Dla postępu histologii, cytologii i embriologii ogromne znaczenie ma wprowadzenie osiągnięć fizyki i chemii, nowych metod nauk pokrewnych - biochemii, biologii molekularnej, inżynierii genetycznej.

Nowoczesne metody badawcze umożliwiają badanie tkanek nie tylko jako pojedynczej całości, ale także izolowanie z nich poszczególnych typów komórek w celu badania ich aktywności życiowej w długim okresie czasu, izolowanie poszczególnych organelli komórkowych i wchodzących w ich skład makrocząsteczek (np. DNA) i badanie ich cech funkcjonalnych.

Takie możliwości otworzyły się w związku z tworzeniem nowych instrumentów i technologii - różnych typów mikroskopów, technologii komputerowej, rentgenowskiej analizy strukturalnej, zastosowania jądrowego rezonansu magnetycznego (NMR), izotopów promieniotwórczych i autoradiografii, elektroforezy i chromatografii, frakcjonowania zawartości komórek metodą ultrawirowania, separacji i hodowli komórek, produkcji hybryd; zastosowanie metod biotechnologicznych - produkcja hybrydom i przeciwciał monoklonalnych, rekombinowanego DNA itp.

Zatem obiekty biologiczne można badać na poziomie tkankowym, komórkowym, subkomórkowym i molekularnym. Pomimo wprowadzenia do nauk przyrodniczych różnorodnych metod biochemicznych, biofizycznych, fizycznych i technologicznych niezbędnych do rozwiązania wielu zagadnień związanych z życiem komórek i tkanek, histologia zasadniczo pozostaje nauką morfologiczną posiadającą własny zestaw metod. Te ostatnie pozwalają scharakteryzować procesy zachodzące w komórkach i tkankach oraz ich cechy strukturalne.

Główne etapy analizy cytologicznej i histologicznej to wybór przedmiotu badań, jego przygotowanie do badania pod mikroskopem, zastosowanie metod mikroskopowych oraz jakościowa i ilościowa analiza obrazu.

Obiektem badań są żywe i utrwalone komórki i tkanki, których obrazy uzyskiwane są w mikroskopach świetlnych, elektronowych lub na ekranie telewizora. Istnieje szereg metod pozwalających na analizę tych obiektów.

Metody mikroskopii preparatów histologicznych

Głównymi metodami badania mikroobiektów biologicznych są mikroskopia świetlna i elektronowa, które są szeroko stosowane w praktyce eksperymentalnej i klinicznej.

Mikroskopia to główna metoda badania mikroobiektów, stosowana w biologii od ponad 300 lat. Od czasu powstania i stosowania pierwszych mikroskopów są one stale udoskonalane. Nowoczesne mikroskopy to różnorodne złożone układy optyczne o wysokiej rozdzielczości. O wielkości najmniejszej struktury, jaką można zobaczyć pod mikroskopem, decyduje najmniejsza rozpoznawalna odległość (do), która zależy głównie od długości fali światła (\) i długości fal oscylacji elektromagnetycznych przepływu elektronów itp. Zależność tę w przybliżeniu określa wzór d 0 = 1 / 2 \. Zatem im krótsza długość fali, tym mniejsza rozdzielona odległość i tym mniejsze mikrostruktury można zobaczyć w preparacie. Do badania preparatów histologicznych stosuje się różnego rodzaju mikroskopy świetlne i mikroskopy elektronowe.

Ryż. 1. Mikroskopy do badań biologicznych.

A - lekki mikroskop biologiczny „Biolam-S”: 1 - podstawa; 2 - uchwyt na rurkę; 3 - pochylona rura; 4 - okular, 5 - rewolwer; 6 - soczewki; 7 - stół; 8 - kondensor z przysłoną irysową; 9 - śruba skraplacza; 10 - lustro; 11 - śruba mikrometryczna; 12 - śruba makrometryczna. B - mikroskop elektronowy EMV-100AK z systemem automatycznego przetwarzania obrazu: 1 - kolumna mikroskopowa (z układem elektronowo-optycznym i komorą próbki); 2 - panel sterowania; 3 - kamera z ekranem luminescencyjnym; 4 - jednostka analizy obrazu; 5 - czujnik sygnału wideo.

Mikroskopia świetlna. Do badania mikroobiektów histologicznych wykorzystuje się konwencjonalne mikroskopy świetlne i ich odmiany, które wykorzystują źródła światła o różnych długościach fal. W konwencjonalnych mikroskopach świetlnych źródłem oświetlenia jest światło naturalne lub sztuczne (ryc. 1, A). Minimalna długość fali widzialnej części widma wynosi około 0,4 µm. Dlatego dla konwencjonalnego mikroskopu świetlnego najmniejszy odległość rozdzielczości wynosi około 0,2 µm ( Do = "/,- 0,4 µm = 0,2 µm), a powiększenie całkowite (iloczyn powiększenia obiektywu i powiększenia okularu) może wynosić 1500-2500.

Zatem w mikroskopie świetlnym można zobaczyć nie tylko pojedyncze komórki o wielkości od 4 do 150 mikronów, ale także ich struktury wewnątrzkomórkowe - organelle, inkluzje. Aby zwiększyć kontrast mikroobiektów stosuje się ich koloryzację.

Mikroskopia ultrafioletowa. Jest to rodzaj mikroskopii świetlnej. Mikroskop ultrafioletowy wykorzystuje krótsze promienie ultrafioletowe o długości fali około 0,2 mikrona. Rozdzielona odległość jest tutaj 2 razy mniejsza niż w konwencjonalnych mikroskopach świetlnych i wynosi około 0,1 μm (d o = V 2 - 0,2 μm = 0,1 μm). Obraz niewidzialny dla oka, uzyskany w promieniach ultrafioletowych, przekształcany jest w obraz widzialny poprzez rejestrację na kliszy fotograficznej lub za pomocą specjalnych urządzeń (ekran fluorescencyjny, przetwornik elektronowo-optyczny).

Mikroskopia fluorescencyjna (luminescencyjna). Zjawisko fluorescencji polega na tym, że atomy i cząsteczki wielu substancji, pochłaniając promienie krótkofalowe, przechodzą w stan wzbudzony. Odwrotne przejście ze stanu wzbudzonego do stanu normalnego następuje przy emisji światła, ale o większej długości fali. W mikroskopie fluorescencyjnym jako źródła światła do wzbudzenia fluorescencji stosuje się lampy rtęciowe lub ksenonowe o ultrawysokim ciśnieniu, które mają wysoką jasność w zakresie widmowym 0,25–0,4 μm (promienie bliskie ultrafioletowe) i 0,4–0,5 μm (promienie niebiesko-fioletowe) promienie). Długość fali światła fluorescencyjnego jest zawsze większa niż długość fali światła ekscytującego, dlatego oddziela się je za pomocą filtrów świetlnych, a obraz obiektu bada się tylko w świetle fluorescencyjnym. Rozróżnia się fluorescencję wewnętrzną, czyli pierwotną, i indukowaną, czyli wtórną. Każda komórka żywego organizmu ma własną fluorescencję, ale często jest ona wyjątkowo słaba.

Fluorescencję pierwotną wykazują serotonina, katecholaminy (adrenalina, noradrenalina) zawarte w komórkach nerwowych, tucznych i innych, po utrwaleniu tkanki w parach formaldehydu w temperaturze 60-80°C (metoda Falcka).

Fluorescencja wtórna występuje, gdy leki są przetwarzane za pomocą specjalnych barwników - fluorochromów.

Istnieją różne fluorochromy, które specyficznie wiążą się z pewnymi makrocząsteczkami (oranż akrydynowy, rodamina, fluoresceina itp.). Na przykład fluorochrom oranżu akrydynowego jest najczęściej stosowany podczas przetwarzania leków. W tym przypadku DNA i jego związki w komórkach są jasnozielone i RNA i jego pochodne - jasnoczerwony blask. Zatem skład widmowy promieniowania niesie informację o wewnętrznej strukturze obiektu i jego składzie chemicznym. Odmianę metody mikroskopii fluorescencyjnej, w której zarówno wzbudzenie, jak i emisja fluorescencji zachodzą w ultrafioletowym obszarze widma, nazywa się metodą mikroskopia fluorescencyjna w ultrafiolecie.

Mikroskopia z kontrastem fazowym. Metodę tę stosuje się do uzyskania kontrastowych obrazów przezroczystych i bezbarwnych obiektów żywych, które są niewidoczne konwencjonalnymi metodami mikroskopowymi. Jak już wskazano, w konwencjonalnym mikroskopie świetlnym niezbędny kontrast struktur uzyskuje się poprzez barwienie. Metoda kontrastu fazowego kontrastuje z badanymi niemalowanymi strukturami dzięki specjalnej pierścieniowej przysłonie umieszczonej w kondensorze oraz tzw. płytce fazowej umieszczonej w soczewce. Taka konstrukcja optyki mikroskopu umożliwia przekształcenie zmian fazowych światła przechodzącego przez niezabarwioną próbkę, które nie są postrzegane przez oko, na zmianę jego amplitudy, tj. jasność powstałego obrazu. Zwiększenie kontrastu pozwala zobaczyć wszystkie struktury różniące się współczynnikiem załamania światła. Odmianą metody kontrastu fazowego jest metoda kontrast fazowy ciemnego pola, dając obraz z kontrastem fazowym ujemnym i dodatnim.

Mikroskopia w ciemnym polu. W mikroskopie z ciemnym polem do obiektywu dociera jedynie światło powodujące dyfrakcję struktur w próbce. Dzieje się tak dzięki obecności w mikroskopie specjalnego kondensatora, który oświetla preparat światłem ściśle ukośnym; Promienie oświetlacza kierowane są z boku. Dzięki temu pole wydaje się ciemne, a drobne cząsteczki preparatu odbijają światło, które następnie wpada do soczewki. Rozdzielczość tego mikroskopu nie może być lepsza niż mikroskopu z jasnym polem, ponieważ używana jest ta sama długość fali. Ale tutaj osiągnięto większy kontrast. Służy do badania obiektów żywych, obiektów autoradiograficznych, takich jak ziarna srebra, które w ciemnym polu wydają się jasne. W klinice służy do badania kryształów w moczu (kwas moczowy, szczawiany), w celu wykrycia krętków, w szczególności treponema pallidum, który powoduje kiłę itp.

Mikroskopia interferencyjna. Odmiany mikroskopu z kontrastem fazowym to mikroskop interferencyjny, który jest przeznaczony do ilościowego określania masy tkanki, oraz różnicowy mikroskop interferencyjny (z optyką Nomarskiego), który jest specjalnie używany do badania reliefu powierzchni komórek i innych obiektów biologicznych.

W mikroskopie interferencyjnym wiązka światła z oświetlacza rozdzielana jest na dwa strumienie: jeden przechodzi przez obiekt i zmienia fazę oscylacji, drugi omija obiekt. W pryzmatach obiektywnych obie wiązki są ze sobą połączone i interferują ze sobą. W efekcie powstaje obraz, w którym przekroje mikroobiektu o różnej grubości i gęstości różnią się stopniem kontrastu. Po ilościowym określeniu zmian należy określić stężenie i masę suchej masy.

Mikroskopy kontrastowo-fazowe i interferencyjne umożliwiają badanie żywych komórek. Wykorzystują efekt interferencji, który pojawia się, gdy dwa zestawy fal łączą się, tworząc obraz mikrostruktur. Zaletą kontrastu fazowego, mikroskopii interferencyjnej i ciemnego pola jest możliwość obserwacji komórek w procesie ruchu i mitozy. W takim przypadku ruch komórek można zarejestrować za pomocą mikrofilmowania poklatkowego (klatka po klatce).

Mikroskopia polaryzacyjna. Mikroskop polaryzacyjny to modyfikacja mikroskopu świetlnego, w której zamontowane są dwa filtry polaryzacyjne - pierwszy (polaryzator) pomiędzy wiązką światła a przedmiotem, a drugi (analizator) pomiędzy soczewką obiektywu a okiem. Przez pierwszy filtr światło przechodzi tylko w jednym kierunku, drugi filtr ma główną oś prostopadłą do pierwszego filtra i nie przepuszcza światła. Daje to efekt ciemnego pola. Obydwa filtry mogą się obracać, zmieniając kierunek strumienia światła. Jeśli analizator zostanie obrócony o 90° względem polaryzatora, wówczas światło nie przejdzie przez nie. Struktury zawierające cząsteczki zorientowane wzdłużnie (kolagen, mikrotubule, mikrofilamenty) i struktury krystaliczne (w komórkach Leydiga 1) wydają się świecące, gdy zmienia się oś obrotu. Zdolność kryształów lub formacji parakrystalicznych do rozszczepiania fali świetlnej na falę zwykłą i prostopadłą do niej nazywa się dwójłomnością. Włókna mięśni poprzecznie prążkowanych mają tę zdolność.

Mikroskopia elektronowa. Dużym krokiem naprzód w rozwoju technologii mikroskopii było stworzenie i zastosowanie mikroskopu elektronowego (patrz ryc. 1, B). Mikroskop elektronowy wykorzystuje strumień elektronów o krótszych długościach fal niż mikroskop świetlny. Przy napięciu 50 000 V długość fali oscylacji elektromagnetycznych powstających podczas przepływu elektronów w próżni wynosi 0,0056 nm. Teoretycznie oblicza się, że rozdzielona odległość w tych warunkach może wynosić około 0,002 nm, czyli 0,000002 µm, tj. 100 000 razy mniej; niż w mikroskopie świetlnym. W praktyce we współczesnych mikroskopach elektronowych rozdzielana odległość wynosi około 0,1-0,7 nm.

Obecnie szeroko stosowane są transmisyjne (transmisyjne) mikroskopy elektronowe (TEM) i skaningowe (rastrowe) mikroskopy elektronowe (SEM). Za pomocą TEM można uzyskać jedynie płaski obraz badanego mikroobiektu. Aby uzyskać przestrzenną reprezentację struktur, stosuje się SEM, które są w stanie stworzyć trójwymiarowy obraz. Skaningowy mikroskop elektronowy działa na zasadzie skanowania badanego obiektu za pomocą mikrosondy elektronowej, czyli sekwencyjnie „sonduje” poszczególne punkty powierzchni ostro skupioną wiązką elektronów. Aby zbadać wybrany obszar, mikrosonda porusza się po jej powierzchni pod wpływem cewek odchylających (zasada skanowania telewizyjnego). To badanie obiektu nazywa się skanowaniem (odczytem), a wzór, po którym porusza się mikrosonda, nazywa się rasterem. Powstały obraz wyświetlany jest na ekranie telewizora, którego wiązka elektronów porusza się synchronicznie z mikrosondą.

Głównymi zaletami skaningowej mikroskopii elektronowej są duża głębia ostrości, szeroki zakres ciągłych zmian powiększenia (od kilkudziesięciu do kilkudziesięciu tysięcy razy) oraz wysoka rozdzielczość.

Mikroskopia elektronowa metodą zamrażania- odpryskiwanie służy do badania szczegółów budowy błon i połączeń międzykomórkowych. Aby wyprodukować chipsy, komórki zamraża się w niskiej temperaturze (-160°C). Podczas badania membrany płaszczyzna rozszczepienia przechodzi przez środek dwuwarstwy lipidowej. Następnie metale (platyna, pallad, uran) natryskuje się na wewnętrzne powierzchnie powstałych połówek membrany i bada za pomocą TEM i mikrofotografii.

Metoda mikroskopii krioelektronowej. Szybko zamrożoną cienką warstwę (około 100 nm) próbki tkanki umieszcza się na siatce mikroskopowej i bada w mikroskopowej próżni w temperaturze -160°C.

Metoda mikroskopii elektronowej „zamrażanie”- akwaforta" służy do badania zewnętrznej powierzchni błon komórkowych. Po szybkim zamrożeniu komórek w bardzo niskiej temperaturze, blok rozłupuje się ostrzem noża. Powstałe kryształki lodu usuwa się poprzez sublimację wody w próżni. Następnie obszary ogniw są zacieniane przez napylanie cienkiej warstwy metalu ciężkiego (na przykład platyny). Metoda pozwala na identyfikację trójwymiarowej organizacji konstrukcji.

Zatem metody zamrażania i wytrawiania umożliwiają badanie nieutrwalonych komórek bez tworzenia artefaktów spowodowanych utrwalaniem.

Kontrastowe metody z solami metali ciężkich umożliwiają badanie poszczególnych makrocząsteczek - DNA, dużych białek (na przykład miozyny) w mikroskopie elektronowym. Przy ujemnym kontraście badane są agregaty makrocząsteczek (rybosomów, wirusów) lub włókien białkowych (filamenty aktynowe).

Mikroskopia elektronowa ultracienkich skrawków uzyskanych metodą krio-ultramikrotomii. W tej metodzie kawałki tkanki bez utrwalenia lub zatopienia w ośrodku stałym szybko schładza się w ciekłym azocie do temperatury -196°C. Zapewnia to zahamowanie procesów metabolicznych komórek i przejście wody z fazy ciekłej do fazy stałej. Następnie bloki są cięte przy użyciu ultramikrotomu w niskiej temperaturze. Ta metoda przygotowania skrawków jest zwykle stosowana do oznaczania aktywności enzymatycznej, a także do przeprowadzania reakcji immunochemicznych. Do wykrywania antygenów wykorzystuje się przeciwciała związane z cząsteczkami złota koloidalnego, których lokalizację można łatwo zidentyfikować na preparatach.

Metody mikroskopii ultrawysokiego napięcia. Stosowane są mikroskopy elektronowe o napięciu przyspieszającym do 3 000 000 V. Zaletą tych mikroskopów jest to, że umożliwiają badanie obiektów o dużej grubości (1-10 mikronów), ponieważ przy wysokich energiach elektronów są one mniej absorbowane przez obiekt . Obrazowanie stereoskopowe pozwala uzyskać informacje o trójwymiarowej organizacji struktur wewnątrzkomórkowych z dużą rozdzielczością (ok. 0,5 nm).

Analiza dyfrakcji promieni rentgenowskich. Do badania struktury makrocząsteczek na poziomie atomowym stosuje się metody wykorzystujące promieniowanie rentgenowskie o długości fali około 0,1 nm (średnica atomu wodoru). Cząsteczki tworzące sieć krystaliczną bada się za pomocą wzorów dyfrakcyjnych, które rejestruje się na kliszy fotograficznej w postaci wielu plamek o różnym natężeniu. Intensywność plam zależy od zdolności różnych obiektów w układzie do rozpraszania promieniowania. Położenie plamek na obrazie dyfrakcyjnym zależy od położenia obiektu w układzie, a ich intensywność wskazuje na jego wewnętrzną strukturę atomową.

Metody badania utrwalonych komórek i tkanek

Badanie utrwalonych komórek i tkanek. Głównym przedmiotem badań jest preparaty histologiczne, przygotowane ze stałych konstrukcji. Próbką może być rozmaz (na przykład rozmaz krwi, szpiku kostnego, śliny, płynu mózgowo-rdzeniowego itp.), odcisk (na przykład śledziona, grasica, wątroba), film tkanki (na przykład łączna lub otrzewna, opłucna, pia mater), cienki plaster. Najczęściej do badania wykorzystuje się wycinek tkanki lub narządu. Preparaty histologiczne można badać bez specjalnego przetwarzania. Na przykład przygotowany rozmaz krwi, odcisk, klisza lub wycinek narządu można natychmiast zbadać pod mikroskopem. Jednak ze względu na niski kontrast struktur są one słabo widoczne w konwencjonalnym mikroskopie świetlnym i wymagane jest użycie specjalnych mikroskopów (kontrast fazowy itp.), dlatego coraz częściej stosuje się preparaty specjalnie przetworzone.

