Zellen-Biologie

In diesem Artikel geht es um den Zweig der Biologie. Für Zellen selbst siehe Zellen-Biologie).

Zellen-Biologie (Auch Zellbiologie oder Zytologie) ist ein Zweig von Biologie Das untersucht die Struktur, Funktion, und Verhalten von Zellen.[1][2] Alle lebenden Organismen bestehen aus Zellen. Eine Zelle ist die Grundeinheit des Lebens, die für das Leben und Funktionieren von Organismen verantwortlich ist. Die Zellbiologie ist die Untersuchung struktureller und funktioneller Zelleneinheiten. Zellbiologie umfasst beide prokaryotisch und eukaryotische Zellen und hat viele Subtopics, die das Studium der Studie beinhalten können Zellstoffwechsel, Zellkommunikation, Zellzyklus, Biochemie, und Zellzusammensetzung. Die Untersuchung von Zellen wird mit mehreren durchgeführt Mikroskopie Techniken, Zellkultur, und Zellfraktionierung. Diese haben und werden derzeit für Entdeckungen und Forschungen in Bezug auf die Funktionsweise von Zellen verwendet, was letztendlich Einblicke in das Verständnis größerer Organismen gibt. Die Kenntnis der Komponenten von Zellen und der Funktionsweise von Zellen ist für alle biologischen Wissenschaften von grundlegender Bedeutung und ist gleichzeitig für die Forschung von wesentlicher Bedeutung Biomedizinisch Felder wie Krebsund andere Krankheiten. Die Forschung in der Zellbiologie ist mit anderen Bereichen verbunden, wie z. Genetik, Molekulare Genetik, Molekularbiologie, Medizinische Mikrobiologie, Immunologie, und Cytochemie.

Geschichte

Die Zellen wurden erstmals im Europa des 17. Jahrhunderts mit der Erfindung der gesehen Verbindungsmikroskop. 1665, Robert Hooke bezeichnete den Baustein aller lebenden Organismen als "Zellen" (veröffentlicht in Mikrographien) Nach dem Betrachten eines Stücks Kork und eine zellähnliche Struktur beobachten,[3][4] Die Zellen waren jedoch tot und gaben keinen Hinweis auf die tatsächlichen Gesamtkomponenten einer Zelle. Ein paar Jahre später, 1674,, Anton van Leeuwenhoek war der erste, der lebende Zellen in seiner Untersuchung von analysierte Algen. All dies ging dem voraus Zelltheorie Dies besagt, dass alle Lebewesen aus Zellen bestehen und dass Zellen die funktionelle und strukturelle Einheit von Organismen sind. Dies wurde letztendlich vom Pflanzenwissenschaftler abgeschlossen, Matthias Schleiden[4] und Tierwissenschaftler Theodor Schwann 1838 sahen er lebende Zellen in Pflanzen- bzw. Tiergewebe.[5] 19 Jahre später, Rudolf Virchow ferner zur Zelltheorie beigetragen und fügte hinzu, dass alle Zellen aus der Teilung bereits bestehender Zellen stammen.[5] Viren werden in der Zellbiologie nicht berücksichtigt - ihnen fehlen die Eigenschaften einer lebenden Zelle und werden stattdessen in der untersucht Mikrobiologie Unterklasse von Virologie.[6]

Techniken

Die Zellbiologieforschung untersucht verschiedene Wege zur Kultur und Manipulation von Zellen außerhalb eines lebenden Körpers, um die menschliche Anatomie und Physiologie weiter zu erforschen und Medikamente abzuleiten. Die Techniken, mit denen die Zellen untersucht werden, haben sich entwickelt. Aufgrund von Fortschritten in der Mikroskopie haben Techniken und Technologie Wissenschaftlern ermöglicht, die Struktur und Funktion von Zellen besser zu verstehen. Viele Techniken, die üblicherweise zur Untersuchung der Zellbiologie verwendet werden, sind unten aufgeführt:[7]

