SZK
OŁA
NA
UK
A
KR
Ó
TK
O
Śmierć komórki
– znaczenie dla organizmu
Konspekt zajęć edukacyjnych
Aleksandra Szydłowska, Ilona Żeber-Dzikowska, Urszula Poziomek
Temat: Czy śmierć komórki ma negatywne
zna-czenie 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 ludzkie-go na różnych poziomach złożoności (...). IV. Poszukiwanie, wykorzystanie i tworzenie
infor-macji.
Uczeń odczytuje, selekcjonuje, porównuje i przetwa-rza 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 (...).
Treści nauczania:
8. II. Budowa i funkcjonowanie komórki. Uczeń: 2) przedstawia podstawowe funkcje poszczególnych
elementów komórki.
Typ zajęć: wprowadzenie nowego materiału
Forma nauczania: zajęcia edukacyjne w klasie szkolnej Forma organizacyjna: praca w grupach
Strategie: problemowa, emocjonalna
Metody nauczania:
• słowne: analiza tekstów źródłowych, dyskusja
• obserwacyjne: obserwacja zastępczych środków – schematy obrazujące przebieg apoptozy i nekrozy.
Środki dydaktyczne: teksty źródłowe, schematy,
kar-ta pracy, opcjonalnie krótki film edukacyjny o przebie-gu apoptozy.
Literatura
• artykuł Śmierć komórki w zdrowiu i chorobie, R.C. Duke i in., Świat Nauki, nr 66, s. 24-32.
• artykuł Ciekawe zjawisko apoptozy –
komór-ki umierają cicho i pokornie, A. Kamińska, EBiŚ,
1/2012, s. 24-31.
Materiały filmowe:
• https://www.youtube.com/watch?v=i0SuQrJUi-4
• https://www.youtube.com/watch?v=TiEEli3iYhk
dr hab. Ilona Żeber-Dzikowska: Zakład Zoologii i Dydaktyki Biologii, Instytut Biologii
Uniwersytetu Jana Kochanowskiego w Kielcach
mgr Urszula Poziomek: Pracownia Przedmiotów Przyrod-niczych IBE, nauczycielka dyplomowana biologii w LXXV LO im. Jana III Sobieskiego w Warszawie
lic. Aleksandra Szydłowska: studentka na kierunku bio-logia, Instytut Biologii Uniwersytetu Jana Kochanowskiego w Kielcach
SZK
OŁA
NA
UK
A
KR
Ó
TK
O
I. Faza przygotowawcza
• Nauczyciel przedstawia cele oraz planowany prze-bieg lekcji, formułuje pytanie (które jest jednocześ-nie tematem zajęć), na które w trakcie zajęć ucz-niowie będą starali się znaleźć odpowiedź.
• Uczniowie dzielą się na dwu- lub trzyosobowe gru-py, każda z grup otrzymuje materiały źródłowe na temat nekrozy i apoptozy. Po zapoznaniu się z ma-teriałami źródłowymi uczniowie w grupach dys-kutują odpowiedź na pytanie badawcze i dobór od-powiednich 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 argu-menty 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 zapi-sane na tablicy (flipcharcie) w formie schematu porów-nującego jednocześnie wpływ obu typów śmierci na or-ganizm. Odpowiedź na pytanie nie jest jednoznaczna – w organizmie mogą wystąpić dwa różne typy śmierci komórkowej, każdy z nich ma inne znaczenie i wpływ
Praca domowa
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 do-wolnego źródła informacji) i opisanie w zeszycie przedmiotowym czynników wpływających na zwięk-szanie częstotliwości zachodzenia procesów apoptozy i nekrozy.
SZK
OŁA
NA
UK
A
KR
Ó
TK
O
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 nie-dotlenienie. Nekroza jest procesem biernym. Charak-terystyczną cechą śmierci martwiczej jest pęcznienie komórki i jej organelli (w tym mitochondriów) co po-woduje pękanie zarówno organelli jak i całej komórki. Jest to spowodowane brakiem kontroli nad stosunkami wodno-elektrolitowymi, szczególnie istotne jest groma-dzenie we wnętrzu komórki jonów wapnia. Uaktywnia-ją się także enzymy wydostaUaktywnia-jące się ze zdegradowanych lizosomów. W wyniku tych procesów zawartość ko-mórki uwalniana jest na zewnątrz i powstaje potencjal-nie szkodliwy stan zapalny. Wokół komórki martwi-czej 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 ko-mórek układu immunologicznego.
Źródło: artykuł Śmierć komórki w zdrowiu i chorobie, R.C. Duke i in., Świat Nauki, s. 24, zmienione.
Rys. 1. Nekroza
Źródło: http://www.prostemcell.org/studii-si-cercetari-stiintifice/ leziunea-acuta-subacuta-si-cronica-a-maduvei-spinarii.html, zmienione.