Proces przygotowania preparatu histologicznego do mikroskopii świetlnej i elektronowej obejmuje następujące główne etapy: 1) pobranie materiału i jego utrwalenie, 2) zagęszczenie materiału, 3) przygotowanie skrawków, 4) barwienie lub kontrastowanie skrawków. W przypadku mikroskopii świetlnej wymagany jest kolejny krok - zamknięcie skrawków w balsamie lub innym przezroczystym podłożu (5). Fiksacja zapewnia zapobieganie procesom rozkładu, co pomaga zachować integralność konstrukcji. Osiąga się to poprzez zanurzenie niewielkiej próbki pobranej z narządu w utrwalaczu (alkohol, formaldehyd, roztwory soli metali ciężkich, kwas osmowy, specjalne mieszaniny utrwalaczy) lub poddanie obróbce cieplnej. Pod wpływem utrwalacza zachodzą złożone zmiany fizyczne i chemiczne w tkankach i narządach. Najważniejszym z nich jest proces nieodwracalnej koagulacji białek, w wyniku którego ustaje aktywność życiowa, a struktury stają się martwe i utrwalone. Utrwalanie prowadzi do zagęszczenia i zmniejszenia objętości kawałków, a także do poprawy późniejszego wybarwienia komórek i tkanek.

Zagęszczanie kawałków niezbędny do przygotowania skrawków, wytwarzany jest poprzez impregnację wcześniej odwodnionego materiału parafiną, celoidyną i żywicami organicznymi. Szybsze zagęszczenie uzyskuje się stosując metodę zamrażania kawałków np. w ciekłym dwutlenku węgla.

Przygotowanie sekcji produkowane na specjalnych urządzeniach - mikrotomy(do mikroskopii świetlnej) i ultramikrotomy(do mikroskopii elektronowej).

Barwienie sekcji(w mikroskopii świetlnej) lub spryskując je solami metali(w mikroskopii elektronowej) służą do zwiększenia kontrastu obrazu poszczególnych struktur podczas oglądania ich pod mikroskopem. Metody barwienia struktur histologicznych są bardzo zróżnicowane i dobierane są w zależności od celów badania. Plamy histologiczne dzielą się na kwaśne, zasadowe i obojętne. Przykładem jest najsłynniejszy barwnik zasadowy lazur II, który barwi jądra na fioletowo, oraz barwnik kwasowy eozyna, który barwi cytoplazmę na różowo-pomarańczowo. O selektywnym powinowactwie struktur do niektórych barwników decyduje ich skład chemiczny i właściwości fizyczne. Nazywa się struktury, które dobrze barwią się barwnikami kwasowymi oksyfilowy(kwasofilne, eozynofilowe) i zabarwione zasadowo - zasadochłonny. Struktury, które akceptują zarówno barwniki kwasowe, jak i zasadowe, to neutrofilowy(heterofilny). Preparaty kolorowe zazwyczaj suszy się w alkoholach o rosnącej mocy i klaruje w ksylenie, benzenie, toluenie lub niektórych olejach. W celu długotrwałego przechowywania odwodniony skrawek histologiczny umieszcza się pomiędzy szkiełkiem nakrywkowym i szkiełkiem nakrywkowym w balsamie kanadyjskim lub innych substancjach. Gotowy preparat histologiczny może być używany do badań pod mikroskopem przez wiele lat. W przypadku mikroskopii elektronowej skrawki uzyskane za pomocą ultramikrotomu umieszcza się na specjalnych siatkach, kontrastując z solami manganu, kobaltu itp., Po czym ogląda się je pod mikroskopem i fotografuje. Powstałe mikrofotografie stanowią przedmiot badań wraz z preparatami histologicznymi.

Metody badania żywych komórek i tkanek

Badanie żywych komórek i tkanek pozwala uzyskać najpełniejsze informacje o ich aktywności życiowej - prześledzić ruch, procesy podziału, niszczenia, wzrostu, różnicowania i interakcji komórek, czas trwania ich cyklu życiowego, reaktywne zmiany w odpowiedzi na działanie różnych czynników.

Badania przyżyciowe komórek organizmu (Wżycie). Jedną z metod badań przyżyciowych jest obserwacja struktur w żywym organizmie. Za pomocą specjalnych mikroskopów z oświetlaczem transmisyjnym można na przykład badać dynamikę krążenia krwi w mikronaczyniach. Po podaniu zwierzęciu znieczulenia obiekt badań (np. krezka jelitowa) wyjmuje się i bada pod mikroskopem, przy czym tkankę należy stale zwilżać izotonicznym roztworem chlorku sodu. Czas trwania takiej obserwacji jest jednak ograniczony. Najlepsze rezultaty daje metoda wszczepiania w ciało zwierzęcia przezroczystych kamer.

Najwygodniejszym narządem do wszczepiania takich kamer i późniejszej obserwacji jest ucho zwierzęcia (na przykład królika). Wycinek ucha z przezroczystą komorą umieszcza się na stoliku mikroskopowym i w tych warunkach bada się dynamikę zmian w komórkach i tkankach przez długi czas. W ten sposób można badać procesy wydalania leukocytów z naczyń krwionośnych, różne etapy powstawania tkanki łącznej, naczyń włosowatych, nerwów i inne procesy. Oko zwierząt doświadczalnych można wykorzystać jako naturalną przezroczystą kamerę. Próbki komórek, tkanek lub narządów umieszcza się w płynie przedniej komory oka pod kątem utworzonym przez rogówkę i tęczówkę i można je oglądać przez przezroczystą rogówkę. W ten sposób przeszczepiono zapłodnione jajo i prześledzono wczesne stadia rozwoju zarodka. Małpom przeszczepiono małe kawałki macicy i zbadano zmiany w błonie śluzowej macicy podczas różnych faz cyklu menstruacyjnego.

Metoda przeszczepiania krwinek i szpiku kostnego od zdrowych zwierząt dawców zwierzętom biorcom narażonym na śmiertelne promieniowanie znalazła szerokie zastosowanie. Zwierzęta biorcy pozostały przy życiu po przeszczepieniu dzięki wszczepieniu komórek dawcy, które utworzyły kolonie komórek krwiotwórczych w śledzionie. Badanie liczby kolonii i ich składu komórkowego pozwala określić liczbę macierzystych komórek krwiotwórczych i poszczególne etapy ich różnicowania. Metodą tworzenia kolonii zidentyfikowano źródła rozwoju wszystkich komórek krwi.

Barwienie witalne i supravitalne. Podczas barwienia przyżyciowego komórek i tkanek barwnik wprowadzany jest do organizmu zwierzęcia i wybiórczo barwi określone komórki, ich organelle lub substancję międzykomórkową. Na przykład fagocyty wykrywa się za pomocą błękitu trypanu lub karminu litu, a nowo utworzoną macierz kostną wykrywa się za pomocą alizaryny.

Barwienie suprawitalne to barwienie żywych komórek wyizolowanych z organizmu. W ten sposób identyfikuje się młode formy erytrocytów – retikulocyty krwi (barwnik brylantowy błękit krezylowy), mitochondria w komórkach (barwnik zieleń Janus), lizosomy (barwnik neutralna czerwień).

Badania żywych komórek i tkanek w kulturach (Win vitro). Ta metoda jest jedną z najczęstszych. Komórki, drobne próbki tkanek lub narządy wyizolowane z organizmu człowieka lub zwierzęcia umieszcza się w naczyniach szklanych lub plastikowych zawierających specjalną pożywkę – osocze krwi, ekstrakt zarodkowy, a także pożywki sztuczne. Wyróżnia się hodowle zawiesinowe (komórki zawieszone w pożywce), tkankowe, narządowe i jednowarstwowe (komórki eksplantowane tworzą na szkle ciągłą warstwę). Zapewniana jest sterylność otoczenia i temperatura odpowiadająca temperaturze ciała. W tych warunkach komórki przez długi czas zachowują podstawowe parametry życiowe – zdolność do wzrostu, reprodukcji, różnicowania i poruszania się. Takie hodowle mogą istnieć przez wiele dni, miesięcy, a nawet lat, jeśli pożywka hodowlana jest aktualizowana, a żywe komórki przeszczepiane są do innych naczyń. Niektóre typy komórek, dzięki zmianom w genomie, mogą przetrwać i rozmnażać się w hodowli, tworząc ciągłe linie komórkowe. A. A. Maksimov, A. V. Rumyantsev, N. G. Khlopin, A. D. Timofeevsky, F. M. Lazarenko wnieśli ogromny wkład w rozwój metod hodowli komórek i tkanek. Obecnie uzyskuje się linie komórkowe fibroblastów, miocytów, komórek nabłonkowych, makrofagów itp., które istnieją od wielu lat.

Zastosowanie metody hodowli umożliwiło identyfikację szeregu wzorców różnicowania, złośliwej degeneracji komórek, interakcji komórkowych oraz interakcji komórek z wirusami i drobnoustrojami. Wykazano zdolność komórek chrząstki do tworzenia substancji międzykomórkowej w hodowli oraz zdolność komórek nadnerczy do wytwarzania hormonów. Hodowla tkanek i narządów embrionalnych umożliwiła prześledzenie rozwoju kości, skóry i innych narządów. Opracowano technikę hodowli komórek nerwowych.

Metoda hodowli tkankowej ma szczególne znaczenie w prowadzeniu obserwacji eksperymentalnych na komórkach i tkankach ludzkich. Komórki pobrane z organizmu ludzkiego podczas nakłucia lub biopsji można wykorzystać w hodowli tkankowej do określenia płci, chorób dziedzicznych, nowotworów złośliwych, a także do identyfikacji działania szeregu substancji toksycznych.

W ostatnich latach szeroko stosuje się hodowle komórkowe do hybrydyzacji komórek.

Opracowano metody podziału tkanek na komórki, izolowania poszczególnych typów komórek i ich hodowli.

Najpierw tkanka ulega przekształceniu w zawiesinę komórkową poprzez zniszczenie kontaktów międzykomórkowych i macierzy międzykomórkowej za pomocą enzymów proteolitycznych (trypsyna, kolagenaza) i związków wiążących Ca 2+ (za pomocą EDTA – kwasu etylenodiaminotetraoctowego). Następnie powstałą zawiesinę dzieli się na frakcje komórek różnego typu poprzez wirowanie, które umożliwia oddzielenie komórek cięższych od lekkich, dużych od małych lub poprzez przyleganie komórek do szkła lub tworzywa sztucznego, których zdolność jest różna w zależności od różne typy komórek. Aby zapewnić specyficzną przyczepność komórek do powierzchni szkła, stosuje się przeciwciała, które specyficznie wiążą się z komórkami jednego typu. Następnie przylegające komórki oddziela się poprzez zniszczenie matrycy enzymami, w wyniku czego powstaje zawiesina jednorodnych komórek. Bardziej subtelną metodą separacji komórek jest znakowanie przeciwciałami związanymi z barwnikami fluorescencyjnymi. Komórki znakowane oddziela się od komórek nieznakowanych za pomocą sortera (elektronicznego analizatora komórek aktywowanego fluorescencją). Analizator komórek sortuje około 5000 komórek w 1. Wyizolowane komórki można badać w warunkach hodowli.

Metoda hodowli komórek umożliwia badanie ich aktywności życiowej, reprodukcji, różnicowania, interakcji z innymi komórkami, wpływu hormonów, czynników wzrostu itp.

Hodowle zwykle przygotowuje się z zawiesiny komórek otrzymanej metodą dysocjacji tkanek opisaną powyżej. Większość komórek nie jest w stanie rosnąć w zawiesinie; wymagają one stałej powierzchni, czyli powierzchni plastikowej szalki hodowlanej, czasami zawierającej składniki macierzy pozakomórkowej, takie jak kolagen. Uprawy podstawowe dotyczy hodowli przygotowanych bezpośrednio po pierwszym etapie frakcjonowania komórek, wtórny- hodowle komórkowe przeszczepione z hodowli pierwotnych do nowego środowiska. Komórki można przeszczepiać sukcesywnie w ciągu tygodni lub miesięcy, przy czym komórki zachowują swoje charakterystyczne cechy różnicowania (np. komórki nabłonkowe tworzące warstwy). Materiałem wyjściowym do hodowli komórkowych są zazwyczaj tkanki płodu i noworodka.

Jako pożywki stosuje się mieszaniny soli, aminokwasów, witamin, surowicy końskiej, ekstraktu z zarodków kurzych, surowicy płodowej itp. Obecnie opracowano specjalne pożywki do hodowli różnych typów komórek. Zawierają jeden lub więcej białkowych czynników wzrostu niezbędnych do funkcjonowania i rozmnażania się komórek. Na przykład do wzrostu komórek nerwowych niezbędny jest czynnik wzrostu nerwów (NGF).

Większość komórek w hodowli ulega określonej liczbie podziałów (50-100), a następnie umiera. Czasami w hodowli pojawiają się zmutowane komórki, które rozmnażają się w nieskończoność i tworzą linię komórkową (fibroblasty, komórki nabłonkowe, mioblasty itp.). Zmutowane komórki różnią się od komórek nowotworowych, które również są zdolne do ciągłego podziału, ale mogą rosnąć bez przyczepiania się do stałej powierzchni. Komórki nowotworowe w naczyniach hodowlanych tworzą gęstszą populację niż populacje normalnych komórek. Podobną właściwość można indukować eksperymentalnie w normalnych komórkach, transformując je wirusami pochodzącymi z nowotworu lub związkami chemicznymi, co skutkuje powstaniem linii komórkowych transformowanych nowotworowo. Linie komórkowe komórek nietransformowanych i transformowanych można przechowywać przez długi czas w niskich temperaturach (-70°C). Homogeniczność genetyczna komórek jest wzmacniana poprzez klonowanie, gdy z jednej komórki podczas jej sekwencyjnego podziału uzyskuje się dużą kolonię jednorodnych komórek. Klon to populacja komórek pochodzących z pojedynczej komórki progenitorowej.

Hybrydy komórkowe. Kiedy łączą się dwie komórki różnych typów, powstaje heterokarion - komórka z dwoma jądrami. Aby otrzymać heterokarion, zawiesinę komórek traktuje się glikolem polietylenowym lub inaktywowanymi wirusami w celu uszkodzenia błon plazmatycznych komórek, po czym komórki stają się zdolne do fuzji. Na przykład nieaktywne jądro erytrocytu kurczaka staje się aktywne (synteza RNA, replikacja DNA) po fuzji komórek i przeniesieniu do cytoplazmy innej komórki rosnącej w hodowli tkankowej. Heterokariom jest zdolny do mitozy, w wyniku czego powstaje komórka hybrydowa. Powłoki jąder heterokarionu ulegają zniszczeniu, a ich chromosomy łączą się w jedno duże jądro.

Klonowanie komórek hybrydowych prowadzi do powstania hybrydowych linii komórkowych, które wykorzystywane są w badaniach genomu. Na przykład w hybrydowej linii komórkowej myszy i człowieka ustalono rolę ludzkiego chromosomu 11 w syntezie insuliny.

Hybrydomy. Do produkcji przeciwciał monoklonalnych wykorzystuje się linie komórkowe hybrydomy. Przeciwciała są wytwarzane przez komórki plazmatyczne, które powstają z limfocytów B podczas immunizacji. Pewien rodzaj przeciwciał uzyskuje się poprzez immunizację myszy określonymi antygenami. Jeśli takie immunizowane limfocyty zostaną sklonowane, można uzyskać dużą liczbę jednorodnych przeciwciał. Jednakże żywotność limfocytów B w hodowli jest ograniczona. Dlatego łączą się z „nieśmiertelnymi” komórkami nowotworowymi (chłoniakami B). W rezultacie powstają hybrydy (ogniwo hybrydowe, z genomem dwóch różnych komórek; oma - kończąc na nazwach nowotworów). Takie hybrydomy są w stanie namnażać się przez długi czas w hodowli i syntetyzować przeciwciała określonego typu. Każdy klon hybrydomy jest źródłem przeciwciał monoklonalnych. Wszystkie cząsteczki przeciwciał danego typu mają tę samą specyficzność wiązania antygenu. Istnieje możliwość otrzymania przeciwciał monoklonalnych przeciwko dowolnemu białku zawartemu w komórce i na ich podstawie określić lokalizację białek w komórce, a także wyizolować białka z mieszaniny (oczyszczanie białek), co pozwala na badanie struktury i funkcji białek. Przeciwciała monoklonalne wykorzystuje się także w technologii klonowania genów.

Przeciwciała można wykorzystać do badania funkcji różnych cząsteczek, wprowadzając je przez plazmalemmę bezpośrednio do cytoplazmy komórek za pomocą cienkiej szklanej pipety. Na przykład wprowadzenie przeciwciał przeciwko miozynie do cytoplazmy zapłodnionego jaja jeżowca zatrzymuje podział cytoplazmy.

Technologia rekombinacji DNA. Klasyczne metody genetyczne umożliwiają badanie funkcji genów poprzez analizę fenotypów zmutowanych organizmów i ich potomstwa. Uzupełnieniem tych metod jest technologia rekombinacji DNA, pozwalająca na szczegółową analizę chemiczną materiału genetycznego i produkcję białek komórkowych w dużych ilościach.

Metody hybrydyzacji są szeroko stosowane we współczesnej biologii do badania struktury genów i ich ekspresji.

Metody badania składu chemicznego i metabolizmu komórek i tkanek

Do badania składu chemicznego struktur biologicznych - lokalizacji substancji, ich stężenia i dynamiki w procesach metabolicznych stosuje się specjalne metody badawcze.

Cyto- I metody histochemiczne. Metody te umożliwiają identyfikację lokalizacji różnych substancji chemicznych w strukturach komórek, tkanek i narządów - DNA, RNA, białek, węglowodanów, lipidów, aminokwasów, minerałów, witamin, aktywności enzymatycznej. Metody te opierają się na specyfice reakcji odczynnika chemicznego z podłożem wchodzącym w skład struktur komórkowych i tkankowych oraz na zabarwieniu produktów reakcji chemicznych. Aby zwiększyć specyficzność reakcji, często stosuje się kontrolę enzymatyczną. Na przykład do wykrywania kwasu rybonukleinowego (RNA) w komórkach często stosuje się galocyjaninę, barwnik o zasadowych właściwościach i obecności RNA potwierdzono przez kontrolne traktowanie rybonukleazą, która rozszczepia RNA. Plamy galocyjaninowe RNA w kolorze niebiesko-fioletowym. Jeśli skrawek zostanie wstępnie potraktowany rybonukleazą, a następnie wybarwiony galocyjaniną, wówczas brak barwienia potwierdza obecność kwasu rybonukleinowego w strukturze. Opisy licznych metod cyto- i histochemicznych podano w specjalnych podręcznikach.

W ostatnich latach połączenie metod histochemicznych z mikroskopią elektronową doprowadziło do opracowania nowego obiecującego kierunku - histochemii elektronów. Metoda ta umożliwia badanie lokalizacji różnych substancji chemicznych nie tylko na poziomie komórkowym, ale także subkomórkowym i molekularnym.

Do badania makrocząsteczek komórek stosuje się bardzo czułe metody wykorzystujące izotopy promieniotwórcze i przeciwciała, które pozwalają wykryć nawet niewielką liczbę cząsteczek (mniej niż 1000).

Izotopy radioaktywne Podczas rozpadu jądra emitują naładowane cząstki (elektrony) lub promieniowanie (na przykład promienie gamma), które można wykryć za pomocą specjalnych instrumentów. W metodzie autoradiografii wykorzystuje się izotopy promieniotwórcze. Na przykład, stosując radioizotopy 3H-tymidyny, bada się jądrowy DNA, a RNA bada się przy użyciu 3H-urydyny.

Metoda autoradiografii. Metoda ta umożliwia najpełniejsze badanie metabolizmu w różnych strukturach. Metoda polega na wykorzystaniu pierwiastków promieniotwórczych (np. fosfor – 32 P, węgiel – 14 C, siarka – 35 S, wodór – 3 H) lub znakowanych nimi związków. Substancje radioaktywne w skrawkach histologicznych wykrywa się za pomocą emulsji fotograficznej, którą nakłada się na preparat, a następnie wywołuje. W obszarach leku, w których fotoemulsja styka się z substancją radioaktywną, zachodzi fotoreakcja, w wyniku której powstają oświetlone obszary (ścieżki). Metodą tą można określić np. szybkość włączania znakowanych aminokwasów do białek, powstawanie kwasów nukleinowych, metabolizm jodu w komórkach tarczycy itp.

