biologia komórki - kurs dla biochemików - Zakład Biologii Komórki

2015-10-06
BIOLOGIA KOMÓRKI
- KURS DLA BIOCHEMIKÓW
30 godzin wykładów
60 godzin ćwiczeń
DR HAB. MARTA MICHALIK
PROF. DR HAB. ZBIGNIEW
BIOLOGI KOMÓRKI – kurs dla biochemików
WBT-BCH336
Egzamin:
test (wykłady 30h)
Zaliczenie ćwiczeń (60h)
Ocena z kursu:
ocena z egzaminu - 80%
ocena z ćwiczeń - 20%
http://www.uj.edu.pl/web/zbk/dydaktyka/kursy/wbt-336
1
2015-10-06
Wykłady
B. Alberts i wsp. - Podstawy biologii komórki, PWN 2005
red. B. Alberts et al.
- Molecular biology of the cell, 2009 (V)
T. Pollard i W. Earnshaw
– Cell biology, 2nd ed., 2008
BIOLOGI KOMÓRKI – kurs dla biochemików
30 godzin wykładów
•
Wprowadzenie do biologii komórki
•
Budowa błon biologicznych
•
Transport przez błony plazmatyczne
•
Kompartmentalizacja komórki eukariotycznej:
- budowa jądra komórkowego
- organizacja cytoplazmy
•
Budowa i funkcje ER i aparatu Golgiego
•
Transport pęcherzykowy - endosomy, lizosomy
•
Transformatory energii w komórce (mitochondria, chloroplasty)
2
2015-10-06
WBt336- BIOLOGI KOMÓRKI – kurs dla biochemików
•
Sygnalizacja wewnątrzkomórkowa
•
Organizacja i rola cytoszkieletu aktynowego i mikrotubul
•
Mechanizmy ruchu komórek
•
Cykl komórkowy
•
Hodowle komórkowe
•
Komórki macierzyste (stem cells)
•
Komórki nowotworowe
WPROWADZENIE DO BIOLOGII KOMÓRKI
Krótka historia odkrycia i badań komórek
RóŜnorodność komórek
Jedność podstawowych mechanizmów Ŝycia
Organizmy modelowe w badaniach biologii komórki
3
2015-10-06
KOMÓRKA – krótka historia badań
waŜne daty:
?? odkrycie komórek / pojęcie „komórka”
?? początek biologii komórki jako
dyscypliny naukowej
?
do XVII w
skonstruowanie mikroskopu
Mikroskopy proste – XVI w
Mikroskop złoŜony – ok. 1590 r
Zachariasz i Hans
Janssenowie
4
2015-10-06
Robert Hooke
ang. fizyk
1635 - 1703
1665 - zebranie Królewskiego
Towarzystwa Naukowego w Londynie:
„korek zbudowany jest z
przedziałów
- komórek (cells)”
Rysunek z ksiąŜki R. Hooke'a
"Micrographia"
Antoni van Leeuwenhoek
hol. przedsiębiorca i przyrodnik
Opisał:
1632 - 1723
pierwotniaki (1667-1674)
bakterie (1683)
erytrocyty
plemniki
włókna mięśni poprzecznie-prąŜkowanych
jądra w erytrocytach łososia (1700)
5
2015-10-06
XVIII i XIX w - mikroskop instrumentem „niezwykłym”
obserwacje pod mikroskopem tkanek roślin i zwierząt
• poznawanie i porównywanie budowy roślin i zwierząt
• poznawanie struktury pojedynczych komórek
Robert Brown
ang. botanik
1831 - opisał jądra w komórkach roślin
- ruch protoplazmy w komórkach roślin
1773 -1858
Rudolf Albert Kölliker
szwajc. fizjolog
1817 -1905
1857- opisał mitochondria w komórkach mięśni
Przez dalsze pół wieku nie poznano nowych struktur
wewnątrzkomórkowych
?
6
2015-10-06
XIX /XX
Mała kontrastowość preparatów biologicznych
Camillo Golgi
wł. lekarz i histolog
1844 -1926
1898 zobaczył aparat siateczkowy wokół jądra neuronu
(aparat Golgiego)
Ernst August Ruska
niem. fizyk
1931 skonstruował pierwszy mikroskop elektronowy (50nm)
Palade, Porter i Sjοstrand
1952 rozwinęli metody mikroskopii elektronowej
1954 H.E. Huxley zobaczył układ filamentów
w mięśniu - cytoszkielet
1957 J.D. Robertson
opisał dwuwarstwową strukturę
błony komórkowej
7
2015-10-06
Matthias Jacob Schleiden
niem. botanik
1804 -1881
Theodor Schwann
niem. zoolog
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
Rudolf Virchow
niem. anatomopatolog
1821 -1902
postulat:
1855 - komórki powstają tylko przez podział
(omnis cellula e cellula)
8
2015-10-06
Ludwik Pasteur
fr. chemik (mikrobiolog)
1822-1895
ostatecznie obalił teorię samorództwa
teraźniejszość
? przeszłość
Karol Darwin
ang. biolog
1809-1882
1859 - teoria ewolucji
klucz do zrozumienia historii rozwoju organizmów
August Weismann
niem. biolog i genetyk
1834-1914
1880 - wszystkie komórki wywodzą się od przodków
Ŝyjących w zamierzchłych czasach
1879 - Walther Flemming
opisał zachowanie chromosomów podczas mitozy
9
2015-10-06
Theodor Boveri
niem. biolog
1862-1915
Walter Sutton
am. genetyk
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
Thomas Hunt Morgan
am. biolog, genetyk
(Laureat Nagrody Nobla w 1933)
1866-1945
nośnikami genów są chromosomy;
tzw. sprzęŜenie genów;
zjawisko crossing-over
1953 – James D. Watson i Francis Crick
odkrycie struktury podwójnej helisy DNA
10
2015-10-06
Pochodzenie organizmów od wspólnego przodka
Prakomórka musiała zawierać prototyp
uniwersalnej maszynerii wszelkich
form Ŝycia istniejących dziś na Ziemi
Ewolucja
mutacje
dobór naturalny
Jedność organizmów (komórek)
RóŜnorodność organizmów
Pochodzenie organizmów od wspólnego przodka
3 cesarstwa
Drzewo filogenetyczne wyprowadzone z porównania sekwencji nukleotydów rRNA
(długość linii – ilość róŜnic w sekwencji nukleotydów w rRNA)
KaŜda z wyŜej wymienionych grup posiada cechy specyficzne tylko dla siebie,
i kaŜde dwie z tych grup posiadają teŜ cechy, których nie ma trzecia.
