1. Początki histologii, cytologii oraz biochemii

Okres I: 1590-1781

  Komórka to najmniejsza, wysoce skomplikowana oraz doskonale zintegrowana fizykochemicznie jednostka struktury, funkcji i reprodukcji żywej materii, zasadniczy składnik wszystkich tkanek ustroju.

Do wieku XVI poglądy na budowę żywych organizmów opierały się na przesłankach filozoficznych i częstokroć bogatej fantazji. Punktem zwrotnym było skonstruowanie pod koniec XVI w. pierwszego mikroskopu świetlnego i znaczne jego ulepszenie w następnym stuleciu.

1590 r. – Bracia Francis i Zacharias Janssen (Holendrzy) skonstruowali pierwsze mikroskopy o powiększającej mocy10x i 30x do badania całych organizmów, jak pchły i inne owady. Jednak przyrząd ten, jako niedoskonały, nie wzbudził wówczas zainteresowania uczonych.

1665 r. – Robert Hook ( 1635- 1703, angielski fizyk, biolog i matematyk) przy użyciu ulepszonego przez siebie mikroskopu (powiększenie 100-150x) stwierdził, że cieniutki skrawek korka ma budowę porowatą i składa się z wielkiej liczby „malutkich pudełeczek” albo drobnych przestrzeni oddzielonych od siebie ściankami. Przestrzenie te nazwał cellulae – komórki, chociaż to co obserwował stanowiło jedynie martwe ściany, będące pozostałością po żywych komórkach tkanki korka.

1674 r. – Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723, holenderski biegły szlifierz soczewek i przyrodnik) za pomocą mikroskopów własnej konstrukcji, udoskonalonych i powiększających 300x opisał plemniki, a ponadto komórki krwi różnego pochodzenia odnotowując już w XVII w., że krwinki ptaków, płazów i ryb były kształtu owalnego i zawierały jakieś ciałko centralne (później zidentyfikowane jako jądro komórkowe), podczas gdy u ludzi i innych ssaków – okrągłe i puste. [1]   

Mikroskop, którym dysponował Robert Hooke [3]

 

  Marcello Malpighi (1628-1694; włoski biolog, anatom i lekarz) był jednym z pierwszych, który użył mikroskopu do zbadania cienkich skrawków tkanek człowieka i zwierząt. Odkrył on i opisał kłębki naczyń włosowatych w nerkach, znane jako kłębuszki Malpighiego, oraz cewkowate narządy wydalnicze u owadów w postaci ślepo zakończonych rurek, uchodzących do przewodu pokarmowego na pograniczu jelita środkowego i tylnego nazywane cewkami Malpighiego. Uważany jest za twórcę anatomii mikroskopowej.

  Nehemiah Grew (1641-1712, angielski lekarz i botanik) wprowadził pojęcie tkanki jako zbioru komórek jednakowej budowy.

Pod koniec XVII w. powstały więc podwaliny nauki o komórce – cytologii oraz nauki o tkankach – histologii.

    W roku 1781 Felix Fontana wykrył w komórce po raz pierwszy i opisał gęste ziarna, rozpoznane później jako jąderko.[1]

 

Okres II: 1781-1938

Okres drugi trwał od końca XVIII w. do skonstruowania pierwszego elektronowego mikroskopu użytkowego w  1938 r. Zaznaczył się w omawianej historii badań:

1) sformułowaniem teorii komórkowej stwierdzającej, że wszystkie istoty żywe zbudowane są z komórek i ich wytworów,

2) wskazaniem, że każda komórka powstaje przez podział komórki

macierzystej,

3) wykryciem i wstępnym opisaniem podstawowych podstruktur komórkowych dostrzegalnych w mikroskopie świetlnym.[1]

Jean  Baptiste  Lamarck (1744-1829; francuski biolog), który  zreformował systematykę zwierząt proponując  ich podział na kręgowce i bezkręgowce; wprowadził   do  nauki  termin biologia (od greckich słów: bios - życie i logos - nauka).

1831 — Robert Brown (1773-1858; angielski botanik) odkrył w komórkach skórki storczyków stałą strukturę, którą nazwał nucleus — jądro komórkowe i wprowadził ten termin do biologii. Jemu przypisuje się również pierwszy opis fizycznego zjawiska odnoszonego teraz do tzw. „ruchów Browna".