Metody analizy immunofluorescencyjnej. Zastosowanie przeciwciał. Przeciwciała to białka ochronne wytwarzane przez komórki plazmatyczne (pochodne limfocytów B) w odpowiedzi na działanie obcych substancji (antygenów). Liczba różnych form przeciwciał sięga miliona. Każde przeciwciało ma miejsca „rozpoznawania” cząsteczek, które spowodowały syntezę tego przeciwciała. Ze względu na wysoką specyficzność przeciwciał wobec antygenów, można je zastosować do wykrywania dowolnych białek komórkowych. Aby ujawnić lokalizację białek, przeciwciała barwi się barwnikami fluorescencyjnymi, a następnie komórki bada się za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej. Przeciwciała można również wykorzystać do badania antygenów na poziomie ultrastrukturalnym za pomocą mikroskopu elektronowego. W tym celu przeciwciała znakuje się cząsteczkami o dużej gęstości elektronowej (mikrosferami ze złota koloidalnego). W celu zwiększenia specyficzności reakcji stosuje się przeciwciała monoklonalne, utworzone przez linię komórkową – klony uzyskane metodą hybrydomy z jednej komórki. Metoda hybrydomy pozwala na otrzymanie przeciwciał monoklonalnych o tej samej swoistości i w nieograniczonej ilości.

Metody analizy immunofluorescencyjnej są szeroko i skutecznie stosowane we współczesnej histologii. Metody te służą do badania procesów różnicowania komórek oraz identyfikacji występujących w nich konkretnych związków chemicznych i struktur. Opierają się na reakcjach antygen-przeciwciało. Każda komórka organizmu ma specyficzny skład antygenowy, o którym decydują głównie białka. Produkty reakcji można wybarwić i wykryć w mikroskopie fluorescencyjnym, np. wykrywając aktynę i tubulinę w komórce metodą immunofluorescencyjną (patrz rozdział IV).

Nowoczesne metody badawcze umożliwiają analizę składu chemicznego różnych składników strukturalnych komórek, zarówno stałych, jak i żywych. Badanie poszczególnych struktur wewnątrzkomórkowych stało się możliwe po opracowaniu technologii frakcjonowania zawartości komórek.

Frakcjonowanie zawartości komórek

Struktury komórkowe i makrocząsteczki można frakcjonować różnymi metodami – ultrawirowaniem, chromatografią, elektroforezą. Metody te są szczegółowo opisane w podręcznikach biochemii.

Ultrawirowanie. Za pomocą tej metody komórki można podzielić na organelle i makrocząsteczki. Po pierwsze, komórki ulegają zniszczeniu w wyniku szoku osmotycznego, ultradźwięków lub działania mechanicznego. W tym przypadku błony (plazmolemma, retikulum endoplazmatyczne) rozpadają się na fragmenty, z których powstają drobne pęcherzyki, a jądra i organelle (mitochondria, aparat Golgiego, lizosomy i peroksysomy) pozostają nienaruszone i znajdują się w tworzącej się zawiesinie.

Do rozdzielenia powyższych składników ogniwa stosuje się wirówkę wysokoobrotową (80 000-150 000 obr/min). Najpierw większe części (jądra, cytoszkielet) osadzają się (osad) na dnie probówki. Wraz z dalszym wzrostem prędkości wirowania frakcji supernatantu, sekwencyjnie osiadają mniejsze cząstki – najpierw mitochondria, lizosomy i peroksysomy, następnie mikrosomy i drobne pęcherzyki, a na końcu rybosomy i duże makrocząsteczki. Podczas wirowania różne frakcje osiadają z różną szybkością, tworząc w probówce oddzielne pasma, które można wyizolować i zbadać. Frakcjonowane ekstrakty komórkowe (systemy bezkomórkowe) są szeroko stosowane do badania procesów wewnątrzkomórkowych, na przykład do badania biosyntezy białek, rozszyfrowywania kodu genetycznego itp.

Chromatografia jest szeroko stosowana do frakcjonowania białek.

Elektroforeza umożliwia rozdzielenie cząsteczek białek o różnym ładunku poprzez umieszczenie ich w roztworach wodnych (lub w stałej porowatej matrycy) w polu elektrycznym.

Metody chromatografii i elektroforezy służą do analizy peptydów otrzymanych w wyniku rozszczepienia cząsteczki białka i uzyskania tzw. map peptydowych białek. Metody te są szczegółowo opisane w podręcznikach biochemii.

Badanie składu chemicznego żywych komórek. Do badania rozmieszczenia substancji i ich metabolizmu w żywych komórkach stosuje się metody jądrowego rezonansu magnetycznego i technologię mikroelektrod.

Jądrowy rezonans magnetyczny (NMR) umożliwia badanie małych cząsteczek substancji o niskiej masie cząsteczkowej. Próbka tkanki zawiera atomy w różnych cząsteczkach i w różnych środowiskach, dlatego będzie absorbować energię o różnych częstotliwościach rezonansowych. Wykres absorpcji przy częstotliwościach rezonansowych dla danej próbki będzie jej widmem NMR. W biologii sygnał NMR z protonów (jąder wodoru) jest szeroko stosowany do badania białek, kwasów nukleinowych itp. Do badania makrocząsteczek wewnątrz żywej komórki często wykorzystuje się izotopy 3 H, 13 C, 35 K, 31 R w celu uzyskania Sygnał NMR i monitoruj jego zmiany w trakcie życia ogniwa. Zatem 3| P służy do badania skurczu mięśni – zmian zawartości ATP i nieorganicznego fosforanu w tkankach. Izotop 13C umożliwia badanie wielu procesów, w których bierze udział glukoza, za pomocą NMR. Zastosowanie NMR jest ograniczone jego niską czułością: 1 g żywej tkanki musi zawierać co najmniej 0,2 mm badanej substancji. Zaletą tej metody jest to, że jest ona nieszkodliwa dla żywych komórek.

Technologia mikroelektrod. Mikroelektrody to szklane rurki wypełnione roztworem przewodzącym prąd elektryczny (najczęściej roztworem KS1 w wodzie), których średnica końca jest mierzona w ułamkach mikrona. Końcówkę takiej rurki można wprowadzić do cytoplazmy komórki przez plazmalemmę i określić stężenie jonów H + , Na + , K + , C1 ", Ca 2+ , Mg 2+, różnicę potencjałów w plazmalemie , a także wstrzyknąć cząsteczki do komórki.Do określenia stężenia konkretnego jonu stosuje się elektrody jonoselektywne, które wypełnione są żywicą jonowymienną, przepuszczalną tylko dla danego jonu.W ostatnich latach rozwinęła się technologia mikroelektrod wykorzystano do badania transportu jonów przez specjalne kanały jonowe (wyspecjalizowane kanały białkowe) w błonie komórkowej. W tym przypadku jest to mikroelektroda z grubszą końcówką, która jest ściśle dociskana do odpowiedniej części plazmalemy. Metoda ta pozwala na badać funkcję pojedynczej cząsteczki białka.Zmiany stężenia jonów wewnątrz komórki można określić za pomocą wskaźników luminescencyjnych.Na przykład do badania wewnątrzkomórkowego stężenia Ca 2+ wykorzystuje się luminescencyjne białko akwaryny (wyizolowane z meduz), który emituje światło w obecności jonów Ca 2+ i reaguje na zmiany stężenia tego ostatniego w zakresie 0,5-10 µM. Zsyntetyzowano także wskaźniki fluorescencyjne, które silnie wiążą się z Ca2+. Tworzenie różnego rodzaju nowych typów wskaźników wewnątrzkomórkowych oraz nowoczesnych metod analizy obrazu umożliwia dokładne i szybkie określenie wewnątrzkomórkowego stężenia wielu substancji drobnocząsteczkowych.

Metody ilościowe

Obecnie obok metod jakościowych opracowano ilościowe metody histochemiczne, które służą do oznaczania zawartości różnych substancji w komórkach i tkankach. Specyfiką ilościowych metod badań histochemicznych (w odróżnieniu od biochemicznych) jest możliwość badania stężenia i zawartości składników chemicznych w określonych strukturach komórek i tkanek.

Cytospektrofotometria- metoda ilościowego badania substancji wewnątrzkomórkowych na podstawie ich widm absorpcyjnych.

Cytospektrofluorymetria- metoda ilościowego badania substancji wewnątrzkomórkowych poprzez ich widma fluorescencji lub intensywność fluorescencji przy jednej, wybranej długości fali (cytofluorymetria).

Nowoczesne mikroskopy - cytofluorymetry umożliwiają wykrycie niewielkich ilości substancji w różnych strukturach (do 10~14 -10~16 g) i ocenę lokalizacji badanych substancji w mikrostrukturach.

Metody analizy obrazów struktur komórkowych i tkankowych

Powstałe obrazy mikroobiektów w mikroskopie, na ekranie telewizora, w mikroskopach elektronowych można poddać specjalnej analizie - identyfikacji parametrów morfometrycznych, densytometrycznych i ich obróbce statystycznej.

Metody morfometryczne pozwalają określić za pomocą specjalnych siatek (E. Weibel, A. A. Glagolev, S. B. Stefanov) liczbę dowolnych struktur, ich powierzchnie, średnice itp. W szczególności w komórkach można określić obszary jąder, cytoplazmy, ich średnice mierzone, zależności jądrowo-cytoplazmatyczne itp. Wyróżnia się morfometrię ręczną i morfometrię zautomatyzowaną, w której wszystkie parametry są mierzone i rejestrowane w urządzeniu automatycznie.

W ostatnich latach stały się one coraz bardziej powszechne automatyzacjasystemy przetwarzania obrazu (AIS), pozwalające na najbardziej efektywną realizację powyższych ilościowych metod badania komórek i tkanek. Jednocześnie możliwości analityczne mikroskopii ilościowej uzupełniają metody analizy i rozpoznawania próbek w oparciu o przetwarzanie informacji wydobytych z obrazów komórek i tkanek za pomocą komputerów elektronicznych. Zasadniczo możemy mówić o urządzeniach, które nie tylko zwiększają możliwości optyczne ludzkiego analizatora wizualnego, ale także znacznie rozszerzają jego możliwości analityczne. Sugeruje się, że ACOI dokonują tej samej rewolucji w morfologii, jaka nastąpiła około 300 lat temu dzięki wynalezieniu mikroskopu świetlnego, a około 50 lat temu mikroskopu elektronowego, ponieważ nie tylko niepomiernie zwiększają produktywność badacza, a nie jedynie obiektywizują obserwacje, ale także pozwalają uzyskać nową informację o niewykrytych wcześniej procesach, modelować numerycznie i przewidywać ich rozwój w komórkach i tkankach.

Jednocześnie udział w eksperymencie komputerowym wymaga od badacza nowego podejścia do jego realizacji, posiadania umiejętności tworzenia algorytmów procesu badawczego, trafności rozumowania, a w efekcie podniesienia poziomu naukowo-metodologicznego badań.

Jedną z metod, która znacznie rozszerzyła liczbę problemów morfologicznych możliwych do rozwiązania, jest optyczno-strukturalna analiza maszynowa (OSMA), zaproponowany w 1965 roku przez K.M. Bogdanowa. W 1978 roku autor metody został uhonorowany Nagrodą Państwową ZSRR. Wraz z pojawieniem się OSMA dokonano jakościowo nowego kroku w opracowaniu ujednoliconej metodologii ilościowej analizy mikrostruktur w oparciu o charakterystyki statystyczne. W ostatnim czasie OSMA znalazła skuteczne zastosowanie w praktyce badawczej i gospodarce narodowej.

Na ryc. Na rycinie 2 przedstawiono system automatycznego przetwarzania obrazu Protva-MP stworzony w naszym kraju przez firmę LOMO. System przeznaczony jest do kompleksowych badań komórek i tkanek z wykorzystaniem metod absorpcyjnych, mikroskopii fluorescencyjnej i autoradiografii.

Wchodzący w skład systemu specjalny skaningowy mikroskop optyczny lub elektronowy dokonuje sekwencyjnego przeglądania obrazu leku w dwóch współrzędnych, przetwarza go na postać cyfrową i wprowadza do komputera, który z kolei dokonuje cyfrowej obróbki obrazu i dostarcza informacji o geometrii oraz inne cechy analizowanego obiektu.

Korzystając z kolorowego wyświetlacza, badacz może „przeanalizować” obraz, podkreślając tylko te elementy strukturalne, które go interesują. Pojemne nośniki informacji na dyskach lub taśmach magnetycznych znajdujące się w komputerze umożliwiają przechowywanie zarówno samych obrazów, jak i wyników ich przetwarzania w celu późniejszego przechowywania i dokumentowania.

Rozważmy zastosowanie metod zautomatyzowanej analizy mikroobiektów na przykładzie przetwarzania obrazu leukocytów krwi (ryc. 3). Mikroskop skaningowy-fotometr umożliwia „przeglądanie” wartości gęstości optycznej linia po linii za pomocą określony przez badacza krok. W efekcie sygnał optyczny odpowiadający gęstości optycznej obiektu zostaje zamieniony na postać cyfrową. Powstałą matrycę cyfrową poddaje się przygotowaniu przy użyciu specjalnego aparatu matematycznego

Najpierw usuwane jest tło i izolowany jest „czysty” obiekt - obraz komórki (1a), następnie z obrazu komórki izolowany jest dowolny szczegół interesujący badacza, np. cytoplazma (16) i jądro (I uporządkowana średnia i całkowita wartość gęstości optycznej, dyspersji, asymetrii, kurtozy itp. Z obrazu obiektu uzyskuje się parametry morfometryczne: powierzchnię, obwód, średnicę, stosunek jądrowo-cytoplazmatyczny, współczynnik kształtu itp.

Kolejnym etapem przetwarzania obrazu jest konstrukcja dwuwymiarowych diagramów zależności gęstości optycznej całej komórki (patrz rys. 3), jej cytoplazmy (Shb) i jądra (Shv).Podobnie jak w pierwszym przypadku, w na diagramie całej komórki (Sha) można wyróżnić fazę cytoplazmatyczną i jądra. Diagramy te pozwalają obliczyć parametry histogramu drugiego rzędu: jednorodność, kontrast lokalny, entropię itp.

Ryż. H. Zautomatyzowane przetwarzanie obrazu komórki (schemat).

Obraz leukocytu (a), jego cytoplazmy (b) i jądra (c). I - obraz cyfrowy; II - histogramy gęstości optycznej; III - dwuwymiarowe histogramy zależności wartości gęstości optycznej.

Uzyskane w ten sposób parametry stanowią wielowymiarowy „portret” komórki i mają specyficzny wyraz liczbowy. Można je poddawać różnym metodom obróbki statystycznej, co pozwala na niezwykle dokładną klasyfikację mikroobiektów, identyfikując cechy ich struktury niewykrywalne wizualnie.

Zatem zastosowanie nowych metod badawczych w histologii, cytologii i embriologii umożliwia wyjaśnienie ogólnych wzorców organizacji tkanek i komórek, strukturalnych podstaw procesów biochemicznych, które determinują funkcję określonych składników strukturalnych komórki.

W ciągu ostatnich 4045 lat cytologia przekształciła się z opisowej i morfologicznej w naukę eksperymentalną, która stawia sobie za zadanie badanie fizjologii komórki, jej podstawowych funkcji życiowych i właściwości jej biologii. Innymi słowy, taka jest fizjologia komórki. Carnoy Biology of the Cell opublikowana w 1884 r. Podkreślmy kilka ważnych kamieni milowych w historii badań nad biologią komórki.

Udostępnij swoją pracę w sieciach społecznościowych

Jeśli ta praca Ci nie odpowiada, na dole strony znajduje się lista podobnych prac. Możesz także skorzystać z przycisku wyszukiwania

Wykład nr 1

WSTĘP DO CYTOLOGII

Przedmiot i cele kursu cytologii.

Miejsce cytologii w systemie dyscyplin biologicznych

Cytologia (z greckiego. Kitos komórka, komórka) nauka o komórce. Współczesna cytologia bada strukturę komórek, ich funkcjonowanie jako elementarnych systemów żywych; bada funkcje poszczególnych składników komórkowych, procesy rozmnażania się komórek, ich adaptację do warunków środowiskowych i wiele innych procesów, które pozwalają ocenić właściwości i funkcje wspólne wszystkim komórkom.

Cytologia bada także cechy wyspecjalizowanych komórek, etapy kształtowania się ich specjalnych funkcji oraz rozwój specyficznych struktur komórkowych.

W ciągu ostatnich 40–45 lat cytologia przekształciła się z nauki opisowej i morfologicznej w naukę eksperymentalną, stawiając sobie za zadanie badanie fizjologii komórki, jej podstawowych funkcji i właściwości życiowych oraz jej biologii. Innymi słowy, taka jest fizjologia komórki.

Możliwość takiej zmiany zainteresowań badaczy pojawiła się w związku z tym, że cytologia jest ściśle powiązana z osiągnięciami naukowymi i metodologicznymi biochemii, biofizyki, biologii molekularnej i genetyki.

Ogólnie rzecz biorąc, cytologia jest ściśle związana z prawie wszystkimi dyscyplinami biologicznymi, ponieważ wszystko, co żyje na Ziemi (prawie wszystko!) ma strukturę komórkową, a cytologia to właśnie badanie komórek w całej ich różnorodności.

Cytologia jest ściśle związana z zoologią i botaniką, ponieważ bada cechy strukturalne komórek roślinnych i zwierzęcych; z embriologią w badaniu struktury komórek rozrodczych; z histologią struktury komórkowej poszczególnych tkanek; z anatomią i fizjologią, ponieważ na podstawie wiedzy cytologicznej bada się strukturę niektórych narządów i ich funkcjonowanie.

Komórka ma bogaty skład chemiczny, zachodzą w niej złożone procesy biochemiczne: fotosynteza, biosynteza białek, oddychanie, a także zachodzą ważne zjawiska fizyczne, w szczególności występowanie pobudzenia, impulsu nerwowego, dlatego cytologia jest ściśle związana z biochemią i biofizyka.

Aby zrozumieć złożone mechanizmy dziedziczności, konieczne jest zbadanie i zrozumienie ich materialnych nośników - genów, DNA, które są integralnymi składnikami struktur komórkowych. Wynika z tego ścisły związek między cytologią a genetyką i biologią molekularną.

Dane z badań cytologicznych znajdują szerokie zastosowanie w medycynie, rolnictwie, weterynarii oraz w różnych gałęziach przemysłu (spożywczego, farmaceutycznego, perfumeryjnego itp.). Cytologia zajmuje także ważne miejsce w nauczaniu biologii w szkole (ogólny kurs biologii w szkole średniej).

Krótki rys historyczny rozwoju cytologii

Ogólnie cytologia jest dość młodą nauką. Wyłoniła się z innych nauk biologicznych nieco ponad sto lat temu. Po raz pierwszy uogólnione informacje o budowie komórek zebrano w książce Zh.B. Carnoya „Biology of the Cell”, opublikowana w 1884 r. Pojawienie się tej książki poprzedził długi i burzliwy okres poszukiwań, odkryć i dyskusji, który doprowadził do sformułowania tzw. teorii komórki, która ma ogromne znaczenie ogólne znaczenie biologiczne.

Zwróćmy uwagę na kilka ważnych kamieni milowych w historii badań nad biologią komórki.

Koniec XVI i początek XVII wieku. Według różnych źródeł wynalazcami mikroskopu są Zacharias Jansen (1590, Holandia), Galileo Galilei (1610, Włochy), Cornelius Drebbel (1619-1620, Holandia). Pierwsze mikroskopy były bardzo nieporęczne i drogie, a szlachta używała ich do własnej rozrywki. Ale stopniowo poprawiały się i zaczęły zmieniać się z zabawki w narzędzie badań naukowych.

1665 Robert Hooke (Anglia) za pomocą mikroskopu zaprojektowanego przez angielskiego fizyka H. Huygensa badał strukturę korka i po raz pierwszy użył terminu „komórka” do opisania jednostek strukturalnych tworzących tę tkankę. Uważał, że komórki są puste, a materią żywą są ściany komórkowe.

