Biologia z elementami
mikrobiologii
Dr hab. Krystian Kubica
Politechnika Wrocławska
Instytut Inżynierii Biomedycznej
i Pomiarowej
A co z tlenem?
Fotosynteza:
CO
2
, H
2
O -> O? (1941- metody izotopowe)
Czy fotosynteza musiała doprowadzić do pojawienia
się tlenu w atmosferze?
Bakterie purpurowe
H
2
S + CO
2
węglowodany +S
Secenedesmus - glon nie wytwarzający tlenu
(Gaffron)
Tlenowe (aerobowe)
Beztlenowe (anaeroby obligatoryjne i
fakultatywne):
Fermentacja np. cukry ->kwas mlekowy
Redukcja azotanów do azotynów
Redukcja siarczanów do siarkowodoru
Oddychanie beztlenowe u ludzi?
Glikoliza we włóknach
mięśniowych
porfiryna
1909r. Leon Marchlewski -
Podobieństwo hemu i chlorofilu
Ewolucja życia a układy porfirynowe
Pojawienie się O
2
w atmosferze
konieczność jego transportu – porfiryny
porfiryny
: hemoglobina, mioglobina, cytochromy, chlorofile
Sztuczne życie?
1961r . Nirenberg i Matthei
Ekstrakt enzymów z Escherichia Coli + ATP+aa+
systetyczny RNA poliUracyl -> polipeptyd
zbudowany z fenyloalaniny
1970 r. Khorana – pierwszy sztuczny łańcuch DNA
Wirtualna komórka
http://www.e-cell.org
http://www.copasi.org
http://www.vcell.org
Mycoplasma genitalium – wzorzec
minimum informacji genetycznej
580 000 nukleotydów
Teorie pochodzenia życia na Ziemi
Samorództwo (autogonia)
Kreacjonizm
Panspermia
Samoistnie (proste związki chemiczne,
samoorganizacja, ewolucja)
Szczypce laserowe
lata 80-te XX w. zespół Ashkina użyli wiązki laserowej do schwytania
wirusa mozaiki tytoniowej i bakterii Escherichia Coli.
film
Pytanie o początek?
1970 rok
matematyk John Conway
Gra life
(S. Wolfram)
Pytanie o początek w świetle automatów komórkowych
Okres - 6
Okres - 24
Teoria ewolucji
1858
i 1859 Karol Darwin (1830-1899) i Alfred Russel
Wallace (1823-1913)
(angielscy przyrodnicy i podróżnicy) niezależnie
przedstawili teorię ewolucji opartej na doborze naturalnym
Gregor Mendel
prawa dziedziczenia cech na podstawie obserwacji krzyżowania grochu jadalnego
1865 - odkrycie
1866 -publikcja
1902r. Walter Sutton i Theodor Boveri
za proces dziedziczenia odpowiedzialne są chromosomy
1903r. Hugo de Vries odkrywa mutacje.
1910 - chromosomy składają się z genów
1927 Thomas Morgan – powiązanie zmian fizycznych w chromosomach z
mutacjami
1928 Frederick Griffith (1928) odkrywa transformację
1931 Crossing over jest przyczyną rekombinacji
1952 Martha Chase i Alfred Hershey potwierdzają, że DNA jest nośnikiem
dziedziczności
1953 James Watson i Francis Crick, bazując na danych dyfrakcji promieni X
otrzymanych przez Rosalind Franklin i zasadzie Chargraffa określają strukturę
przestrzenną DNA.
Jean Lamark (1744-1829)
Przystosowanie do nowych warunków środowiska
Wzrost doskonałości poprzez „pęd wewnętrzny”
Dziedziczenie cech nabytych
Używanie/nie używanie narządów
G. Cuvier (1769-1832)
Narządy homologiczne
Narządy analogiczne
Zasada korelacji
Wszystkie części ciała są ze sobą funkcjonalnie powiązane
– zmiana jednej części prowadzi do utraty funkcjonalności całości
William Paley (1743-1805)
Wszystkie organizmy są idealnie przystosowane do
środowiska
August Weismann (1834-1914)
Komórki somatyczne i płciowe
A zmiany w komórkach
zarodka?
Teoria ewolucji Darwina 1859
Dobór naturalny i dobór sztuczny (hodowlany)
Dobór naturalny i konkurencja (przeżycie
najstosowniejszego)
Reprodukcja (liczebność i przeżywalność)
Potomstwo płodne
Ziemby? Gołębie?
Dobór stabilizujący (żywe skamieliny?)
Dobór kierunkowy (gwałtowne zmiany środowiskowe?)
Dobór rozrywający (mocno różniące się fenotypowo a
konkurencja?)
Dobór płciowy (konkurencja o partnera seksualnego)
Neodarwinizm
Ewolucja – proces losowych zmian i selekcji
naturalnej (niekierowany i niezaplanowany)
Matematyka matrymonialna?
Dowody ewolucji
Bezpośrednie – kopalne
Żywe skamieliny ?
Anatomia porównawcza (gruczoły mleczne, kręgosłup,
kończyny kręgowców, narządy szczątkowe ?)
