Biološka citologija i sve o ćeliji. Citologija je nauka koja proučava ćeliju. Izvanredni domaći naučnici-citolozi
Citologija je nauka koja proučava staničnu interakciju i ćelijsku strukturu, koja je, zauzvrat, osnovna komponenta svakog živog organizma. Sam izraz dolazi od starogrčkih pojmova "kitos" i "logos", što znači kavez i doktrinu.
Pojava i rani razvoj nauke
Citologija je jedna od čitave galaksije nauka koje su se odvojile od biologije u moderno doba. Preteča njegove pojave bio je pronalazak mikroskopa u 17. veku. Posmatrajući život kroz tako najprimitivniju konstrukciju, Englez je prvi otkrio da se sve sastoji od ćelija i tako je postavio temelj za ono što citologija proučava danas. Deset godina kasnije, drugi naučnik - Anthony Leeuwenhoek - otkrio je da ćelije imaju strogo uređenu strukturu i obrasce funkcionisanja. On također posjeduje otkriće postojanja jezgara. U isto vrijeme, dugo je ideja o ćeliji i njenom funkcioniranju bila sputana nezadovoljavajućim kvalitetom mikroskopa tog vremena. Sljedeći važni koraci napravljeni su sredinom 19. stoljeća. Tada je tehnika značajno poboljšana, što je omogućilo stvaranje novih koncepata, čemu citologija duguje svoj intenzivan razvoj. Ovo je, prije svega, otkrivanje protoplazme i nastajanje
Na osnovu empirijskog znanja akumuliranog do tog vremena, biolozi M. Schleiden i T. Schwann gotovo istovremeno su predložili znanstvenom svijetu ideju da su sve životinjske i biljne ćelije slične jedna drugoj, te da svaka takva ćelija sama po sebi ima sva svojstva i funkcije živog organizma. Ovo shvatanje složenih oblika života na planeti imalo je značajan uticaj na put kojim je krenula citologija. To se odnosi i na njegov savremeni razvoj.
Otkriće protoplazme
Sljedeće značajno dostignuće u pomenutoj oblasti znanja bilo je otkriće i opis svojstava protoplazme. To je supstanca koja ispunjava ćelijske organizme, a predstavlja i medij za organe ćelije. Kasnije se znanje naučnika o ovoj supstanci razvilo. Danas se zove citoplazma.
Dalji razvoj i otkrivanje genetskog naslijeđa
U drugoj polovini XIX veka otkrivena su diskretna tela koja su sadržana u Nazvana su hromozomi. Njihovo istraživanje otkrilo je čovječanstvu zakone genetskog kontinuiteta. Najvažniji doprinos ovoj oblasti dao je krajem 19. vijeka Austrijanac Gregor Mendel.
Trenutno stanje nauke
Za savremenu naučnu zajednicu, citologija je jedna od najvažnijih grana biološkog znanja. Razvoj naučne metodologije i tehničkih mogućnosti su to učinili takvim. Metode moderne citologije naširoko se koriste u istraživanjima korisnim ljudima, na primjer, u proučavanju tumora raka, uzgoju umjetnih organa, kao iu uzgoju, genetici, uzgoju novih vrsta životinja i biljaka, itd. on.
Šta proučava citologija?
Citologija je nauka o ćeliji. Izdvajao se iz okruženja drugih bioloških nauka prije skoro 100 godina. Po prvi put, generalizovane informacije o strukturi ćelija prikupljene su u knjizi J.-B. Carnoyeva Biologija ćelije, objavljena 1884. Moderna citologija proučava strukturu ćelija, njihovo funkcionisanje kao elementarnih živih sistema: proučavaju se funkcije pojedinih ćelijskih komponenti, procesi ćelijske reprodukcije, njihova popravka, prilagođavanje uslovima okoline i mnogi drugi procesi koji omogućavaju suđenje svojstva i funkcije zajedničke za sve ćelije. Citologija takođe razmatra strukturne karakteristike specijalizovanih ćelija. Drugim riječima, moderna citologija je fiziologija ćelije. Citologija je usko povezana sa naučnim i metodološkim dostignućima biohemije, biofizike, molekularne biologije i genetike. To je poslužilo kao osnova za dubinsko proučavanje ćelije već sa stanovišta ovih nauka i nastanak određene sintetičke nauke o ćeliji - ćelijske biologije, ili ćelijske biologije. Trenutno se termini citologija i ćelijska biologija poklapaju, budući da je njihov predmet proučavanja ćelija sa sopstvenim obrascima organizacije i funkcionisanja. Disciplina "Biologija ćelije" odnosi se na temeljne dijelove biologije, jer istražuje i opisuje jedinu jedinicu cijelog života na Zemlji - ćeliju.
Ideja da se organizmi sastoje od ćelija.
Dugo i pomno proučavanje ćelije kao takve dovelo je do formulacije važne teorijske generalizacije od opšteg biološkog značaja, odnosno do pojave ćelijske teorije. U 17. veku Robert Hooke, fizičar i biolog velike genijalnosti, stvorio je mikroskop. Ispitujući tanak dio plute pod svojim mikroskopom, Hooke je otkrio da se sastoji od sićušnih praznih ćelija razdvojenih tankim zidovima, koje su, kao što sada znamo, sastavljene od celuloze. On je ove male ćelije nazvao ćelijama. Kasnije, kada su drugi biolozi počeli da ispituju biljna tkiva pod mikroskopom, pokazalo se da se male ćelije koje je Hooke pronašao u mrtvoj osušenoj pluti nalaze i u živim biljnim tkivima, ali nisu prazne, već svaka sadrži malo želatinozno telo. . Nakon što su životinjska tkiva podvrgnuta mikroskopskom pregledu, ustanovljeno je da se i ona sastoje od malih želatinoznih tijela, ali da su ta tijela rijetko odvojena jedno od drugog zidovima. Kao rezultat svih ovih studija, 1939. godine, Schleiden i Schwann su nezavisno formulisali teoriju ćelije, koja kaže da su ćelije elementarne jedinice od kojih su na kraju izgrađene sve biljke i sve životinje. Neko vrijeme je dvostruko značenje riječi ćelija i dalje izazivalo neke nesporazume, ali je tada bilo čvrsto ukorijenjeno u ova mala tela nalik na žele.
Na lekciji ćemo naučiti istoriju nastanka citologije, prisjetiti se pojma ćelije i razmotriti kakav su doprinos različitim naučnicima dali razvoju citologije.
Sva živa bića, osim vi-ru-sova, sastoje se od ćelija. Ali za naučnike iz prošlosti, ćelijska struktura živih or-ga-niza nije bila tako očigledna kao za tebe i mene. Nauka, proučavanje ćelije-ku, citologija, sfor-mi-ro-va-las tek do sredine 19. stoljeća. Ne znajući odakle dolazi život, kakvo je njegovo malo-čaj-šej jedinstvo, sve do Srednje-ne-ve-ko-vye postojale su teorije o, na primjer, da su žabe pro-is-ho-dy od prljavštine, i miševi se rađaju u prljavom donjem vešu (slika 2).
Rice. 2. Teorije srednjeg vijeka ()
“Prljavo rublje nauke srednjeg svijeta” bilo je prvo “vrijeme za šivanje” 1665. bert Hooke (Sl. 3).
Rice. 3. Robert Hooke ()
Po prvi put je pogledao i opisao ljuske ćelija koje rastu. A već 1674. godine, njegov holandski kolega An-to-ni van Lee-wen-hoek (slika 4) prvi put je pogledao ispod self-del-miik -ro-sko-pom neke jednostavne-shih i odvojene životinje ćelije, kao što su erit-ro-qi-you i sper-ma-to-zo-i -dy.
Rice. 4. Anthony van Leeuwenhoek ()
Is-sle-before-va-nia Le-ven-gu-ka-ka-za-lis-with-time-men-ni-kam on-so-fan-ta-sti-che-ski-mi koji je 1676. godine London-Don Ko-ro-left-društva, gdje je on od-sy-lal re-zul-ta-you svojih istraživanja-to-va-ny, vrlo snažan u njima za-sa-mnom-wa -los. Postojanje jednog-ali-kle-toč-nih or-ga-niz-ma i krvnih zrnaca, na primjer, ne uklapa se u okvire te stare nauke.
