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?