Curs 1-4.pdf

CURS 1 Biologia celulară şi moleculară – obiect de studiu şi istoric

CE ESTE CELULA? • Celula este unitatea morfologică şi funcţională a lumii vii • Organismele = celule/alcătuite din celule • compartiment delimitat de membrană, ce conţine o soluţie apoasă de substanţe chimice

1

• niveluri de organizare: atomi → molecule mici → polimeri→ organite subcelulare → celule

3

2

• Alte structuri capabile să se multiplice, dar nu independent – nu sunt celule: – prionii – particule proteice, fără acizi nucleici, – virusurile, alcătuite din ADN sau ARN şi proteine • Fiecare celulă prezintă semnele distinctive ale vieţii : - reproducerea - creşterea şi dezvoltarea - utilizarea energiei - răspunsul la mediul înconjurător - homeostazia

4

CUPRINS • CE ESTE CELULA? • REPERE ISTORICE ÎN BIOLOGIA CELULARĂ • IMPORTANŢA BIOLOGIEI CELULARE ŞI MOLECULARE PENTRU MEDICINĂ • ORIGINEA ŞI EVOLUŢIA CELULELOR • ARHETIPURI CELULARE – PROCARIOTE ŞI EUCARIOTE

• 1876 – Abbe a optimizat alcătuirea microscopului • 1886 – Zeiss a produs lentile care au atins limita teoretică a luminii vizibile – 0.2 micrometri

REPERE ISTORICE • 1655 – Hooke – termenul “cellula” (celulă) = porii observaţi în plută • 1674 – Leeuwenhoek a fost primul care a raportat descoperirea unei celule reale – un protozoar • 1833 – Brown descrie nucleul celular

• Studii de histochimie:

Secţiune prin plută – schemă după imaginea MO

Spermatozoizi – frotiu5

•

1838 – Schleiden şi Schwann au propus

Desenul lui Ramon y Cajal reprezentând neuronii 7din straturile retinei.

• 1931 – Ruska a construit primul microscop electronic de transmisie

“TEORIA CELULARĂ” 1) Celula este unitatea elementară a lumii vii. 2) Toate organismele vii sunt alcătuite din celule. •

• anii 1880 Retzius şi Ramón y Cajal – metode de colorare – anatomia microscopică • 1898 – Golgi a descris aparatul Golgi

• 1932 – Zernike a inventat microscopul cu constrast de fază

1855 – Virchow 3) Celulele se formează numai din celule preexistente.

Imaginea unui fibroblast necolorat (A) în microscopie optică şi (B) în contrast de fază. 6

8

• anii 1950 – Palade (cercetător de origine română), Claude, de Duve şi Porter – fixarea şi secţionarea pentru microscopul electronic – centrifugarea diferenţială

Exemple: • Hipercolesterolemia familială – defect de preluare celulară a lipoproteinelor → descoperirea statinelor • Fibroza chistică – canalele proteice de transport al clorului deficitare • Hipertensiunea – defect de formare a complexelor joncţionale în celulele epiteliale din rinichi • Distrofia musculară – defect al citoscheletului membranar în fibrele musculare • Surditate – mutaţii în gena miozinei implicată în mecanotransducţia din celulele urechii interne

au descoperit ultrastructura celulei 9

IMPORTANŢA BIOLOGIEI CELULARE ŞI MOLECULARE PENTRU MEDICINĂ • Anii 1850 Virchow “Die cellular pathologie” TOATE BOLILE PORNESC DE LA NIVEL CELULAR • În prezent se cunosc : – modificările genetice responsabile pentru diferite boli – funcţiile şi contextul celular în care acţionează produşii genelor implicate 10

11

ORIGINEA ŞI EVOLUŢIA CELULELOR • Cum a apărut viaţa? Probabil prin: - reacţii spontane între molecule într-un mediu instabil Se presupune că au existat trei stadii de evoluţie: – Stadiul “chimic” – Stadiul “celular” – Stadiul “multicelular” → separate prin intervale lungi în care formele de viaţă s-au diversificat 12

Stadiul “chimic”

Stadiul “celular”

• condiţiile existente pe pământ în primul miliard de ani au dus la: – reacţii între molecule simple anorganice → molecule organice (ex.: aminoacizi, zaharuri) – Interacţiunile dintre moleculele organice mici → molecule mari, complexe (ex.: proteine, acizi nucleici); → formă pre-celulară de viaţă, (aşa numitele “coacervates” sau prebionţi ) – prebionţii – înconjuraţi de o membrană lipidoproteică → apariţia primelor celule

• Acum 3.5 miliarde de ani – formele primitive de viaţă celule procariote anaerobe, apoi aerobe (acum 2 miliarde de ani) • Schimbări majore în condiţiile de mediu: – acumularea de oxigen – cianobacteriile (capabile de fotosinteză) – formarea Fe2O3 („marea criză a fierului”) – extincţia anaerobelor • Acum 1.2 – 1.5 miliarde de ani → primele eucariote – dezvoltarea reproducerii sexuate → creşte mult diversitatea 15