1838 — Mathias Jacob Schleiden (1804-1881; niemiecki botanik) ogłosił teorię komórkowej budowy roślin, opierając się jednak głównie na pracach swoich poprzedników, w tym Roberta Browna.  Zajmował się strukturą i funkcją jądra komórkowego,  które  nazwał „cytoblastem" i jako jeden z pierwszych opisał bardziej szczegółowo jąderko.

1839 — Theodor Schwann (1810-1882; niemiecki zoolog, fizjolog i histolog) jest współtwórcą (z M.J.Schleidenem) teorii komórkowej budowy organizmów roślinnych i zwierzęcych: wszystkie tkanki są utworzone z komórek w analogiczny, ale zróżnicowany sposób. Przypisuje się mu wprowadzenie terminu metabolizm dla opisania aktywności komórek.

1839 — Jan Evangelista Purkyne (PURKINJE) (1787-1869; czeski anatom i fizjolog), profesor uniwersytetów we Wrocławiu i w Pradze. Wprowadził termin protoplazma dla określenia zawartości komórki. Opisał włókna układu warunkującego automatyzm pracy serca, nazwane włóknami Purkinjego, oraz duże wielodendrytowe neurony móżdżku, tzw. komórki Purkinjego. Swoje prace naukowe publikował m.in. w czasopismach polskich, np. w „Kwartalniku Naukowym", i utrzymywał żywe kontakty z polskim światem nauki.

1861 — Max Johann Sigismond Schultze (1825-1874; niemiecki anatom i histolog) opracował ogólną teorię protoplazmy jako podłoża procesów życiowych oraz wykazał jej podobieństwo w komórkach roślinnych i zwierzęcych. Dzięki jego pracom zostało ustalone powstawanie komórek w wyniku podziału komórek macierzystych.

1872 — Claude  Bernard (1813-1878;  francuski fizjolog i patolog), m.in. profesor fizjologii eksperymentalnej i medycyny eksperymentalnej w Paryżu. Odkrył glikogen i znacznie rozszyfrował jego przemianę oraz rolę wątroby w metabolizmie cukrów. Sformułował koncepcję i wprowadził nazwę wewnętrzne  wydzielanie, podkreślając  udział trzustki w trawieniu oraz jej funkcję wewnątrzwydzielniczą. W roku 1872 wypowiedział myśl, że dla zrozumienia złożoności zjawiska życia trzeba przeprowadzić wnikliwą analizę chemiczną elementów budulcowych tkanek i narządów.

1873— Wacław Mayzel (1847-1916; polski histolog i lekarz) odkrył podział jądra w komórkach zwierzęcych, nazwany później mitozą.

1877— Edward Adolf Strasburger (1844-1912; polski botanik), docent Szkoły  Głównej w Warszawie, a następnie profesor uniwersytetów w Jenie i Bonn, gdzie stworzył ośrodek badawczy w dziedzinie anatomii i cytologii roślin na skalę światową, opisał podział bezpośredni (amitozę) i pośredni (mitozę) komórek roślinnych.

1878 — Otto Butschli (1848-1920; niemiecki zoolog i cytolog) należy do odkrywców mitotycznego podziału jądra komórkowego u zwierząt.

1878-1880 Walther FLEMMING (1843-1905; niem. cytolog i histolog) wprowadził termin mitoza.

1884 — Albrecht KOSSEL (1853-1927; niem. biochemik) przyjął nazwę histony dla białek związanych z nukleiną komórek somatycznych. Wydzielił po raz pierwszy adeninę z ekstraktów trzustkowych, a pirymidyny z preparatów kwasu nukleinowego. Wykrył histydynę (1896). Został laureatem nagrody Nobla (1910).

1889 — R.ALTMANN wprowadził termin kwasy nukleinowe i wydzielił je, wolne od substancji białkowych, z drożdży oraz z tkanek zwierzęcych.

1898 — Carl BENDA ustalił termin mitochondrion (od  greckich  słów.  mitos  — nitka,  chondros— granula).

1898 — Camillo GOLGI (1844-1926; wł. anatom i lekarz) odkrył strukturę siateczkową nazwaną aparatem Golgiego. Za badania mikroskopowe układu nerwowego uzyskał — razem z Santiago Ramóny CAJALEM (hiszp. histologiem) — nagrodę Nobla (1906).

