Śmierć komórki znaczenie dla organizmu

Transkrypt

1 70 Śmierć komórki znaczenie dla organizmu Konspekt zajęć edukacyjnych Aleksandra Szydłowska, Ilona Żeber-Dzikowska, Urszula Poziomek Temat: Czy śmierć komórki ma negatywne znaczenie dla organizmu? Przedmiot: biologia, IV etap edukacyjny, zakres rozszerzony Adresaci: uczniowie liceum lub technikum Czas trwania zajęć: 45 minut Odniesienie do podstawy programowej: Cele kształcenia: II. II. Pogłębienie wiadomości dotyczących budowy i funkcjonowania organizmu ludzkiego. Uczeń objaśnia funkcjonowanie organizmu ludzkiego na różnych poziomach złożoności (...). IV. Poszukiwanie, wykorzystanie i tworzenie informacji. Uczeń odczytuje, selekcjonuje, porównuje i przetwarza informacje pozyskane z różnorodnych źródeł, w tym za pomocą technologii informacyjno- -komunikacyjnych. V. Rozumowanie i argumentacja. Uczeń objaśnia i komentuje informacje, odnosi się krytycznie do przedstawionych informacji (...). Rozumie znaczenie współczesnej biologii w życiu człowieka. VI. Postawa wobec przyrody i środowiska. Uczeń (...) prezentuje postawę szacunku wobec siebie i wszystkich istot żywych (...). Metody nauczania: słowne: analiza tekstów źródłowych, dyskusja obserwacyjne: obserwacja zastępczych środków schematy obrazujące przebieg apoptozy i nekrozy. Środki dydaktyczne: teksty źródłowe, schematy, karta pracy, opcjonalnie krótki film edukacyjny o przebiegu apoptozy. Literatura artykuł Śmierć komórki w zdrowiu i chorobie, R.C. Duke i in., Świat Nauki, nr 66, s artykuł Ciekawe zjawisko apoptozy komórki umierają cicho i pokornie, A. Kamińska, EBiŚ, 1/2012, s Materiały filmowe: Treści nauczania: lic. Aleksandra Szydłowska: studentka na kierunku biologia, Instytut Biologii Uniwersytetu Jana Kochanowskiego w Kielcach 8. II. Budowa i funkcjonowanie komórki. Uczeń: 2) przedstawia podstawowe funkcje poszczególnych elementów komórki. Typ zajęć: wprowadzenie nowego materiału dr hab. Ilona Żeber-Dzikowska: Zakład Zoologii i Dydaktyki Biologii, Instytut Biologii Uniwersytetu Jana Kochanowskiego w Kielcach Forma nauczania: zajęcia edukacyjne w klasie szkolnej Forma organizacyjna: praca w grupach Strategie: problemowa, emocjonalna mgr Urszula Poziomek: Pracownia Przedmiotów Przyrodniczych IBE, nauczycielka dyplomowana biologii w LXXV LO im. Jana III Sobieskiego w Warszawie

2 71 I. Faza przygotowawcza Praca domowa Nauczyciel przedstawia cele oraz planowany przebieg lekcji, formułuje pytanie (które jest jednocześnie tematem zajęć), na które w trakcie zajęć uczniowie będą starali się znaleźć odpowiedź. Uczniowie dzielą się na dwu- lub trzyosobowe grupy, każda z grup otrzymuje materiały źródłowe na temat nekrozy i apoptozy. Po zapoznaniu się z materiałami źródłowymi uczniowie w grupach dyskutują odpowiedź na pytanie badawcze i dobór odpowiednich argumentów, wypełniają karty pracy. W podsumowaniu wybrani uczniowie przedstawią stanowisko grupy (odpowiedź na pytanie) wraz z merytoryczną argumentacją. Ważne jest, że nie ma jednoznacznej odpowiedzi na to pytanie, warto zwrócić na to uwagę uczniom w podsumowaniu. II. Faza realizacyjna Uczniowie pracują w parach poszukując odpowiedzi na pytanie: Czy śmierć komórki jest zjawiskiem negatywnym dla organizmu? Ustalając stanowisko przygotowują merytoryczne argumenty na jego rzecz. III. Faza podsumowująca Przedstawiciele grup prezentują swoje odpowiedzi na postawione wcześniej pytanie wraz z argumentacją na forum klasy, wspólnie ustalone stanowiska zostają zapisane na tablicy (flipcharcie) w formie schematu porównującego jednocześnie wpływ obu typów śmierci na organizm. Odpowiedź na pytanie nie jest jednoznaczna w organizmie mogą wystąpić dwa różne typy śmierci komórkowej, każdy z nich ma inne znaczenie i wpływ na organizm. Dla wszystkich uczniów: Uzupełnienie/wykonanie tabeli porównującej przebieg i skutki nekrozy i apoptozy Cecha Apoptoza Nekroza Charakter procesu (czynny, bierny) Zmiany objętości komórki Zmiany morfologiczne w komórce Występowanie ciałek apoptotycznych Występowanie stanu zapalnego Dla zainteresowanych (praca dodatkowa) Zadaniem ucznia jest odnalezienie (korzystając z dowolnego źródła informacji) i opisanie w zeszycie przedmiotowym czynników wpływających na zwiększanie częstotliwości zachodzenia procesów apoptozy i nekrozy.

