A bevezető előadáson elhangzottakhoz a tankönyv alábbi fejezetei tartoznak: 1. Bevezetés a sejtbiológiába 2. A sejt legfontosabb anyagi összetevői és alapvetô molekuláris mechanizmusai. A sejtbiológia molekuláris biológiai eszköztára
Alapfogalmak Bázis anyag megCélzott tudás
Sejtbiológia (Medicina, 2009) • 1. Bevezetés a sejtbiológiába • 2. A sejt legfontosabb anyagi összetevői és alapvetô molekuláris mechanizmusai. A sejtbiológia molekuláris biológiai eszköztára • 3. Sejtmembrán és anyagtranszport • 4. Citoplazmatikus membránrendszerek és organellumok, intracelluláris transzport folyamatok • 5. Citoszkeleton: struktúrák és funkciók • 6. Sejtmag • 7. Sejtosztódás • 8. A változó sejt • 9. Sejt és környezete • 10. Sejtsorsok és sorsfordulók • 11. A multicelluláris szervezôdés fejlôdésbiológiai vonatkozásai • 12. Az élôvilág kialakulása, evolúció. Prokarióták és eukarióták • 13. A növényi sejt sajátosságai • 14. Sejtbiológia az orvostudományban • 15. A sejtbiológia gyakorlata
Szemináriumi kiselőadás: -4-5 Évközi tesztek átlaga >> jegy megajánlás ill. bónuszok Írásbeli vizsga: „A” 14/20 fölött >> „B” + bónuszok: 2-3 jegy Szóbeli vizsga: „B” 75/100 fölött >> 4-5 jegy
„B”
húzott 1. tétel
„B”: „A” + 2 esszé + tesztkérdések
hozott 2. tétel vagy kiselőadás
„Alapfogalmak” teszt • 1. Bevezetés a sejtbiológiába • 2. A sejt legfontosabb anyagi összetevői és alapvető molekuláris mechanizmusai. A sejtbiológia molekuláris biológiai eszköztára • 3. Előadások legalapvetőbb fogalmai:
kulcsszavak
→Követelmények (web) Sejtbiológia vizsga anyaga “A” rész alapja (kiváltható SCT-ken): … „B” teszt (2, 3 érdemjegyek) témái, anyaga: …
Szóbeli (4, 5 érdemjegyekért): Sejtbiológia szóbeli tételsor (1. tétel – húzott): … Szabadon választott tételek (kiváltható kiselőadással): …
A sejtbiol. története: • Mikroszkópia fejlődése – XVII. sz. : Leeuwenhoek, R. Hooke XIX. sz. : Schleiden, Schwann – Virchow: minden állat és növény élő egységekből áll, melyek hordozzák az “élő” összes attributumát; „élő csak élőből” – A sejt részeinek megismerése – fénymikroszkópos citológia ---- EM citológia
…………….. • Genetika (Mendel), evolúció-elmélet (Darwin) • Pasteur, Koch: a baktérium is sejt (→ mikrobiológia) • Escherichia coli biokémiája: sejt ═ enzimatikus folyamatok együttese • Sejttenyésztés (eukarióta sejtek) • Biofizikai eszköztár fejlődése • Molekuláris biológia: chip-technológia, emberi genom szekvenciája, génmanipuláció: „A teremtés nyolcadik napja” • A sejt funkcionális anatómiája: sejtbiológia • Sejtbiológia ↔ biokémia, élettan: individuális sejtek ↔ molekulák - szövetek
A sejtbiol. története: • Mikroszkópia fejlődése – XVII. sz. : R. Hooke, Leeuwenhoek XIX. sz. : Schleiden, Schwann – Virchow: minden állat és növény élő egységekből áll, melyek hordozzák az “élő” összes attributumát; „élő csak élőből” – A sejt részeinek megismerése – fénymikroszkópos citológia ---- EM citológia
…………….. • Genetika (Mendel), evolúció-elmélet (Darwin) • Pasteur, Koch: a baktérium is sejt (→ mikrobiológia) • Escherichia coli biokémiája: sejt ═ enzimatikus folyamatok együttese • Sejttenyésztés (eukarióta sejtek) • Biofizikai eszköztár fejlődése • Molekuláris biológia: chip-technológia, emberi genom szekvenciája, génmanipuláció: „A teremtés nyolcadik napja” – A sejt funkcionális anatómiája: sejtbiológia
• Sejtbiológia ↔ biokémia, élettan: individuális sejtek ↔ molekulák - szövetek
A sejtbiol. története: • Mikroszkópia fejlődése – XVII. sz. : R. Hooke, Leeuwenhoek XIX. sz. : Schleiden, Schwann – Virchow: minden állat és növény élő egységekből áll, melyek hordozzák az “élő” összes attributumát; „élő csak élőből” – A sejt részeinek megismerése –fénymikroszkópos citológia ---- EM citológia
…………….. • Genetika (Mendel), evolúció-elmélet (Darwin) • Pasteur, Koch: a baktérium is sejt (→ mikrobiológia) • Escherichia coli biokémiája: sejt ═ enzimatikus folyamatok együttese • Sejttenyésztés (eukarióta sejtek) • Biofizikai eszköztár fejlődése • Molekuláris biológia: chip-technológia, emberi genom szekvenciája, génmanipuláció: „A teremtés nyolcadik napja” • A sejt funkcionális anatómiája: sejtbiológia • Sejtbiológia ↔ biokémia, élettan: individuális sejtek ↔ molekulák - szövetek
1951, HeLa
Science 2 July 2010: Vol. 329 no. 5987 pp. 52-56 Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome We report the design, synthesis, and assembly of the 1.08–mega–base pair Mycoplasma mycoides JCVIsyn1.0 genome starting from digitized genome sequence information and its transplantation into a M. capricolum recipient cell to create new M. mycoides cells that are controlled only by the synthetic chromosome. The only DNA in the cells is the designed synthetic DNA sequence, including “watermark” sequences and other designed gene deletions and polymorphisms, and mutations acquired during the building process. The new cells have expected phenotypic properties and are capable of continuous self-replication.