  • Zellkultur: Verwendet schnell wachsende Zellen für Medien, die eine große Menge eines bestimmten Zelltyps und einen effizienten Weg zur Untersuchung von Zellen ermöglichen.[8] Zellkultur ist eines der Hauptwerkzeuge, die in der zellulären und molekularen Biologie verwendet werden und hervorragende Modellsysteme für die Untersuchung der normalen Physiologie und Biochemie von Zellen (z. B. Stoffwechselstudien, Alterung), die Wirkung von Arzneimitteln und toxischen Verbindungen auf die Zellen und Mutagenese bieten und Karzinogenese. Es wird auch für das Arzneimittel -Screening und -entwicklung sowie die Herstellung biologischer Verbindungen (z. B. Impfstoffe, therapeutische Proteine) verwendet.
  • Fluoreszenzmikroskopie: Fluoreszierende Marker wie z. GFPwerden verwendet, um eine bestimmte Komponente der Zelle zu kennzeichnen. Anschließend wird eine bestimmte Lichtwellenlänge verwendet, um den Fluoreszenzmarker zu erregen, der dann sichtbar gemacht werden kann.[8]
  • Phasenkontrastmikroskopie: Verwendet den optischen Aspekt des Lichts, um die festen Veränderungen fester, flüssiger und gasphasen als Helligkeitsunterschiede darzustellen.[8]
  • Konfokale Mikroskopie: Kombiniert Fluoreszenzmikroskopie mit Bildgebung, indem sie Licht und Schnappaufnahmen fokussieren, um ein 3-D-Bild zu bilden.[8]
  • Transmissionselektronenmikroskopie: Beinhaltet Metallfärbung und das Durchgehen von Elektronen durch die Zellen, die bei der Wechselwirkung mit Metall abgelenkt werden. Dies bildet letztendlich ein Bild der untersuchten Komponenten.[8]
  • Zytometrie: Die Zellen werden in die Maschine platziert, die einen Strahl verwendet, um die Zellen basierend auf verschiedenen Aspekten zu streuen, und können sie daher basierend auf Größe und Inhalt trennen. Zellen können auch mit GFP-Fluoreszenz markiert werden und können auch auf diese Weise getrennt werden.[9]
  • Zellfraktionierung: Dieser Prozess erfordert das Aufbrechen der Zelle mit hoher Temperatur oder Sonifikation, gefolgt von Zentrifugation Um die Teile der Zelle zu trennen, sodass sie separat untersucht werden können.[8]

Zelltypen

Hauptartikel: Zelltypen
Eine Zeichnung einer prokaryotischen Zelle

Es gibt zwei grundlegende Klassifikationen von Zellen: prokaryotisch und eukaryotisch. Prokaryotische Zellen unterscheiden sich von eukaryotischen Zellen durch Abwesenheit von a Zellkern oder andere membrangebundene Organelle.[10] Prokaryotische Zellen sind viel kleiner als eukaryotische Zellen, was sie zur kleinsten Lebensform macht.[11] Prokaryotische Zellen umfassen Bakterien und Archaeaund fehlt ein geschlossener Zellkern. Eukaryotische Zellen kommen in Pflanzen, Tieren, Pilzen und Protisten vor. Sie reichen von 10 bis 100 μm Durchmesser und ihre DNA ist in einem membrangebundenen Kern enthalten. Eukaryoten sind Organismen, die eukaryotische Zellen enthalten. Die vier eukaryotischen Königreiche sind Animalia, Plantae, Pilze und Protista.

Beide reproduzieren sich durch Zellteilung. Bakterien, der prominenteste Typ, haben mehrere verschiedene Formen, obwohl die meisten sind sphärisch oder stangenförmig. Bakterien können als beides klassifiziert werden grampositiv oder gramnegativ abhängig von Zellenwand Komposition. Grampositive Bakterien haben eine dickere Peptidoglycan -Schicht als gramnegative Bakterien. Bakterielle strukturelle Merkmale umfassen a Geißel Das hilft der Zelle, sich zu bewegen,[12] Ribosomen Für die Translation von RNA zu Protein,[12] und ein Nukleoid Das hält das gesamte genetische Material in einer kreisförmigen Struktur.[12] Es gibt viele Prozesse, die in prokaryotischen Zellen auftreten, die es ihnen ermöglichen, zu überleben. In Prokaryoten, mRNA -Synthese wird in einer Promotorsequenz auf der DNA -Template mit zwei Konsensussequenzen initiiert, die die RNA -Polymerase rekrutieren. Die prokaryotische Polymerase besteht aus einem Kernenzym von vier Proteinuntereinheiten und einem σ -Protein, das nur bei der Initiierung hilft. Zum Beispiel in einem Prozess bezeichnet KonjugationDer Fruchtbarkeitsfaktor ermöglicht es den Bakterien, einen Pilus zu besitzen, der es ihm ermöglicht, DNA an ein anderes Bakterien zu übertragen, dem der F -Faktor fehlt, wodurch die Durchlässigkeit des Widerstands ermöglicht wird, sodass sie in bestimmten Umgebungen überleben können.[13]