3 72 Materiały źródłowe do pracy w grupach Tekst nr 1 Śmierć nekrotyczna (martwica) następuje wówczas, gdy komórki zostają poważnie uszkodzone, na przykład przez zewnętrzne czynniki fizyczne, chemiczne lub niedotlenienie. Nekroza jest procesem biernym. Charakterystyczną cechą śmierci martwiczej jest pęcznienie komórki i jej organelli (w tym ) co powoduje pękanie zarówno organelli jak i całej komórki. Jest to spowodowane brakiem kontroli nad stosunkami wodno-elektrolitowymi, szczególnie istotne jest gromadzenie we wnętrzu komórki jonów wapnia. Uaktywniają się także enzymy wydostające się ze zdegradowanych lizosomów. W wyniku tych procesów zawartość komórki uwalniana jest na zewnątrz i powstaje potencjalnie szkodliwy stan zapalny. Wokół komórki martwiczej skupiają się makrofagi i inne białe krwinki w celu oczyszczenia tego obszaru organizmu. Niejednokrotnie dochodzi do uszkodzenia zdrowej tkanki występującej w sąsiedztwie przez dużą aktywność i wydzieliny komórek układu immunologicznego. Źródło: artykuł Śmierć komórki w zdrowiu i chorobie, R.C. Duke i in., Świat Nauki, s. 24, zmienione. uszkodzenie odwracalne struktury melinowe zaawansowane uszkodzenia struktury melinowe stan zapalny normalna komórka możliwa naprawa uszkodzeń pęcznienie i ER zmiana właściwości błony rozpad jądra i innych organelli rozpad Rys. 1. Nekroza Źródło: leziunea-acuta-subacuta-si-cronica-a-maduvei-spinarii.html, zmienione. Tekst nr 2 Apoptoza przebiega dyskretnie i prawie niezauważalnie, nie wywołując potencjalnie szkodliwego stanu zapalnego. Ta programowana śmierć komórki jest uporządkowanym, aktywnym i ściśle kontrolowanym ciągiem zdarzeń, umożliwiającym pozbywanie się z organizmu komórek uszkodzonych, w tym zmutowanych, zbędnych albo zakażonych.. Komórka apoptyczna odseparowuje się od pozostałych i poddaje szeregowi zmian biochemicznych i morfologicznych. Początkowo komórka traci dużą ilość wody oraz elektrolitów, co powoduje zmniejszanie jej objętości oraz fałdowanie się błony komórkowej, ponadto na jej powierzchni powstają bąbelki, przypominające te, które można zauważyć na powierzchni gotującej się wody. Gęstość plazmy wypełniającej komórkę zwiększa się, powoduje to obkurczanie się jądra komórkowego i kondensację chromatyny. Jądro ulega fragmentacji, a w cytoplazmie powstają tzw. ciałka apoptyczne. Są one otoczonymi błoną częściami struktur komórkowych, zawierają szczątki organelli, resztki chromatyny i odwodnioną cytoplazmę. Ciałka apoptyczne są niewrażliwe na działanie proteaz, co redukuje możliwość uwolnienia szkodliwych substancji, a tym samym nie wywołują stanu zapalnego. Ostatecznie ciałka apoptyczne zostają w większości przypadków sfagocytowane przez fagocyty. Tekst przygotowany na podstawie artykułu Ciekawe zjawisko apoptozy komórki umierają cicho i pokornie, A. Kamińska, EBiŚ, s , zmienione.

