Podstawy biologii komórki. Tom 1 - ebook

Przedmowa

Richard Feynmann, fizyk, laureat Nagrody Nobla, zauważył kiedyś, że natura ma znacznie, znacznie lepszą wyobraźnię niż my. Niewiele rzeczy we Wszechświecie ilustruje tę obserwację lepiej niż komórka. Ta niezwykła struktura – mały, wypełniony cząsteczkami woreczek – zdolna do samopowielania stanowi podstawową jednostkę budulcową życia. Jesteśmy zbudowani z komórek. Komórki dostarczają wszystkie substancje odżywcze, które spożywamy, a ich nieustanna aktywność sprawia, że nasza planeta nadaje się do życia. By zrozumieć siebie, a także świat, którego jesteśmy częścią, powinniśmy coś wiedzieć o życiu komórek. Wyposażeni w taką wiedzę będziemy – jako obywatele i osoby zarządzające globalnym społeczeństwem – lepiej przygotowani do podejmowania opartych na wiedzy decyzji dotyczących spraw coraz bardziej wyrafinowanych, od zmian klimatu i bezpieczeństwa żywnościowego, do technologii biomedycznych i pojawiających się zagrożeń epidemicznych.

W Podstawach biologii komórki wprowadzamy czytelników w najważniejsze zagadnienia biologii komórki. W piątym wydaniu tej publikacji przedstawiamy nowe techniki, które pozwalają nam badać komórki i ich składniki z niespotykaną dotąd precyzją, takie jak superrozdzielcza mikroskopia fluorescencyjna i mikroskopia krioelektronowa, jak również najnowsze metody sekwencjonowania DNA i edytowania genów. Omawiamy nowe koncepcje dotyczące tego, jak komórki organizują i wspierają reakcje chemiczne, dzięki którym możliwe jest życie, a także dokonujemy przeglądu ostatnich osiągnięć dających nam wgląd w pochodzenie i genetykę człowieka.

Z każdym wydaniem Podstaw biologii komórki autorzy ponownie doświadczają radości z dowiadywania się czegoś nowego i zaskakującego o komórkach. Uświadamiają sobie również, ile jeszcze nie wiemy. Spośród najbardziej fascynujących pytań dotyczących biologii komórki wiele pozostaje wciąż bez odpowiedzi. W jaki sposób powstały komórki na wczesnej Ziemi, które później, dzieląc się i różnicując przez miliardy lat ewolucji, zapełniły każdą dostępną do zasiedlenia niszę – od kominów hydrotermalnych na dnie oceanu po zmrożone szczyty gór – by w ten sposób przekształcić całe środowisko naszej planety? Jak to jest możliwe, że miliardy komórek współdziałają ze sobą tak harmonijnie i tworzą duże organizmy wielokomórkowe, takie jak my sami? Pytania te pozostają przykładami wyzwań dla przyszłych pokoleń biologów komórki. Być może niektórzy z nich wraz z tym podręcznikiem rozpoczną swoją wspaniałą podróż w świat komórek.

Czytelników chcących się dowiedzieć, w jaki sposób ciekawość naukowa może stać się siłą napędową przełomów w zrozumieniu biologii komórki, zainteresują historie odkryć prezentowane w każdym rozdziale w panelach „Skąd to wiemy”. Prezentują one informacje o doświadczeniach i ich planowaniu oraz pokazują, w jaki sposób biolodzy radzą sobie z ważnymi pytaniami, a także jak uzyskane wyniki doświadczeń kształtują przyszłe idee. W tym wydaniu wprowadzamy nowy panel „Skąd to wiemy” opisujący odkrycia, które po raz pierwszy pokazały, jak komórki przekształcają energię zgromadzoną w cząsteczkach pożywienia do postaci, która napędza reakcje metaboliczne, od których zależy całe życie.