Struktur und Funktion

Struktur eukaryotischer Zellen

Hauptartikel: Eukaryote
Ein Diagramm einer Tierzelle

Eukaryotische Zellen bestehen aus den folgenden Organellen:

  • Kern: Der Kern der Zell funktioniert als die Genom und genetische Informationsspeicherung für die Zelle, die alle enthalten DNA organisiert in Form von Chromosomen. Es ist von a umgeben Atomhülle, einschließlich Kernporen, die den Transport von Proteinen zwischen Inneren und außerhalb des Kerns ermöglichen.[14] Dies ist auch die Stelle für die Replikation von DNA sowie die Transkription von DNA zu RNA. Anschließend wird die RNA modifiziert und zum Cytosol gebracht, um in Protein übersetzt zu werden.[15]
  • Nucleolus: Diese Struktur befindet sich im Kern, normalerweise dicht und kugelförmig. Es ist die Stelle der ribosomalen RNA (rRNA) -Synthese, die für die ribosomale Montage benötigt wird.
  • Endoplasmatisches Retikulum (ER): Dies funktioniert, um Proteine ​​mit dem Golgi -Apparat zu synthetisieren, zu speichern und abzuziehen.[16] Strukturell ist das endoplasmatische Retikulum ein Netzwerk von Membranen, die in der gesamten Zelle gefunden und mit dem Kern verbunden sind. Die Membranen unterscheiden sich geringfügig von Zelle zu Zelle und die Funktion einer Zelle bestimmt die Größe und Struktur des ER.[17]
  • Mitochondrien: Allgemein bekannt als das Kraftpaket der Zelle ist eine doppelmembrangebundene Zellorganelle.[18] Dies funktioniert für die Produktion von Energie oder ATP in der Zelle. Insbesondere ist dies der Ort, an dem der Krebs- oder TCA -Zyklus für die Herstellung von NADH und FADH auftritt. Danach werden diese Produkte in der Elektronentransportkette (usw.) und in der oxidativen Phosphorylierung für die endgültige Produktion von ATP verwendet.[19]
  • Golgi Apparat: Dies funktioniert, um die Proteine ​​weiter zu verarbeiten, zu verpacken und abzuziehen. Die Proteine ​​enthalten eine Signalsequenz, die es dem Golgi -Gerät ermöglicht, sie an die richtige Stelle zu erkennen und zu lenken. Golgi -Apparate produzieren ebenfalls Glykoproteine und Glykolipide.[20]
  • Lysosom: Die Lysosomen bewirken, dass Material von der Außenseite der Zelle oder der alten Organellen eingebaut wird. Dies enthält viele Säurehydrolasen, Proteasen, Nukleasen und Lipasen, die die verschiedenen Moleküle abbauen. Autophagie ist der Prozess des Abbaus durch Lysosomen, der auftritt, wenn ein Vesikel vom ER abgebrochen wird und das Material verschlingt, dann mit dem Lysosom befestigt und verschmilzt, damit das Material abgebaut werden kann.[21]
  • Ribosomen: Funktionen zur Übersetzung von RNA in Protein. Es dient als Ort der Proteinsynthese.[22]
  • Zytoskelett: Zytoskelett ist eine Struktur, die dazu beiträgt, die Form und allgemeine Organisation des Zytoplasmas aufrechtzuerhalten. Es verankert Organellen in den Zellen und macht die Struktur und Stabilität der Zelle aus. Das Zytoskelett besteht aus drei Haupttypen von Proteinfilamenten: Aktinfilamente, Zwischenfilamente und Mikrotubuli, die zusammengehalten und mit subzellulären Organellen und der Plasmamembran durch eine Vielzahl von Accessoire -Proteinen verbunden sind.[23]
  • Zellmembran: Die Zellmembran kann als Phospholipiddoppelschicht beschrieben werden und besteht auch aus Lipiden und Proteinen.[12] Da die Innenseite der Doppelschicht hydrophoben ist und dass Moleküle an Reaktionen innerhalb der Zelle teilnehmen können, müssen sie in der Lage sein, diese Membranschicht zu überqueren, um über die Zelle zu gelangen osmotischer Druck, Diffusion, Konzentrationsgradienten und Membrankanäle.[24]
  • Centrioles: Funktion zur Herstellung von Spindelfasern, die zur Trennung von Chromosomen während der Zellteilung verwendet werden.