1675-1682 M. Malpighi i N. Grew (Włochy) potwierdzili strukturę komórkową roślin

1674 Antonio van Leeuwenhoek (Holandia) odkrył organizmy jednokomórkowe, w tym bakterie (1676). Jako pierwszy zobaczył i opisał komórki zwierzęce – czerwone krwinki, plemniki.

1827 Dolland radykalnie poprawił jakość soczewek. Następnie zainteresowanie mikroskopią szybko wzrosło i rozprzestrzeniło się.

1825 Jan Purkinė (Czechy) jako pierwszy opisał jądro komórkowe w jaju ptasim. Nazywa go „pęcherzykiem zarodkowym” i przypisuje mu funkcję „siły produkcyjnej komórki jajowej”.

1827 Rosyjski naukowiec Karl Baer odkrył jajo ssaka i ustalił, że wszystkie organizmy wielokomórkowe rozpoczynają swój rozwój od pojedynczej komórki. Odkrycie to pokazało, że komórka jest jednostką nie tylko struktury, ale także rozwoju wszystkich żywych organizmów.

1831 Robert Brown (angielski botanik) po raz pierwszy opisał jądro w komórkach roślinnych. Wymyślił nazwę „jądro” „jądro” i po raz pierwszy stwierdził, że jest to wspólny składnik każdej komórki, mający istotne znaczenie dla jej życia.

1836 Gabriel Valentin, uczeń Purkina, odkrywa jądro komórek zwierzęcych, komórki nabłonka spojówki, błony łącznej oka. Wewnątrz tego „jądra” znajduje i opisuje jąderko.

Od tego momentu zaczęto poszukiwać i znajdować jądro we wszystkich tkankach roślin i zwierząt.

1839 Theodor Schwann (niemiecki fizjolog i cytolog) opublikował książkę „Mikroskopowe badania zgodności w strukturze i wzroście zwierząt i roślin”, w której podsumował dotychczasową wiedzę na temat komórki, w tym wyniki badań niemieckiego botanika Matthiasa Jakob Schleiden o roli jądra w komórkach roślinnych. Główna idea książki (oszałamiająca w swej prostocie) życie skoncentrowane w komórkach wywołała rewolucję w biologii. Innymi słowy, T. Schwann i M. Schleiden sformułowali teorię komórkową. Jej główne postanowienia brzmiały wówczas następująco:

1) zarówno organizmy roślinne, jak i zwierzęce składają się z komórek;

2) komórki organizmów roślinnych i zwierzęcych rozwijają się podobnie i są do siebie zbliżone pod względem struktury i przeznaczenia funkcjonalnego;

3) każda komórka jest zdolna do samodzielnego życia.

Teoria komórki jest jednym z wybitnych uogólnień biologii XIX wieku, co dało podstawę do zrozumienia życia i odkrycia ewolucyjnych powiązań między organizmami.

1840 Jan Purkynė zaproponował nazwę „protoplazma” dla zawartości komórek, upewniając się, że to ona (a nie ściany komórkowe) stanowi materię żywą. Później wprowadzono termin „cytoplazma”.

1858 Rudolf Virchow (niemiecki patolog i działacz społeczny) wykazał, że wszystkie komórki powstają z innych komórek w wyniku podziału komórek. Stanowisko to zostało później uwzględnione także w teorii komórki.

1866 Ernst Haeckel (niemiecki biolog, twórca filogenetycznego kierunku darwinizmu) ustalił, że przechowywanie i przekazywanie cech dziedzicznych odbywa się przez jądro.

1866-1888 Szczegółowo zbadano podział komórek i opisano chromosomy.

1880-1883 Odkryto plastydy, zwłaszcza chloroplasty.

1876 ​​Otwarcie ośrodka komórkowego.

1989 Odkrycie aparatu Golgiego.

1894 Odkryto mitochondria.

1887-1900 Udoskonalono mikroskop, podobnie jak metody utrwalania, barwienia próbek i przygotowywania skrawków. Cytologia zaczęła nabierać charakteru eksperymentalnego. Prowadzone są badania embriologiczne w celu ustalenia, w jaki sposób komórki oddziałują ze sobą podczas wzrostu organizmu wielokomórkowego.

1900 Odkryto na nowo zapomniane od 1865 r. prawa Mendla, co dało impuls do rozwoju cytogenetyki, która bada rolę jądra w przekazywaniu cech dziedzicznych.

W tym czasie mikroskop świetlny prawie osiągnął teoretyczną granicę rozdzielczości; Rozwój cytologii w naturalny sposób uległ spowolnieniu.

Lata 30. Wprowadzono mikroskop elektronowy.

Od 1946 roku do dnia dzisiejszego mikroskop elektronowy stał się powszechny w biologii, umożliwiając znacznie bardziej szczegółowe badanie struktury komórki. Tę „drobną” strukturę zaczęto nazywać ultrastrukturą.

Rola krajowych naukowców w rozwoju doktryny komórki.

Caspar Friedrich Wolf (1733-1794) członek petersburskiej Akademii Nauk sprzeciwiał się metafizycznym wyobrażeniom o rozwoju jako o wzroście gotowego organizmu osadzonego w komórce rozrodczej (teoria preformacjonizmu).

P.F. Goryaninov to rosyjski biolog, który opisał różne formy komórek i jeszcze przed Schwanna i Schleidenem wyrażał poglądy im bliskie.

Druga połowa XIX wieku V. początek XX wieku: rosyjski cytolog I.D. Czistyakow jako pierwszy opisał mitozę zarodników mchów; W. Gorozhankin badał cytologiczne podstawy nawożenia roślin; ST W 1898 roku Navashin odkrył podwójne nawożenie roślin.

Podstawowe założenia współczesnej teorii komórki

1. Komórka, jako elementarny żywy układ, zdolny do samoodnowy, samoregulacji i samoreprodukcji, leży u podstaw struktury i rozwoju wszystkich żywych organizmów.

2. Komórki wszystkich organizmów zbudowane są według jednej zasady, podobnej (homologicznej) pod względem składu chemicznego, podstawowych przejawów aktywności życiowej i metabolizmu.

3. Rozmnażanie się komórek następuje poprzez podział komórek, a każda nowa komórka powstaje w wyniku podziału komórki macierzystej.

4. W organizmach wielokomórkowych komórki specjalizują się w pełnionych funkcjach i tworzeniu tkanek. Narządy i układy narządów, które są ze sobą ściśle powiązane, składają się z tkanek.

Wraz z rozwojem nauki tylko jedno stanowisko teorii komórki okazało się nie do końca prawdziwe – pierwsze. Nie wszystkie żywe organizmy mają organizację komórkową. Stało się to jasne wraz z odkryciem wirusów. Jest to niekomórkowa forma życia, ale istnienie i rozmnażanie się wirusów jest możliwe jedynie przy użyciu układów enzymatycznych komórek. Dlatego wirus nie jest elementarną jednostką żywej materii.

Komórkowa forma organizacji istot żywych, gdy już się pojawiła, stała się podstawą całego dalszego rozwoju świata organicznego. Ewolucja bakterii, pierwotniaków, sinic i innych organizmów nastąpiła całkowicie w wyniku przemian strukturalnych, funkcjonalnych i biochemicznych komórki. Podczas tej ewolucji osiągnięto niesamowitą różnorodność form komórkowych, ale ogólny plan struktury komórkowej nie uległ zasadniczym zmianom.

Pojawienie się wielokomórkowości radykalnie rozszerzyło możliwości stopniowej ewolucji form organicznych. Wiodące zmiany dotyczyły systemów wyższego rzędu (tkanek, narządów, jednostek, populacji itp.). Jednocześnie komórki tkankowe nabyły cechy przydatne dla jednostki i gatunku jako całości, niezależnie od tego, jak cecha ta wpłynęła na żywotność i zdolność do reprodukcji samych komórek tkankowych. W rezultacie komórka stała się podrzędną częścią całego organizmu. Na przykład funkcjonowanie wielu komórek wiąże się z ich śmiercią (komórki wydzielnicze), utratą zdolności do reprodukcji (komórki nerwowe) i utratą jądra (czerwone krwinki ssaków).

Metody współczesnej cytologii

Cytologia powstała jako gałąź mikroanatomii, dlatego główną metodą stosowaną przez cytologów jest metoda mikroskopii świetlnej. Obecnie metoda ta znalazła szereg uzupełnień i modyfikacji, co znacznie rozszerzyło zakres zadań i zagadnień rozwiązywanych przez cytologię. Rewolucyjnym momentem w rozwoju współczesnej cytologii i biologii w ogóle było zastosowanie mikroskopii elektronowej, która otworzyła niezwykle szerokie perspektywy. Wraz z wprowadzeniem mikroskopii elektronowej w niektórych przypadkach trudno już rozróżnić właściwą cytologię od biochemii, łączy się je na poziomie makromolekularnego badania obiektów (na przykład mikrotubul, membran, mikrofilamentów itp.). Niemniej jednak główną techniką metodologiczną w cytologii pozostaje wizualna obserwacja obiektu. Ponadto w cytologii wykorzystuje się liczne techniki biochemii preparatywnej i analitycznej oraz metody biofizyki.

Zapoznajmy się z niektórymi metodami badań cytologicznych, które dla ułatwienia badania zostaną podzielone na kilka grup.

I . Metody optyczne.

1. Mikroskopia świetlna.Przedmiot badań: preparaty, które można oglądać w świetle przechodzącym. Powinny być wystarczająco przejrzyste, cienkie i kontrastowe. Obiekty biologiczne nie zawsze posiadają te cechy. Aby je zbadać pod mikroskopem biologicznym, należy najpierw przygotować odpowiednie preparaty poprzez utrwalenie, odwodnienie, wykonanie cienkich skrawków i barwienie. Struktury komórkowe w takich utrwalonych preparatach nie zawsze odpowiadają prawdziwym strukturom żywej komórki. Ich badaniom powinno towarzyszyć badanie żywego obiektu w mikroskopach z ciemnym polem i kontrastem fazowym, gdzie kontrast jest zwiększany dzięki dodatkowym urządzeniom do układu optycznego.

Maksymalna rozdzielczość, jaką mikroskop biologiczny może zapewnić po zanurzeniu w oleju, wynosi 1700 µm (0,17 µm) w świetle monochromatycznym i 2500 µm (0,25 µm) w świetle białym. Dalszy wzrost rozdzielczości można osiągnąć jedynie poprzez zmniejszenie długości fali światła.

2. Mikroskopia ciemnego pola. Metoda opiera się na zasadzie rozpraszania światła na granicy faz o różnych współczynnikach załamania światła. Osiąga się to w mikroskopie ciemnego pola lub w konwencjonalnym mikroskopie biologicznym przy użyciu specjalnego kondensatora ciemnego pola, który przepuszcza tylko bardzo ukośne promienie krawędziowe źródła światła. Ponieważ promienie krawędziowe są mocno nachylone, nie wpadają do soczewki i pole widzenia mikroskopu wydaje się ciemne, natomiast przedmiot oświetlony światłem rozproszonym wydaje się jasny. Preparaty komórkowe zawierają zazwyczaj struktury o różnej gęstości optycznej. Na ogólnie ciemnym tle struktury te są wyraźnie widoczne ze względu na różny blask, a także świecą, ponieważ rozpraszają padające na nie promienie światła (efekt Tyndalla).

Obiekty żywe można badać w ciemnym polu. Rozdzielczość takiego mikroskopu jest wysoka (poniżej 0,2 mikrona).

3. Mikroskopia z kontrastem fazowym. Metoda polega na tym, że poszczególne obszary przezroczystego leku różnią się od otoczenia współczynnikiem załamania światła. Dlatego światło przechodzące przez nie przemieszcza się z różnymi prędkościami, tj. ulega przesunięciu fazowemu, co odzwierciedla się w zmianie jasności. Cząsteczki o współczynniku załamania większym niż współczynnik załamania ośrodka dają ciemne obrazy na jasnym tle, natomiast cząstki o współczynniku załamania mniejszym niż współczynnik załamania ośrodka dają obrazy jaśniejsze od otaczającego tła.

Mikroskopia z kontrastem fazowym ujawnia wiele szczegółów i cech żywych komórek i skrawków tkanek. Metoda ta ma ogromne znaczenie w badaniu hodowanych tkanek in vitro.

4. Mikroskopia interferencyjna. Metoda ta jest zbliżona do metody mikroskopii z kontrastem fazowym i umożliwia uzyskanie kontrastowych obrazów niezabarwionych przezroczystych żywych komórek, a także obliczenie suchej masy komórek. Mikroskop interferencyjny projektuje się w ten sposób, że wiązka równoległych promieni świetlnych pochodzących z oświetlacza zostaje podzielona na dwa strumienie. Jeden z nich przechodzi przez obiekt i uzyskuje zmiany w fazie oscylacji, drugi omija obiekt. W pryzmatach soczewkowych oba strumienie łączą się ponownie i wzajemnie zakłócają. W wyniku interferencji powstanie obraz, w którym obszary komórki o różnej grubości lub różnej gęstości będą się od siebie różnić stopniem kontrastu. W urządzeniu tym, mierząc przesunięcia fazowe, można określić stężenie i masę suchej masy w obiekcie.

II . Istotne (dożylne) badanie komórek.

1. Przygotowanie preparatów żywych komórek.Mikroskop świetlny pozwala zobaczyć żywe komórki. W celu krótkotrwałej obserwacji komórki umieszcza się po prostu w płynnym podłożu na szklanym szkiełku; Jeżeli wymagana jest długoterminowa obserwacja komórek, stosuje się specjalne kamery. W każdym z tych przypadków komórki bada się w specjalnie dobranych pożywkach (woda, sól fizjologiczna, roztwór Ringera itp.).

2. Metoda hodowli komórkowej. Hodowla komórek i tkanek poza organizmem ( in vitro ) podlega spełnieniu określonych warunków; dobiera się odpowiednią pożywkę, utrzymuje ściśle określoną temperaturę (około 20 0 dla komórek zwierząt zmiennocieplnych i około 37 0 w przypadku zwierząt stałocieplnych) konieczne jest utrzymanie sterylności i regularne posiewy hodowli na świeżej pożywce. Obecnie metoda hodowli komórek poza organizmem jest szeroko stosowana nie tylko w badaniach cytologicznych, ale także genetycznych, wirusologicznych i biochemicznych.

3. Metody mikrochirurgii. Metody te obejmują działanie chirurgiczne na komórce. Mikrooperacje na pojedynczych małych komórkach zaczęto przeprowadzać od początku XX wieku, kiedy to pojawiło się urządzenie tzwmikromanipulator.Za jego pomocą komórki są cięte, usuwane są z nich poszczególne części, wstrzykiwane są substancje (mikroiniekcja) itp. Mikromanipulator połączony jest z konwencjonalnym mikroskopem, dzięki któremu monitorowany jest postęp operacji. Instrumentami mikrochirurgicznymi są szklane haczyki, igły, kapilary, które mają mikroskopijne wymiary. Oprócz mechanicznego oddziaływania na komórki, w mikrochirurgii ostatnio szeroko stosuje się mikrowiązki światła ultrafioletowego lub mikrowiązki lasera. Dzięki temu możliwa jest niemal natychmiastowa dezaktywacja poszczególnych obszarów żywej komórki.

4. Metody barwienia przyżyciowego. Badając żywe komórki, próbują je zabarwić za pomocą tak zwanych barwników witalnych. Są to barwniki o charakterze kwaśnym (błękit trypanowy, karmin litowy) lub zasadowym (czerwień neutralna, błękit metylenowy), stosowane w bardzo dużych rozcieńczeniach (1:200 000), dlatego wpływ barwnika na aktywność życiową komórki jest minimalny. Podczas barwienia żywych komórek barwnik gromadzi się w cytoplazmie w postaci granulek, a w uszkodzonych lub martwych komórkach następuje rozproszone zabarwienie cytoplazmy i jądra. Czas barwienia preparatów jest bardzo zróżnicowany, ale w przypadku większości barwników żywotnych wynosi od 15 do 60 minut.

III . Metody cytofizyczne

1. Metoda absorpcji promieni rentgenowskich. Metoda opiera się na fakcie, że różne substancje przy określonej długości fali w różny sposób absorbują promieniowanie rentgenowskie. Przepuszczając promieniowanie rentgenowskie przez próbkę tkanki, na podstawie widma absorpcyjnego można określić jej skład chemiczny.

2. Mikroskopia fluorescencyjna. Metoda opiera się na właściwości niektórych substancji do fluorescencji w promieniach ultrafioletowych. Do tych celów stosuje się mikroskop ultrafioletowy, w którego skraplaczu zainstalowany jest filtr świetlny oddzielający promienie niebieskie i ultrafioletowe od ogólnej wiązki światła. Kolejny filtr umieszczony przed oczami obserwatora pochłania te promienie, umożliwiając przedostanie się promieni fluorescencyjnych emitowanych przez lek. Źródłem światła są lampy rtęciowe i żarówki, które wytwarzają silne promieniowanie ultrafioletowe w całej wiązce światła.

Mikroskopia fluorescencyjna umożliwia badanie żywej komórki. Szereg struktur i substancji zawartych w komórkach ma swoją (pierwotną) fluorescencję (chlorofil, witaminy A, B 1 i B 2 , niektóre hormony i pigmenty bakteryjne). Przedmioty, które nie posiadają własnej fluorescencji, można zabarwić specjalnymi barwnikami fluorescencyjnymi fluorochromy . Są wtedy widoczne w świetle ultrafioletowym (fluorescencja wtórna). Metodą tą można zobaczyć kształt przedmiotu, rozmieszczenie substancji fluorescencyjnych w przedmiocie oraz zawartość tych substancji.

3. Metoda radiografii. Metoda opiera się na fakcie, że izotopy promieniotwórcze po wprowadzeniu do organizmu wchodzą w ogólny metabolizm komórkowy i wchodzą w skład cząsteczek odpowiednich substancji. Lokalizację ich lokalizacji określa się na podstawie promieniowania emitowanego przez izotopy i wykrywa się poprzez oświetlenie kliszy fotograficznej po nałożeniu jej na preparat. Lek jest wytwarzany jakiś czas po wprowadzeniu izotopu, biorąc pod uwagę czas przejścia niektórych etapów metabolizmu. Metoda ta znajduje szerokie zastosowanie w celu określenia lokalizacji miejsc syntezy biopolimerów, określenia dróg transportu substancji w komórce oraz monitorowania migracji czy właściwości poszczególnych komórek.

IV . Metody badania ultrastruktury

1. Mikroskopia polaryzacyjna. Metoda opiera się na zdolności różnych składników komórek i tkanek do załamywania światła spolaryzowanego. Niektóre struktury komórkowe, takie jak włókna wrzecionowe, miofibryle, rzęski nabłonka rzęskowego itp., Charakteryzują się pewną orientacją cząsteczek i mają właściwość dwójłomności. Są to tzwstruktury anizotropowe.

Mikroskop polaryzacyjny różni się od konwencjonalnego mikroskopu biologicznego tym, że polaryzator jest umieszczony przed kondensorem, a kompensator i analizator za próbką i soczewką, co pozwala na szczegółowe badanie dwójłomności w rozważanym obiekcie. Polaryzator i analizator to pryzmaty wykonane z drzewca islandzkiego (pryzmaty Nicolasa). Mikroskop polaryzacyjny pozwala określić orientację cząstek w komórkach i innych strukturach, wyraźnie zobaczyć struktury z dwójłomnością, a przy odpowiedniej obróbce preparatów można dokonać obserwacji organizacji molekularnej określonej części komórki.