Podobnie jak w poprzednich wydaniach, pytania pojawiające się na marginesach oraz na końcu każdego rozdziału są po to, by sprawdzić zrozumienie tekstu oraz zachęcić do samodzielnego myślenia i wykorzystywania nowo uzyskanych informacji w znacznie szerszym kontekście biologicznym. Niektóre pytania mają więcej niż jedną prawidłową odpowiedź. Inne zachęcają do kreatywnego myślenia. Odpowiedzi na wszystkie pytania umieszczono na końcu książki, a wiele z nich zawiera dodatkowe informacje lub przedstawia perspektywę odmienną od tej, która znalazła się w głównej części tekstu.

Książkę uzupełnia ponad 160 filmów wideo, animacji, struktur cząsteczek i mikrografii o wysokiej rozdzielczości (są dostępne online). Wszystkie filmy mają ścisły związek z rozdziałami, a odniesienia do nich są wyróżnione kolorem czcionki. Cały ten materiał dodatkowy, stworzony dla wyjaśnienia złożonych i ważnych koncepcji, pokazuje wyraźnie wewnętrzne piękno żywych komórek.

Do tych, którzy chcieliby dowiedzieć się więcej, skierowane jest szóste wydanie Molecular Biology of the Cell, które zawiera szczegółowe omówienie życia komórki. Dodatkowo Molecular Biology of the Cell, Sixth Edition: A Problems Approach, autorstwa Johna Wilsona i Tima Hunta, jest kopalnią pełną prowokujących do myślenia pytań na różnych poziomach trudności. Niektóre z pytań w Podstawach biologii komórki czerpią z tego arcydzieła rozumowania eksperymentalnego, za co autorom jesteśmy niezmiernie wdzięczni.

Każdy rozdział Podstaw biologii komórki jest wytworem wspólnego działania. Zarówno tekst, jak i rysunki były poprawiane i udoskonalane wędrując od jednego autora do drugiego, i to w obie strony! Liczne grono osób, które pomogły doprowadzić nasze dzieło do końca, jest wymienione w „Podziękowaniach”. Mimo naszych największych wysiłków na pewno znajdą się w książce błędy. Zachęcamy czytelników, którzy takowe znajdą, aby zawiadomili nas o tym, dzięki czemu będziemy mogli je poprawić we wznowieniu.

Podziękowania

Autorzy przyjmują z wdzięcznością wkład wielu profesorów i studentów z całego świata w stworzenie piątego wydania Podstaw biologii komórki. W szczególności chcielibyśmy docenić i podziękować wymienionym poniżej nauczycielom akademickim, którzy na swoich zajęciach korzystali z czwartego wydania. Dzięki ich komentarzom została ukształtowana obecna forma książki:

Delbert Abi Abdallah, Thiel College, Pensylwania
Ann Aguanno, Marymount Manhattan College
David W. Barnes, Georgia Gwinnett College
Manfred Beilharz, The University of Western Australia
Christopher Brandl, Western University, Ontario
Marion Brodhagen, Western Washington University
David Casso, San Francisco State University
Shazia S. Chaudhry, The University of Manchester, Wielka Brytania
Ron Debreuil, The University of Illinois at Chicago
Heidi Engelhardt, University of Waterloo, Kanada
Sarah Ennis, University of Southampton, Wielka Brytania
David Featherstone, The University of Illinois at Chicago
Yen Kang France, Georgia College
Barbara Frank, Idaho State University
Daniel E. Frigo, University of Houston
Marcos Garcia-Ojeda, University of California, Merced
David L. Gard, The University of Utah
Adam Gromley, Lincoln Memorial University, Tennessee
Elly Holthuizen, University Medical Center Utrecht, Holandia
Harold Hoops, The State University of New York, Geneseo
Bruce Jensen, University of Jamestown, Północna Dakota
Andor Kiss, Miami University, Ohio
Annette Koenders, Edith Cowan University, Australia
Arthur W. Lambert, Whitehead Institute for Biomedical Research
Denis Larochelle, Clark University, Massachusetts
David Leaf, Western Washington University
Esther Leise, The University of North Carolina at Greensboro
Bernhard Lieb, University of Mainz, Niemcy
Julie Lively, Louisiana State University
Caroline Mackintosh, University of Saint Mary, Kansas
John Mason, The University of Edinburgh, Szkocja
Craig Milgrim, Grossmont College, Kalifornia
Arkadeep Mitra, City College, Kolkata, Indie
Niels Erik Møllegaard, University of Copenhagen, Dania
Javier Naval, University of Zaragoza, Hiszpania
Marianna Patrauchan, Oklahoma State University
Amanda Polson-Zeigler, University of South Carolina
George Risinger, Oklahoma City Community College
Laura Romberg, Oberlin College, Ohio
Sandra Schulze, Western Washington University
Isaac Skromne, University of Richmond, Wirginia
Anna Slusarz, Stephens College, Missouri
Richard Smith, University of Tennessee Health Science Center
Alison Snape, King’s College, London, Wielka Brytania
Shannon Stevenson, University of Minnesota, Duluth
Maria Tipping, Providence College, Rhode Island
Jim Tokuhisa, Virginia Polytechnic Institute and State University
Guillamme van Eys, Maastricht University, Holandia
Barbara Vertel, Rosalind Franklin University of Medicine and Science, Illinois
Jennifer Waby, University of Bradford, Wielka Brytania
Dianne Watters, Griffith University, Australia
Allison Wiedermeier, University of Louisiana at Monroe
Elizabeth Wurdak, St. John’s University, Minnesota
Kwok-Ming Yao, The University of Hong Kong
Foong May Yeong, National University of Singapore

