Alapfogalmak A bevezető előadáson elhangzottakhoz a tankönyv alábbi fejezetei tartoznak: Bázis anyag 1. Bevezetés a sejtbiológiába 2. A sejt legfontosabb anyagi összetevői és alapvetô molekuláris mechanizmusai. A sejtbiológia molekuláris biológiai eszköztára
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
→Követelmények (web)
„Alapfogalmak” teszt
Sejtbiológia vizsga anyaga “A” rész alapja (kiváltható SCT-ken): …
• 1. Bevezetés a sejtbiológiába • 2. A sejt legfontosabb anyagi összetevői és alapvető molekuláris mechanizmusai. A sejtbiológia molekuláris biológiai eszköztára • 3. Előadások legalapvetőbb fogalmai:
kulcsszavak
„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”
1951, HeLa
– 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 sejt története: 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
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 working phylogeny of the australopithecines and Homo (after ref. 19)
• Föld keletkezése: • Élet keletkezése:
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
1
3
Marine shells found at Moroccan Middle Paleolithic sites and modern shells of the same species.
2
d'Errico F et al. PNAS 2009;106:16051-16056
©2009 by National Academy of Sciences
A legáltalánosabban megfogalmazva az élet fő vonásait: enzimatikus anabolikus és katabolikus folyamatok önreprodukciós készsége.
A kifordított sejt teória az első sejtek eredetéről
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
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
Oxigén megjelenése az atmoszférában oxigén termelő fotoszintetikus prokarióták anyagcserélye révén
Filogenetikus viszonyok meghatározása Fenotípikus hasonlóságok alapján: hogyan nyernek energiát – ATP-t - szervezetük felépítéséhez? anabolikus CO2, H2O, N2
katabolikus r.
szerves vegyületek
→
ATP Autotrófok:
e-
Fotoszintézis* (hυ + H2O) Kemoszintézis (S-vegyületek)
glikolízis, és ha* van O2, oxidatív foszforiláció elektron donor:
Heterotrófok: más O2
szervezetek által előállított szerves vegyületek, „min.medium”: cukor, H2O, sók
H2O S, Fe
Hasonlóságok a genotípus szintjén: pl. riboszomális alegységek fehérjéi gén szekvenciáinak összehasonlításával 1
2
3
Jason Raymond, "Oxygen and evolution of complex life," in AccessScience, ©McGraw-Hill Companies, 2007, http://www.accessscience.com
Az eukarióta sejt eredete Membrán rendszerek fejlődése Mesosoma: membrán invagináció, ahová a cirkuláris, DNS rögzül.
http://evolution.berkeley.edu/ evolibrary/article/history_24
Endoszimbiotikus események
egyes bélbaktériumok
Törzsfejlődés
Az élet földi evolúciójának fő tényezői • prebiológiai fejl. → “org. leves”; RNS→DNS • katalizált kémiai reakciók, trigger elv, kaszkád elv, visszacsatolások, kapcsolt reakciók • változékonyság + szelekció
N2
1.5 mrd
3 mrd
– E.coli 20-40’-ként osztódik! – szabályozott mutációs ráta – a mutációk „pufferelése” más fehérjék által
o2
? ? ? ? ?
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
mag, citoszkeleton, fagocitózis már van, mitokondrium még nincs
• • • •
tulajdonságok propagálódása kompartmentalizáció ugrásszerű változások: fagocitálás, splicing, szex anyagcsere: anaerob → aerob
Prokarióták Prokarióták (arche- és eubakt.)
-nukleoid
DNS: -ált. cirk., 0.75-5 Mbp -ált. nincs intron -1 kromoszóma, membrán-kapcsolt V ≤ néhány köbmikron
Eukarióták
(arche- és eubakt.)
(egysejtűek:protozoa, gombák soksejtűek: növények, állatok)
általában
Eukarióták (egysejtűek: protozoák, gombák soksejtűek: növények, állatok)
-mag (RNS és feh. szint.külön kompartmentben*) -magvacska -hisztonok
-ált. nincs belső kompartmentaliz. -nincs citoszkeleton
-mitokondrium, kloroplasztisz, ER, Golgi, lizoszoma, peroxiszoma -µtubulus, µfilament, intermedier filament r.
-lineáris, 15 Mbp-génekben intronok* -több kromoszóma, nukleoszkeleton-kapcs.
-nincs endocit., exocit.
-endocit., exocit.
a.csere: aerob/anaerob
ált. aerob
ált. egysejtű
ált. többsejtű → differenciáció
>>
A prokarióta és eukarióta sejtek főbb különbözőségei
Sejtmag Szplájszoszóma intronok
és
szplájszoszómás
Prokarióták
Eukarióták
Nincs
van
Nincs
van
Transzkripció és transzláció
Folyamatos, egy térben
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
mikrotubulus
vagy nagyon cianobaktérium)
elkülönülve ritkán
(pl.
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
van
• 314597231459723145972314597231459723145972 314597231459723145972314597231459723145972 314597231459723145972314597314597314597314 597314597231459723145972314597231459723145 972314597231459723145972314597231459723145 972314597231459723145972314597231459731459 731459731459731459723145972314597231459723 145972314597231459723145972314597231459723 145972314597231459723145972314597231459723 145973145973145973145973145972314597231459 723145972314597231459723145972314597231459 723145972314597231459723145972314597231459 7231459723145973145973145973145973145972
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
SecY fehérjeszekvenciák (kék –eukarióták, zöld – eubaktériumok, piros – archaebaktériumok).
SecY szekvenciái alapján készült fa gyökereztetése háromféle módon…
