהמידע המקודד במולקולות DNA שנמצאים בכל התאים על כדור הארץ.

אלה לא רק ממלאים פונקציות באחסון והובלת המידע הדרוש לקביעת רצף חלבון, אלא גם מפעילים פונקציות רגולטוריות ומבניות חשובות.

יישומים לביולוגיה של התא

קיימות מספר רב של יישומים לביולוגיה של תאים בתחומים כמו רפואה, ביוטכנולוגיה וסביבה. להלן כמה יישומים:

מכתים פלואורסצנטיים במצב הכלאה (FISH) של כרומוזומים יכולים לאתר טרנסלוקציות כרומוזומליות בתאי סרטן.

הטכנולוגיה של מיקרו-מערכי ה- "שבב" של DNA מאפשרת לדעת את השליטה בביטוי הגנים של שמרים, במהלך גידולם. טכנולוגיה זו שימשה להבנת הביטוי של גנים אנושיים ברקמות שונות ובתאים סרטניים.

נוגדנים עם תווית פלואורסצנטית, ספציפיים כנגד חלבוני נימה ביניים, מאפשרים לדעת את הרקמה שממנה מקור הגידול. מידע זה מסייע לרופא לבחור את הטיפול המתאים ביותר להילחם בגידול.

שימוש בחלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP) כדי לאתר את התאים ברקמה. באמצעות טכנולוגיית DNA רקומביננטית, הגן GFP מוחדר לתאים ספציפיים של חיה שלמה.

דוגמאות מחקריות אחרונות בביולוגיה של התא

נבחרו שתי דוגמאות למאמרים שפורסמו בכתב העת Nature Cell Biology Review. אלה הם הדברים הבאים:

תפקיד הירושה האפיגנטית בבעלי חיים (פרז ובן להנר, 2019)

התגלה שמולקולות אחרות, בנוסף לרצף הגנום, יכולות להעביר מידע בין דורות. ניתן לשנות מידע זה על ידי התנאים הפיזיולוגיים והסביבתיים של הדורות הקודמים.

לפיכך, קיים ב- DNA מידע שאינו קשור לרצף (שינויים קוולנטיים של היסטונים, מתילציה של DNA, RNAs קטנים) ומידע שאינו תלוי בגנום (מיקרוביומה).

אצל יונקים תזונה או תזונה טובה משפיעים על מטבוליזם הגלוקוז של הצאצאים. לא תמיד מתווכות השפעות אמהיות על ידי גמטות, אך הן יכולות לפעול בעקיפין דרך האם.

חיידקים יכולים לעבור בירושה דרך האם דרך תעלת הלידה, או באמצעות הנקה. אצל עכברים, תזונה דלה בסיבים תזונתיים מייצרת ירידה במגוון הטקסונומי של המיקרוביומה לאורך דורות. בסופו של דבר, הכחדה של תת-אוכלוסיות של מיקרואורגניזמים מתרחשת.

ויסות כרומטין וטיפול בסרטן (ולנסיה וקדוך, 2019)

נכון לעכשיו ידועים המנגנונים השולטים במבנה הכרומטין ותפקידו במחלות. בתהליך זה הייתה פיתוח טכניקות המאפשרות זיהוי ביטוי של גנים אונקוגניים וגילוי יעדים טיפוליים.

חלק מהטכניקות בהן נעשה שימוש הן התרעה חיסונית של כרומטין ואחריה רצף (ChIP-seq), רצף RNA (RNA-seq), ניסוי כרומטין הניתן לניתן באמצעות רצף (ATAC-seq).

בעתיד השימוש בטכנולוגיית CRISPR - Cas9 והפרעות RNA ישחק תפקיד בהתפתחות טיפולי סרטן.

הפניות

1. אלברטס, ב., בריי, ד., הופקין, ק., ג'ונסון, א.ד., לואיס, ג'., רף, מ., … & וולטר, פ. (2013). ביולוגיה תאי חיונית. גרלנד מדע.
2. Bolsaver, SR, Shephard, EA, White, HA, & Hyams, JS (2011). ביולוגיה של התא: קורס קצר. ג'ון וויילי ובניו.
3. קופר, GM ו- Hausman, RE (2004). התא: גישה מולקולרית. Medicinska naklada.
4. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., and Darnell, J. (2000). ביולוגיה מולקולרית של התא המהדורה הרביעית. המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגי, מדף ספרים.
5. סולומון, EP, ברג, LR ומרטין, DW (2011). ביולוגיה (מהדורה ט '). ברוקס / קול, לימוד Cengage: ארה"ב.