1 2018-06-14

(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

Dydaktyka /Kursy/Podstawy biologii komórki www.zbk.wbbib.uj.edu.pl

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;

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

Egzamin pisemny:

PODSTAWY BIOLOGII KOMÓRKI

Biologia:

gr. bíos ‘życie’; lógos ‘słowo’, ‘nauka’

Komórka:

Podstawowa jednostka strukturalna i funkcjonalna wszystkich organizmów żywych

(2)

ŻYCIE

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:

Zjawisko biologiczne złożone i wielowymiarowe, którego nie można opisać za pomocą jednej prostej definicji.

I. na określenie stanu materii (nazywanej organizmem) trwającego od pojawienia się (narodzin) organizmu

do zakończenia jego bytu osobniczego w większości kończącego się śmiercią Znane dotychczas wyłącznie z Ziemi i w tym kontekście definiowane w odniesieniu do 2 podstawowych znaczeń:

KOMÓRKA

Podstawowa jednostka strukturalna i funkcjonalna wszystkich organizmów żywych Encyklopedia PWN:

Najmniejsza występująca w przyrodzie, zdolna do życia, samoodtwarzająca się struktura o złożonej organizacji.

1. WPROWADZENIE

 Krótka historia odkrycia i badań komórek

 Jedność podstawowych mechanizmów życia

 Różnorodność organizmów i komórek

wywodzi się z CYTOLOGII

gr. kýtos ‘wydrążenie; naczynie;

komórka’

BIOLOGIA KOMÓRKI jako dyscyplina naukowa ???

„cytologia biol.

- nauka o budowie i czynnościach komórek roślinnych i zwierzęcych”.

Encyklopedia PWN:

(3)

 wielowiekowe obserwacje i teoretyczne przemyślenia nad budową żywej materii

Historia badań

Arystoteles (384-322 p.n.e.) gr. filozof, twórca biologii

rośliny i zwierzęta są zbudowane z niewielkiej liczby typów cząstek wielokrotnie się powtarzających

Galen (Claudius Galenus) (130-200) rzym. lekarz, anatom

 skonstruowanie mikroskopu

Mikroskop złożony – ok. 1590 r

postęp nauki jest w dużej mierze wynikiem postępu technicznego

Zachariasz i Hans Janssenowie

? ^{do XVII w}

Powiększenie: ok.10x;

mechanizm teleskopowy

Mikroskopy proste – XVI w

udoskonalanie mikroskopu XVII w.

Powiększenie: ok.30x

1665 - zebranie Królewskiego Towarzystwa Naukowego w Londynie:

pojęcie „komórka” ( łać. cellulae)

„korek zbudowany jest z przedziałów - komórek”

Robert Hooke

ang. fizyk

1635 - 1703

Rysunek z książki R. Hooke'a

"Micrographia"

(4)

Antoni van Leeuwenhoek

hol. przedsiębiorca i przyrodnik

konstruował proste mikroskopy (soczewki polerowane)

o powiększeniu 50 -250x, rozdzielczości kilku mm

1632 - 1723

Mikroskop z soczewką „dmuchaną” (muzeum w Utrechcie) o powiększeniu 277x, rozdzielczości 1mm

Opisał:

 pierwotniaki (1667-1674)

 bakterie (1683)

 erytrocyty, białe ciałka krwi

 plemniki

 włókna mięśni poprzecznie-prążkowanych

jądra w erytrocytach łososia (1700)

Antoni van Leeuwenhoek – rysunki

 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)

XVIII w - mikroskop instrumentem „niezwykłym”

Różne ulepszenia, ale powiększenie - 250x rozdzielczość -5 mm

XIX w – udoskonalane mikroskopy

I - poznawanie struktury pojedynczych komórek II - poznawanie budowy roślin i zwierząt

(uniwersalność budowy komórkowej)

obserwacje różnorodnych tkanek roślin i zwierząt

(5)

Robert Brown ang. botanik

1831 - opisał jądra w komórkach roślin

- ruch protoplazmy w komórkach roślin

_{1773 -1858}

Rudolf Albert Kölliker szwajc. fizjolog

1857- opisał mitochondria w komórkach mięśni („komórkowa konstrukcja tkanek”)

1817 -1905

Ad. I

Mała kontrastowość preparatów biologicznych

Przez dalsze pół wieku nie poznano nowych struktur

wewnątrzkomórkowych

?

