Все про вагітність, пологи
і виховання малюка

Методи вивчення життєдіяльності клітини. Біологія

25-03-2018, 16:21
247
0
Першою людиною, на власні очі побачив клітинну будову живого організму, був винахідник мікроскопа Роберт Гук. В 1665 році він розглянув клітинну будову кори дуба. З тих пір будову мікроскопів і методи вивчення життєдіяльності клітин пішли далеко вперед. І продовжують розвиватися, даючи вченим все новий і новий матеріал для досліджень і теорій функціонування структурних одиниць усього живого на нашій планеті.

Найвідоміші імена в історії вивчення клітини

Роберт Гук, який займався вивченням будови рослинної клітини, вважав, що живими є їх стінки, а не вміст. Через 10 років італійський лікар Марчелло Мальпігі запропонував першу клітинну теорію будови рослин. Він вважав, що всі органи рослин утворені клітинами, в яких є цитоплазма. Ентоні ван Левенгук розглянув еритроцити крові і сперматозоїди людини, а відомий зоолог з Франції Жан Батист Ламарк допустив, що всі живі організми будуються з клітин. Положення сучасної клітинної теорії ввели німецькі біологи Теодор Шванн і Матіас Шлейден, а доповнив її російський патологоанатом Рудольф Вирхов. Так зародилася нова наука про клітинах, і сталося це в 1839 році, коли на озброєнні біологів були тільки світлові мікроскопи і досить убогий арсенал знань.


Методи вивчення життєдіяльності клітини. Біологія

Яка наука займається вивченням життєдіяльності клітин?

Завдання біолога-цитолога – встановити будову клітини, її структурних компонентів, законів життєдіяльності та нормального функціонування. Наука цитологія, від грецького слова "cytoc" – "клітка", крім перерахованого, вивчає поява і смерть клітин, процеси розмноження. На кордоні цих знань знаходиться патоморфологія клітин, клінічна цитологія – науки, які описують і вивчають патологічні стану клітини. Біохімія та біофізика клітини вивчає основи процесів її життєдіяльності. А генетика клітини вивчає закони спадковості і перерозподілу матеріалу спадковості на клітинному рівні. І кожна з перерахованих галузей біології має свій план і методи вивчення життєдіяльності клітини. Познайомимося з самими важливими з цих методів, якими володіють сучасні біологи.

Перші мікроскопи

Історично першими приладами для вивчення клітин були світлові мікроскопи. Принцип їх роботи полягає в тому, що через прозорий об'єкт проходять промені світла, які після цього потрапляють в систему збільшувальних лінз. Сучасні світлові мікроскопи дають можливість збільшення об'єкта спостереження в 2 тисячі разів. Але можливості його обмежуються роздільною здатністю – мінімальною відстанню між двома точками, коли їх ще видно як окремі об'єкти. Межі цієї здатності – фізичні особливості природи світла, довжина світлової хвилі. Найкращий сучасний світловий мікроскоп дозволяє побачити структури з відстанню між елементами в 025 мікрометра. Для порівняння: розмір бактерії кишкової палички – 2 мікрометра. Таким чином, світлова мікроскопія дозволяє вивчати одноклітинні організми, будова тканин і клітин, але внутрішня будова органел клітини, дрібних бактерій і вірусів недоступні даним методом вивчення життєдіяльності клітин. Але певні переваги у даного методу є – він дозволяє вести прижиттєве вивчення біологічного об'єкта. Крім того, різні методики фарбування препаратів дають чіткі картинки і широко використовуються в клінічній діагностиці.

Методи вивчення життєдіяльності клітини. Біологія

Електронна мікроскопія

Кордон дозвільної здатності можна переступити, якщо використовувати не світло для отримання зображення, а електрони. І такий крок було зроблено в 1931 році, коли був виданий перший патент на просвічуючий електронний мікроскоп. В даному пристрої теж є лінзи, але вони не скляні, а магнітні. Вони фокусують електрони і виводять зображення на екран. Електронна мікроскопія як метод вивчення життєдіяльності клітини дозволяє збільшити об'єкт в мільйон разів, а межа роздільної здатності збільшується до 05 нанометрів. Сучасні електронні мікроскопи бувають прозорими і растровими (скануючи). Але якого типу не був би збільшувальний прилад, у нього є свої недоліки. Незважаючи на дуже високу чіткість зображення, такі прилади не дають змогу вивчати біологічні об'єкти при житті, і підготовка зразка для такого дослідження – дуже довгий і дорогий процес.

Тривимірна модель клітини

Одним з новітніх способів вивчення життєдіяльності клітини, якому всього кілька десятиліть, є флуоресцентна мікроскопія. Метод заснований на внесенні в клітку спеціальних світних міток (речовини, які при певному освітленні світяться іншим кольором). Ними можна позначити окремі молекули речовини і прослідкувати їх шлях у клітці. Крім того, такі мітки дають гарні і чіткі тривимірні зображення об'єкта.
Методи вивчення життєдіяльності клітини. Біологія

Розібрати клітку на частини

Для вивчення будови окремих структурних компонентів клітини важливо виділити їх у чистому вигляді, що стало цілком реальним на початку 40-х років минулого століття. Таке розділення на фракції можливо при використанні диференційного центрифугування як одного з методів вивчення життєдіяльності клітини. План застосування цього методу складається з двох етапів: руйнування клітини і поділ компонентів на фракції, різні за своїм молекулярного вазі. Руйнують оболонки клітин ультразвуком, продавлюванням або простим подрібненням.
Методи вивчення життєдіяльності клітини. Біологія
В центрифузі, за рахунок відцентрових сил, більш важкі компоненти осідають першими. Так, при високих швидкостях центрифугування, ядра клітин осідають першими, потім – мітохондрії та інші органели, останніми осідають рибосоми. Відокремлені органели легко вивчати під мікроскопом. При обережному застосуванні цього методу вивчення життєдіяльності клітини план будови органел зберігається, і з'являється можливість встановити молекулярний механізм деяких процесів. Саме використання фракційного центрифугування дозволило розшифрувати етапи біосинтезу білків у клітинах.

