História da biologia celular, que estudos, aplicações e conceitos

O Biologia Celular É o ramo da biologia que estuda todos os aspectos relacionados à vida celular. Isto é, com a estrutura, função, evolução e comportamento das células que compõem os seres vivos na Terra; Em outras palavras, tudo inerente ao seu nascimento, sua vida e morte.

É uma ciência que integra muito conhecimento, entre os quais bioquímica, biofísica, biologia molecular, ciência da computação, biologia do desenvolvimento e biologia comportamental e evolutiva, cada uma com sua própria abordagem e suas próprias estratégias de experimentação para responder a perguntas específicas.

Silhueta de um microscópio (fonte: Karen Arnold [CC0] via Wikimedia Commons)

Como a teoria das células afirma que todos os seres vivos são compostos de células, a biologia celular não distinção entre animais, plantas, bactérias, arcos, algas ou fungos e pode se concentrar em células individuais ou células pertencentes a tecidos e órgãos do mesmo indivíduo multicelular.

Assim, como é uma ciência experimental (mais que descritiva), a pesquisa nesse ramo da biologia depende dos métodos disponíveis para o estudo da ultraestrutura celular e suas funções (microscopia, centrifugação, cultivação Em vitro, etc.)

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História da biologia celular

Alguns autores consideram que o nascimento da biologia celular ocorreu com o advento da teoria das células proposta por Schleiden e Schwann em 1839.

No entanto, é importante considerar que as células foram descritas e estudadas muitos anos antes, começando com as primeiras descobertas de Robert Hooke que, em 1665, viu pela primeira vez as células que constituíam o tecido morto de uma folha de cortiça; E continuando com Antoni Van Leeuwenhoek, que anos depois observou amostras com microscópio diferente com microscópio diferente.

Retrato de Robert Hooke (Fonte: Gustav VH, via Wikimedia Commons)

Então, as obras de Hooke, Leeuwenhoek Schleiden e Schwann, muitos autores também se dedicaram à tarefa de estudar células, que estavam refinando detalhes em relação à sua estrutura e operação interna: o núcleo das células eucarióticas foi descrito, DNA e cromossomos, mitocôndrias, regulamentação endoplasmática , Complexo de Golgi, etc.

Em meados do século de dezembro, o campo da biologia molecular viu um progresso considerável. Isso influenciou que, durante a década de 1950, a biologia celular também experimentou um crescimento considerável, pois naqueles anos era possível manter e multiplicar células Em vitro, isolado de organismos vivos.

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Avanços na microscopia, centrifugação, formulação de meios de cultura, purificação de proteínas, identificação e manipulação de linhas celulares mutantes, experimentação com cromossomos e ácidos nucleicos, entre outras coisas, precedentes liquidados para o rápido avanço da biologia celular até a época atual.

Que estuda? (objeto de estudo)

A biologia celular é responsável pelo estudo das células procarióticas e eucarióticas; Estude os processos de sua formação, sua vida e sua morte. Geralmente, você pode se concentrar em mecanismos de sinalização e nas membranas celulares, bem como na organização do citoesqueleto e polaridade celular.

Também o estudo da morfogênese, ou seja, os mecanismos que descrevem como as células morfologicamente se desenvolvem e como aqueles que "amadurecem são alterados no tempo e se transformam ao longo de suas vidas.

Saccharomyces cerevisiae Células de levedura.

Cell biology includes topics related to mobility and energy metabolism, as well as the dynamics and biogenesis of its internal organelles, in the case of eukaryotic cells (nucleus, endoplasmic reticulum, Golgi complex, mitochondria, chloroplasts, lysosomas, peroxisomes, glycosomes, vacuoles, glioxissomos, etc.).

Isso também implica o estudo dos genomas, sua organização e função nuclear em geral.

Na biologia celular, a forma, o tamanho e a função das células que compõem todos os organismos vivos, bem como os processos químicos que ocorrem dentro e a interação entre seus componentes citosólicos (e sua localização subcelular) e das células com seus arredores.

Conceitos essenciais em biologia celular

Ilustração de uma divisão celular. Fonte: Pixabay.com

Entrar no campo da biologia celular é uma tarefa simples quando algum conhecimento básico ou conceitos essenciais são levados em consideração, pois com eles e com o uso da razão, é possível entender em profundidade o complexo mundo das células.

Células

Esquema dos dois tipos de células na natureza: eucariotos e procariotos. As peças principais são mostradas, evidenciando as diferenças entre elas (fonte: nenhum autor legível por máquina fornece. Mortadelo2005 assumiu (com base em reivindicações de direitos autorais). [Domínio público] via Wikimedia Commons)

Entre os conceitos fundamentais que devem ser tomados no panorama está a concepção de que as células são as unidades básicas da vida, ou seja, que são os "blocos" que permitem a construção de organismos que podemos chamar de "vivo" e que tudo o que são separado do meio extracelular graças à presença de uma membrana.

Independentemente de seu tamanho, sua forma ou função em um tecido específico, todas as células desempenham as mesmas funções básicas que caracterizam os seres vivos: elas crescem, alimentam, interagem com o ambiente e se reproduzem.