Eukaryotische Zellen können auch aus den folgenden molekularen Komponenten bestehen:

  • Chromatin: Das macht es aus Chromosomen und ist eine Mischung aus DNA mit verschiedenen Proteinen.
  • Zilien: Sie helfen dabei, Substanzen zu treiben, und können auch für sensorische Zwecke verwendet werden.[25]

Zellstoffwechsel

Der Zellstoffwechsel ist für die Produktion von Energie für die Zelle und damit ihr Überleben erforderlich und umfasst viele Wege. Zum ZellatmungSobald Glucose verfügbar ist, tritt die Glykolyse im Zytosol der Zelle zur Herstellung von Pyruvat auf. Pyruvat unterliegt eine Decarboxylierung unter Verwendung des Multizymkomplexes, um Acetyl-CoA zu bilden, die leicht in der verwendet werden können TCA -Zyklus Nadh und Fadh produzieren2. Diese Produkte sind an der beteiligt Elektronentransportkette letztendlich einen Protonengradienten über die innere mitochondriale Membran zu bilden. Dieser Gradient kann dann die Produktion von ATP und H2O während der Oxidative Phosphorylierung.[26] Der Stoffwechsel in Pflanzenzellen umfasst Photosynthese Das ist einfach das genaue Gegenteil von Atmung, da es letztendlich Glukosemoleküle erzeugt.

Zellsignalisierung

Weitere Informationen: Zellsignalisierung

Zellsignalisierung oder die Zellkommunikation ist für die Zellregulation und für Zellen wichtig, um Informationen aus der Umgebung zu verarbeiten und entsprechend zu reagieren. Signalübertragung kann durch direkten Zellkontakt oder auftreten endokrin, Parakrin, und autokrine Signalübertragung. Direkter Zellzellkontakt ist, wenn ein Rezeptor auf einer Zelle ein Molekül bindet, das an der Membran einer anderen Zelle gebunden ist. Die endokrine Signalübertragung erfolgt durch Moleküle, die in den Blutkreislauf sekretiert werden. Das Parakrinsignal verwendet Moleküle, die zwischen zwei Zellen diffundieren, um zu kommunizieren. Autokrine ist eine Zelle, die ein Signal an sich selbst sendet, indem ein Molekül sekretiert wird, das an einen Rezeptor auf seiner Oberfläche bindet. Kommunikationsformen können durch:

  • Ionenkanäle: Kann von verschiedenen Typen wie Spannung oder Liganden -Gated -Ionenkanälen sein. Sie ermöglichen den Ausfluss und den Zufluss von Molekülen und Ionen.
  • G-Protein gekoppelter Rezeptor (GPCR): Es ist allgemein anerkannt, sieben Transmembrandomänen zu enthalten. Der Ligand bindet auf die extrazelluläre Domäne und sobald der Ligand bindet, signalisiert dies einen Guaninaustauschfaktor, um das BIP in GTP umzuwandeln und die G-α-Untereinheit zu aktivieren. G-α kann auf andere Proteine ​​wie Adenylcyclase oder Phospholipase C abzielen, die letztendlich sekundäre Boten wie CAMP, IP3, DAG und Calcium produzieren. Diese sekundären Messenger -Unternehmen verstärken Signale und können Ionenkanäle oder andere Enzyme abzielen. Ein Beispiel für die Verstärkung eines Signals ist die CAMP -Bindung an PKA, indem die regulatorischen Untereinheiten entfernt und die katalytische Untereinheit veröffentlicht werden. Die katalytische Untereinheit hat eine Kernlokalisierungssequenz, die sie dazu veranlasst, in den Kern zu gehen und andere Proteine ​​zu phosphorylieren, um die Genaktivität entweder zu unterdrücken oder zu aktivieren.[26]
  • Rezeptor -Tyrosinkinasen: Binden Sie Wachstumsfaktoren und fördern das Tyrosin am intrazellulären Teil des Proteins weiter, um Phosphorylieren zu überschreiten. Das phosphorylierte Tyrosin wird zu einem Landepad für Proteine, der eine SH2 -Domäne enthält, die die Aktivierung von Ras und die Beteiligung der Karte Kinaseweg.[27]

Wachstum und Entwicklung

Eukaryotischer Zellzyklus

Hauptartikel: Zellzyklus
Der Prozess von Zellteilung im Tier Zellzyklus

Zellen sind die Grundlage aller Organismen und die grundlegenden Lebenseinheiten. Das Wachstum und die Entwicklung von Zellen sind für die Aufrechterhaltung des Wirts und das Überleben des Organismus wesentlich. Für diesen Prozess durchläuft die Zelle die Schritte der Zellzyklus und Entwicklung, die Zellwachstum beinhaltet, DNA Replikation, Zellteilung, Regeneration und Zelltod.