Jesteśmy również wdzięczni wszystkim czytelnikom, którzy zawiadomili nas o błędach wykrytych w poprzednich wydaniach.

Praca nad tą książką była przyjemnością, po części dzięki wielu ludziom, którzy przyczynili się do jej powstania. Nigel Orme ponownie pracował wraz z jednym z autorów, Keithem Robertsem, nad całą stroną ilustracyjną książki, którą przygotował z właściwą sobie zręcznością i troską o jakość. Przygotowując grafiki na obie strony okładki oraz na czołówkę każdego rozdziału oddał pełen szacunku cyfrowy hołd obrazom stworzonym przy użyciu plastikowych, wyciskanych pojemników (and. squeeze bottle) przez amerykańskiego artystę Aldena Masona (1919–2013). Wspaniałą pracę, podobnie jak w poprzednich wydaniach, wykonała Emma Jeffcock, która opracowała układ całej książki i skrupulatnie nanosiła nasze niekończące się poprawki. Jesteśmy dozgonnymi dłużnikami Michaela Moralesa, naszego redaktora w Garland Science, który koordynował całe przedsięwzięcie. To on nadzorował wstępne recenzje, blisko współpracował z autorami poszczególnych rozdziałów, opiekował się nami podczas licznych spotkań pisarskich, upewniał się, że wszystko jest pod kontrolą i wykonane na czas. On także koordynował przygotowanie ogromu materiału dostępnego online, włączając w to wszystkie filmy wideo i animacje. Jo Clayton, nasza redaktor językowa, zadbała o to, by tekst był bezbłędny i jednolity stylistycznie. Dziękujemy także pracownikom Garland Science: Jasmine Ribeaux, Georginie Lucas i Adamowi Sendroffowi.

Za propozycję wydania książki przez W.W. Norton i doprowadzenie tego wydania do druku dziękujemy naszej redaktor Betsy Twitchell, a także Roby’emu Harringtonowi, Drake’owi McFeely, Julii Reidhead i Ann Shinn za ciągłe wsparcie. Na słowa podziękowań zasługują również Taylere Peterson i Danny Vargo, którzy wspomagali nas przy przenoszeniu książki z Garland do Norton i w procesie produkcji. Jesteśmy wdzięczni Kate Brayton, Toddowi Pearsonowi, Ginie Forsythe, Katie Callahan i Katie Daloia – osobom, które przyczyniły się do ogromnego rozbudowania elektronicznej części książki, dzięki czemu powstał niezrównany zestaw materiałów dostępnych dla studentów i nauczycieli akademickich. Dziękujemy specjalistce od marketingu Stacy Loyal za nieustający entuzjazm i zabiegi w trosce o naszą książkę. Magan Schindel, Ted Szczepanski i Stacey Stambaugh zasługują na nasze wyrazy wdzięczności za przeprowadzenie procesu uzyskiwania zgód i pozwoleń do tego wydania. Profesjonalne zarządzanie produkcją przez Jane Searle oraz niezwykła dbałość o szczegóły Carli Talmadge i ich wrodzony talent do radzenia sobie z problemami uczyniły książkę, którą trzymacie w swoich rękach, rzeczywistością.

