Die Zellbiologie ist die akademische Disziplin, die die Grundeinheit der Lebewesen, die Zellen, untersucht. Zellen sind die kleinste unabhängig funktionierende Einheit im Aufbau eines Organismus und bestehen in der Regel aus einem Zellkern, der von Zytoplasma umgeben und von einer Membran umschlossen ist. Die Zellbiologie untersucht auf mikroskopischer und molekularer Ebene die physiologischen Eigenschaften, die Struktur, die Organellen (wie Zellkerne und Mitochondrien), die Interaktionen, den Lebenszyklus, die Teilung und den Tod dieser Grundeinheiten von Organismen. Die zellbiologische Forschung erstreckt sich sowohl auf die große Vielfalt von Einzellern, wie z.B. Bakterien, als auch auf die vielen spezialisierten Zellen in mehrzelligen Organismen, wie z.B. Tieren und Pflanzen.
Das Gebiet der Zellbiologie hat sich traditionell auf Fragen konzentriert, wie die verschiedenen Organellen funktionieren und zusammenarbeiten, wie diese zellulären Prozesse reguliert werden und wie die verschiedenen Zellen innerhalb des Organismus miteinander kommunizieren. Das Verständnis der Zusammensetzung von Zellen und ihrer Funktionsweise ist für alle biologischen und medizinischen Wissenschaften von grundlegender Bedeutung. Die Untersuchung der Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen den Zelltypen ist für die Zell- und Molekularbiologie besonders wichtig, da die bei der Untersuchung eines Zelltyps erlernten Prinzipien auf andere Zelltypen verallgemeinert werden können. Die zellbiologische Forschung ist eng mit der Genetik, der Biochemie, der Molekularbiologie und der Entwicklungsbiologie verbunden.
Die Strukturen und Funktionen innerhalb einer Zelle werden oft mit ähnlichen Aktivitäten in einer typischen Stadt verglichen. Die Mitochondrien sind die Energiekraftwerke der Zelle, die Chloroplasten der Pflanzen sind die Sonnenkraftwerke, die Chromosomen enthalten die ursprünglichen Baupläne der Stadt, das endoplasmatische Retikulum stellt das Straßensystem dar, der Golgi-Apparat ist das Postamt und der Zellkern ist das Rathaus. Proteine sind jedoch an praktisch jeder Funktion der Zellstadt beteiligt – mit anderen Worten, sie sind die Ziegel und das Bauholz, die Boten, die Kopiermaschinen, die Abfallverwerter und vieles mehr. Jede Zelle enthält in der Regel Hunderte von verschiedenen Arten von Proteinen, die zusammenarbeiten, um das Verhalten der Zelle zu erzeugen. Ein wichtiger Teil der Zellbiologie ist die Untersuchung der molekularen Mechanismen, durch die Proteine an verschiedene Orte in der Zelle gebracht oder aus der Zelle ausgeschieden werden.
Die meisten Proteine werden von Ribosomen im Zytoplasma synthetisiert. Dieser Prozess wird auch als Proteinbiosynthese oder Proteintranslation bezeichnet. Einige Proteine, z. B. solche, die in Membranen eingebaut werden sollen (Membranproteine), werden während der Synthese in das endoplasmatische Retikulum (ER) transportiert und im Golgi-Apparat weiterverarbeitet. Vom Golgi-Apparat aus können Membranproteine zur Plasmamembran oder zu anderen subzellulären Kompartimenten wandern, oder sie können aus der Zelle ausgeschieden werden. Zwischen diesen Kompartimenten findet eine regelmäßige Bewegung von Proteinen statt. Proteine, die im ER und in den Golgi residieren, assoziieren mit anderen Proteinen, verbleiben aber in ihrem jeweiligen Kompartiment. Andere Proteine gelangen durch das ER und die Golgi zur Plasmamembran.
Der größte Teil der genetischen Information in der Zelle befindet sich im Zellkern und ist in den Chromosomen enthalten (Mitochondrien tragen ebenfalls einen Teil ihrer eigenen DNA). Die Untersuchung der mikroskopisch sichtbaren Stadien der Zellteilung während der Mitose und Meiose wird im Allgemeinen als Teil der Zellbiologie betrachtet, während die eigentliche submikroskopische Aktivität der DNA-Replikation und der Proteinsynthese als Teil der Molekularbiologie angesehen wird.
Teilgebiete der Zellbiologie
Aktiver und passiver Transport
Dies sind die Bewegungen von Molekülen in und aus Zellen.
Zelladhäsion
Das ist die Art und Weise, wie Zellen und Gewebe zusammenhalten.
Zellteilung
Das ist die Untersuchung, wie sich Zellen verdoppeln.
Zellsignale
Das ist die Regulierung des Zellverhaltens durch molekulare Signale von außerhalb der Zelle.
Zellstoffwechsel
Das sind die Prozesse, die mit der Erzeugung und dem Verbrauch von Energie verbunden sind.
Verwandte Disziplinen
Biochemie
Das ist die Lehre von den chemischen Prozessen und Umwandlungen in lebenden Organismen.
Entwicklungsbiologie
Das ist die Lehre von den Prozessen, durch die Organismen wachsen und sich entwickeln.
Genetik
Das ist die Wissenschaft von den Genen, der Vererbung und der Variation von Organismen.
Molekularbiologie
Das ist die Lehre von den Wechselwirkungen der Moleküle zwischen den verschiedenen Systemen einer Zelle, einschließlich der Wechselbeziehungen zwischen DNA, RNA und Proteinsynthese und der Frage, wie diese Wechselwirkungen reguliert werden.
Strukturbiologie
Das ist die Lehre vom Aufbau und der Form biologischer Makromoleküle – insbesondere von Proteinen und Nukleinsäuren – und davon, wie sie ihre Strukturen erhalten.