Der Zellzyklus ist in vier verschiedene Unterschiede unterteilt Phasen: G1, S, G2 und M. Die G -Phase - die die Zellwachstumsphase ist - macht ungefähr 95% des Zyklus aus. Die Proliferation von Zellen wird von Vorläufern angestiftet. Alle Zellen beginnen in identischer Form und können im Wesentlichen zu jeder Art von Zellen werden. Zellsignale wie die Induktion können nahe gelegene Zellen beeinflussen, um die Art der Zelle zu bestimmen, die sie werden wird. Darüber hinaus ermöglicht dies Zellen des gleichen Typs, um Gewebe, dann Organe und letztendlich Systeme zu aggregieren und zu bilden. Die Phase G1, G2 und S (DNA -Replikation, Beschädigung und Reparatur) gelten als Interphasenabschnitt des Zyklus, während die M -Phase (Phase (Mitose) ist der Zellteilung Teil des Zyklus. Mitose besteht aus vielen Stadien, darunter Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase und Zytokinese. Das ultimative Ergebnis der Mitose ist die Bildung von zwei identischen Tochterzellen.

Der Zellzyklus wird in reguliert Zellzyklus -Kontrollpunkte, durch eine Reihe von Signalfaktoren und Komplexen wie Cyclin, Cyclin-abhängige Kinase, und p53. Wenn die Zelle ihren Wachstumsprozess abgeschlossen hat und wenn sie sich als beschädigt oder verändert befindet, erfährt sie einen Zelltod, entweder durch Apoptose oder NekroseUm die Bedrohung zu beseitigen, kann es dem Überleben des Organismus verursachen.[28]

Zellsterblichkeit, Unsterblichkeit der Zelllinie

Die Abstammung jeder heutigen Zelle zeichnet sich vermutlich in einer ungebrochenen Abstammung über 3 Milliarden Jahre zurück, um die Ursprung des Lebens. Es sind keine Zellen, die sind unsterblich Aber Zelllinien mit mehreren Generationen.[29] Die Unsterblichkeit einer Zelllinie hängt von der Aufrechterhaltung von ab Zellteilung Potenzial. Dieses Potenzial kann in einer bestimmten Linie aufgrund von Zellschäden verloren gehen. Enddifferenzierung wie in Nervenzellen oder programmierter Zelltod (auftritt (Zelltod (Apoptose) während der Entwicklung. Die Aufrechterhaltung des Zellteilungspotentials über aufeinanderfolgende Generationen hängt von der Vermeidung und der genauen Reparatur von Zellschäden ab, insbesondere von Zellschäden DNA -Schaden. In sexuellen Organismen die Kontinuität der Keimbahn hängt von der Wirksamkeit von Prozessen zur Vermeidung von DNA -Schäden ab und ab Reparatur dieser DNA -Schäden das passieren. Sexuelle Prozesse in Eukaryotensowie in Prokaryotenbieten die Möglichkeit, DNA -Schäden in der Keimlinie durch eine wirksame Reparatur von DNA zu erhalten Homologe Rekombination.[29][30]

Zellzyklusphasen

Der Zellzyklus ist ein vierstufiger Prozess, den eine Zelle durchläuft, während sie sich entwickelt und sich teilt. Es umfasst Lücke 1 (G1), Synthese (S), Lücke 2 (G2) und Mitose (M). Die Zelle startet entweder den Zyklus aus G1 oder lässt den Zyklus nach Abschluss des Zyklus durch G0. Die Zelle kann von G0 durch eine terminale Differenzierung voranschreiten.

Die Interphase bezieht sich auf die Phasen des Zellzyklus, die zwischen einer Mitose und der nächsten auftreten, und umfasst G1, S und G2.

G1 -Phase

Die Größe der Zelle wächst.

Der Inhalt der Zellen wird repliziert.

S Phase

Replikation von DNA

Die Zelle repliziert jedes der 46 Chromosomen (23 Paare).

G2 -Phase

Die Zelle multipliziert.

