BIOLOGIA I EKOLOGIA
Inżynieria Środowiska
Rok I Sem. II
Wykłady
Wykład nr 1 (20.02.2013r.)
Podstawowym filarem świata żywego jest kwas nukleinowy (DNA).
Gronkowce mogą wystąpić w instalacji klimatyzacyjnej, a następnie przemieszczając się z powietrzem wpłynąć negatywnie na zdrowie człowieka.
Za usuwanie zanieczyszczeń i odzyskiwanie metali ciężkich odpowiadają bakterie.
Za uzdatnianie wody odpowiadają glony.
Za unieszkodliwianie odpadów odpowiada cała sekwencja mikroorganizmów.
Korozja występuje nie tylko w metalach, ale także w szkle, włóknach, tkaninach.
PRIONY
Prion składa się z białka.
Białko składa się z grupy aminowej i kwasu karboskylowego.
Priony występują w dwóch postaciach:
PrPc
PrPSc
Proces namnażania się prionów to rozpad.
Choroby prionowe to m.in.:
kuru – wystąpiła 1. raz u plemienia fore z Nowej Gwinei gdzie tradycją było zjadanie mózgów przodków.
wściekłych krów
„scrape” (owce i kozy)
Creutzfelda – Jakoba
Organizm nie walczy z prionami, ponieważ myśli, że to jego własne białko. Choroby wywoływane prionami są nieuleczalne.
WIRUSY
Budowa wirusa:
- Najprostszy wirus zbudowany jest z kwasu nukleinowego w otoczce białkowej.
(TEST)Materiałem genetycznym różnych typów wirusów może być zarówno DNA jak i RNA, w postaci jednoniciowej i dwuniciowej.
Bakteriofagi – wirusy bakteryjne
Cykle życiowe fagów:
Cykl Lityczny
-zostaje zniszczona komórka żywiciela
– wstrzyknięcie kwasu nukleinowego;
- dochodzi do namnażania wirusów;
- następnie do rozpadu komórki.
2. Cykl lizogenny
–komórka żywiciela nie zostaje zniszczona, wirus wbudowuje się w struktury bakterii.
- Wirus wchodzi do wnętrza komórki bakteryjnej. Stanowi integralną całość. Wirus cały czas towarzyszy bakterii nawet podczas podziałów.
Rola wirusów
- przenoszenie informacji genetycznej w środowisku;
- narzędzia w inżynierii genetycznej;
- narzędzia bioterroryzmu.
Wirus można wykorzystać w technologii, ale także można z jego powodu ucierpieć.
Wykład nr 2 (27.02.2013r.)
KOMÓRKA
Komórkę uznaje się za podstawową jednostkę strukturalną i funkcjonalną żywego organizmu.
Komórki mogą różnić się między sobą budową.
Największe różnice występują pomiędzy komórkami prokariotycznymi i eukariotycznymi.
Budowa komórki bakterii (prokariotycznej)
-brak jądra komórkowego!! – DNA w postaci nukleoidu
-rybosomy
-błona komórkowa
-cytoplazma
-rzęska
Komórki eukariotyczne posiadają jądro komórkowe, w którym przechowywany jest materiał genetyczny; dzielą się na: roślinne, zwierzęce, grzybów.
Nieco odmienną budową charakteryzują się komórki roślinne i zwierzęce (grzyby omówimy później)
Komórka roślinna (eukariotyczna)
- podwójna otoczka kwasu nukleionowego spowodowała powstanie jądra komórkowego.
- aparat Golgiego
-chloroplasty (odpowiadają za proces fotosyntezy)
-mitochondria ( centra energetyczne)
-wakuola („śmietnik” odpowiadający za stosunki wody, występuje tu proces osmozy)
Komórka zwierzęca (eukariotyczna )
-brak ściany komórkowej
-system błoniasty bardziej złożony
- cytoszkielet- system włókien nadające kształt i porządkuje wnętrze komórki
(TEST) Tabelka przesłana na maila grupowego
Komórka samożywna powinna wyprodukować zw. organiczny ze zw. nieorganicznego w wyniku procesu fotosyntezy lub chemosyntezy.