2. Metoda analizy dyfrakcyjnej promieni rentgenowskich. Metoda opiera się na właściwości promieni rentgenowskich ulegających dyfrakcji podczas przechodzenia przez kryształy. Ulegają tej samej dyfrakcji, jeśli zamiast kryształów umieści się obiekty biologiczne, takie jak ścięgno, celuloza i inne. Na ekranie lub kliszy fotograficznej pojawia się seria pierścieni, koncentrycznie rozmieszczonych plam i pasków. Kąt dyfrakcji jest określony przez odległość pomiędzy grupami atomów i cząsteczek w obiekcie. Im większa odległość pomiędzy jednostkami konstrukcyjnymi, tym mniejszy kąt dyfrakcji i odwrotnie. Na ekranie odpowiada to odległości między ciemnymi obszarami a środkiem. Zorientowane cząstki dają okręgi, sierpy i punkty na diagramie; niezorientowane cząstki w substancjach amorficznych dają obraz koncentrycznych pierścieni.

Metodę dyfrakcji promieni rentgenowskich stosuje się do badania struktury cząsteczek białek, kwasów nukleinowych i innych substancji tworzących cytoplazmę i jądro komórkowe. Umożliwia określenie przestrzennego rozmieszczenia cząsteczek, dokładny pomiar odległości między nimi oraz badanie struktury wewnątrzcząsteczkowej.

3. Mikroskopia elektronowa. Biorąc pod uwagę charakterystykę mikroskopu świetlnego, można być przekonanym, że jedynym sposobem na zwiększenie rozdzielczości układu optycznego jest zastosowanie źródła oświetlenia emitującego fale o najkrótszej długości fali. Takim źródłem może być gorący żarnik, który w polu elektrycznym emituje strumień elektronów, które można skupić, przepuszczając je przez pole magnetyczne. Na tej podstawie w 1933 roku skonstruowano mikroskop elektronowy. Główna różnica między mikroskopem elektronowym a mikroskopem świetlnym polega na tym, że zamiast światła wykorzystuje się szybki przepływ elektronów, a pola elektromagnetyczne zastępują soczewki szklane. Obraz tworzony jest przez elektrony, które przeszły przez obiekt i nie zostały przez niego odrzucone. We współczesnych mikroskopach elektronowych osiągnięto rozdzielczość 1Ǻ (0,1 nm).

Preparaty obiektów nieożywionych ogląda się pod mikroskopem elektronowym. Nie jest jeszcze możliwe badanie żywych obiektów, ponieważ przedmioty umieszczane są w próżni, która jest śmiertelna dla organizmów żywych. W próżni elektrony uderzają w obiekt bez rozproszenia.

Obiekty badane pod mikroskopem elektronowym muszą mieć bardzo małą grubość, nie większą niż 400-500 µm (0,04-0,05 µm), w przeciwnym razie okażą się nieprzenikalne dla elektronów. Do tych celów używająultramikrotomy, którego zasada działania opiera się na rozszerzalności cieplnej pręta doprowadzającego nóż do przedmiotu lub odwrotnie, przedmiot do noża. Jako noże używane są specjalnie naostrzone małe diamenty.

Obiekty biologiczne, zwłaszcza wirusy, fagi, kwasy nukleinowe, cienkie błony, mają słabą zdolność rozpraszania elektronów, tj. niski kontrast. Ich kontrast zwiększa się poprzez napylanie przedmiotu metalami ciężkimi (złoto, platyna, chrom), napylanie węglem, obróbkę preparatów kwasem osmowym lub wolframowym oraz niektórymi solami metali ciężkich.

4. Specjalne metody mikroskopii elektronowej obiektów biologicznych obiekty. Obecnie metody mikroskopii elektronowej są rozwijane i udoskonalane.

Trawienie metodą zamrażaniapolega na tym, że obiekt najpierw zostaje szybko zamrożony ciekłym azotem, a następnie w tej samej temperaturze przeniesiony do specjalnej instalacji próżniowej. Tam zamrożony przedmiot jest rozdrabniany mechanicznie za pomocą schłodzonego noża. To odsłania wewnętrzne strefy zamrożonych komórek. W próżni część wody, która przeszła w postać szklistą, ulega sublimacji („trawienie”), a powierzchnię chipa pokrywa się sukcesywnie cienką warstwą odparowanego węgla, a następnie metalu. W ten sposób uzyskuje się film wyciskowy, który powtarza przyżyciową strukturę materiału, który bada się w mikroskopie elektronowym.

Metody mikroskopii wysokonapięciowejopracowano mikroskopy elektronowe o napięciu przyspieszającym 1-3 mln V. Zaletą tej klasy urządzeń jest to, że przy elektronach o dużej energii, które są mniej absorbowane przez obiekt, można badać próbki o większej grubości (1-10 mikronów). badany. Metoda ta jest obiecująca także pod innym względem: jeśli ultrawysoka energia elektronów zmniejsza ich wpływ na obiekt, to w zasadzie można ją zastosować do badania ultrastruktury obiektów żywych. Obecnie trwają prace w tym kierunku.

Metoda skaningowej (rastrowej) mikroskopii elektronowejpozwala na badanie trójwymiarowego obrazu powierzchni komórki. W tej metodzie unieruchomiony i specjalnie wysuszony przedmiot pokrywa się cienką warstwą odparowanego metalu (najczęściej złota), cienka wiązka elektronów biegnie po powierzchni przedmiotu, odbija się od niego i uderza w urządzenie odbiorcze, które transmituje sygnał do lampy elektronopromieniowej. Dzięki ogromnej głębi ostrości mikroskopu skaningowego, znacznie większej niż mikroskopu transmisyjnego, uzyskuje się niemal trójwymiarowy obraz badanej powierzchni.

V . Metody cyto- i histochemiczne.

Za pomocą takich metod można określić zawartość i lokalizację substancji w komórce za pomocą odczynników chemicznych, które wraz ze zidentyfikowaną substancją tworzą nową substancję o określonej barwie. Metody są podobne do metod oznaczania substancji w chemii analitycznej, z tym że reakcja zachodzi bezpośrednio na preparacie tkankowym, a dokładnie w miejscu, w którym zlokalizowana jest pożądana substancja.

Ilość końcowego produktu reakcji cytochemicznej można określić za pomocąmetoda cytofotometryczna.Polega na określeniu ilości substancji chemicznych na podstawie absorpcji przez nie światła o określonej długości fali. Stwierdzono, że intensywność absorpcji promieni jest proporcjonalna do stężenia substancji przy tej samej grubości przedmiotu. Dlatego też, oceniając stopień pochłaniania światła przez daną substancję, można poznać jego ilość. Do tego typu badań wykorzystuje się instrumenty: mikroskopy-cytofotometry; Posiadają za soczewką czuły fotometr, który rejestruje natężenie strumienia świetlnego przechodzącego przez soczewkę. Znając powierzchnię lub objętość mierzonej struktury oraz wartość absorpcji, można określić zarówno stężenie danej substancji, jak i jej zawartość bezwzględną.

Opracowano ilościowe techniki fluorometrii, które umożliwiają określenie zawartości substancji, z którymi wiążą się fluorochromy, na podstawie stopnia luminescencji. Dlatego do identyfikacji konkretnych białek używająmetoda immunofluorescencyjnareakcje immunochemiczne z wykorzystaniem przeciwciał fluorescencyjnych. Metoda ta charakteryzuje się bardzo dużą swoistością i czułością. Można go wykorzystać do identyfikacji nie tylko białek, ale także poszczególnych sekwencji nukleotydowych w DNA czy określenia lokalizacji cząsteczek hybrydowych RNADNA.

VI . Frakcjonowanie komórek.

W cytologii szeroko stosowane są różne metody biochemii, zarówno analityczne, jak i preparatywne. W tym drugim przypadku możliwe jest otrzymanie różnych składników komórkowych w postaci odrębnych frakcji i zbadanie ich składu chemicznego, ultrastruktury i właściwości. Zatem obecnie prawie wszystkie organelle i struktury komórkowe otrzymuje się w postaci czystych frakcji: jądra, jąderka, chromatyna, błony jądrowe, błona plazmatyczna, wakuole ER, rybosomy, aparat Golgiego, mitochondria, ich błony, plastydy, mikrotubule, lizosomy itp. D.

Pozyskiwanie frakcji komórkowych rozpoczyna się od ogólnego zniszczenia komórki, wraz z jej homogenizacją. Frakcje można następnie wyizolować z homogenatów. Jedną z głównych metod izolacji struktur komórkowych jest wirowanie różnicowe (separacyjne). Zasada jego stosowania polega na tym, że czas osadzenia cząstek w homogenacie zależy od ich wielkości i gęstości: im cząstka jest większa lub jest cięższa, tym szybciej opadnie na dno probówki. Powstałe frakcje przed analizą metodami biochemicznymi należy sprawdzić pod kątem czystości za pomocą mikroskopu elektronowego.

Komórka jest podstawową jednostką żywych organizmów.

Prokarioty i eukarionty

Komórka jest systemem samoreplikującym się. Zawiera cytoplazmę i materiał genetyczny w postaci DNA. DNA reguluje życie komórki i rozmnaża się, dzięki czemu powstają nowe komórki.

Rozmiary komórek . Średnica bakterii 0,2 mikrona. Częściej komórki mają wielkość 10-100 mikronów, rzadziej 1-10 mm. Są bardzo duże: jaja strusi, pingwinów, gęsi - 10-20 cm, komórki nerwowe i mleczne naczynia roślin - do 1 m lub więcej.

Kształt komórki : okrągłe (komórki wątroby), owalne (czerwone krwinki płazów), wielopłaszczyznowe (niektóre komórki roślinne), gwiaździste (neurony, melanofory), w kształcie dysku (czerwone krwinki ludzkie), wrzecionowate (komórki mięśni gładkich) itp.

Jednak pomimo różnorodności kształtów i rozmiarów organizacja komórek wszystkich żywych organizmów podlega wspólnym zasadom strukturalnym: protoplastowi składającemu się z cytoplazmy i jądra oraz błonie komórkowej. Cytoplazma z kolei obejmuje hialoplazmę, organelle (organelle ogólne i organelle specjalnego przeznaczenia) oraz inkluzje.

W zależności od cech strukturalnych ich części składowych, wszystkie komórki są podzielone naprokariotyczny I eukariotyczny.

Komórki prokariotyczne są charakterystyczne dla bakterii i sinic (cyjanobakterii). Nie mają prawdziwego jądra, jąderek i chromosomów, tylko je mają nukleoid , pozbawiony otoczki i składający się z pojedynczej kolistej cząsteczki DNA związanej z niewielką ilością białka. Prokariotom brakuje organelli błonowych: mitochondriów, EPS, chloroplastów, lizosomów i kompleksu Golgiego. Są tylko mniejsze rybosomy niż eukarionty.

Na wierzchu błony komórkowej prokarioty mają sztywną ścianę komórkową i często torebkę śluzową. Błona plazmatyczna tworzy wgłębienia mezosomy , na błonach których znajdują się enzymy redoks, a u prokariotów fotosyntetyzujących odpowiednie pigmenty (bakteriochlorofil w bakteriach, chlorofil i fikocyjanina w cyjanobakteriach). Zatem błony te pełnią funkcje mitochondriów, chloroplastów i innych organelli.

Do eukariontów zaliczają się zwierzęta jednokomórkowe (protisty), grzyby, rośliny i zwierzęta. Oprócz rdzenia wyraźnie ograniczonego podwójną membraną mają wiele innych struktur membranowych. Ze względu na liczbę błon organelle komórek eukariotycznych można podzielić na trzy główne grupy: jednobłonowe (ER, kompleks Golgiego, lizosomy), dwubłonowe (mitochondria, plastydy, jądro), niebłonowe (rybosomy, centrum komórkowe). ). Ponadto cała cytoplazma jest podzielona wewnętrznymi błonami na przestrzenie reakcyjne przegródki (przedziały). W tych przedziałach różne reakcje chemiczne zachodzą jednocześnie i niezależnie od siebie.

Charakterystyka porównawcza różnych typów

komórki eukariotyczne (z Lemez, Lisov, 1997)

Oznaki	Komórki
		protista	grzyby	rośliny	Zwierząt
Ściana komórkowa Duży wakuola Chloroplasty Sposób odżywianie Centriole Rezerwuj węglowodany odżywcze	wielu tak rzadko zdarzać się często auto- i heterotroficzne tam są często skrobia, glikogen, paramyl, chryzolaminaryna	głównie z chityny Jest heterotrof- nowy tam są rzadko glikogen	z celulozy Jest Jest autotroficzny tylko u niektórych mchów i paproci skrobia	heterotroficzny Jest glikogen

Podobieństwa i różnice między komórkami zwierzęcymi i roślinnymi

Komórki roślinne i zwierzęce są podobne pod następującymi względami:

1). Ogólny plan struktury komórkowej, obecność błony cytoplazmatycznej, cytoplazmy, jądra.

2). Ujednolicony plan struktury błony cytoplazmatycznej, zbudowany zgodnie z zasadą płynnej mozaiki.

3). Wspólne organelle: rybosomy, mitochondria, ER, kompleks Golgiego, lizosomy.

4). Wspólność procesów życiowych: metabolizm, reprodukcja, wzrost, drażliwość itp.

Jednocześnie komórki roślinne i zwierzęce różnią się:

1). W formie: rośliny są bardziej jednolite, zwierzęta są bardzo różnorodne.

2). Według wielkości: roślina większa, zwierzę małe.

3). Zgodnie z ich umiejscowieniem w tkankach: rośliny ściśle przylegają do siebie, zwierzęta są luźno rozmieszczone.

4). Komórki roślinne mają dodatkową ścianę celulozową.

5). Komórki roślinne mają duże wakuole. U zwierząt, jeśli istnieją, są małe i pojawiają się w procesie starzenia.

6). Komórki roślinne mają turgor i są elastyczne. Zwierzęta miękkie.

7). Komórki roślinne zawierają plastydy.

8). Komórki roślinne są zdolne do odżywiania się autotroficznego, podczas gdy komórki zwierzęce są heterotrofami.

9). Rośliny nie mają centrioli (z wyjątkiem niektórych mchów i paproci), zwierzęta zawsze je mają.

10). Komórki roślinne mają nieograniczony wzrost.

jedenaście). Komórki roślinne gromadzą skrobię jako rezerwowy składnik odżywczy, komórki zwierzęce gromadzą glikogen.

12). W komórkach zwierzęcych na błonie cytoplazmatycznej znajduje się glikokaliks, ale w komórkach roślinnych tak nie jest.

13). Synteza ATP w komórkach zwierzęcych zachodzi w mitochondriach, w komórkach roślinnych w mitochondriach i plastydach.

Inne podobne prace, które mogą Cię zainteresować.vshm>
10475.		PRZEDMIOT I ZADANIA HISTOLOGII, CYTOLOGII I EMBRIOLOGII. CYTOPLAZMA. ORGANELLY I WŁĄCZENIA KOMÓRKOWE. SYMPLASTY I SYNTYTY. STRUKTURA BADANEGO PRZEDMIOTU	18,83 kB
	Hooke'a, który za pomocą skonstruowanego przez siebie prymitywnego mikroskopu zobaczył komórki w kawałku balsy w 1665 r. Purkinje odkrył cytoplazmę w komórce w 1833 r., Brown zobaczył jądro w komórce w 1838 r., Schwann doszedł do wniosku, że komórki różne organizmy mają podobną budowę, w 1858 roku Virchow ustalił, że nowe komórki powstają w wyniku podziału komórki macierzystej.
2042.		Zarządzanie jakością: przedmiot i cele przedmiotu	18,79 kB
	Mówiąc o problemie jakości, należy zauważyć, że za tą koncepcją zawsze stoi konsument. To dzięki nowoczesnym metodom zarządzania jakością wiodące firmy zagraniczne osiągnęły wiodącą pozycję na różnych rynkach. Rosyjskie przedsiębiorstwa wciąż pozostają w tyle w stosowaniu nowoczesnych metod zarządzania jakością. Tymczasem podnoszenie jakości niesie ze sobą naprawdę ogromne możliwości.
7774.		Przedmiot i cele kursu „Bezpieczeństwo i higiena pracy”	21,72 kB
	W Republice Białoruś RB, według oficjalnych danych, co roku w wyniku naruszeń przepisów ochrony pracy zostaje rannych ponad 5 tysięcy pracowników, z czego około 250 umiera, ponad 800 osób zostaje ciężko rannych. Ponad 30 pracowników jest zatrudnionych w niebezpiecznych warunkach pracy w przedsiębiorstwach przemysłowych republiki i rolnictwie. I tak w Republice Białorusi z powodu urazów przy pracy rocznie traci się około 180 200 tysięcy osobodni na składkach ubezpieczeniowych z tytułu obowiązkowego ubezpieczenia od wypadków przy pracy i chorób zawodowych...
10725.		Przedmiot, cele i zadania kursu. Teoretyczne podstawy badania i praktycznego wykorzystania wzorców i mechanizmów powstawania i rozwoju konfliktów, zasad i technologii zarządzania nimi w działalności organów spraw wewnętrznych	47,97 kB
	Pytania: Przedmiot celów i zadań kursu: Psychologia konfliktu. Teoretyczne i metodologiczne podstawy psychologii konfliktu. Rola i specyfika zastosowania wiedzy z zakresu psychologii konfliktu w działalności organów spraw wewnętrznych. Podsumowanie O aktualności tego tematu decyduje nie tylko fakt, że wprowadza on nowy przedmiot do studiowania psychologii konfliktu, ale także pomaga w poruszaniu się po nim i zrozumieniu, że tradycje gromadzenia idei konfliktologicznych mają długą historię.
10977.		Przedmiot, cel i założenia kursu. Historia rozwoju psychologii, jej główne gałęzie i metody. Teoretyczne podstawy badania i praktycznego wykorzystania wzorców psychologicznych w egzekwowaniu prawa	30,42 kB
	Metodologiczne podstawy psychologii jako nauki. Istnienie psychologii jako samodzielnej dyscypliny naukowej datuje się niespełna półtora wieku wstecz, jednak główne zagadnienia zajmują myśl filozoficzną odkąd istnieje filozofia. Psychologia jako nauka o świadomości. Psychologia jako nauka o zachowaniu.
6046.		Wsparcie prawne działalności usługowej w systemie dyscyplin prawnych	22,92 kB
	Źródła prawa usługowego. Wśród naukowców uznających prawo usługowe za samodzielną gałąź prawa V. Guszczin Prawo usługowe uwzględnia następujące kluczowe zagadnienia: prawo usługowe jako nauka i jako gałąź prawa; źródła prawa usługowego...
3862.		Przedmiot, metodologia i funkcje kursu „Historia zachodniego nauczania politycznego”	13,32 kB
	W systemie nauk prawnych i edukacji prawnej historia doktryn politycznych i prawnych jest odrębną, samodzielną dyscypliną naukowo-dydaktyczną o profilu zarówno historycznym, jak i teoretycznym. Cecha ta wynika z faktu, że w ramach tej dyscypliny prawa bada się i omawia określony przedmiot: historię powstawania i rozwoju wiedzy teoretycznej o prawie państwowym, polityce i ustawodawstwie, historię teorii polityczno-prawnych, historia teorii prawa i państwa. Pod odpowiednim...
19978.		Treść stosunku prawnego i jego miejsce w systemie prawnym	40,31 kB
	Może odpowiadać za swoje zobowiązania z powierzonego mu majątku, a także we własnym imieniu nabywać i wykonywać prawa majątkowe i osobiste niemajątkowe oraz ponosić obowiązki powoda i pozwanego przed sądem; Działa na określonym terytorium i ma terytorialny zasięg działania...
10901.		Przedmiot studiów nad ekonomią instytucjonalną i jej miejsce we współczesnej teorii ekonomii	32,33 kB
	Główne nurty współczesnego etapu rozwoju ekonomii instytucjonalnej jako nauki. Ontologicznie gospodarka instytucjonalna jest szczególnym podsystemem systemu gospodarczego społeczeństwa, który z kolei ma właściwości systemowe, co pozwala nam uważać ją za system instytucjonalny gospodarki - integralny zbiór wzajemnie powiązanych i uporządkowanych instytucji charakteryzujących się wyłonieniem i efekt synergiczny. Co więcej, jeśli za punkt wyjścia wybierzemy teorię neoklasyczną...
9339.		Miejsce i rola państwa w systemie politycznym społeczeństwa	15,23 kB
	Miejsce i rola państwa w systemie politycznym społeczeństwa. Instytucje systemu politycznego 9. Podstawą systemu politycznego społeczeństwa jest władza polityczna, w ramach której powstają i funkcjonują różne instytucje państwowe i społeczno-polityczne, normy itp. Struktura systemu politycznego jest wielowymiarowa -formacja poziomu składająca się z kilku podsystemów.