Da bi se sagledali rezultati rada holandskog naučnika bilo je potrebno nekoliko vekova. Tek do sredine XIX veka. Njemački naučnik Theodor Schwann, na osnovu rada svog kolege Ma-tti-a-sa Schlei-de-na (slika 5), sfor-mu-li-ro-shaft je osnova novog-lo-same- cija tačne teorije, koju i danas koristimo.
Rice. 5. Theodor Schwann i Matthias Schleiden ()
Schwann do-ka-zal da ćelije rasa i životinja imaju zajednički princip strukture, jer formiraju isti na-to-vas spo-so-bom; sve ćelije su sa-mo-sto-i-tel-na, a bilo koji or-ga-nizam je kombinacija života-ne-de-i-tel-no-sti iz del-ny grupa ćelija (slika 6. ).
Rice. 6. Crvena krvna zrnca, dioba stanica, molekula DNK ()
Dalja proučavanja naučnih pozicija-bilo-da li sfor-mu-da li-ro-vat osnove-nova-stanja-vremena-noy kle-toch-noy teorija:
- Kavez je univerzalna strukturna jedinica života.
- Ćelije se množe de-le-cijom (ćelija od ćelije).
- Ćelije se pohranjuju, re-re-ra-ba-you-va-yut, re-a-li-zu-yut i re-re-da-yut on-the-sequence-in-form-ma-tion.
- Ćelija je sa-mo-sto-I-tel-naya bio-si-ste-ma, od-ra-zha-yu-shchaya opre-de-len-ny strukturni nivo or-ga-ni-za- tion living ma-te-rii.
- Mnogo-jasno-precizno ili-ga-dno-mi smo kompleks inter-i-mo-djelujući-stu-ing sistema različitih ćelija, koji obezbjeđuje chi-va-yu-shchy or-ga-bottom-mu rast, razvoj , razmjena tvari i energije.
- Ćelije svih or-ga-niz-mova slične su jedna drugoj u pogledu strukture, chi-mi-che-sko-mu ko-sto i funkcija.
Ćelije kroz-ti-čaj-ali jednom-ali-otprilike-puta. Mogu se razlikovati po strukturi, obliku i funkciji (slika 7).
Rice. 7. Raznolikost ćelija ()
Među njima ima slobodnih, ali živih ćelija, neke od njih se ponašaju kao jedinke populacija i vrsta, poput self-sto-I-tel-nye-ha-bottom-we. Njihov život-ne-de-I-tel-nost zavisi ne samo od toga kako ra-bo-ta-jut unutra-ri-kle-precizne strukture-tu-ry, or-ga -ali-and-dy. I sami trebaju sami nabaviti hranu, kretati se okolinom, razmnožavati se, odnosno ponašati se kao mali, ali sasvim samodostojni pojedinci. Postoji mnogo takvih besplatnih-lu-bi-out one-but-kle-toch-nyh. Oni ulaze u sva carstva stanične žive prirode i on-se-la-yut sve životne sredine na našoj planeti. U mnogo-cle-preciznom or-ga-dno-me, ćelija je-la-je-deo, tkiva i or-ha formiraju se od ćelija -nas.
Veličine ćelija mogu biti vrlo različite - od jedne de-xia-to mik-ro-on do 15 san-ti-metara - ovo je veličina jajeta slamka-y-sa, koje predstavlja jednu ćeliju-ku, a težina ove ćelije-ki je pola do-ra ki-lo-gram-ma. I to nije granica: di-no-zav-ditch jaja, na primjer, mogu doseći dužinu od čak 45 san-ti-metara (slika 8).
Rice. 8. Jaje dinosaura ()
Obično, u mnogim ćelijama preciznim or-ga-niz-movs, različite ćelije obavljaju različite funkcije. Ćelije, slične strukture, raspoređene jedna pored druge, ujedinjene međućelijskom supstancom i predznakom -čennye za obavljanje određenih funkcija u or-ga-dnu, formiraju tkiva (slika 9).
Rice. 9. Formiranje tkiva ()
Život mnogih-cle-toch-no-go or-ga-niz-ma for-ve-sedi na tome kako-tako-su-žena-ali-ra-bo-ta-yut ćelije ulaze u dya-schee u njegovu kompozicija. Stoga, ćelije ne kon-ku-ri-ru-yut među sobom, na-protiv, saradnje i posebne-a-li-za-cije svojih funkcija pos-in-la-et or-ga-bottom -mu ti-živiš u tim si-tu-a-qi-yah, u nekim jednonoćnim ćelijama ne-živiš-va- ut. U kompleksu mnogih-kle-toch-nyh or-ga-niz-mov - rase, životinje i ljudi-lo-ve-ka - ćelije-ki or-ga-ni- zo-va-ny u tkaninama, tkanine - u org -ga-ny, org-ga-ny - u si-ste-we org-novi. I svaki od ovih sistema radi kako bi osigurao postojanje cijelog or-ga-niz-mu.
Unatoč svim različitim oblicima i veličinama, ćelije različitih tipova slične su jedna drugoj. Procesi kao što su disanje, biosinteza, metabolizam, odvijaju se u ćelijama bez obzira da li su one -no-kle-toch-ny-mi ili-ga-niz-ma-mi ili su dio mnogih-kle-toch- ne-suština. Svaka ćelija guta hranu, crpi energiju iz nje, stvorenja, pod-der-zhi-va-et in-sto-yan-stvo vlastitog chi-mi-che-so-sto-va i re-pro-iz-u -dit sama, odnosno obavlja sve procese, od nekoga zavisi njen život.
Sve ovo pos-vo-la-et ras-smat-ri-vat ćeliju kao posebnu jedinicu živog ma-ter-rii, kao element-men-tar-živi sistem (Sl. 10).
Rice. 10. Šematski crtež ćelije ()
Sva živa bića, od in-fu-zo-rii do slona ili kita, sa-mo-go veliki-no-go na ovaj dan-dan-pi-ta-yu- više, tako-sto -jat iz ćelija. Jedina razlika je u tome što su in-fu-zo-rii sa-mo-sto-I-tel-nye bio-si-ste-we, koji se sastoje od stotinu-I iz jedne ćelije, a ćelije kita su or-ga-ni-zo-va-ny i vza-and-mo-povezani-za-nas kao dijelovi velike-sho-go cjeline od 190 tona-no-th. Sastav cjeline or-ga-niz-ma je for-vi-sit o tome kako funkcionišu njeni dijelovi, odnosno ćelije.
Bibliografija
- Mamontov S.G., Zakharov V.B., Agafonova I.B., Sonin N.I. Biologija. Opšti obrasci. - Drfa, 2009.
- Ponomarjova I.N., Kornilova O.A., Černova N.M. Osnove opšte biologije. 9. razred: Udžbenik za učenike 9. razreda obrazovnih institucija / Ed. prof. I.N. Ponomareva. - 2. izd., revidirano. - M.: Ventana-Graf, 2005
- Pasečnik V.V., Kamensky A.A., Kriksunov E.A. Biologija. Uvod u opću biologiju i ekologiju: udžbenik za 9. razred, 3. izd., stereotip. - M.: Drfa, 2002.
- Krugosvet.ru ().
- Uznaem-kak.ru ().
- Mewo.ru ().
Zadaća
- Šta proučava citologija?
- Koje su glavne odredbe ćelijske teorije?
- Po čemu se ćelije razlikuju?
Predavanje1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Planlections
1. Predmet, ciljevi i zadaci predmeta. Mjesto citologije u sistemu bioloških nauka.
2. Istorija otkrića ćelije.
3. Teorija porijekla sac ćelije K. Wolf.
4. Ćelijska struktura životinjskih tkiva.
5. Prvi opisi sadržaja ćelije.
Predmet, ciljevi i zadaci predmeta. Mjesto citologije u biološkom sistemu
nauke. Citologija je nauka o razvoju, strukturi i aktivnosti ćelija. U tom smislu, citologija, bez pretjerivanja, zauzima ključno mjesto u biologiji, budući da se sve funkcije tijela temelje na procesima koji se odvijaju na ćelijskom nivou. Citologija je složena biološka disciplina koja proučava različite aspekte proučavanja ćelije.