In Vorbereitung auf die Zellteilung bilden sich Organellen und Proteine.

M Phase

Nach der Mitose tritt eine Zytokinese auf (Zelltrennung)

Bildung zweier Tochterzellen, die identisch sind

G0 -Phase

Diese Zellen verlassen G1 und betreten G0, eine Ruhephase. Eine Zelle in G0 erledigt ihre Arbeit, ohne sich aktiv auf die Trennung vorzubereiten.[31]

Pathologie

Hauptartikel: Zytopathologie

Der wissenschaftliche Zweig, der Krankheiten auf zellulärer Ebene untersucht und diagnostiziert Zytopathologie. Die Zytopathologie wird im Allgemeinen an Proben von freien Zellen oder Gewebefragmenten verwendet, im Gegensatz zu der Pathologie Zweig von Histopathologie, die ganze Gewebe untersucht. Die Zytopathologie wird üblicherweise verwendet, um Krankheiten zu untersuchen, an denen eine breite Palette von Körperstellen beteiligt ist, um häufig die Diagnose von Krebs, aber auch die Diagnose einiger Infektionskrankheiten und anderer entzündlicher Erkrankungen zu unterstützen. Zum Beispiel ist eine gemeinsame Anwendung der Zytopathologie die Pap -Abstrich, a Screening-Test verwendet, um zu erkennen Gebärmutterhalskrebs, und Präkanzerosen zervikale Läsionen Das kann zu Gebärmutterhalskrebs führen.[32]

Zellzyklus -Kontrollpunkte und DNA -Schadensreparatursysteme

Der Zellzyklus besteht aus einer Reihe von gut geordneten, aufeinanderfolgenden Stadien, die zur Zellteilung führen. Die Tatsache, dass die Zellen die nächste Stufe erst beginnt, bis die letzte fertig ist, ist ein signifikantes Element der Zellzyklusregulation. Zellzyklus -Checkpoints sind Merkmale, die eine hervorragende Überwachungsstrategie für genaue Zellzyklus und Spaltungen darstellen. CDKs, assoziierte Cyclin -Gegenstücke, Proteinkinasen und Phosphatasen regulieren das Zellwachstum und die Teilung von einem Stadium zum anderen.[33] Der Zellzyklus wird durch die zeitliche Aktivierung von CDKs gesteuert, die durch die Cyclin-Partnerwechselwirkung, die Phosphorylierung durch bestimmte Proteinkinasen und die Ent-Phosphorylierung durch Phosphatasen der Cdc25-Familie bestimmt werden. Als Reaktion auf DNA -Schäden ist die DNA -Reparaturreaktion einer Zelle eine Kaskade von Signalwegen, die zu Checkpoint -Engagement, reguliert, den Reparaturmechanismus in DNA, Zellzyklusveränderungen und Apoptose. Zahlreiche biochemische Strukturen sowie Prozesse, die Schäden in DNA erkennen, sind ATM und ATR, die die DNA -Reparaturkontrollpunkte induzieren[34]

Der Zellzyklus ist eine Folge von Aktivitäten, bei denen Zellorganellen dupliziert und anschließend präzise in Tochterzellen getrennt werden. Es gibt wichtige Ereignisse, die während eines Zellzyklus passieren. Die Prozesse, die im Zellzyklus auftreten, umfassen Zellentwicklung, Replikation und Trennung von Chromosomen. Die Zellzyklus -Checkpoints sind Überwachungssysteme, die die Integrität, Genauigkeit und Chronologie des Zellzyklus verfolgen. Jeder Checkpoint dient als alternativer Zellzyklusendpunkt, wobei die Parameter der Zelle untersucht werden, und nur wenn wünschenswerte Eigenschaften erfüllt sind und seine Komponenten zwischen den beiden neuen Zellen. In den Eukaryoten treten vier Hauptstadien auf. In G1 ist die Zelle normalerweise aktiv und wächst weiterhin schnell, während in G2 das Zellwachstum fortgesetzt wird, während Proteinmoleküle zur Trennung bereit sind. Dies sind keine ruhenden Zeiten; Sie sind, wenn Zellen Masse gewinnen, Wachstumsfaktorrezeptoren integrieren, ein repliziertes Genom herstellen und sich auf die Chromosomen -Segregation vorbereiten. Die DNA-Replikation ist auf eine separate Synthese in Eukaryoten beschränkt, die auch als S-Phase bekannt ist. Während der Mitose, die auch als M-Phase bekannt ist, tritt die Trennung der Chromosomen auf.[35] DNA kann wie jedes andere Molekül einen weiten Bereich chemischer Reaktionen durchführen. Modifikationen in der Sequenz der DNA haben dagegen einen erheblich größeren Einfluss als Modifikationen in anderen zellulären Bestandteilen wie RNAs oder Proteinen, da DNA als dauerhafte Kopie des Zellgenoms wirkt. Wenn während der DNA -Replikation fehlerhafte Nukleotide eingebaut werden, können Mutationen auftreten. Der Großteil der DNA-Schäden wird durch Entfernen der fehlerhaften Basen festgelegt und dann den ausgeschnittenen Bereich neu synchronisiert. Andererseits können einige DNA -Läsionen durch Umkehrung des Schadens repariert werden, was eine wirksamere Methode zur Bewältigung häufiger Arten von DNA -Schäden sein kann. Auf diese Weise werden nur wenige Formen von DNA -Schäden repariert, einschließlich Pyrimidindimeren, die durch ultraviolettes Licht (UV) verursacht werden, das durch das Einsetzen von Methyl- oder Ethylgruppen an der O6 -Position des Purinrings verändert wird.[36]