Embriologia – prawo rekapitulacji - Ernst Haeckel
Ontogeneza - filogeneza
Biogeorgafia – szczerbaki i leniwce A. Południowa
Genetyka i biochemia (kod genetyczny, cytochrom c,
ATP)
Specjacja – powstawanie nowych gatunków (izolacja
rozrodcza)
Specjacja allopatryczna (różne terytoria)
Specjacja sympatryczna (ekologiczne,
behawioralne na podłożu genetycznym)
Wielkie wymierania a tempo
ewolucji
ZAGADNIENIA
DO
PRZEMYŚLENIA
Ewolucja a:
Rozmnażanie płciowe
Rozwój medycyny
GMO
Rozwój przemysłowy
Delecje genów, pseudogeny
retrocykliny
Terapia genowa
(germinalna/somatyczna
)
Konkurencja i altruizm zwierząt
Zapłodnienie in vitro
Zygota, zarodek, embrion
Pobrana komórka jajowa + plemniki na specjalnym
podłożu
Dokomórkowe wstrzyknięcie plemników
Natura?
Losowe mutacje i rekombinacje materiału genetycznego
poddane selekcyjnej presji doboru naturalnego
Zarodek (embrion) człowieka – rozwijający
się organizm człowieka aż do końca
drugiego miesiąca, od kiedy już nazywany
jest płodem
(Biologia, Solomon, Berg, Martin, Villee)
zapłodnienie
Zaledwie kilka tysięcy z >20 milionów plemników dociera do
komórki jajowej
Tylko jeden plemnik zapładnia komórkę jajową
(ruchliwość?,pochłanianie przez leukocyty i makrofagi?
Kooperacja przy enzymatycznym rozpuszczaniu wieńca
promienistego
Przed wniknięciem jednego plemnika do wnętrza komórki
jajowej – kontrola zgodności gatunkowej – swoista reakcja
białka bindyny z receptorem w błonie żółtkowej jaja
Uniemożliwienie wniknięcia większej liczby plemników
Zmiana aktywności
kanałów jonowych
Depolaryzacja błony
Depolaryzacja błony
Aktywacja enzymów
Biologia, Solomon, Berg, Martin, Villee
Projekty ustawy o zapłodnieniu in vitro
Kolejność alfabetyczna
Zakaz
Klonowania człowieka
Handlu zarodkami i gametami
Doświadczeń na embrionach w tym tworzenia hybryd
Marek Balicki:
•Dopuszczalne w przypadku niepłodności oraz w celu
uniknięcia chorób genetycznych
•Dostępność dla par i kobiet samotnych
• Ilość tworzonych i wszczepianych zarodków zależy
wyłącznie od wskazań medycznych
•Nie wszczepione zarodki są zamrażane lub niszczone,
ewentualnie przekazywane do adopcji (decyzja zależna od
rodziców
•Dopuszcza się możliwość badania jakości zarodków
•Dziecko poczęte in vitro ma prawo wiedzieć o tym
Jarosław Gowin
•In vitro tylko jako technika leczenia niepłodności
•Wszystkie powstałe zarodki, bez względu na szanse
dalszego rozwoju powinny być wszczepione (jeśli nie ma
przeciwwskazań medycznych)
•Zamrażanie komórek jajowych (i plemników)
•Dostępność tylko dla małżeństw
•Niedostępność dla kobiet po 40 roku życia i obciążonych
chorobami genetycznymi
•Zakaz dochodzenia odszkodowania za urodzenie dziecka
z wadami genetycznymi
Małgorzata Kidawa-Błońska
•Dostępność in vitro dla wszystkich ale tylko do leczenia
niepłodności
•Zakaz niszczenia zarodków zdolnych do rozwoju
•Ilość tworzonych i wszczepianych zarodków wynikać ma
tylko ze względów medycznych
•Wszczepiane są zarodki o najlepszym potencjale
rozwojowym
(można prowadzić diagnostykę preimplantacyjną)
Bolesław Piecha
•Zakaz tworzenia zarodków in vitro
•Istniejące już zamrożone zarodki powinny być wszczepione
biologicznym matkom lub adoptowanym
•W przypadku braku zgody rodziców na adopcję zarodka
decyduje sąd
Teresa Wargocka
Tworzenie zarodków in vitro – przestępstwo zagrożone karą
pozbawienia wolności do 2 lat
Zakaz rozporządzania embrionami (w tym wszczepienie)
?
Datowanie
Metoda stratygraficzna (względna)
Metoda faunistyczna
Datowanie izotopowe
14
C do 50 000 (70 000 lat)
40
K/
40
Ar 1250 mln lat do 200 000 lat
238
U
206
Pb
235
U
207
Pb miliardy lat
Izotopy C
11
C
12
C
13
C
14
C
Czas połowicznego rozpadu
?
syntetyczny
98,9%
1,1%
Śladowo –10
-6
%
(t
1/2
=5730 lat)
Datowanie
14
C do ok. 50 000lat
Niepewność datowania?