Akademik A. A. Zavarzin, evolucijski biolog, napisao je da su dva pojma spojena u terminu „ćelija“: „Kada se govori o ćeliji općenito, misli se na elementarnu organizaciju žive tvari, izvan koje nema životnog procesa; kada se govori o određenoj ćeliji, na primjer, nervnoj ili mišićnoj, misli se ne samo na ćelijsku odvojenost sa svim njenim općim svojstvima, već i na njen potpuno specifičan oblik: neuron ili mišićno vreteno.
Claude Bernard je ćeliju definirao kao "prvog predstavnika života"; Rudolf Virchow - kao "posljednji morfološki element svih živih bića".
V. Ya. Alexandrov je vjerovao da je "ćelija elementarni živi sistem, koji se sastoji od dva dijela - citoplazme i jezgra - i koji je osnova strukture, razvoja i života svih životinjskih i biljnih organizama."
Prema tome, ćelija je elementarna samoreprodukciona jedinica strukture i funkcije svih živih bića. Ćelijska organizacija je svojstvena i jednoćelijskim mikroorganizmima i višećelijskim makroobjektima. Uprkos razlikama između pojedinačnih ćelija, u svakoj od
MODUL 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Predavanje 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
mogu se podijeliti u četiri glavna strukturna i funkcionalna podsistema (slika 1.1):
1. Sve ćelije su okružene ravnim dvoslojnim membranama, čiju strukturnu osnovu čine amfifilni lipidni molekuli; U takve su membrane „ugrađeni“ različiti proteini koji određuju karakteristike njihovog funkcioniranja.
2. Nasljedne informacije u svim stanicama pohranjene su u obliku dvolančane DNK molekule, gdje su zapisane u obliku linearnog teksta triplet kodona, koji se sastoji od četiri tipa deoksiribonukleotida: A, T, G, C.
3. Sve stanice imaju u osnovi sličan aparat za biosintezu proteina, u kojem RNA ima centralnu ulogu.
4. Sve stanice karakterizira postojanje drugog podsistema - membranom ograničene citoplazme s enzimima lokaliziranim u njoj.
mi .
Rice. 1.1. Glavni strukturni i funkcionalni podsistemi ćelije
Odnos između organizma i ćelije na različitim nivoima organizacije žive materije značajno se menja. Kod bakterija i protozoa organizam je istovremeno i ćelija; u višećelijskom celom organizmu razvoj i vitalna aktivnost ćelija regulisani su sistemom integracionih mehanizama. Stoga je jedan od najvažnijih zadataka citologije proučavanje metoda regulatornog utjecaja makroorganizma na ćelije tkiva.
Prema A. A. Zavarzinu, sadašnju fazu u razvoju biologije karakterizira i produbljivanje diferencijacije nauka i njihova sinteza zasnovana na sveobuhvatnoj analizi univerzalnih obrazaca organizacije bioloških sistema.
Ovaj trend je posebno izražen u razvoju nauka o ćelijskom nivou organizacije žive materije. Stoga je važno definirati ulogu svakog od njih
MODUL 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Predavanje 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
nauke u nastajanju sintetičkog sistemskog pristupa proučavanju procesa koji se dešavaju na razmatranom nivou organizacije. Opšta citologija je nauka o ćeliji, nauka o ćelijskom nivou organizacije žive materije. Predmet opštih citoloških istraživanja su specifične vrste ćelija (ćelije pro- i eukariota, ćelije životinjskih i biljnih jednoćelijskih i višećelijskih organizama, au okviru ovih - ćelije različitih oblasti specijalizacije). Ti isti objekti su u centru pažnje takvih nauka kao što su privatna citologija, histologija, embriologija, mikrobiologija, fiziologija itd. Ali i u ovim naukama posebna pažnja se poklanja specifičnostima ovog tipa ćelija. U opštoj citologiji, prilikom proučavanja specifičnih tipova ćelija, cilj je da se razjasne opšti obrasci organizacije ćelijskih struktura i unutarćelijskih procesa koji su univerzalni za sve ćelije, kao i opšti obrasci organizacije regulatornih integrativnih mehanizama celine. ćelija.
Uprkos različitim krajnjim ciljevima specijalnih nauka i opšte citologije, oni su usko povezani. S jedne strane, da bi se razumjeli opći obrasci ćelijske organizacije, potrebno je razjasniti specifične manifestacije ovih obrazaca, odnosno cijeli spektar općih karakteristika karakterističnih za specifične ćelijske varijante. S druge strane, potpuno razjašnjenje specifičnosti određenog tipa ćelije zahtijeva poznavanje onih općih mehanizama na osnovu kojih se pojavljuje ova ili ona specifičnost.
U organizaciji bilo koje ćelije razlikuju se sljedeći nivoi:
molekularni;
supramolekularni;
organoid;
podsistem;
sistemski.
Niži nivoi ćelijske organizacije su fokus takvih nauka kao što su organska hemija, biohemija i molekularna biologija. Na nivou organoida, podsistema i sistema, citološke nauke su već dominantne. U analizi staničnih struktura široko se koriste biohemijske i molekularno biološke metode. Zbog toga se interesi citologa, biohemičara, biofizičara, fiziologa, molekularnih biologa i genetičara u mnogim slučajevima poklapaju. Karakteristika opšte citologije je njena bliska povezanost sa naukama koje proučavaju mehanizme organizacije žive materije na njenim nižim nivoima. Duboko poznavanje zakonitosti molekularnog i supramolekularnog nivoa organizacije neophodno je da bi citolozi mogli uspešno analizirati najviše nivoe ćelijske organizacije. Progresivni razvoj citologije je u velikoj mjeri posljedica uvođenja u praksu nekih fundamentalno novih metoda koje su imale značajan utjecaj na razvoj njenih glavnih problema.
MODUL 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Predavanje 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Istorija otkrića ćelije. Razvoj teorije ćelije usko je povezan sa pronalaskom mikroskopa (od grčkog "micros" - mali, "scopeo" - ispitujem). Prvi mikroskop dizajnirao je 1610. Galileo i bio je kombinacija sočiva u olovnoj cijevi.
Po prvi put mikroskop je koristio R. Hooke. Godine 1665. prvi je opisao ćelijsku strukturu plute, stabljike itd. i uveo pojam "ćelija". R. Hooke je napravio prvi pokušaj da izbroji broj ćelija u određenoj zapremini plute. On je, prvo, formulirao ideju ćelije kao ćelije, potpuno zatvorene sa svih strana. Drugo, R. Hooke je utvrdio činjenicu široke distribucije ćelijske strukture biljnih tkiva.
Ova dva glavna zaključka odredila su pravac daljih istraživanja u ovoj oblasti.
Godine 1671–1679 Italijan Marcello Malpighi dao je prvi sistematski opis mikrostrukture biljnih organa, koji je označio početak biljne anatomije.
Godine 1671–1682 Englez Nehemiah Grew je također vrlo detaljno opisao mikrostrukturu biljaka; uveo termin "tkivo" da se odnosi na koncept kolekcije "vezikula" ili "vrećica".
Oba ova istraživača (radili su nezavisno jedan od drugog) dala su neverovatno tačne opise i crteže (slika 1.2). Do istog su zaključka došli u pogledu općenitosti građenja biljnog tkiva iz vezikula.
MODUL 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Predavanje 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Rice. 1.2. Crteži M. Malpighija preseka različitih biljnih tkiva (Iz knjige "Anatomija biljaka", 1679.)
Nakon studija R. Hookea, M. Malpighija i N. Grewa, postojanje ćelija-ćelija u biljnim tkivima nije bilo sumnje. Ćelije su pominjali razni autori, ali im nije pridavan značaj i smatrane su jednom od struktura pronađenih pri proučavanju biljnih tkiva pod mikroskopom. Ispitivanje i opisivanje ćelija, istraživači ranog 18. veka. nije pokrenulo pitanje njihovog nastanka.
