BIOLOGI SEL: SEJARAH, KAJIAN, APLIKASI DAN KONSEPNYA - BIOLOGI - 2026

The Biologi Sel merupakan cabang biologi yang mengkaji semua aspek kehidupan sel. Maksudnya, dengan struktur, fungsi, evolusi dan tingkah laku sel yang membentuk makhluk hidup di bumi; dengan kata lain, segala sesuatu yang wujud dalam kelahiran, hidup dan kematiannya.

Ini adalah sains yang mengintegrasikan sejumlah besar pengetahuan, di antaranya biokimia, biofizik, biologi molekul, sains komputasi, biologi perkembangan dan tingkah laku dan biologi evolusi menonjol, masing-masing dengan pendekatannya sendiri dan strategi eksperimen mereka sendiri untuk menjawab soalan tertentu.

Siluet mikroskop (Sumber: Karen Arnold melalui Wikimedia Commons)

Oleh kerana teori sel menyatakan bahawa semua makhluk hidup terdiri daripada sel, biologi sel tidak membezakan antara haiwan, tumbuh-tumbuhan, bakteria, archaea, alga atau kulat dan dapat memberi tumpuan kepada sel individu atau pada sel yang tergolong dalam tisu dan organ individu multiselular yang sama.

Oleh itu, kerana ia adalah sains eksperimental (bukan deskriptif), penyelidikan dalam cabang biologi ini bergantung pada kaedah yang ada untuk kajian ultrastruktur selular dan fungsinya (mikroskopi, sentrifugasi, budaya in vitro, dll.)

Sejarah biologi sel

Sebilangan penulis menganggap bahawa kelahiran biologi sel berlaku dengan munculnya teori sel yang dikemukakan oleh Schleiden dan Schwann pada tahun 1839.

Walau bagaimanapun, adalah penting untuk mempertimbangkan bahawa sel-sel itu dijelaskan dan dikaji bertahun-tahun sebelumnya, bermula dengan penemuan pertama Robert Hooke yang, pada tahun 1665, untuk pertama kalinya melihat sel-sel yang membentuk tisu mati dari lembaran gabus; dan terus bersama Antoni van Leeuwenhoek, yang bertahun-tahun kemudian memerhatikan sampel dengan mikroorganisma yang berbeza di bawah mikroskop.

Potret Robert Hooke (Sumber: Gustav VH, melalui Wikimedia Commons)

Selepas karya Hooke, Leeuwenhoek Schleiden dan Schwann, banyak penulis juga mengabdikan diri untuk tugas mengkaji sel, dengan mana perinciannya diperincikan mengenai struktur dan fungsi dalaman mereka: inti sel eukariotik, DNA dan kromosom, mitokondria, retikulum endoplasma, kompleks Golgi, dll.

Pada pertengahan abad ke-20, bidang biologi molekul menyaksikan kemajuan yang cukup besar. Ini mempengaruhi kenyataan bahawa, selama tahun 1950-an, biologi sel juga mengalami pertumbuhan yang cukup besar, kerana pada tahun-tahun tersebut adalah mungkin untuk memelihara dan memperbanyak sel secara in vitro, diasingkan dari organisma hidup.

Kemajuan mikroskopi, sentrifugasi, formulasi media kultur, pemurnian protein, pengenalpastian dan manipulasi garis sel mutan, percubaan dengan kromosom dan asid nukleik, antara lain, menjadi preseden untuk kemajuan pesat biologi sel ke zaman sekarang.

Apa yang awak belajar? (objek kajian)

Biologi sel bertanggungjawab untuk kajian sel prokariotik dan eukariotik; dia mengkaji proses-proses pembentukannya, hidup dan kematiannya. Biasanya fokus pada mekanisme pemberian isyarat dan penstrukturan membran sel, serta pengaturan sitoskeleton dan polaritas sel.

Ia juga mengkaji morfogenesis, iaitu mekanisme yang menggambarkan bagaimana sel berkembang secara morfologi dan bagaimana sel yang "matang" dan berubah sepanjang hidupnya berubah dari masa ke masa.