Denise Schanck zasługuje na szczególne słowa podziękowania za zapewnienie ciągłości, gdyż to ona przeprowadziła, jak dobry baca, to wydanie z Garland do Norton. Ona też, jak zawsze, brała udział w naszych wszystkich pisarskich rekolekcjach i wykazywała wielką mądrość, zaprowadzając ład i porządek we wszystkim, czego dotknęła.

Jako ostatnie, co nie znaczy, że mniej ważne, umieszczamy, po raz kolejny, podziękowania dla naszych rodzin i dla naszych kolegów za niesłabnące wsparcie i tolerancję. Dziękujemy wszystkim bez wyjątku.

Materiały dla nauczycieli i studentów

MATERIAŁY DLA NAUCZYCIELI

wwnorton.com/instructors

Smartwork5

Smartwork5 jest łatwym do użycia narzędziem oceniającym online, które pomaga studentom lepiej radzić sobie z udzielaniem odpowiedzi na różnorodne typy pytań interaktywnych, dzięki obszernym komentarzom, związanym ściśle z pytaniami. Wszystkie pytania zawarte w Smartwork5 zostały napisane specjalnie do tej książki, są przypisane do odpowiednich poziomów w taksonomii Blooma i do efektów kształcenia, a wiele z nich zawiera grafikę i animacje. Warto wykorzystać gotowe do użycia zestawy lub korzystać z wszechstronności Smartwork5 i dostosować pytania, uzupełniając je o własne treści. Integracja z uczelnianym LMS oszczędza czas, dzięki temu, że Smartwork5 przekazuje oceny bezpośrednio do dziennika ocen LMS, a przygotowane raporty postępów indywidualnych i grupowych umożliwiają śledzenie postępów studentów.

Interaktywny przewodnik dla nauczycieli

Wszechstronny materiał dla nauczycieli, którzy chcą włączyć aktywne uczenie się do swoich zajęć. Interaktywny przewodnik dla nauczycieli można przeszukiwać rozdziałami, wyrażeniami, tematycznie lub poprzez efekty kształcenia, uzyskując łatwy dostęp do wielu wartościowych materiałów do nauczania na podstawie Podstaw biologii komórki. W tej witrynie sieciowej zawarto różne aktywności, pytania do dyskusji, animacje i filmy wideo, omówienia wykładów, efekty kształcenia, sugerowaną literaturę podstawową, przewodnik po zagadnieniach medycznych i wiele innych elementów.

Pakiet zajęciowy

Wysokiej jakości zawartość elektroniczną Nortona można łatwo dodać do zajęć prowadzonych online, metodą hybrydową lub w postaci klasycznych wykładów. Pakiety zajęciowe Nortona będą współdziałać z istniejącymi już zasobami przygotowanymi na zajęcia. Ich zawartość może być personalizowana i obejmuje związane z poszczególnymi rozdziałami testy wielokrotnego wyboru, efekty kształcenia oparte o opracowane teksty, dostęp do pełnego zestawu animacji, materiałów wideo, a także słowniczek.

Bank testów

Bank testów dla Podstaw biologii komórki, napisany przez Lindę Huang z Uniwersytetu Massachusetts w Bostonie oraz Cheryl D. Vaughan z Harvard University Division of Continuing Education, został przejrzany i rozbudowany i obejmuje obecnie 65–80 pytań do każdego rozdziału. Pytania dostępne są w różnych formatach: wielokrotnego wyboru, dopasowania, uzupełnienia brakujących treści i krótkich odpowiedzi tekstowych, a wiele z nich wykorzystuje rysunki z książki. Wszystkie pytania są dopasowane do odpowiednich kategorii Blooma, efektów kształcenia, części książki i poziomu trudności, co pozwala nauczycielom na łatwe tworzenie miarodajnych testów. Bank testów jest dostępny poprzez ExamView lub jako pobieralny plik PDF ze strony wwnorton.com/instructors.