Teorija porijekla vrećastih ćelija K. Wolfa. Godine 1759
Terburg akademik Kaspar Friedrich Wolf stvorio je prvu teoriju formiranja ćelija u biljnim tkivima. Wolf je proučavao embrionalni razvoj organizama. Govorio je o ćeliji u vezi sa fenomenom rasta ili distribucije materije u organizmu. Vjerovao je da se mladi biljni organi sastoje od homogene, viskozne ili želatinozne mase. Njihov rast se odvija na način da iz njihovih starijih dijelova ispadaju kapljice tekuće tvari čiji se granični sloj zgušnjava i kap se pretvara u ćeliju-ćeliju. Ako se kap polako kreće u glavnoj viskoznoj tvari, tada njezini zidovi imaju vremena da se stvrdnu, tako da se pojavljuje cijev-posuda. Kako se sve više kapi kreće između već nastalih, stvara se uobičajena pjenušava struktura biljnog tkiva. Wolf je vjerovao da ćelije ne formiraju žile, već žile formiraju ćelije.
Ćelijska struktura životinjskih tkiva. Proučavanje životinjske ćelije je mnogo zaostajalo; to je zbog činjenice da je životinjske stanice mnogo teže vidjeti pod mikroskopom, jer su mnogo manje od biljne ćelije i nemaju tako oštro definirane granice.
Godine 1676–1719 Anton van Leeuwenhoek otkrio je svijet mikroskopskih životinja, prvi opisao crvena krvna zrnca i spermatozoide.
MODUL 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Predavanje 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Godine 1781. Feliks Fontana je prvi vidio i nacrtao životinjske ćelije sa jezgrima (slika 1.3).
Rice. 1.3. Crteži Felixa Fontana koji prikazuju oguljeni komad kože jegulje (lijevo) i dva krvna zrnca (desno), 1787.
Tako je u XVII-XVIII vijeku. ćelijsku strukturu su pojedini naučnici opisali više puta. Akumuliran je značajan činjenični materijal u pogledu biljnih tkiva. Međutim, ćelijska struktura
MODUL 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Predavanje 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
nisu pridavali nikakvu fundamentalnu važnost nia. Ćeliju kao elementarnu životnu jedinicu još niko nije razmatrao. Jedini pokušaj da se shvati porijeklo ćelije bila je Wolfova teorija.
Važnu ulogu u razvoju nauke o ćelijama odigrala su istraživanja francuskog botaničara Brisota de Mirbela. Godine 1801. Mirbel je započeo uporedno proučavanje biljnih ćelija. Međutim, branio je isto gledište o prirodi ćelija kao vezikula odvojenih zajedničkim zidom. Mnogi njemački istraživači su se protivili ovom gledištu. Ovo pitanje je privuklo toliku pažnju da je Akademija u Getingenu 1804. godine raspisala novčanu nagradu za svoje rešenje. Ovu nagradu podijelili su botaničari G. Link i K. Rudolfi. Oni su riješili pitanje prirode ćelija. Došli smo do zaključka o izolaciji ćelija i prisutnosti vlastitih membrana koje ih okružuju sa svih strana. Isti zaključak je donio L.Kh. Treviranus.
Godine 1812. I. Moldengauer je konačno dokazao individualnost ćelija izolujući ih. Pokazao je da svaka od ćelija ima svoju ljusku.
Link je postigao potpunu izolaciju ćelija od tkiva njihovim dugotrajnim ključanjem.
Stvoren je novi koncept ćelije. Najjasnije ga je formulirao Franz Meyen 1830. godine. Napisao je prvi sažetak biljne anatomije i formulirao koncept ćelije. "Ćelija biljnog organizma je prostor potpuno zatvoren vegetativnom membranom".
Ovaj period je period prikupljanja materijala, gomilanja brojnih podataka o najfinijoj građi biljaka.
Prve informacije o životinjskoj ćeliji dobili su Leeuwenhoek i Fontana. Bilo je teško proučavati životinjske ćelije, jer tadašnja tehnika nije omogućavala dobijanje tankih preseka kroz meka tkiva životinja, nije bio poznat način fiksiranja i zbijanja organa, životinjske ćelije su relativno male, a granice ćelije su veoma nejasne.
Nije slučajno da životinjske ćelije nisu odmah otkrivene i proučavane. Henri Milne-Edwards je imao dobar mikroskop, ali je pripremao preparate drobljenjem tkiva između dvije čaše, pa je zbog toga, uz prave ćelije, na crtežima prikazivao kapljice masti, pojedinačne otrove.
ra, itd., uzimajući ih za ćelije.
Henri Dutrochet je opisao brojne ćelije iz životinjskog tkiva.
Godine 1830–1845 Jan Purkyņa i njegovi učenici poboljšali su mikroskopsku tehniku i ispravno opisali ćelije u brojnim životinjskim organima. U svim tkivima su pronašli ćelije, ali su ih zvali zrnca ili kuglice. Otkrili su trepljasti epitel i opisali kretanje cilija. Proučavali su nervne ćelije i davali svoje crteže (slika 1.4).
MODUL 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Predavanje 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Rice. 1.4. Crteži J. Purkinsa koji prikazuju "zrna" (ćelije) koja čine tkiva životinjskih organa
Prvi opisi sadržaja ćelije. Krajem 18. vijeka, 1774. godine, Bo-
Naventura Corti je vidio i opisao aktivno kretanje tečnog sadržaja
V biljna ćelija.
IN Detaljnije je proučavano 1811 protoplazmatskih struja
Treviranus.
U sadržaju ćelije utvrđeno je prisustvo sluzi, lepljivih materija, šećera, zrna hlorofila, raznih kristala, škrobnih zrnaca itd.
Kurt Sprengel veliki |
pažnju |
|
dao zrnca škroba, vjerujući da od njih |
||
ćelije nastaju oticanjem. Ovaj tip |
||
prijedlog nije bio uspješan i bio je u potpunosti |
||
opovrgnuto. |
||
Ćelijsko jezgro je pronađeno. Prvo |
||
1830. opisao ga je Purkinya pod imenom |
||
"zametne vezikule". |
||
Godine 1831–1833 Robert Brown je otkrio |
||
jezgro je živelo u biljnim ćelijama. On je dao |
||
ime mu je "nukleus". R. Brown je insistirao |
||
na stalno prisustvo jezgra u svemu živom |
||
ćelije. Uloga i značaj jezgra još nije bio |
||
poznato. |
||
Godine 1837. Meyen je izjavio da jezgro |
||
je "kondenzirano u komo- |
||
provjerite sluz i eventualno rezervnu hranilicu |
||
Robert Brown (1773–1858) |
supstancu." |
|
Citologija sa osnovama histologije. Bilješke sa predavanja |
||
MODUL 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Predavanje 2 TEORIJA ĆELIJA
Planlections
1. Ključni datumi za razvoj ćelijske teorije.
2. Schwann-Virchow ćelijska teorija.
3. Osnovni postulati moderne ćelijske teorije.
Ključni datumi za razvoj ćelijske teorije. Razvoj mikroskopije doveo je do razumijevanja šta je ćelija. Ćelijama se počela pripisivati važnost najjednostavnijih organskih strukturnih elemenata. Tražili smo elementarnu biološku jedinicu. Po prvi put, Lorenz Oken je počeo da razmatra ćelije kao takve. Godine 1809. stvorio je spekulativnu teoriju o građi i razvoju organizama, u kojoj su elementi bili "cilijati" - ćelije. Smatrao je da su složeni organizmi zbir elementarnih organizama, koji, ušavši u njegov sastav, žive zajedničkim životom cjeline, ali u isto vrijeme nastavljaju ostati neovisni. Ovi elementarni organizmi su mehurići sa gustom ljuskom i tečnim sadržajem; "u filozofskom smislu, mogu se nazvati cilijatima" [ 22 ]. L. Oken je formulisao princip svođenja strukture složenih organizama na elementarne jedinice, u celom tom konceptu je izražena evoluciona ideja, iako nije prepoznao razvoj na vreme.
Godine 1834–1847 Profesor Medicinsko-hirurške akademije u Sankt Peterburgu P. F. Gorjanjinov formulisao je princip prema kojem je ćelija univerzalni model za organizaciju živih bića. Gorjanjinov je podijelio svijet živih bića na dva carstva: bezoblično, ili molekularno, i organsko, ili ćelijsko. Napisao je da je "...organski svijet prvenstveno ćelijsko kraljevstvo...". Razvijen pogled
O nastanak živih bića iz neorganskog svijeta. Vjerovao je da zrnca sluzi, nagomilana oko primarne male vezikule, formiraju jezgro ili citoblast, koji je sposoban da se razvije u ćeliju. Tako nastaju najjednostavnije organizovana tijela. P.F. Gorjanjinov je povezao problem nastanka života sa nastankom ćelije.
