Cell Biology adalah cabang dari biologi yang mempelajari semua aspek kehidupan sel. Yaitu dengan struktur, fungsi, evolusi dan perilaku sel-sel yang menyusun makhluk hidup di bumi; dengan kata lain, segala sesuatu yang melekat pada kelahirannya, kehidupan dan kematiannya.
Ini adalah ilmu yang mengintegrasikan sejumlah besar pengetahuan, di antaranya biokimia, biofisika, biologi molekuler, ilmu komputasi, biologi perkembangan dan perilaku dan biologi evolusioner menonjol, yang masing-masing dengan pendekatannya sendiri dan strategi eksperimen Anda sendiri untuk menjawab pertanyaan spesifik .
Siluet mikroskop (Sumber: Karen Arnold [CC0] melalui Wikimedia Commons)
Karena teori sel menyatakan bahwa semua makhluk hidup terdiri dari sel, biologi sel tidak membedakan antara hewan, tumbuhan , bakteri, archaea, ganggang atau jamur dan dapat fokus pada sel individu atau pada sel milik jaringan dan organ dari individu multiseluler yang sama. .
Jadi, karena ini adalah ilmu eksperimental (bukan deskriptif), penelitian di cabang biologi ini bergantung pada metode yang tersedia untuk mempelajari ultrastruktur sel dan fungsinya (mikroskopi, sentrifugasi, kultur in vitro , dll.)
Indeks artikel
Sejarah biologi sel
Beberapa penulis menganggap bahwa kelahiran biologi sel terjadi dengan munculnya teori sel yang diusulkan oleh Schleiden dan Schwann pada tahun 1839.
Namun, penting untuk mempertimbangkan bahwa sel-sel telah dijelaskan dan dipelajari bertahun-tahun sebelumnya, dimulai dengan penemuan pertama Robert Hooke yang, pada tahun 1665, melihat untuk pertama kalinya sel-sel yang merupakan jaringan mati dari lembaran gabus; dan dilanjutkan dengan Antoni van Leeuwenhoek, yang bertahun-tahun kemudian mengamati sampel dengan mikroorganisme yang berbeda di bawah mikroskop.
Potret Robert Hooke (Sumber: Gustav VH, melalui Wikimedia Commons)
Setelah karya Hooke, Leeuwenhoek Schleiden dan Schwann, banyak penulis juga mengabdikan diri untuk tugas mempelajari sel, yang rinciannya disempurnakan mengenai struktur internal dan fungsinya: inti sel eukariotik, DNA dan kromosom, mitokondria, retikulum endoplasma, Kompleks Golgi, dll.
Pada pertengahan abad ke-20, bidang biologi molekuler mengalami kemajuan yang cukup besar. Hal ini mempengaruhi fakta bahwa, selama tahun 1950-an, biologi sel juga mengalami pertumbuhan yang cukup besar, karena pada tahun-tahun itu dimungkinkan untuk mempertahankan dan memperbanyak sel secara in vitro , yang diisolasi dari organisme hidup.
Kemajuan dalam bidang mikroskopi, sentrifugasi, formulasi media kultur, pemurnian protein, identifikasi dan manipulasi garis sel mutan, eksperimen dengan kromosom dan asam nukleat, antara lain, sebagai preseden untuk kemajuan pesat biologi sel ke era saat ini.
Apa yang kamu pelajari? (objek studi)
Biologi sel bertanggung jawab untuk mempelajari sel prokariotik dan eukariotik; ia mempelajari proses pembentukannya, kehidupan dan kematiannya. Biasanya dapat fokus pada mekanisme pensinyalan dan penataan membran sel, serta organisasi sitoskeleton dan polaritas sel.
Ini juga mempelajari morfogenesis, yaitu mekanisme yang menggambarkan bagaimana sel berkembang secara morfologis dan bagaimana sel yang “matang” dan berubah sepanjang hidup mereka berubah seiring waktu.