Animacje i filmy wideo

Przesyłanie strumieniowe daje dostęp do ponad 130 filmów wideo i animacji, pozwalając na przybliżenie koncepcji biologii komórki. Filmy są ściśle powiązane z poszczególnymi rozdziałami, a odwołania do nich podkreślono kolorem.

Pliki obrazowe

Każdy rysunek i zdjęcie z książki są dostępne do pobrania w formatach PowerPoint i JPG ze strony wwnorton.com/instructors.

MATERIAŁY DLA STUDENTÓW

digital.wwnorton.com/ecb5

Animacje i filmy wideo

Przesyłanie strumieniowe daje dostęp do ponad 130 filmów wideo i animacji, pozwalając na przybliżenie koncepcji biologii komórki. Animacje można również oglądać poprzez ebooki, a także w wybranych pytaniach z Smartwork5. Filmy są ściśle powiązane z poszczególnymi rozdziałami, a odwołania do nich podkreślono kolorem.

Witryna dla studentów

Materiały przydatne do samodzielnej nauki dostępne są w witrynie dla studentów i obejmują testy wielokrotnego wyboru, przeźrocza badacza komórek, wyzwania i pytania koncepcyjne, karty flash oraz słowniczek.O Autorach

BRUCE ALBERTS uzyskał stopień doktora w Harvard University. Jest profesorem w Department of Biochemistry and Biophysics University of California w San Francisco. Był redaktorem naczelnym Science w latach 2008-2013, a także prezydentem U.S. National Academy of Sciences w latach 1993-2005.

KAREN HOPKIN otrzymała stopień doktora w Albert Einstein College of Medicine. Jest pisarką zajmującą się tematyką naukową. Jej prace ukazały się w wielu publikacjach naukowych, w tym w Science, Proceedings of the National Academy of Sciences i w The Scientist. Regularnie dostarcza materiały do codziennej audycji Scientific American zatytułowanej „60-Second Science”.

ALEXANDER JOHNSON uzyskał stopień doktora w Harvard University. Jest profesorem w Department of Microbiology and Immunology w University of California w San Francisco.

DAVID MORGAN uzyskał stopień doktora w University of California w San Francisco. Obecnie jest tam profesorem w Department of Physiology oraz prodziekanem ds. nauki w School of Medicine.

MARTIN RAFF uzyskał stopień doktora medycyny w McGill University. Jest emerytowanym profesorem biologii w Medical Research Council Laboratory for Molecular Cell Biology w University College London.

KEITH ROBERTS uzyskał stopień doktora w University of Cambridge. Był zastępcą dyrektora John Innes Centre. Jest emerytowanym profesorem University of East Anglia.

PETER WALKER uzyskał stopień doktora w The Rockefeller University w Nowym Jorku. Jest profesorem w Department of Biochemistry and Biophysics w University of California w San Francisco. Jest również badaczem Howard Hughes Medical Institute.Przedmowa do wydania polskiego

Biologia jest nauką o życiu, najważniejszym jej zadaniem jest zatem odpowiedź na pytanie „czym jest życie?” Gdy w połowie XIX w. Rudolf Virchow ogłaszał swą słynną sentencję Omnis cellula e cellula, pewnie nie przypuszczał, że pod koniec drugiej dekady XXI w. będziemy tak wyraźnie widzieć jej prawdziwość i znaczenie. To właśnie w komórce skupiają się wszystkie te zjawiska, które sprawiają, że dany układ nazywamy żywym. Obecnie, po latach rozdzielenia, wiele dyscyplin nauk biologicznych zbliża się coraz bardziej do siebie, by połączonymi siłami badać komórkę – najmniejszą jednostkę życia, poczynając od molekularnych oddziaływań między jej składnikami, po oddziaływania z innymi komórkami i środowiskiem.

