BIOLOGIA KOMÓRKI - KURS DLA BIOCHEMIKÓW

Transkrypt

1 BIOLOGIA KOMÓRKI - KURS DLA BIOCHEMIKÓW 30 godzin wykładów 60 godzin ćwiczeń DR HAB. MARTA MICHALIK PROF. DR HAB. ZBIGNIEW BIOLOGI KOMÓRKI kurs dla biochemików WBT-BCH336 Egzamin: test (wykłady 30h) Zaliczenie ćwiczeń (60h) Ocena z kursu: ocena z egzaminu - 80% ocena z ćwiczeń - 20% 1

2 Wykłady B. Alberts i wsp. - Podstawy biologii komórki, PWN 2005 red. B. Alberts et al. - Molecular biology of the cell, 2009 (V) T. Pollard i W. Earnshaw Cell biology, 2nd ed., 2008 BIOLOGI KOMÓRKI kurs dla biochemików 30 godzin wykładów Wprowadzenie do biologii komórki Budowa błon biologicznych Transport przez błony plazmatyczne Kompartmentalizacja komórki eukariotycznej: - budowa jądra komórkowego - organizacja cytoplazmy Budowa i funkcje ER i aparatu Golgiego Transport pęcherzykowy - endosomy, lizosomy Transformatory energii w komórce (mitochondria, chloroplasty) 2

3 WBt336- BIOLOGI KOMÓRKI kurs dla biochemików Sygnalizacja wewnątrzkomórkowa Organizacja i rola cytoszkieletu aktynowego i mikrotubul Mechanizmy ruchu komórek Cykl komórkowy Hodowle komórkowe Komórki macierzyste (stem cells) Komórki nowotworowe WPROWADZENIE DO BIOLOGII KOMÓRKI Krótka historia odkrycia i badań komórek RóŜnorodność komórek Jedność podstawowych mechanizmów Ŝycia Organizmy modelowe w badaniach biologii komórki 3

4 KOMÓRKA krótka historia badań waŝne daty:?? odkrycie komórek / pojęcie komórka?? początek biologii komórki jako dyscypliny naukowej? do XVII w skonstruowanie mikroskopu Mikroskopy proste XVI w Mikroskop złoŝony ok r Zachariasz i Hans Janssenowie 4

5 Robert Hooke ang. fizyk zebranie Królewskiego Towarzystwa Naukowego w Londynie: korek zbudowany jest z przedziałów - komórek (cells) Rysunek z ksiąŝki R. Hooke'a "Micrographia" Antoni van Leeuwenhoek hol. przedsiębiorca i przyrodnik Opisał: pierwotniaki ( ) bakterie (1683) erytrocyty plemniki włókna mięśni poprzecznie-prąŝkowanych jądra w erytrocytach łososia (1700)

6 XVIII i XIX w - mikroskop instrumentem niezwykłym obserwacje pod mikroskopem tkanek roślin i zwierząt poznawanie i porównywanie budowy roślin i zwierząt poznawanie struktury pojedynczych komórek Robert Brown ang. botanik opisał jądra w komórkach roślin - ruch protoplazmy w komórkach roślin Rudolf Albert Kölliker szwajc. fizjolog opisał mitochondria w komórkach mięśni Przez dalsze pół wieku nie poznano nowych struktur wewnątrzkomórkowych? 6

7 XIX /XX Mała kontrastowość preparatów biologicznych Camillo Golgi wł. lekarz i histolog zobaczył aparat siateczkowy wokół jądra neuronu (aparat Golgiego) Ernst August Ruska niem. fizyk 1931 skonstruował pierwszy mikroskop elektronowy (50nm) Palade, Porter i Sjοstrand 1952 rozwinęli metody mikroskopii elektronowej 1954 H.E. Huxley zobaczył układ filamentów w mięśniu - cytoszkielet 1957 J.D. Robertson opisał dwuwarstwową strukturę błony komórkowej 7

8 Matthias Jacob Schleiden niem. botanik Theodor Schwann niem. zoolog Teoria komórkowa Wszystkie organizmy Ŝywe rośliny, zwierzęta i bakterie są zbudowane z komórek, które są ich podstawowymi jednostkami strukturalnymi i funkcjonalnymi obserwacje pod mikroskopem podziału komórek 1827 A. Broniart; 1835 E. Meyen; 1835 H. von Mohl Rudolf Virchow niem. anatomopatolog postulat: komórki powstają tylko przez podział (omnis cellula e cellula) 8

9 Ludwik Pasteur fr. chemik (mikrobiolog) ostatecznie obalił teorię samorództwa teraźniejszość? przeszłość Karol Darwin ang. biolog teoria ewolucji klucz do zrozumienia historii rozwoju organizmów August Weismann niem. biolog i genetyk wszystkie komórki wywodzą się od przodków Ŝyjących w zamierzchłych czasach Walther Flemming opisał zachowanie chromosomów podczas mitozy 9