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DNA

Molécula de DNA. Fonte: Wikipedia.org

Embora existam células eucarióticas e células procarióticas, que são fundamentalmente diferentes de sua organização citosólica, qualquer que seja a célula que esteja em mente, todos, sem exceção, eles têm dentro do ácido desoxirribonucleico interior (DNA), uma molécula que abriga “a estrutura estrutural , planos morfológicos e funcionais ”de uma célula.

Citosol

Diagrama de células animais e suas partes. O citosol é nomeado na parte inferior. (Fonte: Alejandro Porto [CC0] via Wikimedia Commons)

As células eucarióticas têm organizações especializadas em diferentes funções que contribuem para os processos vitais destes. Essas organelas realizam a produção de energia a partir do material nutricional, a síntese, a embalagem e o transporte de muitas proteínas celulares e também a importação e digestão de grandes partículas.

Citoesqueleto

As células têm um citoesqueleto interno que mantém a forma, direciona o movimento e o transporte de proteínas e as organelas que as usam, além de colaborar no movimento ou deslocamento da célula completa.

Organismos unicelulares e multicelulares

Existem organismos unicelulares e multicelulares (cujo número de células é extremamente variável). Os estudos de biologia celular geralmente se concentram nas organizações "modelo", que foram definidas de acordo com o tipo de célula (procariontes ou eucariotos) e de acordo com o tipo de organismo (bactérias, animal ou planta).

Os genes

Os genes fazem parte das informações codificadas em moléculas de DNA que estão presentes em todas as células terrestres.

Eles não apenas cumprem as funções no armazenamento e transporte das informações necessárias para determinar a sequência de uma proteína, mas também exercem importantes funções regulatórias e estruturais.

Aplicações da biologia celular

Existem muitas aplicações de biologia celular em áreas como medicina, biotecnologia e meio ambiente.  Algumas aplicações são apresentadas abaixo:

Coloração de cor fluorescente e hibridação (peixe) de cromossomos permite detectar translocações cromossômicas em células cancerígenas.

A tecnologia de microdisposições de "chip" de DNA permite que você conheça o controle da expressão gênica de levedura, durante seu crescimento. Essa tecnologia tem sido usada para conhecer a expressão de genes humanos em diferentes tecidos e células cancerígenas

Anticorpos marcados com fluorescência, específicos contra proteínas de filamentos intermediários, permitem conhecer o tecido do qual um tumor se originou. Esta informação ajuda o médico a escolher o tratamento mais apropriado para combater o tumor.

Uso de proteína fluorescente verde (GFP) para localizar células dentro de um tecido. Através da tecnologia de DNA recombável, o gene GFP é introduzido em células específicas de um animal completo.

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Exemplos de pesquisas recentes em biologia celular

Dois exemplos de artigos publicados na Nature Cell Biology Review foram escolhidos. Estes são os seguintes:

Papel da herança epigenética em animais (Pérez e Ben Lehner, 2019)

Foi descoberto que outras moléculas, além da sequência do genoma, podem transferir informações entre gerações. Esta informação pode ser modificada pelas condições fisiológicas e ambientais das gerações anteriores.

Dessa maneira, há informações no DNA não associado à sequência (modificações covalentes das histonas, metilação do DNA, RNA pequeno) e informações independentes do genoma (microbioma).

Nos mamíferos, a desnutrição ou a boa comida afeta o metabolismo da glicose da descida. Os efeitos paternos nem sempre são mediados pelos gametas, mas podem agir indiretamente rota materna.

As bactérias podem ser herdadas pela rota materna através do canal de nascimento ou amamentação. Em camundongos, uma dieta de fibra ruim produz uma diminuição na diversidade taxonômica do microbioma ao longo das gerações. Eventualmente, ocorre a extinção de subpopulações de microorganismos.

Regulação da cromatina e terapia do câncer (Valência e Kadoch, 2019)

Atualmente, os mecanismos que governam a estrutura da cromatina e seu papel nas doenças são conhecidos. Nesse processo, o desenvolvimento de técnicas que permitem identificar a expressão de genes oncogênicos e a descoberta de brancos terapêuticos tem sido fundamental.

Algumas das técnicas utilizadas são imunoprecipitação da cromatina seguida pelo sequenciamento (ChIP-seq), sequenciamento do RNA (RNA-seq), ensaio transpoaccessível de cromatina usando sequenciamento (ATAC-seq).

No futuro, o uso de RNA de tecnologia e interferência CRISPR-CAS9 terá um papel no desenvolvimento de terapias contra o câncer.

Referências

1. Alberts, b., Bray, d., Hopkin, k., Johnson, a. D., Lewis, J., Raff, m.,… & Walter, P. (2013). Biologia celular essencial. Garland Science.
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4. Lodish, h., Berk, a., Zipursky, s. eu., Matsudaira, p., Baltimore, d., & Darnell, J. (2000). Molecular Cell Biology 4th Edition. Centro Nacional de Informações de Biotecnologia, Bookshelf.
5. Salomão, e. P., Berg, l. R., & Martin, D. C. (2011). Biologia (9ª ed.). Brooks/Cole, Cengage Learning: EUA.