Przełom XX i XXI w. to okres gwałtownego przyspieszenia badań biologicznych. Pojawiły się całe nowe dyscypliny naukowe, takie jak genomika, transkryptomika, proteomika, interaktomika i wiele innych, których narzędzia badawcze umożliwiają analizę pełnych zestawów cząsteczek budujących komórki i organizmy oraz zmian zachodzących w nich w toku ewolucji. Poznano też pełne sekwencje genomów wielu organizmów. Wprowadzono nowe narzędzia badawcze, takie jak – omawiane w książce – mikroskopia superrozdzielcza czy kriotomografia elektronowa. Te wszystkie osiągnięcia stwarzają nadzieję na poznanie molekularnych podstaw chorób i przyspieszone opracowywanie nowych leków. Z drugiej strony, stykając się z niezwykle szybko rosnącymi zasobami danych, naukowcy zaczynają zdawać sobie sprawę z konieczności opracowania nowych modeli, które pozwolą prawidłowo interpretować uzyskiwane wyniki i zapobiegną „utonięciu” w morzu danych.

Fascynacja zadziwiającym światem zjawisk biologicznych przebija prawie z każdej karty książki, którą udostępniamy czytelnikowi. Jest to już trzecie wydanie Podstaw biologii komórki, oparte na piątym wydaniu amerykańskim. Od poprzedniego wydania minęło 14 lat, co w biologii komórki oznacza całą epokę! W porównaniu z drugim zostało zaktualizowane i znacznie zmienione, szczególnie w sposobie przedstawiania skomplikowanych zagadnień. Zespół autorów książki postawił sobie bowiem za cel stworzenie podręcznika, który znajdzie czytelników nie tylko wśród studentów kierunków biologicznych, medycznych czy rolniczych, ale również wśród studentów innych kierunków i uczniów szkół średnich. Jako tłumacze i redaktorzy polskiego wydania staraliśmy się sprostać tym założeniom, pomimo niezwykłego tempa pracy, z uwagi na fakt, że książka ukazuje się na polskim rynku w roku wydania oryginału. Przepraszamy czytelników za ewentualne pomyłki i prosimy o nadsyłanie uwag.

Podstawy biologii komórki ukazują się w Polsce w dwóch częściach. Zachowujemy jednak pełną zgodność tekstu z wydaniem oryginalnym. Szczególnej uwadze czytelników chcielibyśmy polecić panele „Skąd to wiemy”, które wzbogacają treść każdego z rozdziałów, oraz dostępny online materiał dodatkowy, stworzony dla wyjaśnienia złożonych i ważnych faktów i koncepcji. W tych pierwszych autorzy spróbowali uchylić drzwi do niedostępnych zwykle laboratoriów badawczych, by pokazać, jak złożonej pracy wymagają odkrycia naukowe, z jakich metod należy korzystać i ile czasu zajmuje udowodnienie różnych śmiałych koncepcji. Materiał dostępny online, obejmujący ponad 160 filmów wideo, animacji, struktur cząsteczek i mikrografii o wysokiej rozdzielczości, jest zaś najlepszą ilustracją tezy, że badania naukowe nie tylko dostarczają nowych informacji, lecz także mogą być najzwyczajniej w świecie źródłem piękna i wrażeń estetycznych.

Czytelnicy, którzy zetknęli się z pierwszym wydaniem Podstaw biologii komórki, zauważyli zapewne, że wśród tłumaczy nie ma już obu redaktorów naukowych – profesorów Jana Michejdy i Jacka Augustyniaka, naszych nauczycieli, którym tak wiele zawdzięczamy. Dzięki ich pracy powstał podstawowy zrąb książki. W pracy nad jej drugim i trzecim wydaniem staraliśmy się sprostać standardom, jakie stworzyli.

Hanna Kmita
Przemysław Wojtaszek
Poznań, wrzesień 2019