Sel ragi spesies Saccharomyces cerevisiae.

Dalam biologi sel, topik yang berkaitan dengan mobiliti dan metabolisme tenaga disertakan, serta dinamika dan biogenesis organel dalamannya, dalam hal sel eukariotik (nukleus, retikulum endoplasma, kompleks Golgi, mitokondria, kloroplas, lisosom, peroksisom, glikosom, vakuola, glikoksisom, dan lain-lain).

Ini juga melibatkan kajian genom, organisasi mereka, dan fungsi nuklear secara umum.

Dalam biologi sel, bentuk, ukuran dan fungsi sel yang membentuk semua organisma hidup dikaji, serta proses kimia yang terjadi di dalamnya dan interaksi antara komponen sitosolik mereka (dan lokasi subselularnya) dan sel dengan persekitarannya.

Konsep penting dalam biologi sel

Ilustrasi pembahagian sel. Sumber: pixabay.com

Memasuki bidang biologi sel adalah tugas yang mudah apabila mengambil kira beberapa pengetahuan asas atau konsep penting, kerana dengan ini dan dengan menggunakan akal adalah mungkin untuk memahami secara mendalam dunia sel yang kompleks.

Sel

Skema dua jenis sel di alam: eukariota dan prokariota. Bahagian utama ditunjukkan, menunjukkan perbezaan di antara mereka (Sumber: Tidak ada pengarang yang dapat dibaca oleh mesin. Mortadelo2005 dianggap (berdasarkan tuntutan hak cipta). Melalui Wikimedia Commons)

Antara konsep asas yang mesti dipertimbangkan dalam panorama adalah konsepsi bahawa sel adalah unit asas kehidupan, iaitu bahawa ia adalah "blok" yang membolehkan pembinaan organisma yang boleh kita panggil "hidup" dan bahawa semua mereka dipisahkan dari persekitaran ekstraselular berkat kehadiran membran.

Terlepas dari ukuran, bentuk atau fungsi mereka dalam tisu tertentu, semua sel menjalankan fungsi asas yang sama yang mencirikan makhluk hidup: mereka tumbuh, memberi makan, berinteraksi dengan persekitaran, dan membiak.

DNA

Molekul DNA. Sumber: wikipedia.org

Walaupun terdapat sel-sel eukariotik dan sel-sel prokariotik, yang pada asasnya berbeza sehubungan dengan organisasi sitosoliknya, apa pun sel yang ada dalam fikirannya, semua, kecuali, mempunyai asid deoksiribonukleik (DNA) di dalamnya, molekul yang menempatkan " bidang struktur, morfologi dan fungsional ”sel.

Cytosol

Rajah sel haiwan dan bahagiannya. Sitosol dinamakan di bahagian bawah. (Sumber: Alejandro Porto melalui Wikimedia Commons)

Sel eukariotik mempunyai organel khusus dalam sitosolnya untuk fungsi yang berbeza yang menyumbang kepada proses penting mereka. Organel ini melakukan pengeluaran tenaga dari bahan nutrien, sintesis, pembungkusan dan pengangkutan banyak protein selular, dan juga pengimportan dan pencernaan zarah besar.

Cytoskeleton

Sel mempunyai sitoskeleton dalaman yang mengekalkan bentuk, mengarahkan pergerakan dan pengangkutan protein dan organel yang menggunakannya, serta membantu pergerakan atau perpindahan seluruh sel.

Organisma unisel dan multisel

Terdapat organisma uniselular dan multiselular (jumlah selnya sangat berubah-ubah). Kajian biologi sel biasanya memfokuskan pada organisma "model", yang telah ditentukan mengikut jenis sel (prokariota atau eukariota) dan mengikut jenis organisma (bakteria, haiwan atau tumbuhan).

Gen

Gen adalah sebahagian daripada maklumat yang dikodkan dalam molekul DNA yang terdapat di semua sel di bumi.