11
2015-10-06
RóŜnorodność organizmów
10 -100 mln
gatunków
organizmów
(wszystkie
środowiska Ŝycia)
termofilne, beztlenowce (w gorących kwaśnych wodach np.
bakterie siarkowe)
halofilne, beztlenowce (w wodach ekstremalnie zasolonych)
mutanogeniczne, beztlenowce redukujące CO2 do metanu
(osady głębinowe, przewód pokarmowy)
Protisty
Grzyby
Rośliny
Zwierzęta
bakterie gram dodatnie
bakterie gram ujemne
bakterie purpurowe
zielone bakterie fotosyntetyczne
cyjanobakterie
RóŜnorodność komórek
większa niŜ organizmów
KOMÓRKA
samodzielny
organizm
spełnia wszystkie
czynności Ŝyciowe
część składowa zespołu
komórek
komórka zróŜnicowana
wyspecjalizowana
12
2015-10-06
RóŜnice wielkości komórek:
Prokaryota
(1 - 10 µm) przeciętna długość (średnica) komórek
0,3 µm mykoplazma ( masa: 10-14 g)
Eukaryota
(10 - 100 µm) przeciętna wielkość komórek
10 µm – 1mm komórki pierwotniaków
„duŜe” komórki
100 µm ludzka komórka jajowa
2 mm komórka jajowa Ŝaby
kilka cm komórki jajowe ptaków, gadów (20cm)
1,5 m wypustki neuronów
RóŜnice kształtu komórek
RóŜna ruchliwość komórek
RóŜne wymogi co do warunków Ŝycia
RóŜny czas Ŝycia,
stopień złoŜoności (zróŜnicowania) komórki
13
2015-10-06
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
Organizmy modelowe w badaniach
Cecha
Zalety
małe rozmiary
i proste poŜywienie
hodowla nie wymaga duŜo miejsca,
jest łatwa i tania w utrzymaniu
duŜa liczba potomstwa
pozwala na wiarygodną analizę
statystyczną wzorów dziedziczenia
krótki cykl Ŝyciowy
umoŜliwia obserwację wzorów
dziedziczenia w kolejnych pokoleniach
mały genom
duŜe chromosomy
mała ilość DNA do analizy;
łatwiej badać chromosomy w mikroskopie
świetlnym
dostępność informacji i
technik badawczych
wiele genetycznych mutantów jest
dostępnych do analiz
14
2015-10-06
Organizmy modelowe -Prokarionty
Escherichia coli (pałaczka okręŜnicy)
(Enterobacteriaceae)
podział co 20min
Poznanie mechanizmów
replikacji, transkrypcji i
translacji
Organizmy modelowe -Eukarionty
Organizmy jednokomórkowe
Saccharomyces cerevisiae - droŜdŜe piekarskie
Poznanie mechanizmów
cyklu podziałowego
komórki
15
2015-10-06
Rośliny modelowe
Arabidopis thaliana
- rzodkiewnik pospolity
5-30 cm
Badania mechanizmów rozwoju i róŜnicowania roślin kwiatowych
Zwierzęta modelowe
Caenorhabditis elegans - nicień
Poznanie
959 komórek
mechanizmów rozwoju
embrionalnego i działania
wielu genów (apoptozy)
16
2015-10-06
Drosophila melanogaster - muszka owocowa
Samiec i samica
Poznanie podstaw
genetyki klasycznej
i mechanizmów rozwoju
zarodkowego i larwalnego
Mus musculus – Mysz domowa (ssaki)
Poznanie mechanizmów
działania wielu genów na
poziomie komórki i
całego organizmu
Genom: sekwencja poznana
mysz ma 2,7 mld par zasad,
człowiek ok. 3,1 mld par zasad,
mysz ma 20 par chromosomów,
człowiek - 23 pary
17
2015-10-06
PoniewaŜ geny człowieka mają ścisłe odpowiedniki u
organizmów prostszych , to badania tych organizmów
(modelowych) mogą być kluczem do zrozumienia jak
skonstruowany jest i jak funkcjonuje organizm
człowieka.
( defekt w genie kit - komórki barwnikowe)
Badania na róŜnorodnych komórkach ludzkich
w hodowlach in vitro
18