A sejt története: • Föld keletkezése: • Élet keletkezése:
4.5 milliárd éve 4 milliárd éve ↔ “élő csak élőből” • Prokarióták / eukarióták: 3 milliárd éve… • Növények, állatok, gombák: 1.5 milliárd éve.. • Hány gén kódol egy sejtet? – mycoplasma: ~ 300 – E. coli: ~ 4000 ~5 x 106 bp – Élesztő (S. cer.): ~ 6000 ~12 x 106 bp – C. elegans: ~20000 ~10 x 106 bp – Ember: ≥ 20000 ~3 x 109 bp
A working phylogeny of the australopithecines and Homo (after ref. 19)
Science 8 December 2006: Vol. 314. no. 5805, pp. 1558 - 1559 Essays on Science and Society GE PRIZE-WINNING ESSAY: The Emergence of Cells During the Origin of Life Irene A. Chen Magyar Tudomány, 2009/7 HIT, VALLÁS ÉS ERKÖLCS DARWIN FEJLŐDÉSELMÉLETE ÉS SZELLEMI FEJLŐDÉSE KERETÉBEN Gánóczy Sándor
Klein R G PNAS 2009;106:16007-16009
©2009 by National Academy of Sciences
Origin of cultural modernity: ~ 200 ka Marine shells found at Moroccan Middle Paleolithic sites and modern shells of the same species.
d'Errico F et al. PNAS 2009;106:16051-16056
©2009 by National Academy of Sciences
1
2
3
A legáltalánosabban megfogalmazva az élet fő vonásait: enzimatikus anabolikus és katabolikus folyamatok önreprodukciós készsége. Az RNS-ek RNS polimerázként is tudnak működni, és ribozyme aktivitása van a riboszomális RNS-ek valamelyikének – mindez arra utal, hogy az RNS világ megelőzhette a fehérje világot. Az RNS és fehérje szintetizáló rendszer - az aminoacyl-tRNA szintetáz révén – kapcsolódott, kialakult az univerzális genetikai kód.
Science 5 October 2007 Vol. 318. no. 5847, pp. 62 – 64 Life with Oxygen Semenza
September 2009 Scientific American The Origin of Life on Earth Fresh clues hint at how the first living organisms arose from inanimate matter Ricardo, Szostak
A kifordított sejt teória az első sejtek eredetéről
Obcells as Proto-Organisms: Membrane Heredity, Lithophosphorylation, and the Origins of the Genetic Code, the First Cells, and Photosynthesis T. Cavalier-Smith, University of Oxford. 2001
Filogenetikus viszonyok meghatározása Fenotípikus hasonlóságok alapján: hogyan nyernek energiát – ATP-t - szervezetük felépítéséhez? anabolikus CO2, H2O, N2
Autotrófok:
→
katabolikus r.
szerves vegyületek
ATP
Heterotrófok: más
e-
Fotoszintézis* (hυ + H2O)
Kemoszintézis (S-vegyületek)
glikolízis, és ha* van O2, oxidatív foszforiláció
O2
szervezetek által előállított szerves vegyületek, „min.medium”: cukor, H2O, sók
Hasonlóságok a genotípus szintjén: pl. riboszomális alegységek fehérjéi gén szekvenciáinak összehasonlításával 1
2
3
Oxigén megjelenése az atmoszférában oxigén termelő fotoszintetikus prokarióták anyagcserélye révén
elektron donor: H2 O S, Fe
Jason Raymond, "Oxygen and evolution of complex life," in AccessScience, ©McGraw-Hill Companies, 2007, http://www.accessscience.com
http://evolution.berkeley.edu/ evolibrary/article/history_24
Az eukarióta sejt eredete Membrán rendszerek fejlődése Mesosoma: membrán invagináció, ahová a cirkuláris, DNS rögzül.