Przełom XIX i XX w. — Max VERWORN (1863-1921; niem. fizjolog i filozof) sformułował definicję, która zachowuje swą wartość do dziś: "komórka jest podłożem (podścieliskiem) wszystkich funkcji życiowych".

1909 - Wilhelm Ludwig JOHANNSEN (1857-1927; dun. botanik i genetyk). Wprowadził do nauki pojęcia: gen (1909), genotyp i fenotyp.

1910 - Thomas Hunt MORGAN (1866-1945; amer. biolog i genetyk; 1933 — laureat nagrody Nobla) rozpoczął badania nad mutacjami u Drosophila, które doprowadziły do sformułowania i opracowania tzw. chromosomowej teorii dziedziczności: gen przekształcił się z symbolu w materialną cząstkę zlokalizowaną w chromosomie.

1912 - Alexis CARREL (1873-1944; franc. fizjolog i chirurg),  w  latach  1909-1939 - kierownik oddziału chirurgii doświadczalnej w Instytucie Rockefellera w Nowym Jorku. Opracowana przez niego metoda hodowli tkanek poza organizmem umożliwiła poznanie życia pojedynczych komórek.

Jest laureatem nagrody Nobla (1912) oraz autorem książki filozoficznej pt. „Człowiek istota nieznana".

1931 — E.RUSKA, M.KNOLL i B. von BORRIES (Niemcy) opierając się na odkryciach, których autorem był Louis Victor de BROGLIE (franc. fizyk teoretyk w zakresie teorii elektronu i budo¬wy jądra atomowego; 1929 r. — laureat nagrody Nobla), skonstruowali pierwszy mikroskop elektronowy — przyrząd elektronooptyczny, wykorzystujący wiązkę elektronową i soczewki magnetyczne do tworzenia silnie powiększonych obrazów (do ok. 250 000x) bardzo drobnych szczegółów budowy materii. Zdolność rozdzielcza mikroskopu elektronowego dochodzi do 0,2 nm i jest 500-1000x wyższa od takiej zdolności mikroskopu świetlnego, przyrządu zapewniającego powiększenie do około 2000x obrazów, przedmiotów lub ich szczegółów niedostrzegalnych dla oka ludzkiego, tj. mniejszych od około 0,1 mm.

1938 – Manfred von Ardenne (niemiecki fizyk) zbudował pierwszy mikroskop skaningowy, umożliwiający uzyskanie przestrzennego obrazu na ekranie.[1]

 

 

 

 

2. Skład chemiczny komórek

Pomimo różnorodności morfologicznej, przy znaczniejszych różnicach w ultrastrukturze między komórkami pro- i eukariotycznymi, a mniejszych między roślinnymi i zwierzęcymi, istnieje znaczna zbieżność w ich budowie molekularnej, zwłaszcza w składzie pierwiastkowym.

Wiadomo, że spośród 92 naturalnych pierwiastków geosfery 26 uważa się za stałe i niezbędne składniki protoplazmy, z pozostałych 66 niemal połowę spotyka się w komórkach tego lub innego typu. Przypuszcza się, że można w nich odnaleźć cały układ Mendelejewa – oczywiście, większość pierwiastków w ilości śladowej.

Wszystkie pierwiastki występujące w komórce można by ująć w trzy kategorie, w zależności od ich zawartości, a mianowicie:

1) podstawowe, których zawartość waha się w szerokim zakresie

od 2 do 60%,

2) śladowe - obecne w ilości mniejszej od 2% i większej od 0,02%

3) mikroelementy reprezentowane przez mniej niż 0,01%

W organizmie żywym do kategorii podstawowych zalicza się tylko cztery pierwiastki, które stanowią wagowo aż 96,62% całości.

Są to O, C, H i N, tj. tlen (ok. 63%), węgiel (ok. 19%), wodór (ok. 9%) i azot (ok. 5%), nazywane pierwiastkami protoplazmy niezbędnymi do życia. Są one nieodzowne do budowy związków organicznych komórki.

Do pierwiastków o znaczeniu uniwersalnym należą te z kategorii II, a wśród nich wapń (ok. 1,5%), siarka i fosfor (ok. 0,6%), sód, potas i chlor (ok. 0,2%) oraz magnez (0,04%), co daje w sumie 3,35% i zwiększa zawartość pierwiastków w organizmie żywym do 99,97%.