Sel ragi dari spesies Saccharomyces cerevisiae.
Biologi sel mencakup topik yang berkaitan dengan mobilitas dan metabolisme energi, serta dinamika dan biogenesis organel internal mereka, dalam kasus sel eukariotik (inti, retikulum endoplasma, kompleks Golgi, mitokondria, kloroplas, lisosom, peroksisom , glikosom, vakuola, glioksisom, dll).
Ini juga melibatkan studi genom, organisasinya, dan fungsi nuklir secara umum.
Dalam biologi sel, bentuk, ukuran dan fungsi sel yang membentuk semua organisme hidup dipelajari, serta proses kimia yang terjadi di dalamnya dan interaksi antara komponen sitosol (dan lokasi subselularnya) dan sel dengan lingkungannya. .
Konsep Penting dalam Biologi Sel
Ilustrasi pembelahan sel. Sumber: pixabay.com
Memasuki bidang biologi sel adalah tugas sederhana ketika beberapa pengetahuan dasar atau konsep penting diperhitungkan, karena dengan ini dan dengan penggunaan akal adalah mungkin untuk sepenuhnya memahami dunia sel yang kompleks.
sel
Skema dua jenis sel di alam: eukariotik dan prokariotik. Bagian utama ditampilkan, menunjukkan perbedaan di antara mereka (Sumber: Tidak ada penulis yang dapat dibaca mesin yang disediakan. Mortadelo2005 diasumsikan (berdasarkan klaim hak cipta). [Domain publik] melalui Wikimedia Commons)
Di antara konsep dasar yang harus diperhitungkan dalam panorama adalah konsepsi bahwa sel adalah unit dasar kehidupan, yaitu, bahwa mereka adalah “blok” yang memungkinkan konstruksi organisme yang dapat kita sebut “hidup” dan bahwa semuanya terpisah dari lingkungan ekstraseluler berkat adanya membran.
Terlepas dari ukuran, bentuk, atau fungsinya dalam jaringan tertentu, semua sel menjalankan fungsi dasar yang sama yang menjadi ciri makhluk hidup: mereka tumbuh, memberi makan, berinteraksi dengan lingkungan, dan bereproduksi.
DNA
molekul DNA. Sumber: wikipedia.org
Meskipun ada sel eukariotik dan sel prokariotik, yang secara fundamental berbeda dalam hal organisasi sitosolnya, sel apa pun yang ada dalam pikiran, semuanya, tanpa kecuali, memiliki asam deoksiribonukleat (DNA) di dalamnya, sebuah molekul yang menampung ” struktur, morfologi dan bidang fungsional ”sel.
sitosol
Gambar sel hewan dan bagian-bagiannya. Sitosol diberi nama di bagian bawah. (Sumber: Alejandro Porto [CC0] melalui Wikimedia Commons)
Sel eukariotik memiliki organel khusus dalam sitosolnya untuk berbagai fungsi yang berkontribusi pada proses vitalnya. Organel ini melakukan produksi energi dari bahan nutrisi, sintesis, pengemasan dan pengangkutan banyak protein seluler, dan juga pemasukan dan pencernaan partikel besar.
Sitoskeleton
Sel memiliki sitoskeleton internal yang mempertahankan bentuk, mengarahkan pergerakan dan transportasi protein dan organel yang menggunakannya, serta membantu pergerakan atau perpindahan seluruh sel.
Organisme uniseluler dan multiseluler
Ada organisme uniseluler dan multiseluler (yang jumlah selnya sangat bervariasi). Studi biologi sel biasanya berfokus pada organisme “caral”, yang telah didefinisikan menurut jenis sel (prokariota atau eukariota) dan menurut jenis organisme (bakteri, hewan atau tumbuhan).
gen
Gen adalah bagian dari informasi yang dikodekan dalam molekul DNA yang ada di semua sel di bumi.
