Біологія клітини – одна з провідних сучасних біологічних наук
1. Відокремлення біології клітини як окремої дисципліни, її історія.
2. Досягнення сучасної біології клітини.
3. Клітина як одиниця живого. Види клітин. Клітинна теорія.
1
Біологія клітини вивчає будову, біологічні функції клітин та молекулярні механізми їхньої життєдіяльності, розвитку, розмноження та адаптації до умов довкілля.
Вивчення клітини було розпочато мікроскопістами 17-ого віку. У 1611 році Йоганном Кеплером винайдено складний світловий мікроскоп. У 1655 році Роберт Гук описав мікроскопічну будову зрізів корка, серцевини бузини, зрізів овочів, папороті. Подібні дослідження також проводили Марчецо Мальпігі, Неємія Грю. У 1674 році Антоні ван Левенгук повідомив про відкриття одноклітинних. У 1683 році йому вдалося побачити бактерії.
Наступні дослідження були присвячені вивченню клітинних компонентів. На початку 18-ого віку чеський вчений Ян Євангеліста Пуркіне (1787–1869) описав напіврідкий драглеподібний вміст клітини, який назвав протоплазмою.
Пуркіне заснував перший у світі фізіологічний інститут у Вроцлаві (1939). У 1825 році відкрив ядро яйцеклітини. Відомі його дослідження з фізіології зорового сприйняття. Був так званим „чеським будите лем”; боровся за відродження чеської мови, літератури, науки та культури. Відомий також його син Карел – чеський художник. Відомі його натюрморти, портрети тощо.
У 1833 році вчений Браун чітко описав ядро клітини, вивчаючи мікроскопічну будову клітин орхідей. Про присутність ядра в клітині писав також німецький ботанік – Матіас Шлейден. У 1838–1839 році німецький зоолог Теодор Шван
Теодор Шван опублікував роботу „Мікроскопічні дослідження про відповідності у структурі та рості тварин і рослин”. У 1836 році відкрив пепсин в шлунковому соці.
узагальнив результати власних досліджень, а також дані Пуркіне та Шлейдена і сформулював так звану „клітинну теорію”, яка включала два положення:
клітина є основною елементарною одиницею будови всіх органів та частин тіла рослин і тварин;
всі живі організми складаються з однієї або багатьох клітин.
Подальший розвиток клітинна теорія отримала в працях німецького патолога Рудольфа Вірхова. У 1858 році вийшла його книга „Клітинна патологія”, де він узагальнював різні дані про поділ клітини тварин і рослин. Таким чином додалося третє положення: клітини утворюються тільки через поділ інших клітин (omnis cellula e cellula).
Серед цитологів 20-ого віку варто відмітити такого вченого як Рамон-і-Кахаль, який розвинув вчення про нейрон як морфологічну одиницю нервової системи. Класичними також є його дослідження будови сітківки ока, спинного мозку, мозочку тощо. Не менш визначним серед цитологів є ім’я Каміло Гольджі, який також досліджував клітини нервової системи.
Варто також відмітити Герберта Гасера та Джо Ерлангера, які дослідили біоелектричні потенціали в нервових волокнах за допомогою осцилографа.
Взагалі електричним явищам у нейронах всередині 20-го століття приділялась значна увага. У 1963 році Алан Ходжкін, Джон Еклс та Ендрю Гакслі стали нобелівськими лауреатами: Ходжкін розробив сучасну теорію виникнення біоелектричних потенціалів, Еклс описав механізми передачі нервового імпульсу від однієї клітини до іншої, Гакслі з’ясував іонний механізм передавання нервового імпульсу від однієї клітини до іншої. Він також досліджував механізм м’язового скорочення.
Не можна пропустити імен Крістіана де Дюва та Джорджа Пелейда. Перший відкрив субклітинні структури – лізосоми. Другий вперше в 1953 році описав рибосоми (гранули Паладе) і мітохондрії.
У 70-х рр. Георг Келер та Цезар Мільштейн розробляють технологію отримання моноклональних антитіл за допомогою гібридом.
Гібридома – клітинний гібрид, який отримується через злиття нормальної клітини з пухлинною. Має здатність до синтезу специфічного білка (наприклад, антитіла), та необмежений ріст.
Наступним кроком у розвитку біології клітини було відкриття факторів росту клітин. Стенлі Коен відкриває фактор росту епідермісу, а Леві-Монтальчіні – фактор росту нервів.
Цікаве відкриття зробили американські молекулярні біологи, Джон Бішоп, Девід Стеелєн та Харольд Вармус. Вони встановили, що нормальні клітини містять гени, здатні зумовлювати злоякісну трансформацію.
Онкогени – гени, які зумовлюють перетворення нормальних клітин у злоякісні. Зараз відомо біля 60 онкогенів. Дія онкогенів реалізується через онкобілки, які вони кодують.
У 80-х рр.. Берт Сакман та Ервін Неєр розробляють методи фіксації електричних потенціалів на клітинній мембрані. За допомогою розробленої методики цим вченим вдалося вивчити будову та функції поодиноких іонних каналів у різних типах клітин.
2
На даний час у найбільш актуальним у біології клітини є з’ясування детальних механізмів:
злоякісного переродження клітин;
старіння одно- та багатоклітинних організмів, а також програмованої загибелі клітини;
диференціації клітин;
регуляції експресії генів в нормі, патології та за дії факторів довкілля;
психічних процесів (пам’яті, мислення, мови) і т. п.
Чільне місце серед актуальних тем посідає також вивчення поведінки клітини у стані стресу. Причому тут важливо зрозуміти не тільки особливості регуляції експресії генів, а також позагеномні механізми зміни метаболізму (на рівні кінетики ферментів, посттрансляційних модифікацій, зміни концентрацій метаболітів).
Досягнення сучасної біології клітини співзвучні тим актуальним проблемам, які на сьогодні стоять перед цією дисципліною. Так, зокрема, були відкриті онкогени, розроблені різні теорії раку; відкриті регуляторні ферменти протеїнкінази, G-білки; з’ясовані частково механізми диференціації клітин та програмованої загибелі (апоптозу); частково досліджені механізми пам’яті та з’ясовані причини деяких нейродегенративних хвороб. Продовжують вивчатись так звані транскриптоми, тобто списки генів, експресія яких активується або навіть ініціюється при певних змінах оточення клітини.
3
Сучасна клітинна теорія включає 3 основні положення:
1. Життя існує тільки у формі клітин. Клітина є автономною живою системою, оскільки забезпечує поглинання, перетворення, запасання та використання речовини та енергії, а також зберігання, переробку та реалізацію біологічної інформації.
2. Клітина лежить в основі неперервності життя.
3. Прояв життєдіяльності клітини забезпечується її функціональною організацією.
Зараз у біологічній науці прийнятий принцип біохімічної єдності живої матерії:
всі організми