U 20-im godinama XIX vijeka. najznačajniji radovi iz oblasti proučavanja biljnih i životinjskih tkiva pripadaju francuskim naučnicima Anri Dutrochet (1824), Francois Raspail (1827), Pierre Turpin (1829). Oni su tvrdili da su ćelije (vrećice, vezikule) elementarne strukture svih biljnih i životinjskih tkiva.
Ove studije su utrle put ćelijskoj teoriji. Velika poteškoća za formiranje ćelijske teorije predstavljala je
nedostatak znanja o mikroskopskoj anatomiji životinja. Histologija životinja je već postojala. Razvili su ga Jan Purkynia i njegovi učenici.
MODUL 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Predavanje 2 TEORIJA ĆELIJA
Prvi je primenio bojenje, uveo antirefleksne medije za preparate. Njegov učenik Ošac konstruisao je prvi mikrotom. Godine 1837. Purkinya je u izvještaju Društvu prirodnjaka u Pragu izrazio teoriju o "nukleiranim granulama" (ćelijama). Govorio je o analogiji između "ćelija" biljaka i "sjemena" životinja. On je iznio stav izgradnje tijela životinja iz ćelija.
Johannes Müller, na temelju proučavanja tkiva akorda, izrazio je ideju konzistentnosti u ćelijskoj strukturi biljaka i životinja (1838).
Matthias Schleiden je proučavao formiranje ćelija tokom rasta različitih delova biljaka. On je napisao „...i za fiziologiju biljaka i za opštu fiziologiju vitalna aktivnost pojedinačnih ćelija je najvažnija i apsolutno neizbežna osnova, pa se, pre svega, postavlja pitanje kako zapravo nastaje ova mala, osebujna ćelija organizma " . Njegovu teoriju formiranja ćelija kasnije je nazvao teorijom citogeneze.
Matija Šlajden (1804–1881) zisa (1838); značajna je činjenica da se ona prva povezala
MODUL 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Predavanje 2 TEORIJA ĆELIJA
pitanje porekla ćelije sa njenim sadržajem i (prvenstveno) sa jezgrom.
Izgled ćelija prema Schleidenu prikazan je na sl. 1.5.
Rice. 1.5. Šema procesa nastanka ćelija prema M. Schleidenu (1838)
Schleiden je tijelo ćelije označio terminom citoblastem (ovaj termin pripada Schwannu, cytos je ćelija, blasteo treba da se formira).
Dakle, prema njegovoj teoriji, nova ćelija se može formirati u starim, centar njenog nastanka je jezgro. Teorija citogeneze, odnosno zajedničko porijeklo ćelija, bila je temelj za Schwannovu ćelijsku teoriju.
Schwann-Virchow ćelijska teorija. Godine 1839. Theodor Schwann,
polazeći od genetskog principa, potkrepio ćelijsku teoriju svih organizama. Postulati njegove teorije:
sva tkiva se sastoje od ćelija;
opšti princip razvoja ovih struktura;
nezavisna aktivnost svake pojedinačne ćelije. Waldeyer (1909) je vjerovao da "Schwannova zasluga nije u
da je otkrio ćelije kao takve, ali da je naučio istraživače da shvate njihovo značenje.
U Schwannovoj ćelijskoj teoriji je po prvi put data potkrijepljena generalizirajuća i vodeća ideja tumačenja strukture tijela. Postala je univerzalno priznata i izazvala veliko interesovanje za detaljno proučavanje strukture
MODUL 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Predavanje 2 TEORIJA ĆELIJA
ganizme. Karl Reichert je napisao da je "...interes za nju postao univerzalan i svestran nakon što je otkriće ćelije dovelo do sistematskog razvoja mikroskopske anatomije...". Međutim, endogena teorija porijekla stanica igrala je negativnu ulogu u razvoju embriologije. Brojni istraživači su počeli da priznaju nastanak celih organa direktno iz mase bez strukture. Velika zasluga u rasvjetljavanju ćelijske prirode niza tkiva i dokazivanju procesa diobe kao jedinog načina za reprodukciju stanica pripada Robertu Remaku.
Konačni udarac teoriji citogeneze zadao je Rudolf Virchow. Godine 1859. R. Virchow je, na osnovu Remakovog istraživanja, revidirao i razvio ćelijsku teoriju, zamijenivši koncept citogeneze zakonom: "svaka ćelija iz ćelije".
IN poslednja trećina 19. veka došlo je do brojnih velikih otkrića koja su obogatila citološku nauku.
IN 1871 I.D. Čistjakov je otkrio hromozome, opisao metode nuklearne podjele. A datum pojavljivanja njegovog klasičnog rada o biljnoj ćeliji - 1874. - treba smatrati početkom razvoja citologije u Rusiji [ 17 ].
1875 - Strasburger je detaljno opisao nuklearnu fisiju. 1898 - V.I. Beljajev je opisao podjelu redukcije.
1898. - S.G. Navašin je otkrio fenomen dvostruke oplodnje kod kritosjemenjača itd.
Osnovni postulati moderne ćelijske teorije. Glavni
Odredbe Schwann-Virchowove ćelijske teorije zadržale su svoj značaj do danas.
Glavni postulati moderne ćelijske teorije su sljedeći: 1. Ćelija je elementarna jedinica živog: nema života izvan ćelije.
Živa bića karakterizira niz kumulativnih karakteristika: sposobnost reprodukcije (reprodukcije), korištenje i transformacija energije, metabolizam, osjetljivost, varijabilnost.
Takav skup karakteristika može se naći na ćelijskom nivou. Iz ćelije je moguće izolovati njene pojedinačne komponente, čak i molekule, mnoge od njih imaju specifične funkcionalne karakteristike. Mnogi enzimi rade izvan ćelije, izolovani ribozomi u prisustvu potrebnih faktora mogu da sintetišu proteine itd. Sve ove ćelijske komponente i strukture imaju samo deo skupa svojstava živog bića. Samo ćelija kao takva je najmanja jedinica koja ima sva preuzeta svojstva koja zadovoljavaju definiciju "življenja".
Ćelije imaju različitu morfologiju, veličinu. Postoje dva tipa organizacije ćelija: prokariotska - prednuklearna i eukariotska - pravilno nuklearna (sl. 1.6, 1.7). Uprkos morfološkim razlikama, pro- i eukariotske ćelije imaju mnogo zajedničkog, što im omogućava da se pripišu jednom, ćelijskom, sistemu organizacije živih bića (obučenih plazma membranom koja ima sličnu funkciju transporta supstanci iz ćelije
MODUL 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Predavanje 2 TEORIJA ĆELIJA
i unutar njega; sinteza proteina se odvija na ribosomima; procesi sinteze RNK, replikacije DNK su slični; slični bioenergetski procesi).
Rice. 1.6. Kombinovana šema prokariotske ćelije: 1 - ćelijski zid; 2
- plazma membrana; 3 – nukleoidna DNK; 4 - poliribozomi citoplazme; 5 - mezozom; 6 - lamelne strukture; 7 - invaginacije plazmaleme; 8 - nakupine hromatofora; 9 - vakuole sa inkluzijama; 10 - bakterijska flagela; 11 - lamelarni tilakoidi
a b
Rice. 1.7. Kombinovani dijagram strukture eukariotske ćelije: a - životinjska ćelija; b - biljna ćelija; 1 - jezgro sa hromatinom i nukleolima; 2 - citoplazmatska membrana; 3 - ćelijski zid; 4 - pore u ćelijskom zidu kroz koje komunicira citoplazma susednih ćelija; 5 - grubi endoplazmatski retikulum; 6 - glatki endoplazmatski retikulum; 7 - pinocitna vakuola; 8 - Golgijev aparat; 9 - lizozomi; 10 - masne inkluzije; 11 - ćelijski centar; 12 - mitohondrije; 13 - ribozomi i poliribozomi; 14 - vakuola; 15 - hloroplast
MODUL 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Predavanje 2 TEORIJA ĆELIJA
Yu. S. Chentsov smatra da je ćelija uređeni strukturirani sistem biopolimera (proteini, nukleinske kiseline) i njihovih makromolekularnih kompleksa, ograničen aktivnom membranom, koji učestvuje u jednom skupu metaboličkih i energetskih procesa koji održavaju i reprodukuju čitav sistem. kao celina, tj. Ćelija je samoodrživi i samoreprodukcioni sistem biopolimera.