Mitochondrienmembrandynamik

Mitochondrien werden üblicherweise als "Kraftwerke" der Zelle bezeichnet, da sie effektiv ATP produzieren können, was für die Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase und des Stoffwechsels unerlässlich ist. Darüber hinaus haben Forscher ein besseres Wissen über die Bedeutung von Mitochondrien in der Zellbiologie erlangt, da die Zellsignalwege durch Mitochondrien entdeckt wurden, die entscheidende Plattformen für die Zellfunktionsregulation wie Apoptose sind. Seine physiologische Anpassungsfähigkeit ist stark mit der laufenden Neukonfiguration des Zell -Mitochondrienkanals durch einen Bereich von Mechanismen verbunden, die als mitochondriale Membrandynamik bekannt sind, zu denen die Endomembranfusion und Fragmentierung (Trennung) sowie die ultrastrukturelle Membran -Remodellierung gehören. Infolgedessen regulieren und choreografieren die mitochondriale Dynamik nicht nur metabolisch, sondern auch komplizierte Zellsignalprozesse wie pluripotente Stammzellen, Proliferation, Reifung, Alterung und Mortalität. Gegenseitig die posttranslationalen Veränderungen der Mitochondrienapparate und die Entwicklung von Transmembran-Kontaktstellen zwischen Mitochondrien und anderen Strukturen, die beide das Potenzial haben, Signale aus verschiedenen Routen zu verknüpfen, die die Dynamik der mitochondrialen Membran erheblich beeinflussen.[35] Mitochondrien werden von zwei Membranen verpackt: einer inneren mitochondrialen Membran (Immbran) und einer äußeren mitochondrialen Membran (OMM), die jeweils eine charakteristische Funktion und Struktur mit einer doppelten Rolle als zelluläre Kraftwerke und Signalorganellen entsprechen. Die innere Mitochondrienmembran unterteilt das mitochondriale Lumen in zwei Teile: die innere Grenzmembran, die parallel zur OMM läuft, und die Cristae, die tief verdreht sind, die sich mit mehreren kugelförmigen Invaginationen in der Fläche und dem Haus der Mitochondrien -Atmungsgeräte für Oberflächenbereiche befinden. Die äußere Mitochondrienmembran hingegen ist weich und durchlässig. Es wirkt daher als Grundlage für Zellsignalwege, um sich zu versammeln, zu entziffern und in Mitochondrien transportiert zu werden. Darüber hinaus verbindet sich die OMM mit anderen zellulären Organellen wie dem endoplasmatischen Retikulum (ER), Lysosomen, Endosomen und der Plasmamembran. Mitochondrien spielen eine breite Palette von Rollen in der Zellbiologie, was sich in ihrer morphologischen Vielfalt widerspiegelt. Seit Beginn der mitochondrialen Studie wurde gut dokumentiert, dass Mitochondrien eine Vielzahl von Formen haben können, wobei sowohl ihre allgemeine als auch ihre ultra-strukturelle Morphologie zwischen den Zellen und während des Zellzyklus stark variieren können, und in Reaktion auf metabolische oder zelluläre Hinweise . Mitochondrien können als unabhängige Organellen oder als Teil größerer Systeme existieren. Sie können auch im Cytosol durch reguliertes mitochondrialer Transport und Platzierung im Cytosol auch ungleich verteilt werden, um den lokalisierten Energiebedarf der Zelle zu erfüllen. Die mitochondriale Dynamik bezieht sich auf den adaptiven und variablen Aspekt der Mitochondrien, einschließlich ihrer Form und subzellulären Verteilung.[35]