Endoszimbiotikus események
egyes bélbaktériumok
Törzsfejlődés
N2
1.5 mrd
3 mrd
o2
? ? ? ? ?
mag, citoszkeleton, fagocitózis már van, mitokondrium még nincs
Az élet földi evolúciójának fő tényezői • prebiológiai fejl. → “org. leves”; RNS→DNS • katalizált kémiai reakciók, trigger elv, kaszkád elv, visszacsatolások, kapcsolt reakciók • változékonyság + szelekció – E.coli 20-40’-ként osztódik! – szabályozott mutációs ráta – a mutációk „pufferelése” más fehérjék által
• • • •
tulajdonságok propagálódása kompartmentalizáció ugrásszerű változások: fagocitálás, splicing, szex anyagcsere: anaerob → aerob
A sejtek ált. tulajdonságai • Tervrajz (“genotípus”): DNS – szemikonzervativ replikáció • Információ áramlás fő iránya: DNS→RNS→protein • univerzális genetikai kód • Riboszómák (25 000/E. coli) • A “fenotípus” fő hordozói a fehérjék
Prokarióták (arche- és eubakt.)
-nukleoid
DNS: -ált. cirk., 0.75-5 Mbp -ált. nincs intron -1 kromoszóma, membrán-kapcsolt V ≤ néhány köbmikron
Eukarióták (egysejtűek:protozoa, gombák soksejtűek: növények, állatok) -mag (RNS és feh. szint.külön kompartmentben*) -magvacska -hisztonok
-lineáris, 15 Mbp-génekben intronok* -több kromoszóma, nukleoszkeleton-kapcs. >>
Prokarióták (arche- és eubakt.)
általában
Eukarióták (egysejtűek: protozoák, gombák soksejtűek: növények, állatok)
-ált. nincs belső kompartmentaliz. -nincs citoszkeleton
-mitokondrium, kloroplasztisz, ER, Golgi, lizoszoma, peroxiszoma -μtubulus, μfilament, intermedier filament r.
-nincs endocit., exocit.
-endocit., exocit.
a.csere: aerob/anaerob
ált. aerob
ált. egysejtű
ált. többsejtű → differenciáció
A prokarióta és eukarióta sejtek főbb különbözőségei Prokarióták
Eukarióták
Nincs
van
Nincs
van
Transzkripció és transzláció
Folyamatos, egy térben
elkülönülve
Belső membránok (ER, Golgi)
nincs
Mitokondrium
Nincs
van (vagy volt és redukálódott, pl. Giardia lamblia)
Fagocitózis
Nincs
van
Lineáris kromoszómák és telomer
nincs vagy nagyon ritkán
van
Membránnal körülvett, alapú csilló
nincs
van (vagy volt de elveszett, pl. gombák, növények)
Centriólum/alapi test/centroszóma
Nincs
van (vagy volt de elveszett, pl. virágos növények)
Sejtosztódás
dominó elv
független szabályozó rendszer (sejtciklus gépezet)
Sejtfúzió (szingámiás szex)
Nincs
van
Sejtmag Szplájszoszóma intronok
és
szplájszoszómás
mikrotubulus
vagy nagyon cianobaktérium)
ritkán
(pl.
van
Ajánott olvasmányok Science 8 December 2006: Vol. 314. no. 5805, pp. 1558 - 1559 Essays on Science and Society GE PRIZE-WINNING ESSAY: The Emergence of Cells During the Origin of Life Irene A. Chen Darwin and the recent African origin of modern humans Richard G. Klein1 PNAS September 22, 2009 vol. 106 no. 38 16007-16009 Magyar Tudomány, 2009/7 HIT, VALLÁS ÉS ERKÖLCS DARWIN FEJLŐDÉSELMÉLETE ÉS SZELLEMI FEJLŐDÉSE KERETÉBEN Gánóczy Sándor
• 314597231459723145972314597231459723145972 314597231459723145972314597231459723145972 314597231459723145972314597314597314597314 597314597231459723145972314597231459723145 972314597231459723145972314597231459723145 972314597231459723145972314597231459731459 731459731459731459723145972314597231459723 145972314597231459723145972314597231459723 145972314597231459723145972314597231459723 145973145973145973145973145972314597231459 723145972314597231459723145972314597231459 723145972314597231459723145972314597231459 7231459723145973145973145973145973145972
SecY fehérjeszekvenciák (kék –eukarióták, zöld –
eubaktériumok, piros – archaebaktériumok).
SecY szekvenciái alapján készült fa gyökereztetése háromféle módon…