Państwowy Uniwersytet Techniczny w Murmańsku

Katedra Biologii

Raport na ten temat:

„Metody badawcze w cytologii”

Zakończony:

Studentka I roku

Wydział Technologiczny

Zakłady Biologii

Serebryakova Łada Wiaczesławowna

Sprawdzony:

Murmańsk2001

Plan:

1.Co bada cytologia?

2.Pogląd, że organizmy składają się z komórek.

3. Metody badawcze stosowane w cytologii.

4. Frakcjonowanie komórek.

5. Autoriografia.

6. Wyznaczanie czasu trwania poszczególnych etapów cyklu komórkowego za pomocą autoradiografii.

Cytologia to nauka o komórkach. Wyłoniła się z innych nauk biologicznych prawie 100 lat temu. Po raz pierwszy uogólnione informacje o budowie komórek zebrano w książce J.-B. Biologia komórki Carnoya, opublikowana w 1884 r. Współczesna cytologia bada strukturę komórek, ich funkcjonowanie jako elementarnych układów żywych: bada się funkcje poszczególnych składników komórkowych, procesy reprodukcji komórek, ich naprawy, adaptacji do warunków środowiskowych i wiele innych procesów, co pozwala ocenić właściwości i funkcje wspólne dla wszystkich komórek. Cytologia bada również cechy strukturalne wyspecjalizowanych komórek. Innymi słowy, współczesna cytologia to fizjologia komórki. Cytologia jest ściśle powiązana z osiągnięciami naukowymi i metodologicznymi biochemii, biofizyki, biologii molekularnej i genetyki. Stanowiło to podstawę do dogłębnych badań komórki z punktu widzenia tych nauk i powstania pewnej syntetycznej nauki o komórce - biologii komórki lub biologii komórki. Obecnie terminy cytologia i biologia komórki pokrywają się, ponieważ przedmiotem ich badań jest komórka posiadająca własne wzorce organizacji i funkcjonowania. Dyscyplina „Biologia Komórki” odnosi się do podstawowych działów biologii, ponieważ bada i opisuje jedyną jednostkę wszelkiego życia na Ziemi – komórkę.

Długie i dokładne badania komórki jako takiej doprowadziły do ​​sformułowania ważnego uogólnienia teoretycznego o ogólnym znaczeniu biologicznym, a mianowicie powstania teorii komórki. W XVII wieku Robert Hooke, fizyk i biolog charakteryzujący się wielką pomysłowością, stworzył mikroskop.Badając pod mikroskopem cienki wycinek korka, Hooke odkrył, że składa się on z maleńkich pustych komórek oddzielonych cienkimi ściankami, które jak obecnie wiemy składają się z celulozy . Nazwał te małe komórki komórkami. Później, gdy inni biolodzy zaczęli badać tkanki roślinne pod mikroskopem, okazało się, że małe komórki odkryte przez Hooke'a w martwej, zwiędniętej czopce były obecne także w żywych tkankach roślinnych, lecz nie były w nich puste, lecz każda zawierała cząsteczkę małe galaretowate ciało. Po badaniu mikroskopowym tkanek zwierzęcych stwierdzono, że składają się one również z małych galaretowatych ciałek, ale ciała te rzadko są od siebie oddzielone ściankami.W wyniku wszystkich tych badań w 1939 r. Schleiden i Schwann niezależnie sformułowaną teorię komórkową, która stwierdza, że ​​komórki są elementarnymi jednostkami, z których ostatecznie zbudowane są wszystkie rośliny i wszystkie zwierzęta. Przez pewien czas podwójne znaczenie słowa komórka wciąż powodowało pewne nieporozumienia, ale potem utrwaliło się już w tych małych galaretowatych ciałkach.

Współczesne rozumienie komórek jest ściśle związane z postępem technicznym i udoskonalaniem metod badawczych. Oprócz konwencjonalnej mikroskopii świetlnej, która nie straciła swojej roli, w ciągu ostatnich kilku dekad duże znaczenie zyskała mikroskopia polaryzacyjna, ultrafioletowa, fluorescencyjna i kontrastowo-fazowa. Wśród nich szczególne miejsce zajmuje mikroskopia elektronowa, której rozdzielczość umożliwiła penetrację i badanie submikroskopowej i molekularnej struktury komórki. Nowoczesne metody badawcze pozwoliły uzyskać szczegółowy obraz organizacji komórkowej.

Każda komórka składa się z jądra i cytoplazmy, oddzielonych od siebie i od środowiska zewnętrznego błonami. Składnikami cytoplazmy są: błona, hialoplazma, siateczka śródplazmatyczna i rybosomy, aparat Golgiego, lizosomy, mitochondria, inkluzje, centrum komórkowe, wyspecjalizowane organelle.

Część organizmu pełniąca specjalną funkcję nazywana jest narządem. Każdy narząd - na przykład płuca, wątroba, nerka - ma swoją specjalną strukturę, dzięki czemu odgrywa określoną rolę w organizmie. W ten sam sposób w cytoplazmie znajdują się specjalne struktury, których osobliwa struktura pozwala im pełnić pewne funkcje niezbędne do metabolizmu komórki; Struktury te nazywane są organellami („małymi organami”).

Wyjaśnienie natury, funkcji i rozmieszczenia organelli cytoplazmatycznych stało się możliwe dopiero po opracowaniu metod współczesnej biologii komórki. Najbardziej przydatne w tym zakresie były: 1) mikroskopia elektronowa; 2) frakcjonowanie komórek, za pomocą którego biochemicy mogą izolować stosunkowo czyste frakcje komórek zawierające określone organelle i w ten sposób badać poszczególne interesujące ich reakcje metaboliczne; 3) autoradiografia, która umożliwiła bezpośrednie badanie poszczególnych reakcji metabolicznych zachodzących w organellach.

Metodę izolacji organelli z komórek nazywa się frakcjonowaniem. Metoda ta okazała się bardzo owocna, dając biochemikom możliwość izolacji różnych organelli komórkowych w stosunkowo czystej postaci. Ponadto pozwala określić skład chemiczny organelli i zawartych w nich enzymów oraz na podstawie uzyskanych danych wyciągnąć wnioski na temat ich funkcji w komórce. W pierwszym etapie komórki są niszczone poprzez homogenizację w odpowiednim podłożu, co zapewnia bezpieczeństwo organelli i zapobiega ich agregacji.Bardzo często wykorzystuje się do tego roztwór sacharozy. Chociaż mitochondria i wiele innych organelli komórkowych pozostają nienaruszone, struktury błonowe, takie jak retikulum endoplazmatyczne i błona plazmatyczna, rozpadają się na fragmenty. Jednakże powstałe fragmenty błony często zamykają się, tworząc okrągłe pęcherzyki o różnej wielkości.

W kolejnym etapie homogenat komórkowy poddawany jest serii wirowań, których prędkość i czas trwania za każdym razem wzrasta; proces ten nazywany jest wirowaniem różnicowym. Różne organelle komórkowe osadzają się na dnie probówek wirówkowych przy różnych prędkościach wirowania, które zależą od wielkości, gęstości i kształtu organelli. Powstały osad można zebrać i zbadać. Większe, gęstsze struktury, takie jak jądra, osiadają najszybciej, podczas gdy mniejsze, mniej gęste struktury, takie jak pęcherzyki siateczki śródplazmatycznej, wymagają większej szybkości osiadania przez najdłuższy czas. Dlatego przy niskich prędkościach wirowania jądra ulegają sedymentacji, podczas gdy inne organelle komórkowe pozostają w zawiesinie. Przy wyższych prędkościach wytrącają się mitochondria i lizosomy, a przy długotrwałym wirowaniu i bardzo dużych prędkościach wytrącają się nawet małe cząstki, takie jak rybosomy. Osad można badać za pomocą mikroskopu elektronowego w celu określenia czystości powstałych frakcji. Wszystkie frakcje są w pewnym stopniu zanieczyszczone innymi organellami. Jeśli jednak uda się uzyskać dostateczną czystość frakcji, wówczas poddaje się je analizie biochemicznej w celu określenia składu chemicznego i aktywności enzymatycznej wyizolowanych organelli.

Stosunkowo niedawno powstała inna metoda frakcjonowania komórek - wirowanie w gradiencie gęstości; W tym przypadku wirowanie przeprowadza się w probówce, w której najpierw układa się jeden na drugim roztwory sacharozy o coraz większym stężeniu, a co za tym idzie coraz większej gęstości. Podczas wirowania organelle zawarte w homogenacie umieszczane są w probówce wirówkowej na poziomach odpowiadających im gęstości, na których znajdują się roztwory sacharozy. Metoda ta daje biochemikom możliwość rozdzielenia organelli o tej samej wielkości, ale o różnej gęstości (ryc. 1.).

Autoriografia to stosunkowo nowa metoda, która ogromnie rozszerzyła możliwości zarówno mikroskopii świetlnej, jak i elektronowej. Jest to metoda wysoce nowoczesna, ze względu na rozwój fizyki jądrowej, która umożliwiła otrzymywanie radioaktywnych izotopów różnych pierwiastków. Autoriografia wymaga w szczególności izotopów tych pierwiastków, które są wykorzystywane przez komórkę lub mogą wiązać się z substancjami wykorzystywanymi przez komórkę i które mogą być podawane zwierzętom lub dodawane do hodowli w ilościach niezaburzających prawidłowego metabolizmu komórkowego. Ponieważ izotop promieniotwórczy (lub substancja nim oznaczona) uczestniczy w reakcjach biochemicznych w taki sam sposób jak jego niepromieniotwórczy odpowiednik, a jednocześnie emituje promieniowanie, drogę izotopów w organizmie można prześledzić różnymi metodami wykrywania radioaktywność. Jeden ze sposobów wykrywania radioaktywności opiera się na jej zdolności do oddziaływania na kliszę fotograficzną jak światło; ale promieniowanie radioaktywne przenika przez czarny papier używany do ochrony folii przed światłem i ma na folię taki sam wpływ jak światło.

W celu wykrycia promieniowania emitowanego przez izotopy promieniotwórcze na preparatach przeznaczonych do badań pod mikroskopem świetlnym lub elektronowym, preparaty powleka się w ciemnym pomieszczeniu specjalną emulsją fotograficzną, a następnie pozostawia na pewien czas w ciemności. Następnie preparaty są wywoływane (również w ciemności) i utrwalane. Obszary leku zawierające izotopy radioaktywne wpływają na znajdującą się pod spodem emulsję, w której pod wpływem emitowanego promieniowania pojawiają się ciemne „ziarna”. W ten sposób uzyskuje się radioautografy (w języku greckim. radio– promieniować, samochody– siebie i wykres- pisać).

Początkowo histolodzy mieli tylko kilka izotopów promieniotwórczych; na przykład w wielu wczesnych badaniach autoradiograficznych wykorzystywano radioaktywny fosfor, później zaczęto stosować znacznie więcej tych izotopów; Szczególnie powszechne zastosowanie znalazł radioaktywny izotop wodoru, tryt.

Autoriografia była i nadal jest bardzo szeroko stosowana do badania, gdzie i jak zachodzą określone reakcje biochemiczne w organizmie.

Związki chemiczne znakowane izotopami promieniotwórczymi, które służą do badania procesów biologicznych, nazywane są prekursorami.Prekursorami są zwykle substancje podobne do tych, które organizm otrzymuje z pożywienia; służą jako elementy budulcowe do budowy tkanek i są włączane do złożonych składników komórek i tkanek w taki sam sposób, w jaki włączane są do nich nieznakowane elementy budulcowe. Składnik tkanki, do którego wbudowany jest znakowany prekursor i który emituje promieniowanie, nazywany jest produktem.

Komórki hodowane w hodowli, chociaż należą do tego samego typu, będą w dowolnym momencie znajdować się na różnych etapach cyklu komórkowego, chyba że zostaną podjęte specjalne środki w celu zsynchronizowania ich cykli. Jednakże wprowadzając do komórek tryt-tymidynę, a następnie wykonując autoradiogramy, można określić czas trwania poszczególnych etapów cyklu. Czas rozpoczęcia jednego etapu – mitozy – można określić bez znakowanej tymidyny. W tym celu próbkę komórek z hodowli poddaje się obserwacji pod mikroskopem z kontrastem fazowym, co umożliwia bezpośrednie monitorowanie postępu mitozy i określenie czasu jej trwania. Czas trwania mitozy wynosi zwykle 1 godzinę, chociaż w niektórych typach komórek trwa to do 1,5 godziny.

Definicja czasu trwaniaG2-okres.

Aby określić czas trwania okresu G2, stosuje się metodę znaną jako tagi pulsu: Do hodowli komórkowej dodaje się znakowaną tymidynę, a po krótkim czasie pożywkę hodowlaną wymienia się na świeżą, aby zapobiec dalszemu pobieraniu znakowanej tymidyny przez komórki. W tym przypadku znacznik jest zawarty tylko w tych komórkach, które podczas krótkiego pobytu w pożywce z trytem-tymidyną znalazły się w okresie S cyklu komórkowego. Odsetek takich komórek jest niewielki i tylko niewielka część komórek otrzyma etykietę. Ponadto wszystkie komórki zawierające znacznik będą w interfazie – od komórek, które ledwo weszły w okres S, do tych, które prawie go ukończyły podczas ekspozycji na tryt-tymidynę. W próbce pobranej bezpośrednio po usunięciu znakowanej tymidyny znacznik zawarty jest jedynie w jądrach interfazy należących do komórek, które w okresie ekspozycji na znacznik znajdowały się w okresie S; komórki, które w tym okresie znajdowały się w stanie mitozy, pozostają nieoznakowane.

Jeśli następnie będziesz nadal pobierał próbki z hodowli w określonych odstępach czasu i dla każdej kolejnej próbki przygotowywał autoradiograf, to nadejdzie moment, w którym etykieta zacznie się pojawiać mitotycznyD-chromosomy. Znaczniki zostaną zawarte we wszystkich komórkach, które znajdowały się w okresie S w czasie obecności trytu-tymidyny w pożywce, a wśród tych komórek znajdą się te, które właśnie weszły w okres S i te, które już go prawie ukończyły. Jest całkiem oczywiste, że te ostatnie jako pierwsze spośród znakowanych komórek przejdą mitozę i dlatego znacznik zostanie wykryty w ich chromosomach mitotycznych. Zatem odstęp pomiędzy 1) momentem usunięcia znakowanej tymidyny z hodowli i 2) momentem pojawienia się znakowanych chromosomów mitotycznych będzie odpowiadał czasowi trwania okresu G2 cyklu komórkowego.

Definicja czasu trwaniaS-okres.

Ponieważ komórki znajdujące się na samym końcu okresu S w momencie wprowadzenia znacznika do pożywki jako pierwsze wejdą w mitozę, zatem w tych komórkach, w których okres S rozpoczyna się bezpośrednio przed etykieta zostanie usunięta, oznaczone chromosomy mitotyczne pojawią się jako ostatnie. Zatem gdybyśmy mogli określić odstęp pomiędzy momentem wejścia w mitozę komórek zaznaczonych jako pierwsze i komórek zaznaczonych jako ostatnie, ustalilibyśmy czas trwania okresu S. Jednakże, chociaż czas, w którym znakowane chromosomy mitotyczne pojawiają się po raz pierwszy, jest łatwy do określenia, nie można określić czasu, w którym ostatnie znakowane komórki wchodzą w mitozę (jest to utrudnione przez bardzo dużą liczbę znakowanych dzielących się komórek w tych ostatnich próbkach). Dlatego też czas trwania okresu S należy określić w inny sposób.

Badając autoradiogramy kolejnych próbek komórek pobranych w równych odstępach czasu, odkryto, że odsetek komórek noszących znacznik w swoich chromosomach mitotycznych stopniowo wzrasta, aż dosłownie wszystkie dzielące się komórki zostaną oznakowane. Jednakże, gdy komórki jedna po drugiej kończą mitozę, stają się oznakowanymi komórkami interfazowymi. Jako pierwsze dokończą mitozę komórki znakowane, które weszły do ​​niej jako pierwsze; i odpowiednio, spośród komórek ze znakowanymi chromosomami mitotycznymi, mitozę ukończyły jako ostatnie te, które weszły do ​​niej później niż wszystkie. Ponieważ czas trwania mitozy jest zawsze taki sam, to gdybyśmy mogli wyznaczyć odstęp pomiędzy: 1) czasem zakończenia mitozy w komórkach, które jako pierwsze zwróciły się ku znakowi, a 2) czasem zakończenia mitozy, mitozy w komórkach, które jako ostatnie włączyły znak, ustalilibyśmy czas trwania okresu S. Czas trwania S- Okres można łatwo ustalić poprzez określenie odstępu pomiędzy: 1) momentem, w którym 50% komórki mitotyczne w hodowli są nieznakowane oraz 2) moment, po którym kultura nie zawiera już 50% znakowanych komórek.

Wyznaczanie czasu generacji (całkowitego czasu trwania całego cyklu komórkowego).

Kontynuując pobieranie próbek komórek z hodowli, można zauważyć, że zaznaczone figury mitotyczne w pewnym momencie całkowicie znikają, a następnie pojawiają się ponownie. Takie dzielące się komórki są komórkami potomnymi pochodzącymi od komórek macierzystych, które włączyły znacznik będąc w okresie S w momencie ekspozycji na tryt-tymidynę. Te komórki macierzyste weszły w okres S, podzieliły się, a następnie przeszły drugą interfazę i drugi podział, to znaczy przeszły jeden pełny cykl i część następnego. Czas wymagany do zakończenia pełnego cyklu komórkowego nazywany jest czasem Pokolenie. Odpowiada odstępowi pomiędzy dwoma kolejnymi pikami wbudowania znacznika i zwykle odpowiada odstępowi między tymi punktami kolejnych rosnących krzywych, w których 50% figur mitotycznych zawiera znacznik.

Literatura.

A. Ham, D. Cormack „Histologia”, tom 1 Moskwa „MIR” 1982;

M.G. Abramov „Citologia kliniczna” Moskwa „MEDYCYNA” 1974;

Y.S. Chentsov „Cytologia ogólna”

Wyślij swoją dobrą pracę do bazy wiedzy jest prosta. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy wykorzystują bazę wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Państwu bardzo wdzięczni.

Wysłany dnia http://www.allbest.ru/

1. Cytologia

Cytologia (Grecki „cytos” - komórka, „logo” - nauka) - nauka O komórki. Cytologia studia Struktura I chemiczny mieszanina komórki, Funkcje komórki V ciało Zwierząt I rośliny, reprodukcja I rozwój komórki, urządzenie komórki Do warunki otaczający środowisko.

Nowoczesny cytologia - nauka złożony. Ona To ma najbardziej obcisły komunikacja Z inni biologiczny nauki ścisłe, Na przykład, Z botanika, zoologia, fizjologia, nauczanie o ewolucja organiczny pokój, A Również Z molekularny biologia, chemia, fizyka, matematyka.

Cytologia - jeden z młody biologiczny nauki ścisłe, jej wiek w pobliżu 100 lata. Wiek To samo termin "komórka" sumy w pobliżu 300 lata.

Odkrywanie komórka Jak najważniejsze jednostka żywy, cytologia trwa centralny pozycja V Liczba z biologiczny dyscypliny. Uczenie się komórkowy Budynki organizmy był Rozpoczęty mikroskopy XVII wieki, V XIX wiek był Utworzony zjednoczony Dla Całkowity organiczny pokój komórkowy teoria (T. Schwanna, 1839). W XX wiek szybko postęp cytologia przyczynił się nowy metody: elektroniczny mikroskopia, izotopowy wskaźniki, uprawa komórki I itp.

