PODSTAWY BIOLOGII KOMÓRKI Wykłady - 30 godzin Zaliczenie kursu: egzamin materiał podany na wykładach 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; W. Kilarski - Strukturalne podstawy biologii komórki internet PODSTAWY BIOLOGII KOMÓRKI Egzamin pisemny: I. test II. odpowiedzi pisemne - wstawiania brakujących wyrazów - dopasowania - wyjaśnianie pojęć - prawda / nieprawda? - podpisy (schematów, rysunków, zdjęć) www.zbk.wbbib.uj.edu.pl Dydaktyka /Kursy/Podstawy biologii komórki 1
PODSTAWY BIOLOGII KOMÓRKI Wprowadzenie do biologii komórki Wybrane wspólczesne metody badań Składniki chemiczne i podstawy molekularnej organizacji komórki Budowa błon biologicznych Mechanizmy transportu przez błony Kompartmentalizacja komórki eukariotycznej: organizacja cytoplazmy Organizacja i rola cytoszkieletu : filamenty aktynowe, filamenty pośrednie, mikrotubule Budowa jądra komórkowego PODSTAWY BIOLOGII KOMÓRKI Budowa i funkcje ER i aparatu Golgiego Transport pęcherzykowy - endosomy, lizosomy Mitochondria, ich struktura i funkcja Chloroplasty- przekształcanie energii Peroksysomy Organizacja komórek w tkanki: połączenia międzykomórkowe, substancja międzykomórkowa Rodzaje tkanek ssaków 2
1. WPROWADZENIE Krótka historia odkrycia i badań komórek Krótka historia badań nad pochodzeniem Ŝycia na Ziemi Jedność podstawowych mechanizmów Ŝycia RóŜnorodność komórek Historia badań wielowiekowe obserwacje i teoretyczne przemyślenia nad budową Ŝywej materii Arystoteles (384-322 p.n.e.) gr. filozof, twórca biologii Galen (Claudius Galenus) (130-200) rzym. lekarz, anatom rośliny i zwierzęta są zbudowane z niewielkiej liczby typów cząstek wielokrotnie się powtarzających 3
? do XVII w skonstruowanie mikroskopu Mikroskopy proste XVI w Mikroskop złoŝony ok. 1590 r Zachariasz i Hans Janssenowie Powiększenie: ok.10x; mechanizm teleskopowy Robert Hooke ang. fizyk 1665 - zebranie Królewskiego Towarzystwa Naukowego w Londynie: 1635-1703 pojęcie komórka ( łać. cellulae) Rysunek z ksiąŝki R. Hooke'a "Micrographia" 4
Antoni van Leeuwenhoek hol. przedsiębiorca i przyrodnik konstruował proste mikroskopy (soczewki polerowane, dmuchane ) najlepszy: o powiększeniu 270x, rozdzielczości 1µm 1632-1723 Antoni van Leeuwenhoek rysunki Opisał: pierwotniaki (1667-1674) bakterie (1683) erytrocyty, białe ciałka krwi plemniki włókna mięśni poprzecznie-prąŝkowanych jądra w erytrocytach łososia (1700) 5
POZNAWANIE STRUKTURY POJEDYNCZYCH KOMÓREK Robert Brown ang. botanik 1831 - opisał jądra w komórkach roślin - ruch protoplazmy w komórkach roślin 1773-1858 Rudolf Albert Kölliker 1817-1905 szwajc. fizjolog 1857- opisał mitochondria w komórkach mięśni Camillo Golgi wł. lekarz i histolog laureat Nagrody Nobla 1906 1844-1926 metoda barwienia komórek i włókien nerwowych z wykorzystaniem soli srebra Hipokamp impregnat Golgiego; rysunek neuronów 1898 zobaczył aparat siateczkowy wokół jądra neuronu (aparat Golgiego) Opera Omnia. http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicin e/laureates/1906/golgi-article.html 6
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 d = około 0,2 µm (λ /2) Ernst August Ruska niem. fizyk 1931 skonstruował pierwszy mikroskop elektronowy (50nm) Palade, Porter i Sjοstrand 1952 rozwinęli metody mikroskopii elektronowej 7
Hugh E. Huxley ang. biolog mol. 1954 zobaczył układ filamentów w mięśniu - cytoszkielet J.D. Robertson 1924-2013 - wykorzystywał ME do badań biologicznych - badania fizjologii mięśni 1957 opisał dwuwarstwową strukturę błony komórkowej UNIWERSALNOŚĆ BUDOWY KOMÓRKOWEJ obserwacje mikroskopowe tkanek roślin i zwierząt (XVIII i XIXw.) poznanie, Ŝe komórka to podstawowy element Ŝycia - wszystkich organizmów (obecnie i w przeszłości) H. Dutrochet fr. botanik 1824 - obecność drobnych globuli w tkankach wszystkich roślin Teza: komórka jest fundamentalną jednostką Ŝywych organizmów 8
Matthias Jacob Schleiden niem. botanik Theodor Schwann niem. zoolog 1804-1881 1810-1882 1838-1839 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 1879 Walther Flemming opisał zachowanie chromosomów podczas mitozy 9
Rudolf Virchow niem. anatomopatolog 1821-1902 postulat: 1855 - komórki powstają tylko przez podział (omnis cellula e cellula) Ludwik Pasteur fr. chemik (mikrobiolog) 1822-1895 teraźniejszość? przeszłość Karol Darwin ang. biolog 1859 - teoria ewolucji 1809-1882 10
August Weismann niem. biolog i genetyk 1834-1914 1880 - wszystkie komórki wywodzą się od przodków Ŝyjących w zamierzchłych czasach?? - dowód wspólnego pochodzenia organizmów za proces dziedziczenia odpowiedzialne są chromosomy Theodor Boveri niem. biolog Walter Sutton am. genetyk 1862-1915 1877-1916 1902 - chromosomowa teoria dziedziczności komórki powstają tylko z komórek dziedzicząc po nich swoje cechy, które są uwarunkowane przez geny znajdujące się w chromosomach 11
ugruntowanie chromosomowej teorii dziedziczności Thomas Hunt Morgan am. biolog, genetyk (Laureat Nagrody Nobla w 1933) nośnikami genów są chromosomy; 1866-1945 Pochodzenie organizmów od wspólnego przodka Prakomórka musiała zawierać prototyp uniwersalnej maszynerii wszelkich form Ŝycia istniejących dziś na Ziemi Ewolucja mutacje zróŝnicowanie komórek Jedność i róŝnorodność komórek (organizmów) 12
Historia Ŝycia - badania genetyczne współczesnych organizmów 3 cesarstwa Drzewo filogenetyczne wyprowadzone z porównania sekwencji nukleotydów rrna (długość linii ilość róŝnic w sekwencji nukleotydów w rrna) ORGANIZMY WSPÓŁCZESNE Prokarioty (gr. pro = przed) (karyon=ziarno, jądro) Bacteria (bakterie właściwe) ściana komórkowa z mureiny (peptydoglikan) Archaea błona komórkowa archeany -estry kwasów tłuszczowych archeowce (bakterie pierwotne) DNA w nici nukleosomowej; introny; polimeraza RNA Eukaryota (eukarionty, jądrowce) (gr. eu = prawdziwie) kompartmentalizacja cytoplazmy Błona komórkowa fosfolipidowo-białkowa 13
RóŜnorodność organizmów ponad 10 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 KOMÓRKA Prokariotyczna Eukariotyczna 14
KOMÓRKA http://www.greatpacificmedia.com/# 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 15