Celbiologie is de academische discipline die de basiseenheid van levende wezens, cellen, bestudeert. Cellen zijn de kleinste onafhankelijk functionerende eenheid in de structuur van een organisme en bestaan gewoonlijk uit een kern, omgeven door cytoplasma en omsloten door een membraan. In de celbiologie worden op microscopisch en moleculair niveau de fysiologische eigenschappen, de structuur, de organellen (zoals kernen en mitochondriën), de interacties, de levenscyclus, de deling en de dood van deze basiseenheden van organismen onderzocht. Het celbiologisch onderzoek strekt zich uit tot zowel de grote diversiteit van eencellige organismen, zoals bacteriën, als de vele gespecialiseerde cellen in meercellige organismen, zoals dieren en planten.
Het vakgebied van de celbiologie heeft zich van oudsher toegelegd op vragen over hoe de verschillende organellen werken en samenwerken, hoe deze cellulaire processen worden gereguleerd en hoe de verschillende cellen binnen het organisme met elkaar communiceren. Inzicht in de samenstelling van cellen en de manier waarop cellen werken is van fundamenteel belang voor alle biologische en medische wetenschappen. Het onderzoeken van de overeenkomsten en verschillen tussen celtypes is bijzonder belangrijk voor de gebieden van de cel- en moleculaire biologie, omdat de principes die geleerd worden bij het bestuderen van één celtype kunnen worden gegeneraliseerd naar andere celtypes. Onderzoek in de celbiologie is nauw verwant met genetica, biochemie, moleculaire biologie en ontwikkelingsbiologie.
De structuren en functies binnen een cel worden vaak vergeleken met soortgelijke activiteiten in een typische stad. Mitochondriën zijn de energiecentrales van de cel, chloroplasten van de plant zijn zonne-energiecentrales, chromosomen bevatten de oorspronkelijke blauwdrukken van de stad, het endoplasmatisch reticulum vertegenwoordigt het wegennet, het Golgi-apparaat is het postkantoor en de kern is het stadhuis. Eiwitten nemen echter deel aan vrijwel elke functie van de celstad – met andere woorden, zij zijn de bakstenen en het timmerhout, de boodschappers, de kopieermachines, de afvalrecyclers en nog veel meer. Elke cel bevat typisch honderden verschillende soorten proteïnen die samenwerken om het gedrag van de cel te genereren. Een belangrijk onderdeel van de celbiologie is het onderzoek naar de moleculaire mechanismen waardoor eiwitten naar verschillende plaatsen in de cellen worden verplaatst of uit de cellen worden afgescheiden.
De meeste eiwitten worden gesynthetiseerd door ribosomen in het cytoplasma. Dit proces staat ook bekend als eiwitbiosynthese of eiwitvertaling. Sommige eiwitten, zoals die welke in membranen moeten worden opgenomen (membraaneiwitten), worden tijdens de synthese naar het endoplasmatisch reticulum (ER) gebracht en verder verwerkt in het Golgi-apparaat. Vanuit het Golgi-apparaat kunnen membraaneiwitten naar het plasmamembraan of naar andere subcellulaire compartimenten worden getransporteerd, of ze kunnen uit de cel worden afgescheiden. Er is een regelmatige beweging van eiwitten door deze compartimenten. ER- en Golgi-bezittende eiwitten associëren met andere eiwitten, maar blijven in hun respectieve compartimenten. Andere eiwitten gaan door het ER en het Golgi naar het plasmamembraan.
De meeste genetische informatie in de cel bevindt zich in de celkern en is vervat in de chromosomen (mitochondriën dragen ook een deel van hun eigen DNA). De studie van de microscopisch zichtbare stadia van celdeling tijdens mitose en meiose wordt in het algemeen tot de celbiologie gerekend, terwijl de eigenlijke submicroscopische activiteit van DNA-replicatie en eiwitsynthese tot de moleculaire biologie wordt gerekend.
Subdisciplines van Celbiologie
Actief en passief transport
Het gaat hier om de beweging van moleculen in en uit cellen.
Cell Adhesion
Dit is de manier waarop cellen en weefsels zich aan elkaar houden.
Cell Division
Dit is de studie van hoe cellen zich dupliceren.
Celsignalering
Dit is de regulatie van cellulair gedrag door moleculaire signalen van buiten de cel.
Cellulair Metabolisme
Dit zijn de processen die betrokken zijn bij het maken en verbruiken van energie.
Relaties
Biochemie
Dit is de studie van de chemische processen en omzettingen in levende organismen.
Ontwikkelingsbiologie
Dit is de studie van de processen waardoor organismen groeien en zich ontwikkelen.
Genetica
Dit is de wetenschap van de genen, de erfelijkheid en de variatie van organismen.
Moleculaire biologie
Dit is de studie van de interacties van moleculen tussen de verschillende systemen van een cel, met inbegrip van de onderlinge relatie tussen DNA, RNA en eiwitsynthese en hoe deze interacties worden gereguleerd.
Structurele biologie
Dit is de studie van de architectuur en de vorm van biologische macromoleculen – eiwitten en nucleïnezuren in het bijzonder – en wat ervoor zorgt dat ze de structuren hebben die ze hebben.