PODSTAWY BIOLOGII KOMÓRKI. Egzamin sprawdzający wiedzę z materiału podanego na wykładach.

Transkrypt

1 BT621 - PODSTAWY BIOLOGII KOMÓRKI WYKŁADY - 30 GODZIN; ĆWICZENIA 15 GODZIN 4 ECTS ZALICZENIE KURSU: ZDANIE EGZAMINU KOŃCOWEGO (ocena) Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest ZALICZENIE ĆWICZEŃ zasady zaliczenia na 1 ćwiczeniach Egzamin sprawdzający wiedzę z materiału podanego na wykładach red. B. Alberts i wsp. - Podstawy biologii komórki, PWN 2005 red. B Alberts et al. - Molecular biology of the cell, 5th edition; T. Pollard i W. Earnshaw Cell biology, 2nd edition; G. Karp Cell Biology, (Wiley), 7th edition; Dydaktyka /Kursy/Podstawy biologii komórki Egzamin pisemny: I. test II. odpowiedzi pisemne - wstawiania brakujących wyrazów - dopasowania - wyjaśnianie pojęć, podanie definicji - prawda / nieprawda? - podpisy (schematów, rysunków, zdjęć) Każde zadanie punktowane oddzielnie, max 100 pkt; 50% - do zdania egzaminu; Możliwość zdobywania punktów podczas wykładów (max 1 punkt/wykład), które zostaną doliczone do punktów uzyskanych z egzaminu PODSTAWY BIOLOGII KOMÓRKI Biologia: gr. bíos życie ; lógos słowo, nauka Komórka: Podstawowa jednostka strukturalna i funkcjonalna wszystkich organizmów żywych 1

2 Encyklopedia PWN: ŻYCIE Zjawisko biologiczne złożone i wielowymiarowe, którego nie można opisać za pomocą jednej prostej definicji. Znane dotychczas wyłącznie z Ziemi i w tym kontekście definiowane w odniesieniu do 2 podstawowych znaczeń: I. na określenie stanu materii (nazywanej organizmem) trwającego od pojawienia się (narodzin) organizmu do zakończenia jego bytu osobniczego w większości kończącego się śmiercią II. na określenie dynamicznego procesu, który pojawił się na Ziemi ok. 3,8 mld lat temu, obejmującego pochodzące od jednej formy wyjściowej wszystkie istniejące w przeszłości i żyjące obecnie organizmy wraz z wszelkimi wzajemnymi relacjami i zależnościami oraz ich wpływem na środowisko. Encyklopedia PWN: KOMÓRKA Najmniejsza występująca w przyrodzie, zdolna do życia, samoodtwarzająca się struktura o złożonej organizacji. Podstawowa jednostka strukturalna i funkcjonalna wszystkich organizmów żywych 1. WPROWADZENIE Krótka historia odkrycia i badań komórek Jedność podstawowych mechanizmów życia Różnorodność organizmów i komórek BIOLOGIA KOMÓRKI jako dyscyplina naukowa??? wywodzi się z CYTOLOGII gr. kýtos wydrążenie; naczynie; komórka Encyklopedia PWN: cytologia biol. - nauka o budowie i czynnościach komórek roślinnych i zwierzęcych. 2

3 Historia badań wielowiekowe obserwacje i teoretyczne przemyślenia nad budową żywej materii Arystoteles ( p.n.e.) gr. filozof, twórca biologii Galen (Claudius Galenus) ( ) rzym. lekarz, anatom rośliny i zwierzęta są zbudowane z niewielkiej liczby typów cząstek wielokrotnie się powtarzających? do XVII w postęp nauki jest w dużej mierze wynikiem postępu technicznego skonstruowanie mikroskopu Mikroskopy proste XVI w Mikroskop złożony ok r Zachariasz i Hans Janssenowie Powiększenie: ok.10x; mechanizm teleskopowy udoskonalanie mikroskopu XVII w. Powiększenie: ok.30x Robert Hooke ang. fizyk zebranie Królewskiego Towarzystwa Naukowego w Londynie: korek zbudowany jest z przedziałów - komórek pojęcie komórka ( łać. cellulae) Rysunek z książki R. Hooke'a "Micrographia" 3