Nazwa "komórka" oferowany Anglik R. Hak więcej V 1665 G., Ale tylko V XIX wiek rozpoczął się jej systematyczny uczenie się. Pomimo NA To, Co komórki Móc Wchodzić V mieszanina różny organizmy I narządy (bakteria, kawior, erytrocyty, nerwowość I itp.) I nawet istnieć Jak niezależny (pierwotniaki) organizmy, V ich Struktura I Funkcje odkryty dużo ogólny. Chociaż oddzielny komórka Jest się bardzo prosty formularz życie, Struktura jej wystarczająco trudny…

1.1 Struktura komórki

Komórki Czy V międzykomórkowy substancja, dostarczanie ich mechaniczny wytrzymałość, odżywianie I oddech. Podstawowy Części każdy komórki - cytoplazma I rdzeń.

Komórka pokryty membrana, składający się z kilka warstwy Cząsteczki, dostarczanie wyborczy przepuszczalność Substancje. W cytoplazma usytuowany najmniejszy Struktury - organoidy. DO organoidy komórki odnieść się: endoplazmatyczny internet, rybosomy, mitochondria, lizosomy, złożony Golgiego, komórkowy Centrum.

1.1.1 Membrana

Jeśli rozważać V mikroskop komórka Niektóre rośliny, Na przykład, kręgosłup Łukasz, To to jest widoczne, Co ona otoczony stosunkowo gruby powłoka. Powłoka w ogóle inny Natura Cienki widoczny Na ogromny akson kałamarnica Ale Nie powłoka wybiera Który Substancje wpuść I Który Nie wpuść V akson. Powłoka komórki służy Jak zrobiłbym dodatkowy "ziemisty wał", Który otacza I chroni dom poddaństwo ściana - komórkowy membrana Z jej automatyczny bramy, lakierki, specjalny „obserwatorzy” majdan I inni niesamowity urządzenia.

"Membrana - poddany ściana komórki", Ale tylko V tom sens, Co ona ogrodzenia I chroni wewnętrzny treść komórki. Warzywo komórka Móc oddzielny z na wolnym powietrzu muszle. Móc zniszczyć powłoka Na bakteria. Następnie Może wydaje się Co Oni w ogóle Nic Nie rozdzielony z otaczający rozwiązanie - Ten Tylko sztuki galareta Z wewnętrzny inkluzje.

Nowy fizyczny metody, zanim Całkowity elektroniczny mikroskopia, Nie tylko dozwolony Z pewność zainstalować Dostępność membrany, Ale I rozważać Niektóre jej Detale.

Wewnętrzny treść komórki I jej membrana składać się V głównie z sam I te To samo atomy. Te atomy - węgiel, tlen, wodór, azot - usytuowany V początek stoły Mendelejew. NA elektroniczny zdjęcia cienki cięcie komórki membrany widoczny V formularz dwa ciemny linie. Ogólny grubość membrany Może Być Dokładnie wymierzony Z te kino. Ona równa się Całkowity 70-80 A (1A = 10-8 cm), te. V 10 tysiąc raz mniej grubość człowiek włosy

Więc, komórkowy membrana - Bardzo mały molekularny sito. Jednakże membrana - bardzo osobliwy sito. Jej pory szybciej przypomnieć długi wąski intymny stosunek dwojga ludzi V poddany ściana średniowieczny miasta. Wysokość I szerokość te intymny stosunek dwojga ludzi V 10 raz mniej długość. Z wyjątkiem Iść, V Ten sito dziury poznać Bardzo rzadko - pory zająć Na Niektóre komórki tylko jeden milionowy Część obszar membrany. Ten odpowiada Całkowity sam otwór NA obszar zwykły włosy sita Dla przesiew mąka, te. Z zwykły zwrotnica wizja membrana w ogóle Nie sito.

1.1.2 Rdzeń

Rdzeń - bardzo wyczuwalny I bardzo duży organoid komórki, Który Pierwszy przyciągany uwaga badacze. Komórkowy rdzeń (łac. jądro , grecki karion) otwarty V 1831 rok szkocki naukowcy Roberta Brązowy. Jego Móc porównywać Z cybernetyczny system, Gdzie To ma miejsce składowanie, recykling I audycja V cytoplazma ogromny Informacja, więzień V Bardzo mały tom. Rdzeń gra dom rola V dziedziczność. Rdzeń wykonuje Również funkcjonować powrót do zdrowia uczciwość komórkowy ciało (regeneracja), Jest regulator wszyscy życie przesyłki komórki. Formularz jądra częściej Całkowity kulisty Lub jajowaty. Najważniejsze złożony część jądra Jest chromatyna (z grecki chrom - kolor, kolorowanie) - substancja, Cienki barwiący jądrowy malatura.

Rdzeń rozdzielony z cytoplazma podwójnie membrana, Który bezpośrednio zawiązany Z endoplazmatyczny sieć I złożony Golgiego. NA jądrowy membrana odkryty pory, Poprzez Który (Jak I Poprzez zewnętrzny cytoplazmatyczny membrana) sam Substancje przechodzić łatwiej, Jak Inny, te. pory dostarczać wyborczy przepuszczalność membrany.

Wewnętrzny treść jądra wynosi jądrowy sok, pożywny przestrzeń między Struktury jądra. W rdzeń Zawsze obecny jeden Lub Niektóre jąderka. W jąderko powstają rybosomy. Dlatego między działalność komórki I rozmiar jąderka istnieje prosty połączenie: Jak bardziej aktywny przeciekają procesy biosynteza wiewiórka, te większy jąderka I, nawzajem, V komórki, Gdzie synteza wiewiórka ograniczony, jąderka Lub Bardzo mały, Lub w ogóle brakuje.

W rdzeń usytuowany nitkowaty Edukacja - chromosomy. W rdzeń komórki ciało osoba (z wyjątkiem seksualny) zawarte Przez 46 chromosomy. Chromosomy Czy przewoźnicy dziedziczny skłonności ciało, przekazywane z rodzice potomkowie.

Większość komórki zawiera jeden rdzeń, Ale istnieć I wielordzeniowy komórki (W wątroba, V mięśnie I itp.). Usuwanie jądra robi komórka nieopłacalne.

1.1.3 Cytoplazma

Cytoplazma - półpłynny błona śluzowa bezbarwny waga, zawierający 75-85% woda, 10-12% białka I aminokwasy, 4-6% węglowodany, 2-3% tłuszczu I lipidy, 1% nieorganiczny I inni Substancje. Cytoplazmatyczny treść komórki zdolny przenosić, Co promuje optymalny umieszczenie organoidy, najlepsze kurs Biochemiczne reakcje, przydział produkty giełda I itp. Warstwa cytoplazma formy różny Edukacja: rzęsy, wici, powierzchowny narośla

Cytoplazma przesiąknięty złożony siatka system, powiązany Z na wolnym powietrzu plazmatyczny membrana I składający się z przyległy między się kanaliki, bąbelki, spłaszczony torby. Taki siatka system o imieniu wakuolowy system.

1.1.4 Organoidy

Cytoplazma zawiera wiersz najmniejszy Struktury komórki - organoidy, Który dokonywać różny Funkcje. Organoidy dostarczać żywotna aktywność komórki.

Endoplazmatyczny internet.

Nazwa Ten organoid odzwierciedla miejsce Lokalizacja jego V centralny Części cytoplazma (Grecki „endon” - wewnątrz). EPS Jest się Bardzo rozgałęziony system kanaliki, rurki, bąbelki, czołgi różny wielkie ilości I kształty, ograniczony membrany z cytoplazma komórki.

EPS Zdarza się dwa typy: ziarnisty, składający się z kanaliki I czołgi, powierzchnia Który kropkowany ziarna (granulki) I ziarnisty, te. gładki (bez babcia). Babcie V endoplazmatyczny sieci żaden Co Inny, Jak rybosomy. Ciekawy, Co V komórki zarodki Zwierząt zauważony V głównie ziarnisty EPS, A Na dorośli ludzie formy - ziarnisty. Porozumiewawczy Co rybosomy V cytoplazma podawać miejsce synteza wiewiórka, Móc przypuszczać Co ziarnisty EPS przeważa V komórki, aktywnie synteza białko. Rozważać, Co ziarnisty internet V większy stopni pod warunkiem, że V te komórki, Gdzie nadchodzący aktywny synteza lipidy (tłuszcz I tłusty Substancje).

Obydwa Uprzejmy endoplazmatyczny sieci Nie tylko brać udział V synteza organiczny Substancje Ale I gromadzić I transport ich Do miejsca spotkania regulować giełda Substancje między komórka I otaczający jej środowisko.

Rybosomy.

Rybosomy - Nie membrana komórkowy organoidy, składający się z kwas rybonukleinowy kwasy I wiewiórka. Ich wewnętrzny Struktura W na wiele sposobów więcej pozostaje tajemnica. W elektroniczny mikroskop Oni Posiadać pogląd bułczasty Lub w kształcie grzyba granulki

Każdy rybosomy podzielony rowek NA duży I mały Części (podjednostki). Często Niektóre rybosomy zjednoczyć nitka specjalny kwas rybonukleinowy kwasy (RNA), zwany informacyjny (i-RNA). Rybosomy przeprowadzać coś unikalny funkcjonować synteza białko Cząsteczki z aminokwasy.

Złożony Golgiego.

Produkty biosynteza przyjechać V luki ubytki I kanaliki EPS, Gdzie Oni koncentrować V specjalny aparat - złożony Golgiego, usytuowany zamknąć jądra. Złożony Golgiego uczestniczy V transport produkty biosynteza Do powierzchnie komórki I V usuwanie ich z komórki, V tworzenie lizosomy I itp.

Złożony Golgiego był otwarty Włoski cytolog Camilio Golgiego (1844 - 1926) I V 1898 rok był o imieniu "złożony (według urządzenia) Golgiego.” wiewiórki, rozwinięty V rybosomy, przyjechać V złożony Golgiego, A Gdy Oni wymagany do innego organoid, To Część złożony Golgiego rozdzielony, I białko dostarczony V wymagany miejsce.

Lizosomy.

Lizosomy (z grecki „liseo” - Rozpuszczam się I "soma" - ciało) - Ten organoidy komórki owalny kształty, otoczony pojedyncza warstwa membrana. W ich usytuowany zestaw enzymy, Który zniszczyć białka, węglowodany, lipidy. W sprawa szkoda lizosomalny membrany enzymy początek podział I zniszczyć wewnętrzny treść komórki, I ona umiera.

Komórkowy Centrum.

Komórkowy Centrum Móc przestrzegać V komórki, zdolny udział. On składa się z z dwa w kształcie pręta Byk - centriole. Chwila w pobliżu jądra I złożony Golgiego, komórkowy Centrum uczestniczy V proces podziały komórki, V Edukacja wrzeciona dział.

Energia organoidy.

Mitochondria (Grecki „mito” - wątek, „chondrion” - granulka) zwany energia stacje komórki. Ten Nazwa jest ustalany przez te Co Dokładnie V mitochondria dzieje się ekstrakcja energia, więzień V pożywny Substancje. Formularz mitochondria zmienny, Ale częściej Całkowity Oni Posiadać pogląd wątki Lub granulki Wymiary I numer ich Również zmienny I zależeć z funkcjonalny działalność komórki.

NA elektroniczny mikrofotografie to jest widoczne, Co mitochondria składać się z dwa membrany: na wolnym powietrzu I wewnętrzny. Wewnętrzny membrana formy narośla, zwany Christami, Który całkowicie pokryty enzymy. Dostępność Krystian wzrasta ogólny powierzchnia mitochondria, Co ważny Dla aktywny zajęcia enzymy.

W mitochondria odkryty ich konkretny DNA I rybosomy. W komunikacja Z Ten Oni na własną rękę zwielokrotniać Na dział komórki.

Chloroplasty - Przez formularz przypomnieć dysk Lub piłka Z podwójnie powłoka - na wolnym powietrzu I wewnętrzny. Wewnątrz chloroplast Również dostępny DNA, rybosomy I specjalny membrana Struktury - ziarna, powiązany między się I wewnętrzny membrana chloroplast. W membrany babcia I usytuowany chlorofil. Dzięki chlorofil V chloroplasty dzieje się transformacja energia słoneczny Swieta V chemiczny energia ATP (adenozynotrifosforan). Energia ATP używany V chloroplasty Dla synteza węglowodany z dwutlenek węgla gaz I woda.

1.1.5 Komórkowy włączenie

DO komórkowy inkluzje odnieść się węglowodany, tłuszcze I białka.

Węglowodany. Węglowodany składać się z węgiel, wodór I tlen. DO węglowodany odnieść się glukoza, glikogen (zwierzę skrobia). Wiele węglowodany Cienki rozpuszczalny V woda I Czy główny źródła energia Dla realizacja wszyscy życie procesy. Na rozpad jeden gramy węglowodany uwolnione 17,2 kJ energia.

Tłuszcze. Tłuszcze wykształcony te To samo chemiczny elementy, Co I węglowodany. Tłuszcze nierozpuszczalny V woda. Oni dołączony V mieszanina komórkowy membrany Tłuszcze Również podawać zapasowy źródło energia V ciało. Na kompletny rozdzielać jeden gramy tłuszcz uwolnione 39, 1 kJ energia.

Wiewiórki. Wiewiórki Czy główny Substancje komórki. Wiewiórki składać się z węgiel, wodór, tlen, azot, siarka. Często V mieszanina wiewiórka dołączony fosfor. Wiewiórki podawać główny budowa materiał. Oni brać udział V tworzenie membrany komórki, jądra, cytoplazma, organoidy. Wiele wiewiórki dokonywać rola enzymy (akceleratory prądy chemiczny reakcje). W jeden klatka szybowa tam są zanim 1000 różny białka. Na rozpad białka V ciało uwolnione około taki To samo ilość energia, Jak I Na rozdzielać węglowodany.

Wszystko te Substancje gromadzić V cytoplazma komórki V formularz krople I ziarna różny wielkie ilości I formy. Oni cyklicznie są syntetyzowane V klatka szybowa I są używane V proces giełda Substancje.

2. Funkcje komórki

Komórka ma różny Funkcje: dział komórki, giełda Substancje I drażliwość.

2.1 Dział komórki

Dział - Ten pogląd reprodukcja komórki. W czas podziały komórki Cienki zauważalny chromosomy. Zestaw chromosomy V komórki ciała, Charakterystyka Dla dany Uprzejmy rośliny I Zwierząt, zwany kariotyp.

W każdy wielokomórkowy ciało istnieje dwa Uprzejmy komórki - somatyczny (komórki ciało) I seksualny komórki Lub gamety. W seksualny komórki numer chromosomy V dwa czasy mniej, Jak V somatyczny. W somatyczny komórki Wszystko chromosomy przedstawione W parach - taki zestaw zwany diploidalny I oznaczony przez 2 N . Debel chromosomy (ten sam Przez rozmiar, formularz, Struktura) są nazywane homologiczny.

W seksualny komórki każdy z chromosomy V pojedynczy numer. Taki zestaw zwany haploidalny I oznaczony przez N .

Bardzo rozpowszechniony sposób podziały somatyczny komórki Jest mitoza. W czas mitoza komórka Karnety wiersz kolejny gradacja Lub fazy V wynik Który każdy pomocniczy komórka otrzymuje taki To samo zestaw chromosomy Który był Na macierzyński komórki.

W czas przygotowanie komórki Do dział - V okres interfaza (okres między dwa dzieje podziały) numer chromosomy debel. Przed siebie każdy oryginalny chromosomy z dostępny V klatka szybowa chemiczny znajomości zsyntetyzowane jej dokładny Kopiuj. Podwojone chromosom składa się z z dwa połówki - chromatyda. Każdy z chromatyda zawiera jeden cząsteczka DNA. W okres interfaza V klatka szybowa dzieje się proces biosynteza wiewiórka, podwójnie Również Wszystko najważniejsze Struktury komórki. Czas trwania interfaza V przeciętny 10-20 godziny. Następnie pochodzi proces podziały komórki - mitoza.

W czas mitoza komórka Karnety następny cztery fazy: profaza, metafaza, anafaza I telofaza.

W profaza Cienki widoczny centriole - organoidy, gra niektórzy rola V dział spółki zależne chromosomy. Centriole udział I odchodzić Do różny słupy. Z ich rozciągnij się wątki, formowanie wrzeciono podziały Który reguluje rozbieżność chromosomy Do słupy rozszczepialny komórki. W koniec profaza jądrowy powłoka rozpada się znika jąderko, chromosomy spirala I są skrócone.

Metafaza scharakteryzowany dostępność Cienki widoczny chromosomy usytuowany V równikowy samolot komórki. Każdy chromosom składa się z z dwa chromatyda I To ma duszenie - centromer, Do Który są dołączone wątki wrzeciona dział. Po podziały centromery każdy chromatyda staje się niezależny pomocniczy chromosom.

W anafaza spółki zależne chromosomy odchodzić Do różny słupy komórki.

W ostatni gradacja - telofaza - chromosomy Ponownie są promowane I nabywać pogląd długi cienki wątki Wokół ich powstaje jądrowy powłoka, V rdzeń się tworzy jąderko.

W proces podziały cytoplazma Wszystko jej organoidy równomiernie Rozpowszechniane między spółki zależne komórki. Wszystko proces mitoza trwa zazwyczaj 1-2 godziny.

W wynik mitoza Wszystko spółki zależne komórki zawierać To samo zestaw chromosomy I sam I te To samo geny. Stąd, mitoza - Ten sposób podziały komórki, składający się V dokładny dystrybucja genetyczny materiał między spółki zależne komórki, Zarówno spółki zależne komórki Dostawać diploidalny zestaw chromosomy.

Biologiczny oznaczający mitoza ogromny. Operacja narządy I tekstylia wielokomórkowy ciało był zrobiłbym niemożliwe bez ochrona ten sam genetyczny materiał V niezliczony komórkowy pokolenia. Mitoza zapewnia taki ważny procesy aktywność życiowa, Jak embrionalny rozwój, wysokość, utrzymywanie strukturalny uczciwość tekstylia Na stały strata komórki V proces ich funkcjonowanie (wymiana martwy erytrocyty, nabłonek jelita I itp.), powrót do zdrowia narządy I tekstylia Po szkoda.

2.2 Giełda Substancje

Główny funkcjonować komórki - giełda Substancje. Z międzykomórkowy Substancje V komórki stale przyjechać pożywny Substancje I tlen I wyróżniać się produkty rozkład. Więc, komórki osoba absorbować tlen, woda, glukoza, aminokwasy, minerał sól, witaminy, A wycofać węglowy gaz, woda, mocznik, moczowy kwas I itp.

Zestaw Substancje osobliwy komórki osoba, nieodłączny I wiele inni komórki żywy organizmy: wszyscy Zwierząt komórki, Niektóre mikroorganizmy U komórki zielony rośliny postać Substancje znacznie Inny: żywność Substancje Na ich makijaż węglowy gaz I woda, A wyróżnia się tlen. U Niektóre bakterie, bakterie mieszkający NA korzenie rośliny strączkowe rośliny (Wika, groszek, koniczyna, soja), żywność substancja służy azot atmosfera, A są wyświetlane sól azot kwasy. U mikroorganizm utknięcie V szamba doły I NA bagna, żywność substancja służy siarkowodór, A wyróżnia się siarka, pokrycie powierzchnia woda I gleba żółty nalot siarka.

Więc sposób, Na komórki różny organizmy postać żywność I asygnowany Substancje jest różny Ale ogólny prawo ważny Dla wszyscy: Do widzenia komórka żywy dzieje się ciągły ruch Substancje - z zewnętrzny środowisko V komórka I z komórki W zewnętrzny Środa.