TRANSPORT przez błony komórkowe
Dyfuzja- transport gazów; O2 do środka, CO2 na zewnątrz
Osmoza- woda; na zasadzie dążenia do równowagi stężeń
[DYGRESJA do laboratoriów w przyszłym sem.
Zawiesina bakterii- nie w wodzie destylowanej bo bakteria „pęknie”, tylko w roztworze soli fizjologicznej ]
JĄDRO KOMÓRKOWE
Materiał genetyczny DNA ← nukleotyd ← zasada (adeina, guanina, cytozyna, tymina)+ reszta kwasu
Replikacja – powielenie materiału genetycznego
„rozplata” nic DNA ⟶ polimeraza ⟶(na zasadzie komplementarności) powstają 2 nici złożone w połowie ze starej nici i z nowej nici dobudowanej dostanej
Biosynteza białek w komórce
mRNA
tRNA
transkrypcja (tymina-> uracyl)
wydłużenie nici
na tym etapie możemy odkryć mutację
mutacja może być cicha
RETIKULUM ENDOPLAZMATYCZNE
W komórkach prokariotycznych
W obszarze retikulum endoplazma tycznego szorstkiego (z rybosomami) odbywa się produkcja białek komórkowych, w obrębie retikulum gładkiego zachodzi synteza lipisów w tym elementów składowych błon.
(TEST) Funkcje retikulum endoplazma tycznego szorstkiego/ gładkiego
APARAT GOLGIEGO odpowiada za funkcje wydzielnicze w komórce, zachodzi tam również synteza cukrów, m.in. budujących ściany komórkowe komórek roślinnych
Plastydy:
Proplastydy(występujące w komórkach tkanki twórczej)
etioplasty
leukoplasty
chromoplasty
chloroplasty
Plastydy zawierają własne DNA oraz rybosomy.
CHLOROPLATY chlorofil w nich zawarty odpowiada za fotosyntezę.
Posiadają:
DNA-zupełnie różne od tego w jądrze
Rybosomy
MITOCHONDRIUM stanowi energetyczne centrum komórki.
Posiada:
DNA-zupełnie różne od tego w jądrze
Rybosomy
Chloroplasty i mitochondria to autonomiczne organy.
Istnieje TEORIA, że chloroplasty i mitochondria były kiedyś bakteriami, które wniknęły w komórki innych organizmów; przystosowały się do środowiska i utraciły część swoich organelli i funkcji.
PODZIAŁY KOMÓRKOWE
| MITOZA | MIJOZA |
|---|---|
TKANKI
Tkanka- grupa komórek o podobnym pochodzeniu i podobnych funkcjach, występują u wyższych organizmów wielokomórkowych.
Tkanki roślinne można podzielić na tkanki stałe i tkanki twórcze czyli merystema tyczne.
Tkanki okrywające:
skórka okrywająca rośliny zielone i młode organy roślin wieloletnich (epiderma)⟶ aparaty szparkowe: wymiana gazowa
skórka okrywająca korzeń (epidema)⟶ włoski, włośniki: f. Pobierania wody
tkanka korkowa (peryderma)
Tkanka przewodząca –wiązki przewodzące (f. Transportu wody od korzeni do liści. Siły transpiracji powodują zasysanie wody. Transpiracja-parowanie wody ):
drewno- tkanka martwa, przewodząca wodę
łyko- tkanka żywa, przewodzi produkty fotosyntezy
Tkanka miękiszowa:
miękisz asymilacyjny
miękisz zasadniczy
miękisz spichrzowy
miękisz powietrzny
miękisz wodonośny
Tkanki wzmacniające:
kolenchyma (zwarcica) tkanka żywa, występuje w częściach rosnących
sklerenchyma (twardzica)
(TEST) Tkanki martwe to:...
Tkanka nabłonkowa pokrywa powierzchnię naszego ciała i narządów wewnętrznych.