4 73 mitochondria zachowują strukturę i funkcje ciałka apoptyczne kondensacja (odwodnienie) cytoplazmy normalna komórka kondensacja chromatyny błona zachowuje właściwości fragment cytoplazmy Tekst nr 3 W żywym organizmie zjawisko apoptozy zachodzi nie tylko wśród komórek uszkodzonych. Przykładów fizjologicznej apoptozy jest wiele. Przykładem mogą być etapy kształtowania się mózgowia podczas embriogenezy u człowieka, kiedy to powstaje znaczny nadmiar liczby neuronów, które ulegają stopniowo apoptozie. Apoptoza ma swój udział w procesie rozwoju układu odpornościowego, podczas którego prekursory tymocytów, wytwarzane najpierw w wątrobie, a potem w szpiku dostają się do grasicy płodu. Tam intensywnie się dzielą, ale ponad 90% z nich ginie właśnie w procesach apoptozy. Ta selekcja jest konieczna po to, by wyłonić taką pulę limfocytów T, które rozpoznają antygeny w połączeniu z własnymi cząsteczkami MHC (Major Histocompatibility Complex zespół zgodności tkanowej) i będą bezpieczne dla organizmu. Jeżeli dojrzewający tymocyt nie rozpozna komórek własnych od obcego białka, wówczas ulega apoptozie. Ponadto apoptoza warunkuje zanikanie błon między palcami formującymi się podczas rozwoju zarodka, tak że dziecko rodzi się już z palcami swobodnymi w stosunku do siebie. Kolejne przykłady apoptozy to fizjologiczny zanik gruczołu krokowego u mężczyzn a także zanik gruczołu mlekowego u kobiet, inwolucja macicy po porodzie i cykliczne jej zmiany podczas owulacji i menstruacji. Podobnie inwolucja grasicy u człowieka podczas procesu się dojrzewania jest uwarunkowana apoptozą. Żródło: artykuł Ciekawe zjawisko apoptozy komórki umierają cicho i pokornie, A. Kamińska, EBiŚ, s.29, zmienione. fagocyt fagocytoza ciałek apoptycznych Rys. 2. Apoptoza Źródło: leziunea-acuta-subacuta-si-cronica-a-maduvei-spinarii.html, zmienione. Rys. 3. Przykładowe procesy rozwojowe zależne od apoptozy zanik ogona w trakcie metamorfozy kijanki, redukcja liczby komórek w trakcie procesu dojrzewania i metamorfozy obleńca Caenorhabditis elegant oraz zanik błon skórnych między palcami w trakcie rozwoju zarodkowego człowieka Źródło: artykuł Śmierć komórki w zdrowiu i chorobie, R.C. Duke i in., Świat Nauki nr 2, luty 1997, zmienione.

5 74 Tekst nr 4 Rak rozwija się jako konsekwencja nagromadzenia przez komórkę mutacji w wielu genach kontrolujacych jej wzrost i przeżycie. Gdy mutacje nie dają się skutecznie naprawić, komórka zwykle umiera apoptycznie, aby nie stwarzać potencjalnego ryzyka dla całego organizmu. Jeśli jednak nie umrze, ona lub jej potomstwo będzie żyło tylko po to, by kumulować i utrwalać mutacje, umożliwiające jej niekontrolowane podziały i nabycie zdolności do inwazji do innych tkanek i narządów czyli tworzenia przerzutów. W wielu nowotworach uszkodzenia w materiale genetycznym prowadzą do indukcji apoptozy, w innych program śmierci apoptycznej nie jest włączany i komórki rakowe namnażają się bez kontroli. Jest to przede wszystkim spowodowane zmutowaniem genu kodującego białko p53, zwanego strażnikiem genomu, który w normalnych warunkach aktywuje maszynerię apoptyczną w przypadku poważniejszych uszkodzeń DNA. Komórki, które uległy transformacji nowotworowej, wciąż jednak mogą być skłaniane do apoptozy w inny sposób. Brak wpływu komórkowych czynników wzrostu lub fizycznego kontaktu z otaczającymi je komórkami jest prawdopodobnie rodzajem wewnętrznie wbudowanego mechanizmu obronnego zapobiegającego przemieszczaniu się komórek; szybka aktywacja procesu apoptozy w komórkach nowotworowych w momencie, gdy opuszczają rodzimą tkankę guza, prawdopodobnie prowadzi do zniszczenia wielu przerzutujących komórek nowotworowych wymykających się spod kontroli organizmu. Źródło: artykuł Śmierć komórki w zdrowiu i chorobie, R.C. Duke i in., Świat Nauki, s , tekst zmieniony Karta pracy Skład grupy:.. Stanowisko (odpowiedź na pytanie z tematu lekcji) Argumenty: na rzecz negatywnego znaczenia dla organizmu na rzecz pozytywnego znaczenia dla organizmu