2. Ćelija je jedinstven sistem koji uključuje mnogo elemenata koji su prirodno povezani jedni s drugima, predstavljaju određenu integralnu formaciju, koja se sastoji od konjugiranih funkcionalnih jedinica - organela ili organela.
Ćelija sadrži mnoge vrste unutarćelijskih struktura koje obavljaju različite funkcije, od kojih je svaka specijalizirana za obavljanje određenih funkcija. Svaka od funkcija je obavezna; bez njene implementacije ćelija ne može postojati. Ćelija se može "razložiti" na brojne komponente koje obavljaju svoje funkcije, ali svaka od njih je novi sistem ili podsistem. Na primjer: jezgro je sistem za pohranjivanje, reprodukciju i implementaciju genetskih informacija, itd.
3. Ćelije su homologne po strukturi i osnovnim svojstvima.
Različite ćelije biljaka i životinja su slične. Homologija ćelijske strukture je uočena unutar svakog od tipova ćelija (sl. 1.6, 1.7). Homologija u strukturi ćelija određena je sličnošću općih ćelijskih funkcija usmjerenih na održavanje života samih stanica i njihovu reprodukciju. Raznolikost u strukturi ćelija višećelijskih organizama rezultat je funkcionalne specijalizacije. Na primjer, u nervnoj ćeliji, pored općih ćelijskih komponenti, postoje i specifične: prisutnost dugih i razgranatih ćelijskih procesa koji završavaju posebnim strukturama koje prenose nervne impulse; u citoplazmi - tigroid; u ćelijskim procesima - veliki broj mikrotubula. Sve ove karakteristike nervne ćelije povezane su sa njenom specijalizacijom - prenosom nervnog impulsa.
4. Broj ćelije se povećava dijeljenjem prvobitne ćelije nakon udvostručenja njenog genetskog materijala (DNK): ćeliju po ćeliju.
Razmnožavanje prokariotskih i eukariotskih stanica odvija se diobom izvorne stanice, kojoj prethodi reprodukcija njenog genetskog materijala.
At eukariotske ćelije, jedini potpuni način diobe je mitoza ili mejoza tokom formiranja zametnih stanica. U tom slučaju nastaje ćelijsko vreteno uz pomoć kojeg se kromosomi ravnomjerno raspoređuju na dvije kćeri ćelije.
At Prokariotske ćelije takođe imaju poseban aparat za razdvajanje ćelija.
MODUL 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Predavanje 2 TEORIJA ĆELIJA
5. Višećelijski organizam je novi sistem, složeni ansambl mnogih ćelija, ujedinjenih i integrisanih.
V sistemi tkiva i organa međusobno povezani uz pomoć hemijskih faktora, humoralnih i nervnih (molekularna regulacija).
Ćelija u višećelijskom organizmu je jedinica funkcionisanja i razvoja. Osnovna osnova svih reakcija cijelog organizma je ćelija.
Rast organizma, povećanje njegove biomase, rezultat je reprodukcije ćelija i njihove proizvodnje raznih proizvoda.
Oštećenje ćelija, promena njihovih svojstava je osnova za razvoj bolesti.
6. Ćelije višećelijskih organizama su totipotentne, odnosno imaju genetske potencije svih ćelija datog organizma, ekvivalentne su po genetskoj informaciji, ali se međusobno razlikuju po različitoj ekspresiji (radu) različitih gena, što dovodi do njihovog morfološkog i funkcionalna raznolikost - do diferencijacije.
Individualni razvoj od jedne ćelije do višećelijskog organizma rezultat je doslednog, selektivnog uključivanja rada različitih genskih regiona hromozoma u različitim ćelijama. To vodi
To pojava ćelija sa specifičnim strukturama i posebnim funkcijama za njih, tj. na proces diferencijacije.
Diferencijacija je rezultat selektivne aktivnosti različitih gena u ćeliji kako se razvija višećelijski organizam.
Stoga je svaka ćelija totipotentna. Totipotencija ćelijskih jezgara tijela prikazana je na Sl. 1.8.
Rice. 1.8. Totipotencija jezgara tjelesne ćelije: a – jezgro izolovano iz crijevne ćelije punoglavca Xenopus laevis; b - jajna ćelija lišena jezgra zračenjem; 1 - izolacija jezgra iz somatske ćelije; 2 – zračenje oocita; 3 - nuklearna transplantacija; 4 - drobljenje jaja; 5 - larva
Međutim, u različitim ćelijama, isti geni mogu biti ili u aktivnom ili u potisnutom stanju.
MODUL 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Predavanje 3 METODE CITOLOGIJE I HISTOLOGIJE
Planlections
1. Svetlosna mikroskopija. Mikroskopija faznog kontrasta. polarizujuća mikroskopija. interferentna mikroskopija. Mikroskopija tamnog polja. ultraljubičasta mikroskopija. Fluorescentna mikroskopija.
2. Vitalno proučavanje ćelija. metoda kulture tkiva. Mikrohirurgija. Život bojanje. Proučavanje fiksnih ćelija i tkiva. Hemijska fiksacija. Liofilizacija tkiva. Bojanje. citokemijske metode. Citofotometrija. Autoradiografija. Kontrastni korpuskularni objekti. Ultramikrotomija.
3. Posebne metode elektronske mikroskopije bioloških objekata: metoda transmisije, visokonaponska, skenirajuća elektronska mikroskopija.
Svetlosna mikroskopija. Razvoj citologije usko je povezan sa usavršavanjem mikroskopa i metoda mikroskopskog pregleda. Ni danas, uprkos brzom razvoju elektronske mikroskopije, svjetlosna mikroskopija ne gubi na značaju, prvenstveno za proučavanje ćelija in vivo.
Svetlosni mikroskop je optički sistem koji se sastoji od kondenzatora, objektiva i okulara (slika 1.9). Snop svjetlosti iz izvora svjetlosti se skuplja u kondenzator i usmjerava na objekt; Nakon prolaska kroz objekat, svjetlosni zraci ulaze u sistem sočiva objektiva, izgrađuju primarnu sliku koja se uvećava uz pomoć sočiva okulara. Moderni mikroskopi imaju izmjenjiva sočiva.
Rice. 1.9. Vrste svjetlosne mikroskopije
MODUL 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Jedna od najvažnijih karakteristika mikroskopa je njegova rezolucija.
Rezolucija je minimalna udaljenost između dvije tačke na kojoj se one još uvijek zasebno snimaju datim optičkim sistemom.
Moć razlučivanja mikroskopa (d) određena je njegovim objektivom, budući da okular daje samo sekundarno uvećanje slike koju daje objektiv, a izračunava se po formuli
d = (0,61 λ)/(n sinα),
gdje je d minimalna dozvoljena udaljenost; λ je talasna dužina primijenjenog svjetla; n je indeks prelamanja medija; α je ugao između optičke ose sočiva i zraka koji najviše odstupa od zraka koji ulazi u sočivo
(Sl. 1.10).
Nazivnik ovog razlomka zavisi od dizajna sočiva i konstantna je vrednost za svako sočivo i naziva se numerički otvor sočiva (A).
A \u003d n sinα.
Što je veći otvor objektiva, veća je rezolucija mikroskopa. Numerički otvor blende može se povećati na dva načina:
1. Moguće je povećati ugao gledanja sočiva (α), što se radi kod sočiva sa velikim uvećanjem. Međutim, ugao α ne može biti veći od 90°, a sinα ne može biti veći od 1.
2. Moguće je povećati refrakciju medija koji se nalazi između lijeka
I sočivo. Stoga su najsnažnija sočiva napravljena potapanjem, jer n ulja za potapanje je 1,515, vode je 1,33, a zraka je 1.
Numerički otvor suhih sistema u praksi ne prelazi 0,95, a najveći otvor objektiva za uranjanje u ulje je 1,4.
Rezoluciona moć mikroskopa ne zavisi samo od otvora blende, već i od talasne dužine svetlosti.