10 Theodor Boveri niem. biolog Walter Sutton am. genetyk chromosomowa teoria dziedziczności komórki powstają tylko z komórek dziedzicząc po nich swoje cechy, które są uwarunkowane przez geny znajdujące się w chromosomach Thomas Hunt Morgan am. biolog, genetyk (Laureat Nagrody Nobla w 1933) nośnikami genów są chromosomy; tzw. sprzęŝenie genów; zjawisko crossing-over James D. Watson i Francis Crick odkrycie struktury podwójnej helisy DNA 10

11 Pochodzenie organizmów od wspólnego przodka Prakomórka musiała zawierać prototyp uniwersalnej maszynerii wszelkich form Ŝycia istniejących dziś na Ziemi Ewolucja mutacje dobór naturalny Jedność organizmów (komórek) RóŜnorodność organizmów Pochodzenie organizmów od wspólnego przodka 3 cesarstwa Drzewo filogenetyczne wyprowadzone z porównania sekwencji nukleotydów rrna (długość linii ilość róŝnic w sekwencji nukleotydów w rrna) KaŜda z wyŝej wymienionych grup posiada cechy specyficzne tylko dla siebie, i kaŝde dwie z tych grup posiadają teŝ cechy, których nie ma trzecia. 11

12 RóŜnorodność organizmów mln gatunków organizmów (wszystkie środowiska Ŝycia) termofilne, beztlenowce (w gorących kwaśnych wodach np. bakterie siarkowe) halofilne, beztlenowce (w wodach ekstremalnie zasolonych) mutanogeniczne, beztlenowce redukujące CO 2 do metanu (osady głębinowe, przewód pokarmowy) bakterie gram dodatnie bakterie gram ujemne bakterie purpurowe zielone bakterie fotosyntetyczne cyjanobakterie Protisty Grzyby Rośliny Zwierzęta RóŜnorodność komórek większa niŝ organizmów KOMÓRKA samodzielny organizm część składowa zespołu komórek spełnia wszystkie czynności Ŝyciowe komórka zróŝnicowana wyspecjalizowana 12

13 RóŜnice wielkości komórek: Prokaryota (1-10 µm) przeciętna długość (średnica) komórek 0,3 µm mykoplazma ( masa: g) Eukaryota ( µm) przeciętna wielkość komórek 10 µm 1mm komórki pierwotniaków duŝe komórki 100 µm ludzka komórka jajowa 2 mm komórka jajowa Ŝaby kilka cm komórki jajowe ptaków, gadów (20cm) 1,5 m wypustki neuronów RóŜnice kształtu komórek RóŜna ruchliwość komórek RóŜne wymogi co do warunków Ŝycia RóŜny czas Ŝycia, stopień złoŝoności (zróŝnicowania) komórki 13

14 Jedność wszystkich organizmów budowa komórkowa funkcje Ŝyciowe (wzrost, podział, reakcja na bodźce ) funkcje Ŝyciowe oparte na podobnych podstawowych procesach chemicznych instrukcje genetyczne (geny) zapisane są tym samym kodem DNA kieruje syntezą białek białka zbudowane z takich samych aminokwasów Organizmy modelowe w badaniach Cecha małe rozmiary i proste poŝywienie duŝa liczba potomstwa krótki cykl Ŝyciowy mały genom duŝe chromosomy dostępność informacji i technik badawczych Zalety hodowla nie wymaga duŝo miejsca, jest łatwa i tania w utrzymaniu pozwala na wiarygodną analizę statystyczną wzorów dziedziczenia umoŝliwia obserwację wzorów dziedziczenia w kolejnych pokoleniach mała ilość DNA do analizy; łatwiej badać chromosomy w mikroskopie świetlnym wiele genetycznych mutantów jest dostępnych do analiz 14

15 Organizmy modelowe -Prokarionty Escherichia coli (pałaczka okręŝnicy) (Enterobacteriaceae) podział co 20min Poznanie mechanizmów replikacji, transkrypcji i translacji Organizmy modelowe -Eukarionty Organizmy jednokomórkowe Saccharomyces cerevisiae - droŝdŝe piekarskie Poznanie mechanizmów cyklu podziałowego komórki 15

16 Rośliny modelowe Arabidopis thaliana - rzodkiewnik pospolity 5-30 cm Badania mechanizmów rozwoju i róŝnicowania roślin kwiatowych Zwierzęta modelowe Caenorhabditis elegans - nicień 959 komórek Poznanie mechanizmów rozwoju embrionalnego i działania wielu genów (apoptozy) 16

17 Drosophila melanogaster - muszka owocowa Samiec i samica Poznanie podstaw genetyki klasycznej i mechanizmów rozwoju zarodkowego i larwalnego Mus musculus Mysz domowa (ssaki) Genom: sekwencja poznana mysz ma 2,7 mld par zasad, człowiek ok. 3,1 mld par zasad, mysz ma 20 par chromosomów, człowiek - 23 pary Poznanie mechanizmów działania wielu genów na poziomie komórki i całego organizmu 17

18 PoniewaŜ geny człowieka mają ścisłe odpowiedniki u organizmów prostszych, to badania tych organizmów (modelowych) mogą być kluczem do zrozumienia jak skonstruowany jest i jak funkcjonuje organizm człowieka. ( defekt w genie kit - komórki barwnikowe) Badania na róŝnorodnych komórkach ludzkich w hodowlach in vitro 18