Tekst nr 2
Apoptoza przebiega dyskretnie i prawie niezauważalnie, nie wywołując potencjalnie szkodliwego stanu zapal-nego. Ta programowana śmierć komórki jest uporząd-kowanym, aktywnym i ściśle kontrolowanym ciągiem zdarzeń, umożliwiającym pozbywanie się z organizmu komórek uszkodzonych, w tym zmutowanych, zbęd-nych albo zakażozbęd-nych. . Komórka apoptyczna odsepa-rowuje się od pozostałych i poddaje szeregowi zmian biochemicznych i morfologicznych.
Początkowo komórka traci dużą ilość wody oraz elek-trolitów, co powoduje zmniejszanie jej objętości oraz fałdowanie się błony komórkowej, ponadto na jej po-wierzchni 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 komórko-wych, zawierają szczątki organelli, resztki chromatyny i odwodnioną cytoplazmę. Ciałka apoptyczne są nie-wrażliwe na działanie proteaz, co redukuje możliwość uwolnienia szkodliwych substancji, a tym samym nie wywołują stanu zapalnego. Ostatecznie ciałka apop-tyczne zostają w większości przypadków sfagocytowane przez fagocyty.
Tekst przygotowany na podstawie artykułu Ciekawe
zjawisko apoptozy – komórki umierają cicho i pokornie,
A. Kamińska, EBiŚ, s. 24-31, zmienione.
normalna komórka możliwa naprawa uszkodzeń pęcznienie mitochondriów i ER zmiana właściwości błony rozpad mitochondriów jądra i innych organelli rozpad mitochondriów uszkodzenie odwracalne struktury melinowe zaawansowane uszkodzenia struktury melinowe stan zapalny
SZK
OŁA
NA
UK
A
KR
Ó
TK
O
Tekst nr 3W żywym organizmie zjawisko apoptozy zachodzi nie tylko wśród komórek uszkodzonych. Przykładów fizjo-logicznej apoptozy jest wiele. Przykładem mogą być eta-py kształtowania się mózgowia podczas embriogenezy u człowieka, kiedy to powstaje znaczny nadmiar liczby neuronów, które ulegają stopniowo apoptozie. Apopto-za ma swój udział w procesie rozwoju układu odpor-nościowego, podczas którego prekursory tymocytów, wytwarzane najpierw w wątrobie, a potem w szpiku do-stają się do grasicy płodu. Tam intensywnie się dzielą, ale ponad 90% z nich ginie właśnie w procesach apopto-zy. Ta selekcja jest konieczna po to, by wyłonić taką pulę limfocytów T, które rozpoznają antygeny w połączeniu z własnymi cząsteczkami MHC (Major Histocompa-tibility Complex – zespół zgodności tkanowej) i będą
bezpieczne dla organizmu. Jeżeli dojrzewający tymo-cyt 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 sto-sunku do siebie. Kolejne przykłady apoptozy to fizjolo-giczny 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,
zmie-nione.
Rys. 2. Apoptoza
Źródło: http://www.prostemcell.org/studii-si-cercetari-stiintifice/ 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.
normalna komórka kondensacja chromatyny błona zachowuje właściwości fragment cytoplazmy kondensacja (odwodnienie) cytoplazmy mitochondria zachowują strukturę i funkcje ciałka apoptyczne fagocyt fagocytoza ciałek apoptycznych
SZK
OŁA
NA
UK
A
KR
Ó
TK
O
Tekst nr 4Rak rozwija się jako konsekwencja nagromadzenia przez komórkę mutacji w wielu genach kontrolujacych jej wzrost i przeżycie. Gdy mutacje nie dają się skutecz-nie naprawić, komórka zwykle umiera apoptyczskutecz-nie, aby nie stwarzać potencjalnego ryzyka dla całego orga-nizmu. Jeśli jednak nie umrze, ona lub jej potomstwo będzie żyło tylko po to, by kumulować i utrwalać mu-tacje, umożliwiające jej niekontrolowane podziały i na-bycie zdolności do inwazji do innych tkanek i narządów – czyli tworzenia przerzutów. W wielu nowotworach uszkodzenia w materiale genetycznym prowadzą do in-dukcji apoptozy, w innych program śmierci apoptycz-nej 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 warun-kach aktywuje maszynerię apoptyczną w przypadku poważniejszych uszkodzeń DNA. Komórki, które ule-gły transformacji nowotworowej, wciąż jednak mogą być skłaniane do apoptozy w inny sposób. Brak wpływu komórkowych czynników wzrostu lub fizycznego kon-taktu z otaczającymi je komórkami jest prawdopodob-nie rodzajem wewnętrzprawdopodob-nie wbudowanego mechanizmu obronnego zapobiegającego przemieszczaniu się komó-rek; szybka aktywacja procesu apoptozy w komórkach nowotworowych w momencie, gdy opuszczają rodzimą tkankę guza, prawdopodobnie prowadzi do zniszczenia wielu przerzutujących komórek nowotworowych wy-mykających się spod kontroli organizmu.
Źródło: artykuł Śmierć komórki w zdrowiu i chorobie, R.C. Duke i in., Świat Nauki, s. 31-32, 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
……… ……… ……… ……… ……… ………