Koristeći talasnu dužinu svetlosti od 550 nm, najmanji prečnik vidljivih čestica biće 0,24 mikrona, za ultraljubičasto svetlo (260–280 nm) d = 0,13–0,14 mikrona.
Tipično, svjetlosni mikroskopi koriste izvore svjetlosti u vidljivom području spektra (400-700 nm), tako da maksimalna rezolucija mikroskopa ne može biti veća od 0,2-0,3 mikrona. Sve što svjetlosni mikroskop može dati kao pomoćni uređaj našem oku je povećanje d za oko 1000 puta.
MODUL 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Predavanje 3 METODE CITOLOGIJE I HISTOLOGIJE
Rice. 1.10. Ugao ulaska sočiva
Običan svjetlosni mikroskop koristi se svuda gdje je struktura objekta dovoljno kontrastna i jasno prepoznatljiva.
Kontrast slike ovisi o amplitudi svjetlosnih vibracija, ako predmet apsorbira dio svjetlosti, tada se amplituda vibracija smanjuje i predmet se okom percipira kao tamniji. Ako objekt selektivno apsorbira zrake određenih valnih dužina, stvara se kontrast boja. Međutim, većina živih ćelija nema dovoljno kontrasta: strukture unutar njih su prozirne i stoga slabo vidljive. Za proučavanje takvih sočiva razvijene su posebne vrste svjetlosne mikroskopije.
Fazno-kontrastna mikroskopija se široko koristi za promatranje živih stanica; omogućava oštro povećanje kontrasta slike objekta.
Princip metode je da detektuje fazne pomake svetlosnih vibracija do kojih dolazi kada svetlost prolazi kroz strukturu, iako ne apsorbuje, ali ima indeks prelamanja drugačiji od onog u okolini.
Međutim, pomake faze oko ne percipira direktno. U sočivo fazno-kontrastnog mikroskopa ugrađena je posebna ploča, prolazeći kroz koju svjetlosni snop doživljava dodatni pomak
MODUL 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Predavanje 3 METODE CITOLOGIJE I HISTOLOGIJE
faze oscilovanja. Prilikom izgradnje slike, zraci su u interakciji koji su u istoj fazi ili u antifazi, ali s različitim amplitudama. Stvara se kontrastna slika objekta svijetlo-tamno.
Polarizujuća mikroskopija se koristi u citologiji za posebne namjene. Omogućuje vam da identificirate strukture s uređenim rasporedom molekula (na primjer: kristali ili fibrilarni proteini, vretenasta vlakna, miofibrile, itd.), odnosno proučavaju se objekti s izotropijom. Takve strukture pokazuju dvolomnost (anizotropiju). Svjetlosni snop koji prolazi kroz njih podijeljen je na dva, šireći se različitim brzinama iu različitim smjerovima.
U polarizacijskom mikroskopu ispred kondenzatora se postavlja polarizator koji prenosi svjetlosne valove s određenom ravninom polarizacije. Nakon preparacije i sočiva postavlja se analizator koji može propuštati svjetlost sa istom ravninom polarizacije. Polarizator i analizator su prizme napravljene od islandskog šparta (Nicol prisms). Ako se druga prizma (analizator) zarotira za 90° u odnosu na prvu, svjetlost neće proći. U slučaju da se između tako ukrštenih prizmi nalazi objekat sa anizotropijom, odnosno sa sposobnošću polarizacije svjetlosti, vidjet će se da svijetli u tamnom polju.
U interferentnoj mikroskopiji, snop paralelnih svjetlosnih zraka iz iluminatora dijeli se na dva toka. Jedan od njih prolazi kroz objekat i dobija promene u fazi oscilovanja, drugi prolazi pored objekta. U prizmama sočiva, oba toka su ponovo povezana i interferiraju jedan s drugim, odnosno fazni pomak se pretvara u promjenu amplitude (tj. svjetline).
IN Kao rezultat interferencije, izgradit će se slika na kojoj će se presjeci ćelija različite debljine ili različite gustoće međusobno razlikovati u smislu kontrasta, odnosno veličina faznog pomaka je direktno povezana s gustinom strukture, tj. sa količinom suve materije u njoj.
Stoga, mjerenjem veličine faznog pomaka, kao i veličine ćelije ili njene strukture, moguće je odrediti njenu suhu težinu.
Mikroskopija tamnog polja (ultramikroskopija) zasniva se na činjenici da, poput čestica prašine u snopu svjetlosti (Tyndallov efekat), najmanje čestice koje se nalaze izvan rezolucije mikroskopa postaju vidljive u snopovima koji putuju pod tako velikim uglom da to čine. ne pada direktno u sočivo.
IN sočivo prima samo svjetlost reflektovanu od ovih čestica, a one se pojavljuju kao svjetleće tačke na tamnoj pozadini.
MODUL 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Predavanje 3 METODE CITOLOGIJE I HISTOLOGIJE
Ova metoda je vrijedna u proučavanju živih stanica, živih koloida protoplazme.
ultraljubičasta mikroskopija. Budući da je staklo neprozirno za UV zrake, sva optika ovdje je ili kvarcna ili zrcalna (reflektirajuća). Slika se vizuelno gleda na fluorescentnom ekranu i fotografiše.
Vrijednost metode je u tome što neke važne komponente ćelije, na primjer nukleinske kiseline, koje uopće ne apsorbiraju vidljivu svjetlost, imaju specifičnu apsorpciju UV zraka određene talasne dužine. Mikroskopiranje predmeta u ovim slučajevima omogućava identifikaciju takvih supstanci bez ikakvog bojenja.
Fluorescentna mikroskopija omogućava proučavanje i intrinzične (primarne) fluorescencije niza supstanci i sekundarne fluorescencije uzrokovane bojenjem ćelijskih struktura posebnim bojama - fluorohromima.
Princip metode je da neke supstance same počnu da sijaju kada su izložene svetlosti, a talasna dužina svetlosti koju emituju uvek je veća od talasne dužine svetlosti koja pobuđuje fluorescenciju. Za pobuđivanje fluorescencije koristi se plavo ili UV svjetlo.
Određeni pigmenti, vitamini i hormoni posjeduju pravu fluorescenciju. Fluorohromi se mogu koristiti, oni se selektivno vezuju za određene ćelijske strukture, uzrokujući njihovu sekundarnu fluorescenciju.
Vitalno proučavanje ćelija. Svetlosni mikroskop vam omogućava da vidite žive ćelije. Brojne metode se koriste za proučavanje živih ćelija, organa i tkiva.
Metodu kulture tkiva razvili su Garrison, Carrel, Burroughs, A. A. Maksimov. Suština metode: mali komad živog tkiva stavlja se u komoru ispunjenu hranljivim medijumom. Nakon nekog vremena počinje dioba i rast stanica na periferiji takvog komada. U drugom slučaju, odrezani komad tkiva tretira se otopinom enzima, što dovodi do potpunog odvajanja stanica jedna od druge. Zatim se suspenzija ispranih ćelija stavlja u posudu s hranljivim medijem, gdje one potonu na dno, pričvrste se za staklo, počnu se razmnožavati, formirajući prvo koloniju, a zatim kontinuirani sloj ćelija.
Mikrohirurgija omogućava korištenje posebnih mikromanipulatora za izvođenje različitih operacija na ćeliji i njenim organelama. Uz pomoć mikromanipulatora, ćelije se režu, iz njih se vade dijelovi, ubrizgavaju supstance (mikroinjekcije) itd. Mikromanipulator se kombinuje sa konvencionalnim mikroskopom, u kojem se prati rad. Sa mikromanipulacijom
MODUL 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Predavanje 3 METODE CITOLOGIJE I HISTOLOGIJE
ćelije se postavljaju u posebne komore u kojima se obavlja operacija. Široko se koriste mikrozraci UV svjetlosti ili laserski mikrozraci.
Vitalno bojenje - bojenje živih stanica vitalnim bojama u rasponu koncentracija koje ne izazivaju toksični učinak, ima široku primjenu u citologiji i histologiji. Po svojoj hemijskoj strukturi vitalne boje spadaju u organska jedinjenja aromatičnog niza. To su elektroliti koji se mogu podijeliti na kisele i bazične. Većina njih su indikatori. To je osnova za njihovu primjenu za određivanje koncentracije vodikovih iona.