Ini tidak hanya memenuhi fungsi dalam penyimpanan dan pengangkutan informasi yang diperlukan untuk menentukan urutan protein, tetapi juga melaksanakan fungsi pengaturan dan struktur penting.

Aplikasi Biologi Sel

Terdapat sebilangan besar aplikasi untuk biologi sel dalam bidang seperti perubatan, bioteknologi, dan alam sekitar. Berikut adalah beberapa aplikasi:

Pewarnaan pendarfluor dan hibridisasi (IKAN) kromosom dapat mengesan translokasi kromosom pada sel barah.

Teknologi microarrays DNA "chip" memungkinkan untuk mengetahui kawalan gen ekspresi ragi, semasa pertumbuhannya. Teknologi ini telah digunakan untuk memahami ekspresi gen manusia dalam pelbagai tisu dan sel barah.

Antibodi berlabel pendarfluor, khusus terhadap protein filamen perantaraan, memungkinkan untuk mengetahui tisu dari mana tumor berasal. Maklumat ini membantu doktor memilih rawatan yang paling tepat untuk melawan tumor.

Penggunaan protein pendarfluor hijau (GFP) untuk melokalisasi sel dalam tisu. Dengan menggunakan teknologi DNA rekombinan, gen GFP diperkenalkan ke dalam sel spesifik haiwan yang lengkap.

Contoh Penyelidikan Terkini dalam Biologi Sel

Dua contoh artikel yang diterbitkan dalam jurnal Nature Cell Biology Review dipilih. Ini adalah perkara berikut:

Peranan pewarisan epigenetik pada haiwan (Pérez dan Ben Lehner, 2019)

Telah dijumpai bahawa molekul lain, selain urutan genom, dapat memindahkan maklumat antara generasi. Maklumat ini dapat diubah oleh keadaan fisiologi dan persekitaran generasi sebelumnya.

Oleh itu, terdapat maklumat dalam DNA yang tidak berkaitan dengan urutan (modifikasi kovalen histon, metilasi DNA, RNA kecil) dan maklumat yang tidak bergantung pada genom (mikrobioma).

Pada mamalia, kekurangan zat makanan atau pemakanan yang baik mempengaruhi metabolisme glukosa keturunan. Kesan ibu bapa tidak selalu dimediasi oleh gamet, tetapi ia boleh berlaku secara tidak langsung melalui ibu.

Bakteria boleh diwarisi melalui ibu melalui saluran kelahiran, atau melalui penyusuan. Pada tikus, diet rendah serat menghasilkan penurunan kepelbagaian taksonomi mikrobioma dari generasi ke generasi. Akhirnya, kepupusan subpopulasi mikroorganisma berlaku.

Peraturan Chromatin dan terapi barah (Valencia dan Kadoch, 2019)

Pada masa ini, mekanisme yang mengatur struktur kromatin dan peranannya dalam penyakit telah diketahui. Dalam proses ini, pengembangan teknik yang memungkinkan untuk mengenal pasti ekspresi gen onkogenik dan penemuan sasaran terapi telah menjadi kunci.

Beberapa teknik yang digunakan adalah imunoprecipitasi kromatin diikuti dengan penjujukan (ChIP-seq), penjujukan RNA (RNA-seq), uji kromatin transpoaccessible menggunakan penjujukan (ATAC-seq).

Di masa depan, penggunaan teknologi CRISPR - Cas9 dan gangguan RNA akan berperanan dalam pengembangan terapi barah.

Rujukan

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M., … & Walter, P. (2013). Biologi Sel Penting. Ilmu Garland.
2. Bolsaver, SR, Shephard, EA, White, HA, & Hyams, JS (2011). Biologi Sel: kursus pendek. John Wiley & Anak.
3. Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Sel: Pendekatan molekul. Medicinska naklada.
4. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2000). Biologi sel molekul edisi ke-4. Pusat Maklumat Nasional Bioteknologi, Rak Buku.
5. Solomon, EP, Berg, LR, & Martin, DW (2011). Biologi (edisi ke-9). Brooks / Cole, Cengage Pembelajaran: Amerika Syarikat.