Tkanka mięśniowa:
mięśnie gładkie
mięśnie poprzecznie-prążkowane
mięsień sercowy
Tkanka nerwowa- zbudowana z komórek nerwowych
Tkanka łączna (komórki + substancja międzykomórkowa):
chrzęstna
- szklista
-sprężysta
-włóknista
kostna zwapniona substancja międzykomórkowa
tłuszczona
krew płynna (komórki + osocze)
galaretowata
(TEST)
1. Różnica między tkanką roślinną, a zwierzęcą.
2. Tkanki roślinne żywe/ martwe (wymienić)
3. Tkanki roślinne łączne.
4. Różnice między rodzajami tkankami mięśniowymi (mięsień sercowy przede wszystkim)
Wykład nr 3 (06.03.2013r.)
Metabolizm
(poziomy troficzne)
METABOLIZM
-ANABOLIZM
-KATABOLOZM
Proste cząstki $\text{\ \ \ \ }\frac{\text{\ \ \ \ \ \ ANABOLIZM\ \ \ \ \ \ \ }}{} >$ złożone cząstki
złożone cząstki $\frac{\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ KATABOLIZM\ \ \ \ \ \ \ }}{} >$ Proste cząstki
Adenozynotrifosforan (ATP)- służy do przenoszenia i magazynowania energii
Nieodłącznym elementem procesów biochemicznych zachodzących w komórce są specyficzne biokatalizatory- enzymy.
ENERGIA AKTYWACJI
Zasada funkcjonowania enzymów
Biokatalizatory- ułatwiające zajście reakcji biochemicznej poprzez obniżenie energii aktywacji.
Zbudowane są z białka lub białka i części niebiałkowej. (hooenzym= apoenzym + koenzym).
Miejscem aktywacji enzymu jest tzw. Centrum aktywne, dopasowujące się do substratu.
Schemat katalizy enzymatycznej
Stała Michaelisa-Menton
Rodzaje enzymów:
dehydrogenazy (reakcje utleniania i redukcji)
hydrolazy (rozkład przy udziale wody)
liazy (rozkład bez wody)
syntezy (reakcje syntezy)
transferazy (przenoszenie fragmentów cząsteczek)
na aktywność enzymów mają wpływ:
temperatura
odczyn (pH)
obecność metali ciężkich
obecność trucizn
INHIBICJA ENZYMÓW:
inhibicja współzawodnicza
inhibicja niewspółzawodnicza
Pierwotnym źródłem energii jest energia słoneczna.
Dzięki procesowi fotosyntezy może ona zostać zmagazynowana w postaci energii chemicznej.
Organizmy autotroficzne (samożywne), korzystając z energii słonecznej, asymilują dwutlenek węgla i syntetyzują związki organiczne.
Cykl Calvina – faza „ciemna”, ma 3 etapy: wiąże, redukuje, odtwarza.
Celem „fazy jasnej” jest produkcja AP i siła redukcyjna NADPH.
Woda w „fazie jasnej” jest źródłem protonów i elektronów.
Niektóre bakterię potrafią przeprowadzić proces fotosyntezy, ale robią to w inny sposób niż rośliny, ponieważ tlen jest dla nich trujący/zabójczy. Nie używają wody.
FOTOSYNTEZA BAKERYJNA
FOTOLITOROFY
FOTOORGANOROFY
CHEMOSYNTEZA
Na poziomie komórkowym oddychanie tlenowe przebiega w 3 głównych etapach: glikoliza, cykl kwasów trój karboksylowych (cykl Krebsa) oraz łańcuch oddechowy.
Glikoliza zachodzi w cytoplazmie.
W jej trakcie dochodzi do powstania 2 cząsteczek pirogronianu w przeliczeniu na 1 cząsteczkę glukozy.
Jako dodatkowy czysty zysk komórka otrzymuje 2 cząsteczki ATP i 2 cząsteczki NADPH.
Pirogronian ulega przekształceniu do acetylokoenzymu A (acetylo-CoA), który wchodzi następnie do cyklu Krebsa.
Funkcje cyklu Krebsa:
1)
2)
Etap wstępny dla cyklu Krebsa stanowi przekształcenie pirogronianu w acetylo-CoA.