Na kategorię III, czyli mikroelementów wchodzących w skład wielu enzymów i innych substancji czynnych oraz odgrywających znaczącą rolę w procesach metabolicznych, przypada tylko około 0,03%. Można spośród nich wymienić żelazo (0,005%), miedź (0,0005%), mangan (0,0001%), jod (0,00004%).

  Dominująca obecność wodoru i tlenu w komórce wiąże się z faktem, że związkiem występującym w niej najobficiej jest woda. Ponadto wodór i tlen oraz węgiel i azot, czyli cztery pierwiastki pierwszej kategorii, wraz z siarką i fosforem z drugiej grupy tworzą podstawowe składniki organiczne komórki, a przede wszystkim białka (C, H, O, N i S), kwasy nukleinowe (C, H, O, N i P), cukrowce i tłuszczowce (głównie C, H, O).

W architektonice tych wszystkich wielkocząsteczek szczególnie wybitną rolę odgrywa węgiel. Jest to jedyny pierwiastek, który łączy w sobie dwie wyjątkowe właściwości wykorzystywane przez żywą komórkę, a mianowicie:

1)  niską reaktywność (związki węgla oddziałują wyjątkowo powoli ze sobą, z wodą i tlenem atmosferycznym)

2) wszechstronną zdolność do tworzenia nieograniczonej liczby połączeń w wyniku reagowania zarówno z pierwiastkami elektroujemnymi (O,N,P,Cl) jaki i z elektrododatnim wodorem.

3) służy on do formowania pojedynczych, podwójnych i potrójnych wiązań z innymi atomami węgla, co powoduje powstawanie długich łańcuchów węglowych, prostych lub rozgałęzionych, pierścieni oraz różnorodnych trójwymiarowych kombinacji tych struktur.

W świetle owej niezwykłości atomów węgla wydaje się nieprawdopodobne, aby we Wszechświecie mogło powstać życie oparte na innym pierwiastku. Chemia świata żywego, a więc i biochemia komórki, jest chemią związków węgla.[1]

 

 

 

 

 

Literatura

 

[1] Kłyszejko-Stefanowicz L., 2002, Cytobiochemia. Biochemia niektórych struktur komórkowych, Wydawnictwo PWN, Warszawa.

 

[2] http://images.google.pl/imgres?imgurl=

http://www.molecularexpressions.

com/primer/museum/images/janssen.jpg&imgrefurl=http://www.molecularexpressions.

com/primer/museum/janssen.html&h=173&w=307&sz=14&hl=pl&start=5&tbnid=

McT_JukBvoqYaM:&tbnh=66&tbnw=

117&prev=/images%3Fq%3DZacharias%2

BJanssen%26gbv%3D2%26svnum%3D10%26hl%3

Dpl%26client%3Dfirefox-a%26rls%3Dorg.mozilla:pl:official%26sa%3DG

 

[3] http://images.google.pl/imgres?imgurl=http:

//www.english.upenn.edu/Projects/knarf/Gifs/

hookscop.gif&imgrefurl=http://www.english.upenn.

edu/Projects/knarf/Gifshookscophtml&h=499&w=449&sz=

42&hl=pl&start=3&tbnid=JvM360UolhPDIM:

&tbnh=130&tbnw=117&prev=/images%3Fq%3DRobert%2

BHooke%26gbv%3D2%26svnum%3D10%26hl%3Dpl%26sa%3DG

 

[4] http://images.google.pl/imgres?imgurl=http:

//kmoddl.library.cornell.edu/biographies/Hooke

/Hooke.jpg&imgrefurl=http://kmoddl.library.cornell.edu/biographies

/Hooke/&h=326&w=259&sz=11&hl=pl&start=3&tbnid

=1bSc8T3LFo5jAM:&tbnh=118&tbnw=94&prev

=/images%3Fq%3DRobert%2BHooke%2B(1635-1703)%26gbv%3D2%26svnum%3D10%26hl%3Dpl%26sa%3DG

 

[5] http://images.google.pl/imgres?imgurl=

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/5e/Anton_van_Leeuwenhoek.png/250px-