Заморозимо і вивчимо

Досить новим методом вивчення біології клітини є заморожування-сколювання. При звичайному заморожуванні в клітинах з'являються кристали льоду, які спотворюють структуру. Але при швидкого заморожування рідким азотом (температура мінус 196 градусів за Цельсієм) вода не переходить у кристалічну форму і клітини не деформуються. Потім шматочки зразка розколюють, надлишки льоду видаляють, напилюють шар важких металів. Потім саму тканину зразка розчиняють, а залишають відбиток і в результаті отримують ефект тіней. Зображення в мікроскопі виходить об'ємним. Саме завдяки використанню такого методу вивчення життєдіяльності клітин вдалося вивчити будову мембран.

Методи вивчення життєдіяльності клітини. Біологія

Метод культури

Які методи використовують для вивчення клітин сучасні вчені? Ось один з самих незвичайних і неймовірно перспективних – вирощування на спеціальних середовищах. Цей метод використовується, коли необхідно багато однакових клітин для вивчення. Причому живих. Тоді готується дуже складне середовище (13 амінокислот, 8 вітамінів, глюкоза, антибіотики і мінеральні солі), на яку поміщають культуру клітин. Відомо, що клітини в культурі гинуть після певного числа поділок. Але в культурі можуть з'явитися мутантні види, які здатні до безмежного розмноження. Саме їх і виводять на чисту лінію, яка називається перещеплюваної. Найвідоміша така лінія - лінія HeLa – клітини ракової пухлини шийки матки. Вони були виведені в 1952 році.

Мікрохірургія в клітинах

Це один з найцікавіших методів вивчення клітин. Микроманипуляторами (дуже маленькі гачки, піпетки, голки, капіляри) клітина розрізається, і в неї можна що-небудь додати, так і вилучити. За всім процесом стежить фахівець в мікроскоп. Саме таким способом можна пересадити ядро однієї клітини в іншу і довести, що саме воно є видоопределяющим фактором (такі досліди були проведені з амебами). Цей спосіб відкриває можливості введення в живі клітини антитіл і спеціальних білків, які значно впливають на життєдіяльність. Метод сьогодні активно розвивається, широко застосовується він у генній інженерії – окремому напрямку біології, направленому на маніпуляції з генами організмів і вирощування штучних білків, тканин і цілих організмів.
Методи вивчення життєдіяльності клітини. Біологія

Нанороботи в цитології

Американськими біологами вже створено нанозонд, який може моніторити електрохімічні і біохімічні процеси у живих клітинах. Експериментальна модель настільки мала, що здатна поміститися в ядрі або навіть мітохондрії. А ось у Швеції розроблений наносенсор, який вимірює рН в цитоплазмі клітини і здатний відрізнити навіть окремі молекули хімічних речовин у різних частинах клітини. Крім того, він відчує дуже слабкий електрохімічний потенціал, який виникає при з'єднанні біомолекул.
Методи вивчення життєдіяльності клітини. Біологія
У Кембриджському університеті вчені спроектували нанодвигатель, здатний доставити всередину клітини що завгодно – від молекул поживних речовин до антитіл. Назвали його «мураха» - він має силу на предмет, в 100 разів перевищує його вагу. Перспективи «мурашки» у медицині вражають своїм розмахом. І наостанок. Датчики здоров'я, молекулярні ассемблеры, нанозонды та пристрої зберігання інформації – це вже не майбутнє технологій, а справжнє. Американський винахідник і футуролог Рей Курцвейл стверджує, що за допомогою нанотехнологій біологічна нервова система людини може бути підключена до Інтернету вже у 2030 році.
Читайте також
Підвищені лейкоцити в мазку при вагітності
Підвищені лейкоцити в мазку при вагітності
Взяття мазка при вагітності має важливе значення, адже досить часто у жінки виявляють підвищену кількість лейкоцитів. Часто вагітна і не підозрює про
Лейкоцити в сечі у немовлят
Лейкоцити в сечі у немовлят
Виявлення лейкоцитів в аналізі сечі найімовірніше свідчить про наявність інфекції, запального захворювання в організмі дитини. У немовлят поганий
Мікроскоп для школяра
Мікроскоп для школяра
Для задоволення допитливості дитини і для відповідей на багато питань по влаштуванню навколишнього світу батькам варто придивитися до мікроскопів. У
Знижені нейтрофіли у дитини
Знижені нейтрофіли у дитини
Нейтрофіли - клітини крові, які стоять на захисті організму від бактерій та інфекцій. Їх норми, а також відхилення від них можуть сказати про стан
Лімфоцитоз у дітей
Лімфоцитоз у дітей
Білі кров'яні тільця (лейкоцити) неоднорідні за своїм віком, структурою та функціями. Нормальна диференціальна формула лейкоцитів у
Лімфовузол за вухом у дитини
Лімфовузол за вухом у дитини
[/b] [b] [i] Лімфовузол за вухом у дитини [/i] [/b] є одним з елементів, що належать до лімфатичній системі людини. Складовими лімфатичної
Додати
Коментарі (0)