W trakcie właściwego cyklu Krebsa ma miejsce dwukrotna dekarboksylacja oraz powstają 3xNADH, 1xFADH2 oraz 1xGTP.
Pompa protonowa (dopiero tu potrzebny jest tlen)
Istnieje grupa bakterii (wykorzystywana do oczyszczania ścieków), które potrafią zamiast tlenu wykorzystać azotany (metoda oczyszczania ścieków z azotu).
Inne wykorzystują siarczany.
Oddychanie beztlenowe daje dużo mniej energii niż oddychanie tlenowe.
Fermentacja mlekowa
Fermentacja alkoholowa
Niektóre związki przed ich włączeniem do cyklu Krebsa ulegają dodatkowym przemianom.
Wykład nr 4 (13.03.2013r.)
BAKTERIE
Formy morfologiczne bakterii:
bakterie kuliste
ziarniaki (pojedyncze „kulki”) łączą się ze sobą w różnych konfiguracjach w 2D i 3D
bakterie cylindryczne
| pałeczki | laseczki |
|---|---|
| Mniejsze | Większe |
| mają bardziej zaokrąglone końce | Mają tępe końce |
| Występują pojedynczo | Występują w grupach |
| Wytwarzają przetrwalniki | Nie wytwarzają przetrwalników |
bakterie spiralne
przecinkowiec- wycinek spirali, np. wywołujący cholerę
śrubowiec- kilkukrotnie powtórzona spirala
innne kształty komórek bakteryjnych
nitki
porozgałęziane nitki (przypominają grzyby)
„gwiazdki”
Kwadrat –najdziwniejszy kształt
Kształt jest pierwszym krokiem do identyfikacji bakterii.
Interesuje nas ilość bakterii i ich rodzaj.
Kolonia bakterii- nagromadzenie się dużej ilości bakterii.
Komórki bakterii nie widać. Trzeba ją najpierw zabarwić, aby potem obejrzeć ją pod mikroskopem elektronowym.
Przetrwalnik- forma bakterii (bakteria w „stanie uśpienia”), którą jest łatwa do transportu, ale zachowuje wszystkie właściwości żywej bakterii. Łatwy do stosowania w bioterroryzmie (np. wysyłane w kopertach przetrwalniki wąglika).
Mureina- substancja, z której zbudowana jest ściana komórkowa bakterii.
Barwienie Metodą Grama
| FIOLET GENCJANA 1-1,5 min |
|---|
| PŁYN UGOLA 1-1,5 min |
| WODA |
| fioletowe |
| STĘŻONY ETANOL 0,5 min |
| WODA |
| Fioletowo-niebieskie |
| FUKSYNA (malinowa czerwień) 0,5-1 min |
| WODA |
| Fioletowo-niebieskie |
| Bakterie gram-dodatnie: ziarniaki, laseczki |
Gram-zmienne są niektóre bakterie glebowe.
Rola bakterii:
Rozkład martwej materii organicznej
Udział w obiegu pierwiastków w przyrodzie (wiąże się z pkt. 1)
Tworzenie i rozpuszczanie minerałów, np. bioługowanie pirytu
Udział w oczyszczaniu ścieków
Produkcja biogazu
Produkcja witamin, aminokwasów, kwasów organicznych, antybiotyków, dekstranu
Rozkład produktów spożywczych
Konserwacja żywności
Narzędzie inżynierii genetycznej
Chorobotwórczość, np. pałeczka dżumy, salmonella (powodująca dur brzuszny), wąglik.
Liczba komórek bakterii wystarczająca do wywołania objawów chorobowych może być niewielka.
Narzędzie bioterroryzmu (broń niekontrolowana)
Korozja mikrobiologiczna
Cyjanobakterie (sinice)
Początkowo zaliczane do glonów
Organizmy prokariotyczne
Autotroficzne lub mikrotyczne
Barwniki fotosyntetyczne- chlorofil a, b, c, karoten, fikocyjan
Materiał zapasowy- skrobia sinicowa
Zdolność wiązania azotu atmosferycznego
Produkcja toksyn sinicowych
Rozmnażanie bezpłciowe- w sposób wegetatywny
Rola sinic:
Pionierzy świata organicznego
Składnik porostów
Wiązanie azotu atmosferycznego
Powodowanie ”zakwitów” wody
Składniki obrostów w instalacjach do uzdatniania wody
fotosynteza
Wykład nr 5 ( 20.03.2013r.)