Autophagie

Hauptartikel: Autophagie

Autophagie ist ein selbstdegradativer Mechanismus, der Energiequellen während des Wachstums und der Reaktion auf Ernährungsstress reguliert. Die Autophagie reinigt auch nach sich selbst und klärt aggregierte Proteine, reinigt beschädigte Strukturen wie Mitochondrien und endoplasmatisches Retikulum und löschende intrazelluläre Infektionen. Darüber hinaus hat Autophagie eine antivirale und antibakterielle Rolle in der Zelle und ist zu Beginn der charakteristischen und adaptiven Immunantworten auf virale und bakterielle Kontamination beteiligt. Einige Viren umfassen Virulenzproteine, die Autophagie verhindern, während andere Autophagieelemente für die intrazelluläre Entwicklung oder die zelluläre Aufteilung verwenden.[37] Makroautophagie, Mikroautophagie und Chaperon-vermittelte Autophagie sind die drei Grundtypen der Autophagie. Wenn die Makroautophagie ausgelöst wird, enthält eine Ausschlussmembran einen Abschnitt des Zytoplasmas, wodurch das Autophagosom erzeugt wird, eine charakteristische doppelte Membran-Organelle. Das Autophagosom verbindet dann das Lysosom, um ein Autolysosom zu erzeugen, wobei lysosomale Enzyme die Komponenten abbauen. Bei der Mikroautophagie verschlingt das Lysosom oder die Vakuol ein Stück des Zytoplasmas durch Invagination oder Vorsprung der Lysosomalmembran, um das Cytosol oder die Organellen einzuschließen. Das Chaperon-vermittelte Autophagie (CMA) Proteinqualitätssicherung durch Verdauung oxidierter und veränderter Proteine ​​unter stressigen Umständen und der Lieferung von Aminosäuren durch Protein -Denaturierung.[38] Autophagie ist das primäre intrinsische Abbausystem für Peptide, Fette, Kohlenhydrate und andere zelluläre Strukturen. Sowohl in physiologischen als auch in stressigen Situationen ist dieses zelluläre Fortschreiten für die Wahrung des richtigen zellulären Gleichgewichts von entscheidender Bedeutung. Die Instabilität der Autophagie führt zu einer Vielzahl von Krankheitssymptomen, einschließlich Entzündungen, biochemischen Störungen, Alterung und neurodegenerativen, aufgrund ihrer Beteiligung an der Kontrolle der Zellintegrität. Die Modifikation der Autophagie-Lysosomal-Netzwerke ist ein typisches Kennzeichen vieler neurologischer und muskulärer Erkrankungen. Infolgedessen wurde Autophagie als potenzielle Strategie zur Prävention und Behandlung verschiedener Störungen identifiziert. Viele dieser Störungen werden durch den Konsum von Polyphenol in der Mahlzeit verhindert oder verbessert. Infolgedessen werden natürliche Verbindungen mit der Fähigkeit, den Autophagie -Mechanismus zu modifizieren, als potenzielle therapeutische Option angesehen.[39] Die Schaffung der Doppelmembran (Phagophor), die als Keimbildung bekannt wäre, ist der erste Schritt bei der Makroautophagie. Der Phagophoransatz zeigt dysregulierte Polypeptide oder defekte Organellen an, die aus der Zellmembran, dem Golgi -Apparat, dem endoplasmatischen Retikulum und Mitochondrien stammen. Mit der Schlussfolgerung der Autophagozyten endet die Vergrößerung des Phagophors. Das Auto-Phagosom verbindet sich mit den lysosomalen Vesikeln, um ein Auto-Lysosom zu formulieren, das die eingekapselten Substanzen, die als Phagozytose bezeichnet wird, abbaut.[40]

Bemerkenswerte Zellbiologen

Siehe auch

Anmerkungen

  1. ^ Alberts, Bruce; Johnson, Alexander D.; Morgan, David; Raff, Martin; Roberts, Keith; Walter, Peter (2015). "Zellen und Genome". Molekularbiologie der Zelle (6. Aufl.). New York, NY: Garlandwissenschaft. S. 1–42. ISBN 978-0815344322.
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Verweise

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