Ograniczone możliwości mikroskopów świetlnych

1898 zobaczył aparat siateczkowy wokół jądra neuronu (aparat Golgiego)

1844 -1926

Camillo Golgi wł. lekarz i histolog

metoda barwienia komóreki włókien nerwowych z wykorzystaniem soli srebra

laureat Nagrody Nobla 1906

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicin e/laureates/1906/golgi-article.html

Hipokamp –impregnat Golgiego; rysunek neuronów

Opera Omnia.

Powiększenie całkowite mikroskopu

Zdolność rozdzielcza mikroskopu

najmniejsza odległość dzieląca 2 punkty, które w obrazie mikroskopowym dostrzegane są oddzielnie

obiektyw x okular (x układ pośredni)

~ od 10 do 1500x ( max 3500x)

d = około 0,2 μm (λ/2)

przyczyną ograniczonej zdolności rozdzielczej – dyfrakcja światła

Mozliwości mikroskopów świetlnych

(6)

Ernst August Ruska niem. fizyk

1931 skonstruował pierwszy mikroskop elektronowy (50nm)

zdolność rozdzielcza mikroskopu elektronowego:

d (praktyczna) od 0,2 do 1nm Palade, Porter i Sjostrand

1952 rozwinęli metody mikroskopii elektronowej Poprawa zdolności rozdzielczej mikroskopu – użycie promieniowania o krótszej długości fali (zastosowanie wiązki elektronów)

1954 zobaczył układ filamentów w mięśniu - cytoszkielet J.D. Robertson

1957 opisał dwuwarstwową strukturę błony komórkowej

Hugh E. Huxley ang. biolog mol.

- wykorzystywał ME do badań biologicznych - badania fizjologii mięśni

1924 - 2013

H. Dutrochet – fr. botanik

1824 - obecność drobnych „globuli” w tkankach wszystkich roślin

Teza: komórka jest fundamentalną

jednostką żywych organizmów

poznanie, że komórka to podstawowy element życia - wszystkich organizmów (obecnie i w przeszłości)

obserwacje mikroskopowe tkanek roślin i zwierząt (XVIII i XIXw.)

Ad. II

Teoria komórkowa test logiczną syntezą wielu obserwacji

dokonanych w różnym czasie i przez różnych badaczy

(7)

Theodor Schwann niem. zoolog

Matthias Jacob Schleiden niem. botanik

1804 -1881

1838-1839 –Teoria komórkowa

1810 -1882

Wszystkie organizmy żywe – rośliny, zwierzęta i bakterie są zbudowane z komórek, które są ich podstawowymi

jednostkami strukturalnymi i funkcjonalnymi Początek cytologii jako dyscypliny naukowej

 komórka to podstawowy element

- wszystkich organizmów współcześnie żyjących

obserwacje pod mikroskopem podziału komórek 1827 A. Broniart; 1835 E. Meyen; 1835 H. von Mohl

1879 Walther Flemming - opisał zachowanie chromosomów podczas mitozy

Rudolf Virchow niem. anatomopatolog

1821 -1902

postulat:

1855 - komórki powstają tylko przez podział

(omnis cellula e cellula)

życie w istniejących warunkach nie może powstać spontanicznie - zaprzeczenie teorii samorództwa - brak dowodów

teraźniejszość ? przeszłość

ostatecznie obalił teorię samorództwa

doświadczalny dowód, że komórki wywodzą się tylko z już istniejących organizmów

Ludwik Pasteur fr. chemik (mikrobiolog)