4 Antoni van Leeuwenhoek hol. przedsiębiorca i przyrodnik konstruował proste mikroskopy (soczewki polerowane) o powiększeniu x, rozdzielczości kilku mm Antoni van Leeuwenhoek rysunki Mikroskop z soczewką dmuchaną (muzeum w Utrechcie) o powiększeniu 277x, rozdzielczości 1mm Opisał: pierwotniaki ( ) bakterie (1683) erytrocyty, białe ciałka krwi plemniki włókna mięśni poprzecznie-prążkowanych jądra w erytrocytach łososia (1700) XVIII w - mikroskop instrumentem niezwykłym XIX w udoskonalane mikroskopy Różne ulepszenia, ale powiększenie - 250x rozdzielczość -5 mm obserwacje różnorodnych tkanek roślin i zwierząt kilka istotnych odkryć w XVIII w: proces namnażania komórek przez podział (ameby; A. Trembley, szwajcarski przyrodnik, 1744) ruch cytoplazmy z zielonymi ciałkami w komórkach Ramienicy pospolitej (Corti, włoski lekarz, 1774) I - poznawanie struktury pojedynczych komórek II - poznawanie budowy roślin i zwierząt (uniwersalność budowy komórkowej) 4

5 Ad. I Robert Brown ang. botanik opisał jądra w komórkach roślin - ruch protoplazmy w komórkach roślin Przez dalsze pół wieku nie poznano nowych struktur wewnątrzkomórkowych? Mała kontrastowość preparatów biologicznych Ograniczone możliwości mikroskopów świetlnych Rudolf Albert Kölliker szwajc. fizjolog opisał mitochondria w komórkach mięśni ( komórkowa konstrukcja tkanek ) Camillo Golgi wł. lekarz i histolog metoda barwienia komórek i włókien nerwowych z wykorzystaniem soli srebra laureat Nagrody Nobla 1906 Mozliwości mikroskopów świetlnych Powiększenie całkowite mikroskopu obiektyw x okular (x układ pośredni) ~ od 10 do 1500x ( max 3500x) Zdolność rozdzielcza mikroskopu najmniejsza odległość dzieląca 2 punkty, które w obrazie mikroskopowym dostrzegane są oddzielnie Hipokamp impregnat Golgiego; rysunek neuronów 1898 zobaczył aparat siateczkowy wokół jądra neuronu (aparat Golgiego) Opera Omnia. e/laureates/1906/golgi-article.html d = około 0,2 μm (λ /2) przyczyną ograniczonej zdolności rozdzielczej dyfrakcja światła 5

6 Poprawa zdolności rozdzielczej mikroskopu użycie promieniowania o krótszej długości fali (zastosowanie wiązki elektronów) Ernst August Ruska niem. fizyk 1931 skonstruował pierwszy mikroskop elektronowy (50nm) Palade, Porter i Sjostrand 1952 rozwinęli metody mikroskopii elektronowej Hugh E. Huxley ang. biolog mol zobaczył układ filamentów w mięśniu - cytoszkielet J.D. Robertson wykorzystywał ME do badań biologicznych - badania fizjologii mięśni zdolność rozdzielcza mikroskopu elektronowego: d (praktyczna) od 0,2 do 1nm 1957 opisał dwuwarstwową strukturę błony komórkowej Ad. II obserwacje mikroskopowe tkanek roślin i zwierząt (XVIII i XIXw.) poznanie, że komórka to podstawowy element życia - wszystkich organizmów (obecnie i w przeszłości) H. Dutrochet fr. botanik obecność drobnych globuli w tkankach wszystkich roślin Teza: komórka jest fundamentalną jednostką żywych organizmów Teoria komórkowa test logiczną syntezą wielu obserwacji dokonanych w różnym czasie i przez różnych badaczy 6

7 Matthias Jacob Schleiden niem. botanik Theodor Schwann niem. zoolog komórka to podstawowy element - wszystkich organizmów współcześnie żyjących Teoria komórkowa Wszystkie organizmy żywe 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 1879 Walther Flemming - opisał zachowanie chromosomów podczas mitozy Początek cytologii jako dyscypliny naukowej Rudolf Virchow niem. anatomopatolog postulat: komórki powstają tylko przez podział (omnis cellula e cellula) życie w istniejących warunkach nie może powstać spontanicznie - zaprzeczenie teorii samorództwa - brak dowodów Ludwik Pasteur fr. chemik (mikrobiolog) ostatecznie obalił teorię samorództwa doświadczalny dowód, że komórki wywodzą się tylko z już istniejących organizmów teraźniejszość Karol Darwin ang. biolog ? przeszłość teoria ewolucji klucz do zrozumienia historii rozwoju organizmów 7