13

Experimentul lui Miller • Vapori de apă sunt trecuţi într-o atmosferă de CH4, NH3, şi H2 → descărcare electrică • Formarea moleculelor organice mici, inclusiv aminoacizii: alanină, acid aspartic, acid glutamic şi glicină 14

Stadiul “pluricelular” • Aproximativ cu 1 miliard de ani în urmă au apărut organismele pluricelulare primitive • Pluricelularitea presupune: – comunicare intercelulară – aderare a celulelor unele de altele – evoluţia tipurilor celulare specializate (ex.: celulele nervoase, epiteliale, musculare) • Acum 1.8 milioane de ani → OMUL 16

PROCARIOTE

Relaţii evoluţionare Toate organismele actuale → ancestor comun • Linii: – Eubacterii – Archaea (arhebacterii)

Membrane interne

NU PREZINTĂ NUCLEU delimitat de membrană fără nucleu sau organite ORGANITE CELULARE membranare ENDOCITOZĂ, EXOCITOZĂ NUCLEOID

Mişcările celulare

FLAGELI

CITOSCHELET mişcările celulare

Organite

doar RIBOZOMI

ORGANITE DELIMITATE DE MEMBRANĂ (reticul endoplasmic, ap. Golgi, mitocondrii, lisosomi, peroxizomi)

Materialul genetic

CROMOZOM UNIC MAI MULŢI CROMOZOMI LINIARI CIRCULAR ADN împachetat cu proteine Sinteza de ARN şi ARN sintetizat în nucleu, proteinele în proteine în citoplasmă citoplasmă

Diviziunea celulară

DIRECTĂ (sciziparitate)

sunt procariote

– Eucariote • Organismele actuale ce seamănă cu formele de viaţă primitivă → arhebacteriile

17

ARHETIPURI CELULARE PROCARIOTE, EUCARIOTE • PROCARIOTELE totdeauna unicelulare → bacterii şi alge albastre-verzi – eubacteriile (b. adevarate) – arhebacteriile (b. metanogene, halofile extreme etc.) • EUCARIOTELE – unicelulare (protozoare) – pluricelulare (metazoare, metafite) – animalele şi plantele • PROTISTE → organismele unicelulare, indiferent de18tip

EUCARIOTE

responsabil

INDIRECTĂ (MITOZA, MEIOZA) → cromozomi, fus de diviziune REPRODUCEREA SEXUATĂ 19

PROCARIOTE (pro = înainte, karion = nucleu) Caracteristici importante: • Unicelulare • Fără nucleu – cromozom unic, circular • Fără organite delimitate de membrană • Diviziune directă • Fără citoschelet • Mai mici decât eucariotele (0.1-10µm diametru, volum de 1000× mai mic)

20

de

EUCARIOTE (eu = adevărat) Caracteristici importante: • Pot fi uni- sau pluricelulare • Au nucleu • Organite abundente • Endocitoză, exocitoză • Citoschelet • Cromozomi liniari, multipli • Diviziune indirectă • Mai mari decât procariotele (10-100µm diametru, volum de 1000× mai mare)

“Celula este unitatea elementară a lumii vii” este un principiu al TEORIEI CELULARE. (Adevărat/Fals) R: Adevărat “Celulele se formează din materiale necelulare” este un principiu al TEORIEI CELULARE. (Adevărat/Fals) R: Fals Celulele se formează numai din celule pre-existente Ce tip de molecule pot obţine în urma experimentului lui Miller? R: molecule organice mici Numiţi celulele procariote capabile să producă oxigen molecular. R: cianobacterii Eucariotele sunt totdeauna pluricelulare (Adevărat/Fals) R: Fals Există şi eucariote unicelulare - protozoarele 21

RECAPITULARE: Care este elementul de structură care nu lipseşte din nici o celulă? R: Membrana Toate organitele conţin celule. (Adevărat/Fals) R: Fals – organitele sunt componente subcelulare

23

Ce tip de celule prezintă ADN? R: toate tipurile de celule Ce organite se găsesc atât la procariote cât şi la eucariote? R: ribozomii Semnificaţia termenului PROCARIOT este „primul tip de celule apărute”. (Adevărat/Fals) R: Fals Semnificaţia este “înainte de nucleu” – celule fără nucleu

Virusurile nu sunt considerate vii, deoarece nu se multiplică. (Adevărat/Fals) R: Fals – se multiplică, dar nu se reproduc independent Numiţi semne distinctive ale vieţii. R: reproducerea, creşterea şi dezvoltarea, utilizarea energiei, răspunsul la mediu, homeostazia. 22

24