1822-1895

1859 - teoria ewolucji

klucz do zrozumienia historii rozwoju organizmów Karol Darwin

ang. biolog

1809-1882

(8)

August Weismann niem. biolog i genetyk

podobieństwo podstawowych struktur komórkowych 1880 - wszystkie komórki wywodzą się od przodków

żyjących w zamierzchłych czasach

?? - dowód wspólnego pochodzenia organizmów

1834-1914

1902 - chromosomowa teoria dziedziczności

komórki powstają tylko z komórek dziedzicząc po nich swoje cechy, które są uwarunkowane przez geny

znajdujące się w chromosomach

Theodor Boveri niem. biolog

Walter Sutton am. genetyk

1862-1915

1877-1916

za proces dziedziczenia odpowiedzialne są chromosomy

powiązanie praw dziedziczenia Mendla z chromosomami na poziomie komórkowym do właściwego rozwoju embrionalnego niezbędna jest pełna liczba chromosomów

ugruntowanie chromosomowej teorii dziedziczności

Thomas Hunt Morgan

am. biolog, genetyk

(Laureat Nagrody Nobla w 1933)

(nośnikami genów są chromosomy)

1866-1945

Zrozumienie molekularnych podstaw dziedziczenia umożliwiło ustalenie

modelu struktury DNA

w 1953 przez Jamesa Watsona i Francisa Cricka

(1962 Nagroda Nobla)

1915 - chromosomowa teoria dziedziczności

Jedność i różnorodność komórek (organizmów)

Pochodzenie organizmów od wspólnego przodka

Prakomórka musiała zawierać prototyp uniwersalnej maszynerii wszelkich form życia istniejących dziś na Ziemi

zmienność i dobór naturalny

Ewolucja

mutacje

zróżnicowanie komórek

(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 10⁹lat) chemoautotrof

DNA, RNA synteza białek

metabolizm (kataliza enzymatyczna)

DNA w nici nukleosomowej;

introny;

polimeraza RNA Prokarioty

(gr. pro = przed) (karyon=ziarno, jądro)

Bacteria (bakterie właściwe)

ORGANIZMY WSPÓŁCZESNE

Archaea archeany archeowce (bakterie pierwotne)

Eukaryota (eukarioty, jądrowce)

(gr. eu = prawdziwie)

kompartmentalizacja cytoplazmy Błona komórkowa

fosfolipidowo-białkowa

błona komórkowa -estry kwasów tłuszczowych

ściana komórkowa z mureiny (peptydoglikan)

termofilne (w gorących kwaśnych wodach np.bakterie siarkowe) halofilne (w wodach ekstremalnie zasolonych)

mutanogeniczne (redukujące CO₂do metanu -osady głębinowe, przewód pokarmowy)

gram dodatnie gram ujemne purpurowe

zielone bakterie fotosyntetyczne cyjanobakterie

Protisty Grzyby Rośliny Zwierzęta

Różnorodność organizmów

ponad 10 mln gatunków organizmów (wszystkie środowiska życia) beztlenowce

bakterie

Różnorodność komórek

 różnorodność struktury i funkcji komórek / / różnorodność organizmów

 komórka pełni wszystkie czynności życiowe / / wyspecjalizowana, zróżnicowana

• wymagające tlenu / beztlenowce

• wymagające złożonej mieszaniny związków organicznych / wymagające tylko związków nieorganicznych Methanonococcus (Archaea) - wykorzystuje gazowy H₂, N₂i CO₂

 wymogi co do warunków życia

(10)

 różnorodność wielkości :

Prokaryota

(1 - 10 mm) przeciętna wielkość komórek 0,3 mm mykoplazma ( masa: 10-

¹⁴

g)

Eukaryota

(10 - 100 mm) przeciętna wielkość komórek

10 mm – 1mm komórki pierwotniaków

100 mm ludzka komórka jajowa 2 mm komórka jajowa żaby

kilka cm komórki jajowe ptaków, gadów (20cm)

„duże” komórki

1,5 m wypustki neuronów