8 August Weismann niem. biolog i genetyk podobieństwo podstawowych struktur komórkowych wszystkie komórki wywodzą się od przodków żyjących w zamierzchłych czasach?? - dowód wspólnego pochodzenia organizmów za proces dziedziczenia odpowiedzialne są chromosomy Theodor Boveri niem. biolog Walter Sutton am. genetyk do właściwego rozwoju embrionalnego niezbędna jest pełna liczba chromosomów powiązanie praw dziedziczenia Mendla z chromosomami na poziomie komórkowym chromosomowa teoria dziedziczności komórki powstają tylko z komórek dziedzicząc po nich swoje cechy, które są uwarunkowane przez geny znajdujące się w chromosomach ugruntowanie chromosomowej teorii dziedziczności Thomas Hunt Morgan am. biolog, genetyk (Laureat Nagrody Nobla w 1933) (nośnikami genów są chromosomy) chromosomowa teoria dziedziczności Zrozumienie molekularnych podstaw dziedziczenia umożliwiło ustalenie modelu struktury DNA w 1953 przez Jamesa Watsona i Francisa Cricka (1962 Nagroda Nobla) Pochodzenie organizmów od wspólnego przodka Prakomórka musiała zawierać prototyp uniwersalnej maszynerii wszelkich form życia istniejących dziś na Ziemi Ewolucja zmienność i dobór naturalny mutacje zróżnicowanie komórek Jedność i różnorodność komórek (organizmów) 8

9 badania genetyczne współczesnych organizmów Drzewo filogenetyczne wyprowadzone z porównania sekwencji nukleotydów rrna (długość linii ilość różnic w sekwencji nukleotydów w rrna) 3 cesarstwa ostatni uniwersalny wspólny przodek ( 3.7 x 10 9 lat) chemoautotrof DNA, RNA synteza białek metabolizm (kataliza enzymatyczna) ORGANIZMY WSPÓŁCZESNE Prokarioty (gr. pro = przed) (karyon=ziarno, jądro) Bacteria (bakterie właściwe) ściana komórkowa z mureiny (peptydoglikan) Błona komórkowa fosfolipidowo-białkowa Archaea błona komórkowa archeany -estry kwasów tłuszczowych archeowce (bakterie pierwotne) DNA w nici nukleosomowej; introny; polimeraza RNA Eukaryota (eukarioty, jądrowce) (gr. eu = prawdziwie) kompartmentalizacja cytoplazmy Różnorodność organizmów ponad 10 mln gatunków organizmów (wszystkie środowiska życia) beztlenowce termofilne (w gorących kwaśnych wodach np.bakterie siarkowe) halofilne (w wodach ekstremalnie zasolonych) mutanogeniczne (redukujące CO 2 do metanu -osady głębinowe, przewód pokarmowy) Różnorodność komórek różnorodność struktury i funkcji komórek / / różnorodność organizmów wymogi co do warunków życia wymagające tlenu / beztlenowce wymagające złożonej mieszaniny związków organicznych / wymagające tylko związków nieorganicznych bakterie gram dodatnie gram ujemne purpurowe zielone bakterie fotosyntetyczne cyjanobakterie Protisty Grzyby Rośliny Zwierzęta Methanonococcus (Archaea) - wykorzystuje gazowy H 2, N 2 i CO 2 komórka pełni wszystkie czynności życiowe / / wyspecjalizowana, zróżnicowana 9

10 różnorodność wielkości : Prokaryota (1-10 mm) przeciętna wielkość komórek 0,3 mm mykoplazma ( masa: g) Eukaryota ( mm) przeciętna wielkość komórek 10 mm 1mm komórki pierwotniaków duże komórki 100 mm ludzka komórka jajowa 2 mm komórka jajowa żaby kilka cm komórki jajowe ptaków, gadów (20cm) 1,5 m wypustki neuronów różnorodność kształtu : Prokaryota (bakterie) Eukaryota komórki roślinne: równowymiarowe (kuliste, wielokątne) wydłużone komórki zwierzęce: różnorodne różna ruchliwość Komórki nieruchome (pozornie) Komórki pływające: wici bakteryjne wici komórek eukariotycznych rzęski komórek eukariotycznych Komórki pełzające różnorodność długości życia, szybkości podziałów Jedność wszystkich organizmów budowa komórkowa funkcje życiowe (wzrost, podział, reakcja na bodźce ) funkcje życiowe oparte na podobnych podstawowych procesach chemicznych instrukcje genetyczne (geny) zapisane są tym samym kodem DNA kieruje syntezą białek białka zbudowane z takich samych aminokwasów 10