GRZYBY
Na Ziemi jest ok. 1,5 mln gatunków grzybów, ale tylko ok. 75 tys jet dobrze poznanych, to zaledwie 5 %.
Grzyby są organizmami eukariotycznymi.
Są to bardzo dziwne organizmy, które posiadają zarówno cechy roślinne, jak i zwierzęce, mają też kilka cech, których nie posiadają ani rośliny, ani zwierzęta.
| Podobieństwo do roślin | Podobieństwo do zwierząt | Unikalne cechy grzybów |
|---|---|---|
- wakuole = wodniczki (regulują ciśnienie osmotyczne) - obecność ściany komórkowej -brak zdolności ruchu -rozmnażanie płciowe i bezpłciowe |
-brak chloroplastów - są heterotrofami (część gatunków grzybów jest saprofitami, część pasożytami) |
-budowa ściany komór-kowej (może ona być zbudowana z chityny, beta-glukanu, białka i lipidów) |
Dużą grupę stanowią grzyby strzępkowe, które mają średnice = 2-10 μm.
Grzybnia – zorganizowana struktura złożona z dużej ilości strzępków.
Typy grzybni:
komórczak (jednokomórkowa, wielojądrowa),
(wielokomórkowa, jedno jądro w komórce)
Grzybnia powierzchniowa (napowietrzna)
Grzybnia wgłębna
Ssawki- u pasożytów, za ich pomocą „przyczepiają się” do żywiciela i pobierają pokarm
Arbuskura- u grzybów wchodzących w mikoryzę z roślinami wyższymi
PLEŚŃ
Rozmnażanie bezpłciowe:
Poprzez wytwarzanie zarodników: endospory/sporangiospory, konidia, artrospory, plastospory
Rozmnażanie płciowe:
Połączenie się 2 komórek haploidalnych ⟶ powstaje 1 komórka diploidalna.
Większość grzybów to organizmy tlenowe, ale potrafią przeżyć i rosnąć też w warunkach beztlenowych (wolniej się rozmnażają).
Inne warunki sprzyjające rozwojowi grzybów:
Temperatura 20-35 ̊ C
Wilgotne środowisko min. 14%
Środowisko kwaśne 5-6 pH
Światło nie odgrywa większej roli
DROŻDŻE
Ich kształt zależy od rodzaju i warunków w jakich żyją,
Najbardziej lubią temp. 20-35 ̊ C
Środowisko kwaśne 4-6 pH
Ich materiałem zapasowym są tłuszcze
Rozmnażają się przez pączkowanie
Ściana komórkowa z glukanu, sub białkowych
Rola grzybów:
Obieg pierwiastków materii (są destruentami/ reducentami)
Wchodzą w symbiozę z korzeniami roślin wyższych (mikoryza)
Produkcja środków spożywczych (np. kwas cytrynowy, jabłkowy, mlekowy, produkcja serów pleśniowych, jogurtów)
wytwarzanie antybiotyków
„-” działalności grzybów:
niszczenie celulozy (np. starodruków)
psucie żywności
wywoływanie alergii
pasożytnictwo na roślinach
wytwarzanie mygotoksyn (toksyn grzybowych) są to najsilniejsze toksyny wytwarzane przez organizmy żywe
syndrom „chorego budynku”- zdrowy człowiek wchodzi do budynku i zaczyna się katar, kaszel, łzawienie oczu, kichanie, wysypka, ból głowy, zawroty głowy, po wyjściu z takiego budynku, po ok. 1 godzinie wszystko wraca do normy
„+”działalności grzybów:
mineralizacja
rozkład związków trudno rozkładalnych
w przemyśle spożywczym
produkcja biopreparatów owadobójczych
Wykład nr 6 ( 27.03.2013r.)