Giełda Substancje wykonuje dwa Funkcje. Pierwszy funkcjonować - bezpieczeństwo komórki budowa materiał. Z Substancje przychodzące V klatka szybowa, - aminokwasy, glukoza, organiczny kwasy, nukleotydy - V klatka szybowa bez przerwy dzieje się biosynteza białka, węglowodany, lipidy, nukleinowy kwasy Biosynteza - Ten Edukacja białka, tłuszcze, węglowodany I ich znajomości z więcej prosty Substancje. W proces biosynteza powstają Substancje, Charakterystyka niektórzy komórki ciało. Na przykład, V komórki mięśnie są syntetyzowane białka, dostarczanie ich zmniejszenie. Z białka, węglowodany, lipidy, nukleinowy kwasy się tworzy ciało komórki, jej membrany, organoidy. Reakcje biosynteza zwłaszcza aktywnie idą V młody, rozwój komórki. Jednakże biosynteza Substancje stale dzieje się V komórki, ukończył wysokość I rozwój, Więc Jak chemiczny mieszanina komórki V przepływ jej życie wiele razy jest aktualizowany. Odkryty Co "czas trwania życie" Cząsteczki białka komórki waha się z 2-3 godziny zanim kilka dni. Po Ten termin ostateczny Oni są zniszczone I są wymieniane Ponownie zsyntetyzowane. Więc sposób, komórka oszczędza Funkcje I chemiczny mieszanina.

...

Podobne dokumenty

Nauka o komórkach - jednostkach strukturalnych i funkcjonalnych prawie wszystkich żywych organizmów. Stworzenie teorii komórki. Odkrycie protoplazmy, podstawowe właściwości żywych komórek. Rozwój nowych metod w cytologii. Prawa ciągłości i dziedziczności genetycznej.

streszczenie, dodano 06.04.2010


Skład chemiczny komórek, funkcje struktur wewnątrzkomórkowych, funkcje komórek w organizmie zwierząt i roślin, rozmnażanie i rozwój komórek, adaptacja komórek do warunków środowiskowych. Założenia teorii komórki według M. Schleidena i T. Schwanna.

prezentacja, dodano 17.12.2013


Cytologia to nauka o komórkach – jednostkach strukturalnych i funkcjonalnych prawie wszystkich żywych organizmów. Podstawowe zasady teorii komórki. Otwarcie komórki. Podstawowe właściwości żywych komórek. Odkrycie prawa dziedziczności. Osiągnięcia współczesnej cytologii.

test, dodano 28.10.2009


Budowa i funkcje błony komórkowej. Skład chemiczny komórki. Zawartość pierwiastków chemicznych. Biologia komórki nowotworowej. Klonowanie komórek zwierzęcych. Czy była tam Dolly? Czy klonowanie jest kluczem do wiecznej młodości? Hodowla komórek roślinnych.

streszczenie, dodano 16.01.2005


Cytologia to nauka zajmująca się badaniem struktury, funkcji i ewolucji komórek. Historia badań komórek, pojawienie się pierwszych mikroskopów. Otwarcie warsztatu przyrządów optycznych w Rosji. Historia rozwoju teorii komórki, jej główne założenia we współczesnej biologii.

prezentacja, dodano 23.03.2010


Podstawy technik histologicznych. Cytochemiczne metody badania komórek i tkanek. Zewnętrzna błona cytoplazmatyczna, rodzaje i pochodzenie plastydów, ich budowa i funkcje. Mejoza (podział komórek redukcyjnych), jej fazy i znaczenie biologiczne.

test, dodano 07.06.2010


Cytologia jako dziedzina biologii, nauka o komórkach, jednostki strukturalne wszystkich organizmów żywych, przedmiot i metody jej badań, historia powstawania i rozwoju. Etapy badań komórki jako elementarnej jednostki organizmu żywego. Rola komórki w ewolucji organizmów żywych.

test, dodano 13.08.2010


Technika przygotowania preparatów histologicznych do mikroskopii świetlnej, główne etapy tego procesu i wymagania dotyczące warunków jego realizacji. Metody badawcze w histologii i cytologii. Przybliżony schemat barwienia preparatów hematoksyliny i eozyny.

test, dodano 10.08.2013


Histologia to nauka o strukturze, rozwoju i aktywności życiowej tkanek organizmów zwierzęcych oraz ogólnych prawach organizacji tkanek; koncepcja cytologii i embriologii. Podstawowe metody badania histologicznego; przygotowanie preparatu histologicznego.

prezentacja, dodano 23.03.2013


Metody badania komórek, ich zależność od rodzaju soczewki mikroskopu. Założenia teorii komórki. Komórki pochodzenia zwierzęcego i roślinnego. Fagocytoza polega na wchłanianiu przez komórkę gęstych cząstek ze środowiska. Podejścia do leczenia chorób dziedzicznych.

Treść artykułu

CYTOLOGIA, nauka o komórkach - jednostkach strukturalnych i funkcjonalnych prawie wszystkich żywych organizmów. W organizmie wielokomórkowym wszystkie złożone przejawy życia powstają w wyniku skoordynowanej aktywności tworzących go komórek. Zadaniem cytologa jest ustalenie, jak zbudowana jest żywa komórka i jak pełni ona swoje normalne funkcje. Patomorfolodzy również badają komórki, ale interesują ich zmiany zachodzące w komórkach podczas choroby lub po śmierci. Pomimo tego, że naukowcy już dawno zgromadzili wiele danych na temat rozwoju i budowy zwierząt i roślin, dopiero w 1839 roku sformułowano podstawowe pojęcia teorii komórki i rozpoczął się rozwój współczesnej cytologii.

Komórki to najmniejsze jednostki życia, o czym świadczy zdolność tkanek do rozpadu na komórki, które mogą następnie żyć w „tkankach” lub hodowli komórkowej i rozmnażać się jak maleńkie organizmy. Według teorii komórkowej wszystkie organizmy składają się z jednej lub wielu komórek. Istnieje kilka wyjątków od tej reguły. Przykładowo w ciele śluzowców (myxomycetes) i niektórych bardzo małych płazińców komórki nie są od siebie oddzielone, lecz tworzą mniej lub bardziej stopioną strukturę – tzw. syncyt. Można jednak uznać, że struktura ta powstała wtórnie w wyniku zniszczenia odcinków błon komórkowych, które były obecne u ewolucyjnych przodków tych organizmów. Wiele grzybów rośnie, tworząc długie nitkowate rurki lub strzępki. Te strzępki, często podzielone przegrodami - przegrodami - na segmenty, można również uznać za osobliwe wydłużone komórki. Ciała protistów i bakterii składają się z jednej komórki.

Istnieje jedna istotna różnica między komórkami bakteryjnymi a komórkami wszystkich innych organizmów: jądra i organelle („małe narządy”) komórek bakteryjnych nie są otoczone błonami i dlatego komórki te nazywane są prokariotycznymi („przedjądrowymi”); wszystkie inne komórki nazywane są eukariotycznymi (z „prawdziwymi jądrami”): ich jądra i organelle są otoczone błonami. Artykuł ten dotyczy wyłącznie komórek eukariotycznych.

Otwarcie komórki.

Badanie najmniejszych struktur organizmów żywych stało się możliwe dopiero po wynalezieniu mikroskopu, tj. po 1600 r. Pierwszy opis i obrazy komórek podał w 1665 r. angielski botanik R. Hooke: badając cienkie skrawki suszonego korka odkrył, że „składają się one z wielu pudełek”. Hooke nazwał każde z tych pudełek komórką („komorą”). Włoski badacz M. Malpighi (1674), holenderski naukowiec A. van Leeuwenhoek i Anglik N. Grew (1682) wkrótce dostarczyli wielu danych demonstrujących strukturę komórkową roślin. Jednak żaden z tych obserwatorów nie zdawał sobie sprawy, że naprawdę ważną substancją był galaretowaty materiał wypełniający komórki (później zwany protoplazmą), a „komórki”, które wydawały im się tak ważne, to po prostu martwe celulozowe pudełka zawierające tę substancję. Do połowy XIX wieku. W pracach wielu naukowców widoczne były już początki pewnej „teorii komórkowej” jako ogólnej zasady strukturalnej. W 1831 r. R. Brown ustalił istnienie jądra komórkowego w komórce, lecz nie docenił w pełni wagi swojego odkrycia. Wkrótce po odkryciu Browna kilku naukowców przekonało się, że jądro jest zanurzone w półpłynnej protoplazmie wypełniającej komórkę. Początkowo za podstawową jednostkę budowy biologicznej uważano włókno. Jednak już na początku XIX w. Prawie wszyscy zaczęli uznawać strukturę zwaną pęcherzykiem, kuleczką lub komórką za niezbędny element tkanek roślinnych i zwierzęcych.

Stworzenie teorii komórki.

Ilość bezpośrednich informacji o komórce i jej zawartości ogromnie wzrosła po roku 1830, kiedy dostępne stały się ulepszone mikroskopy. Następnie w latach 1838–1839 nastąpiło tak zwane „wykończenie mistrza”. Botanik M. Schleiden i anatom T. Schwann niemal jednocześnie wysunęli ideę struktury komórkowej. Schwann ukuł termin „teoria komórki” i przedstawił tę teorię społeczności naukowej. Zgodnie z teorią komórkową wszystkie rośliny i zwierzęta składają się z podobnych jednostek - komórek, z których każda ma wszystkie właściwości żywej istoty. Teoria ta stała się kamieniem węgielnym całego współczesnego myślenia biologicznego.

Odkrycie protoplazmy.

Początkowo niezasłużenie wiele uwagi poświęcono ścianom komórkowym. Natomiast F. Dujardin (1835) opisał żywą galaretę występującą w organizmach jednokomórkowych i robakach, nazywając ją „sarcodą” (tj. „przypominającą mięso”). Ta lepka substancja była jego zdaniem obdarzona wszystkimi właściwościami istot żywych. Schleiden również odkrył drobnoziarnistą substancję w komórkach roślinnych i nazwał ją „śluzem roślinnym” (1838). Osiem lat później G. von Mohl użył terminu „protoplazma” (użytego w 1840 r. przez J. Purkinje na określenie substancji, z której we wczesnych stadiach rozwoju powstają zarodki zwierzęce) i zastąpił nim termin „śluz roślinny”. W 1861 roku M. Schultze odkrył, że sarkoda występuje także w tkankach zwierząt wyższych i że substancja ta jest identyczna zarówno strukturalnie, jak i funkcjonalnie z tzw. protoplazma roślinna. Na tę „fizyczną podstawę życia”, jak ją później zdefiniował T. Huxley, przyjęto ogólny termin „protoplazma”. Koncepcja protoplazmy odegrała w swoim czasie ważną rolę; jednakże od dawna było jasne, że protoplazma nie jest jednorodna ani pod względem składu chemicznego, ani struktury, i termin ten stopniowo wyszedł z użycia. Obecnie za główne składniki komórki uważa się jądro, cytoplazmę i organelle komórkowe. Połączenie cytoplazmy i organelli praktycznie odpowiada temu, co mieli na myśli pierwsi cytologowie, mówiąc o protoplazmie.

Podstawowe właściwości żywych komórek.

Badania żywych komórek rzuciły światło na ich funkcje życiowe. Stwierdzono, że te ostatnie można podzielić na cztery kategorie: mobilność, drażliwość, metabolizm i reprodukcja.

Ruchliwość objawia się w różnych postaciach: 1) wewnątrzkomórkowy przepływ zawartości komórki; 2) przepływ, który zapewnia ruch komórek (na przykład komórek krwi); 3) bicie drobnych procesów protoplazmatycznych - rzęsek i wici; 4) kurczliwość, najbardziej rozwinięta w komórkach mięśniowych.

Drażliwość wyraża się w zdolności komórek do postrzegania bodźca i reagowania na niego impulsem lub falą pobudzenia. Aktywność ta wyraża się w największym stopniu w komórkach nerwowych.

Metabolizm obejmuje wszelkie przemiany materii i energii zachodzące w komórkach.

Rozmnażanie jest zapewnione przez zdolność komórki do dzielenia się i tworzenia komórek potomnych. To zdolność do samoreprodukcji pozwala uważać komórki za najmniejsze jednostki życia. Jednak wiele wysoce zróżnicowanych komórek utraciło tę zdolność.

CYTOLOGIA JAKO NAUKA

Pod koniec XIX wieku. Główna uwaga cytologów została skierowana na szczegółowe badanie budowy komórek, procesu ich podziału i wyjaśnienia ich roli jako najważniejszych jednostek zapewniających fizyczne podstawy dziedziczności i procesu rozwoju.

Opracowanie nowych metod.

Początkowo badając szczegóły budowy komórki, trzeba było polegać głównie na badaniu wizualnym materiału martwego, a nie żywego. Potrzebne były metody, które umożliwiłyby zachowanie protoplazmy bez jej uszkodzenia, wykonanie wystarczająco cienkich skrawków tkanki przechodzących przez składniki komórkowe, a także barwienie skrawków w celu ukazania szczegółów struktury komórkowej. Metody takie powstawały i udoskonalane były przez całą drugą połowę XIX wieku. Udoskonalono także sam mikroskop. Do ważnych osiągnięć w jego konstrukcji należą: oświetlacz umieszczony pod stołem, który skupia wiązkę światła; soczewka apochromatyczna korygująca niedoskonałości kolorystyczne zniekształcające obraz; soczewka immersyjna zapewniająca wyraźniejszy obraz i powiększenie 1000 razy lub więcej.

Stwierdzono również, że barwniki zasadowe, takie jak hematoksylina, mają powinowactwo do zawartości jądrowej, podczas gdy barwniki kwasowe, takie jak eozyna, plamią cytoplazmę; obserwacja ta posłużyła jako podstawa do opracowania różnych metod barwienia kontrastowego lub różnicowego. Dzięki tym metodom i udoskonalonym mikroskopom stopniowo gromadziły się najważniejsze informacje o budowie komórki, jej wyspecjalizowanych „organach” i różnych nieożywionych wtrąceniach, które sama komórka syntetyzuje lub absorbuje i gromadzi.

Prawo ciągłości genetycznej.

Koncepcja ciągłości genetycznej komórek miała fundamentalne znaczenie dla dalszego rozwoju teorii komórki. Swego czasu Schleiden uważał, że komórki powstają w wyniku swego rodzaju krystalizacji z płynu komórkowego, a Schwann poszedł jeszcze dalej w tym błędnym kierunku: jego zdaniem komórki powstały z pewnego płynu „blastemowego” znajdującego się na zewnątrz komórek.

Najpierw botanicy, a następnie zoologowie (po wyjaśnieniu sprzeczności w danych uzyskanych z badania niektórych procesów patologicznych) uznali, że komórki powstają jedynie w wyniku podziału już istniejących komórek. W 1858 r. R. Virchow sformułował prawo ciągłości genetycznej w aforyzmie „Omnis cellula e cellula” („Każda komórka jest komórką”). Kiedy ustalono rolę jądra w podziale komórkowym, W. Flemming (1882) sparafrazował ten aforyzm, stwierdzając: „Omnis jądro e jądro” („Każde jądro pochodzi z jądra”). Jednym z pierwszych ważnych odkryć w badaniu jądra było odkrycie w nim intensywnie zabarwionych nici zwanych chromatyną. Późniejsze badania wykazały, że podczas podziału komórki nici te łączą się w odrębne ciała - chromosomy, że liczba chromosomów jest stała dla każdego gatunku, a w procesie podziału komórki, czyli mitozy, każdy chromosom jest dzielony na dwa, tak że każda komórka otrzymuje typową dla danego gatunku liczbę chromosomów. W konsekwencji aforyzm Virchowa można rozszerzyć na chromosomy (nosiciele cech dziedzicznych), ponieważ każdy z nich pochodzi z już istniejącego.

W 1865 roku ustalono, że męska komórka rozrodcza (plemnik, czyli plemnik) jest pełnoprawną, choć wysoce wyspecjalizowaną komórką, a 10 lat później O. Hertwig prześledził drogę plemnika w procesie zapłodnienia komórki jajowej. I wreszcie w 1884 r. E. van Beneden wykazał, że podczas powstawania zarówno plemnika, jak i komórki jajowej dochodzi do zmodyfikowanego podziału komórek (mejozy), w wyniku czego otrzymują one jeden zestaw chromosomów zamiast dwóch. Zatem każdy dojrzały plemnik i każde dojrzałe jajo zawiera tylko połowę liczby chromosomów w porównaniu z resztą komórek danego organizmu, a podczas zapłodnienia po prostu przywracana jest normalna liczba chromosomów. W rezultacie zapłodnione jajo zawiera po jednym zestawie chromosomów od każdego z rodziców, co stanowi podstawę dziedziczenia cech zarówno po linii ojcowskiej, jak i matczynej. Ponadto zapłodnienie stymuluje początek fragmentacji jaja i rozwój nowego osobnika.

Pomysł, że chromosomy zachowują swoją tożsamość i ciągłość genetyczną z jednego pokolenia komórek na drugie, powstał ostatecznie w 1885 r. (Rabel). Wkrótce ustalono, że chromosomy różnią się między sobą jakościowo pod względem wpływu na rozwój (T. Boveri, 1888). Dane eksperymentalne zaczęły także przemawiać na korzyść postawionej wcześniej hipotezy V.Ru (1883), zgodnie z którą nawet poszczególne części chromosomów wpływają na rozwój, strukturę i funkcjonowanie organizmu.

Zatem jeszcze przed końcem XIX w. wyciągnięto dwa ważne wnioski. Jednym z nich było to, że dziedziczność jest wynikiem ciągłości genetycznej komórek zapewnianej przez podział komórek. Inną rzeczą jest to, że istnieje mechanizm przekazywania cech dziedzicznych, który znajduje się w jądrze, a dokładniej w chromosomach. Stwierdzono, że dzięki ścisłej, podłużnej segregacji chromosomów komórki potomne otrzymują dokładnie taką samą (jakościową i ilościową) budowę genetyczną jak komórka pierwotna, z której pochodzą.

Prawa dziedziczności.

Drugi etap rozwoju cytologii jako nauki obejmuje lata 1900–1935. Nastąpiło ono po ponownym odkryciu w 1900 r. podstawowych praw dziedziczności sformułowanych przez G. Mendla w 1865 r., ale nie przykuwających uwagi i na długi czas skazanych na zapomnienie. Cytolodzy, choć w dalszym ciągu zajmowali się fizjologią komórki i jej organelli, takich jak centrosom, mitochondria i aparat Golgiego, skupili swoją główną uwagę na strukturze chromosomów i ich zachowaniu. Prowadzone w tym samym czasie eksperymenty krzyżowania szybko zwiększyły ilość wiedzy na temat sposobów dziedziczenia, co doprowadziło do wyłonienia się współczesnej genetyki jako nauki. W rezultacie wyłoniła się „hybrydowa” gałąź genetyki – cytogenetyka.

OSIĄGNIĘCIA WSPÓŁCZESNEJ CYTOLOGII

Nowe techniki, zwłaszcza mikroskopia elektronowa, wykorzystanie izotopów promieniotwórczych i wirowanie z dużą prędkością, opracowane po latach czterdziestych XX wieku, poczyniły ogromne postępy w badaniu struktury komórek. Opracowując ujednoliconą koncepcję fizykochemicznych aspektów życia, cytologia coraz bardziej zbliża się do innych dyscyplin biologicznych. Jednocześnie jej klasyczne metody, polegające na utrwalaniu, barwieniu i badaniu komórek pod mikroskopem, nadal zachowują znaczenie praktyczne.

Metody cytologiczne stosowane są zwłaszcza w hodowli roślin w celu określenia składu chromosomowego komórek roślinnych. Badania takie są bardzo pomocne w planowaniu krzyży eksperymentalnych i ocenie uzyskanych wyników. Podobną analizę cytologiczną przeprowadza się na komórkach ludzkich: pozwala ona zidentyfikować niektóre choroby dziedziczne związane ze zmianami liczby i kształtu chromosomów. Taka analiza w połączeniu z badaniami biochemicznymi wykorzystywana jest np. przy amniopunkcji w celu diagnostyki wad dziedzicznych u płodu. DZIEDZICZNOŚĆ.

Jednak najważniejszym zastosowaniem metod cytologicznych w medycynie jest diagnostyka nowotworów złośliwych. W komórkach nowotworowych, zwłaszcza w ich jądrach, zachodzą specyficzne zmiany, rozpoznawane przez doświadczonych patologów.