Ini tidak hanya memenuhi fungsi dalam penyimpanan dan pengangkutan informasi yang diperlukan untuk menentukan urutan protein, tetapi juga menjalankan fungsi regulasi dan struktural yang penting.
Kegunaan Biologi Sel
Ada banyak sekali aplikasi untuk biologi sel di bidang-bidang seperti kedokteran, bioteknologi, dan lingkungan. Berikut beberapa aplikasinya:
Pewarnaan dan hibridisasi fluoresen in situ (FISH) kromosom dapat mendeteksi translokasi kromosom dalam sel kanker.
Teknologi microarray DNA “chip” memungkinkan untuk mengetahui kontrol ekspresi gen ragi selama pertumbuhannya. Teknologi ini telah digunakan untuk memahami ekspresi gen manusia di berbagai jaringan dan sel kanker.
Antibodi berlabel fluoresensi, spesifik terhadap protein filamen menengah, memungkinkan untuk mengetahui jaringan dari mana tumor berasal. Informasi ini membantu dokter memilih pengobatan yang paling tepat untuk melawan tumor.
Penggunaan protein fluorescent hijau (GFP) untuk melokalisasi sel dalam jaringan. Menggunakan teknologi DNA rekombinan, gen GFP dimasukkan ke dalam sel-sel spesifik hewan lengkap.
Contoh Penelitian Terbaru dalam Biologi Sel
Dua contoh artikel yang diterbitkan dalam jurnal Nature Cell Biology Review dipilih. Ini adalah sebagai berikut:
Peran pewarisan epigenetik pada hewan (Pérez dan Ben Lehner, 2019)
Telah ditemukan bahwa molekul lain, selain urutan genom, dapat mentransfer informasi antar generasi. Informasi ini dapat dimodifikasi oleh kondisi fisiologis dan lingkungan dari generasi sebelumnya.
Dengan demikian, ada informasi dalam DNA yang tidak terkait dengan urutan (modifikasi kovalen histon, metilasi DNA, RNA kecil) dan informasi independen dari genom (mikrobioma).
Pada mamalia, malnutrisi atau nutrisi yang baik mempengaruhi metabolisme glukosa keturunannya. Efek paternal tidak selalu dimediasi oleh gamet, tetapi secara tidak langsung dapat bertindak secara maternal.
Bakteri dapat diturunkan melalui ibu melalui jalan lahir, atau melalui menyusui. Pada tikus, diet rendah serat menyebabkan penurunan keragaman taksonomi mikrobioma dari generasi ke generasi. Akhirnya, kepunahan subpopulasi mikroorganisme terjadi.
Regulasi kromatin dan terapi kanker (Valencia dan Kadoch, 2019)
Mekanisme yang mengatur struktur kromatin dan perannya dalam penyakit saat ini telah diketahui. Dalam proses ini, pengembangan teknik yang memungkinkan pengidentifikasian ekspresi gen onkogenik dan penemuan target terapeutik menjadi kuncinya.
Beberapa teknik yang digunakan adalah chromatin immunoprecipitation diikuti dengan sequencing (ChIP-seq), RNA sequencing (RNA-seq), chromatin transpoaccessible assay using sequencing (ATAC-seq).
Di masa depan, penggunaan teknologi CRISPR – Cas9 dan interferensi RNA akan berperan dalam pengembangan terapi kanker.
Referensi
- Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Biologi Sel Esensial. Ilmu Garland.
- Bolsaver, SR, Shephard, EA, Putih, HA, & Hyams, JS (2011). Biologi Sel: kursus singkat. John Wiley & Sons.
- Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Sel: Pendekatan molekuler. Medicinska naklada.
- Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2000). Biologi sel molekuler edisi keempat. Pusat Nasional Informasi Bioteknologi, Rak Buku.
- Solomon, EP, Berg, LR, & Martin, DW (2011). Biologi (edisi ke-9). Brooks / Cole, Cengage Belajar: Amerika Serikat.