Anton_van_Leeuwenhoek.png&imgrefurl=

http://pl.wikipedia.org/wiki/Antonie_van_Leeuwenhoek&h=269&w=

250&sz=83&hl=pl&start=2&tbnid=-dPCXf84OTT8gM:&tbnh=113&tbnw=105&prev

=/images%3Fq%3DAntonie%2Bvan%2

BLeeuwenhoek%26gbv%3D2%26svnum%3D10%26hl%3Dpl%26client%3Dfirefox-a%26rls%3Dorg.

mozilla:pl:official%26sa%3DG

 

[6] http://images.google.pl/imgres?imgurl=

http://brunelleschi.imss.fi.it/esplora

/microscopio/dswmedia/storia/immagini

/03/14.jpg&imgrefurl=http://brunelleschi.imss.fi.it/esplora/microscopio/dswmedia/storia

/istoria3_st.html&h=300&w=207&sz=25&hl=pl&start=

14&tbnid=s3g7C3vGMG7C2M:&tbnh=116&tbnw=

80&prev=/images%3Fq%3DMarcello%2

BMalpighi%2B%26gbv%3D2%26svnum%3D10%26hl%3Dpl%26sa%3DG

 

[7] http://images.google.pl/imgres?imgurl=

http://bio.research.ucsc.edu/people/bernardi/Marina/public_html/Bio175/Bio175Website

/lamarck.jpg&imgrefurl=http://bio.research.ucsc.edu/people/bernardi/Marina/public_html

/Bio175/Bio175Website/Index.html&h=494&w=335&sz=34&hl=pl&start=4&tbnid=-zBJiOQjyC-

ftM:&tbnh=130&tbnw=88&prev=/images%3Fq%3DJean%

2B%2BBaptiste%2B%2BLAMARCK%26gbv%3D2%26hl%3Dpl%26sa%3DG

 

[8] http://images.google.pl/imgres?imgurl=

http://www.vitejte.cz/velke/1267_07_04.jpg&imgrefurl=

http://www.vitejte.cz/objekt.php%3Foid%3D2720%26j%

3Den&h=370&w=276&sz=26&hl=pl&start=3&tbnid=8ekJBXdYv3gxz

M:&tbnh=122&tbnw=91&prev=/images%3Fq%3DJan%2BEvangelista

%2BPURKYNE%26gbv%3D2%26hl%3Dpl%26sa%3DG

 

[9] http://images.google.pl/imgres?imgurl=

http://www.torinoscienza.it/img/200x200/it

/s00/00/0007/00000762.png&imgrefurl=

http://www.torinoscienza.it/personaggi

/apri%3Fobj_id%3D114&h=198&w=140&sz=28&hl=pl&start=8&um=1&tbnid

=XWYM6em_Lz6WDM:&tbnh=104&tbnw=74&prev=

/images%3Fq%3DCamillo%2BGOLGI%2B%26um%

3D1%26hl%3Dpl%26lr%3D%26client%3Dfirefox-a%

26channel%3Ds%26rls%3Dorg.mozilla:pl:official%26sa%3DN

 

[10] http://images.google.pl/imgres?imgurl=

http://content.answers.com/main/content/wp/en-commons/thumb/2/2e/180px-Wilhelm_Johannsen_1857-1927.

jpg&imgrefurl=http://www.answers.com/topic/wilhelm-johannsen&h=243&w=180&sz=14&hl=pl&start=2&um

=1&tbnid=fzpDYYwsPNuNrM:&tbnh=110&tbnw=81&

prev=/images%3Fq%3DWilhelm%2BLudwig%2B

JOHANNSEN%2B%26um%3D1%26hl%3Dpl%26lr%3D%26

client%3Dfirefox-a%26channel%3Ds%26rls%3Dorg.mozilla:

pl:official%26sa%3DG

 

[11] http://images.google.pl/imgres?imgurl=

http://content.answers.com/main/content/img/scitech/

HSthomah.jpg&imgrefurl=http://www.answers.

com/topic/thomashuntmorgan&h=388&w=280&sz=10&hl

=pl&start=1&um=1&tbnid=

9kSFNjX6HBVbnM:&tbnh=123&tbnw=89&prev=/images%

3Fq%3DThomas%2BHunt%2BMORGAN%26um%3D1%26hl%

3Dpl%26lr%3D%26client%3Dfirefox-a%26channel%3Ds%26rls%3Dorg.mozilla:pl:official%26sa%3DG

 

[12] http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1912/carrel-bio.html