Mnoge vitalne boje mogu lako promijeniti iz oksidiranog u reducirani oblik i obrnuto. Ovo se koristi za određivanje nivoa redoks procesa u ćeliji. Kada su ćelije obojene vitalnim bojama, ove potonje prodiru u ćeliju, skupljaju se u citoplazmi u obliku granula, jezgro se ne boji.
Većina informacija o ćeliji dobijena je na stabilnom fiksnom materijalu.
Zadaci fiksacije su da ubije ćeliju, zaustavi aktivnost intracelularnih enzima, spriječi razgradnju ćelijskih komponenti, izbjegne gubitak struktura i supstanci i spriječi pojavu artefaktnih struktura. Hemijska fiksacija je brza obrada tkiva rastvorima u cilju ubijanja ćelija, zadržavajući njihovu strukturu što je moguće nepromenjenom.
Liofilizacija tkiva, u kojoj se tkivo brzo zamrzava na temperaturi tečnog azota, zatim suši u vakuumu, izbegava mnoge nedostatke hemijske fiksacije, omogućava trenutno zaustavljanje svih vitalnih procesa.
Bojenje otkriva većinu ćelijskih organela i struktura. Koriste se prirodne i sintetičke boje. Prirodne boje se koriste u kombinaciji sa jedicama (oksidi raznih metala), s kojima tvore kompleksne spojeve. Sintetičke boje su kisele i bazične. Ovisno o tome, mogu različite dijelove stanica obojati u različite boje i na taj način povećati kontrast ćelijskih i ekstracelularnih komponenti.
Postoji niz specifičnih tehnika bojenja koje se mogu koristiti za identifikaciju specifičnih hemikalija: proteina, nukleinskih kiselina, polisaharida, lipida, aminokiselina, itd. To su citokemijske metode. Postoji čitava grupa citokemijskih reakcija povezanih s otkrivanjem enzima.
MODUL 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Predavanje 3 METODE CITOLOGIJE I HISTOLOGIJE
Citofotometrija vam omogućava da odredite količinu supstance u ćeliji i njenih sastavnih elemenata njihovom apsorpcijom svjetlosnih zraka određene valne dužine.
Ova metoda omogućava mjerenje ili intrinzične apsorpcije zraka od strane hemijskih komponenti ćelije, ili količine boje nastale tokom citokemijske reakcije na datoj lokaciji u ćeliji. Važno je da ova reakcija bude kvantitativna, odnosno da bi količina obojenog proizvoda bila proporcionalna količini analita.
D = lgT 0 / T ,
gdje je D optička gustina strukture; T 0 je količina svjetlosti koja je prošla kroz prazno mjesto lijeka; T je količina svjetlosti koja je prošla kroz apsorbirajuću strukturu.
Za određivanje koncentracije tvari koriste se mikroskopi i citofotometri; za određivanje nukleinskih kiselina i proteina - ultraljubičasta citometrija; Koriste se i imunohemijske reakcije pomoću fluorescentnih antitijela.
Autoradiografija je registracija tvari označenih izotopima. Koristi se fotografska registracija izotopskog zračenja. Pomoću ove metode možete pratiti dinamiku različitih biosinteza u određenim morfološkim strukturama, odrediti trajanje postojanja citoplazmatskih supstanci u nepromijenjenom obliku, koristi se za određivanje lokacije određenih vrsta nukleinskih kiselina ili pojedinačnih nukleotidnih sekvenci u sastav ćelijskih jezgara ili hromozoma. Suština metode je detekcija molekula obilježenih umjetnim izotopom pomoću fotografske emulzije, koja pokriva dijelove stanica i tkiva fiksirane u različito vrijeme nakon uvođenja označenog prekursora.
Kontrastiranje korpuskularnih objekata se široko koristi za kontrastiranje virusa, ribozoma i molekula nukleinske kiseline. Jedna uobičajena tehnika je metalno sjenčanje. Za kontrastno sjenčanje koriste se platina, paladij, njihove legure i uran. U slučaju negativnog kontrastiranja objekata sa rastvorima soli teških metala koriste se amonijum molibdat, uranil acetat i fosfovolframska kiselina. Za pozitivan kontrast koriste se soli teških metala.
Ultramikrotomija omogućava dobijanje ultratankih rezova (0,05–
MODUL 1 CITOLOGIJA KAO NAUKA
Predavanje 3 METODE CITOLOGIJE I HISTOLOGIJE
Specijalne metode elektronske mikroskopije bioloških objekata . Jedna od najčešćih, koja je postala klasična metoda koja se koristi ustrukturne i biohemijskeistraživanje je metoda elektronske mikroskopije u njenim različitim modifikacijama. Ove modifikacije su posljedica kako različitih pristupa analizi struktura koje se proučavaju, tako i posebnosti pripreme stanica za ultrastrukturne studije.
Transmisiona (transmisiona) elektronska mikroskopija omogućava vam da analizirate ne samo sve organele nuklearnog i citoplazmatskog aparata, već i neke strukture koje se nalaze na supramolekularnom nivou organizacije, na primjer: potporne i kontraktilne mikrofibrile, mikrotubule itd.
Metoda visokonaponske elektronske mikroskopije se koristi na sistemskom i podsistemskom nivou organizacije. Ova metoda omogućava proučavanje "debelih" preseka ili čak celih raširenih ćelija, što omogućava analizu složenog sistema submembranskih vlakana površinskog aparata ćelije u celini.
Metoda skenirajuće elektronske mikroskopije koristi se u proučavanju funkcije površinskog aparata ćelije, odnosa pojedinih podsistema površinskog aparata jezgra i niza drugih pitanja opće citologije. Ova metoda omogućava proučavanje površine objekta u volumenu.
Od velikog značaja u citološkim istraživanjima je metoda zamrzavanja - čipovanje. Ovo je nježna metoda pripreme bioloških objekata za ultrastrukturnu analizu. Suština metode: predmet se stavlja u atmosferu tekućeg dušika. Svi metabolički procesi se odmah zaustavljaju. Čips se pravi od smrznutog predmeta. Sa površine čipova se replike dobijaju nanošenjem metalnog filma na njih. Ovi filmovi se dalje ispituju pod mikroskopom.
Elektronski mikroskop je po dizajnu sličan optičkom: izvor osvjetljenja je katoda elektronskog pištolja, kondenzatorski sistem je kondenzatorsko magnetno sočivo, objektiv je magnetno sočivo objektiva, okular je projekcijska magnetna sočiva, ali umjesto toga oka, elektroni padaju na luminiscentni ekran ili na fotografsku ploču. Elektronski mikroskop je postigao rezoluciju od 1 Ao (0,1 nm). Na ekranima ili fotografskim filmovima elektronskog mikroskopa može se dobiti uvećanje do 500.000 puta. U budućnosti, uz štampanje fotografija, možete dobiti još 10-struko povećanje.
MOLEKULARNO-GENETIČKI I ĆELIJSKI NIVO
ORGANIZACIJE ŽIVOTA KAO OSNOVA ŽIVOTA ORGANIZMA
OSNOVE CITOLOGIJE
Citologija- grana biologije, koja trenutno djeluje kao samostalna nauka koja proučava strukturne, funkcionalne i genetske karakteristike ćelija svih organizama.
Trenutno su citološke studije neophodne za dijagnozu bolesti, jer omogućavaju proučavanje patologije na osnovu elementarne jedinice strukture, funkcionisanja i reprodukcije žive materije - ćelije. Na ćelijskom nivou manifestiraju se sva osnovna svojstva živog bića: metabolizam, korištenje bioloških informacija, reprodukcija, rast, razdražljivost, naslijeđe, sposobnost prilagođavanja. Ćelije živih organizama odlikuju se raznolikom morfologijom i strukturnom složenošću (čak i unutar istog organizma), ali određene karakteristike se nalaze u svim ćelijama bez izuzetka.
Otkriću ćelijske organizacije živih bića prethodio je pronalazak instrumenata za uvećanje. Dakle, prvi mikroskop bi konstruirali holandski optičari Hans i Zachary Jansen (1590). Veliki Galileo Galilei napravio je mikroskop 1612. godine. Međutim, smatra se da je početak proučavanja ćelije 1665., kada je engleski fizičar Robert Hooke upotrijebio izum svog sunarodnjaka Christiana Huygensa (1659. je dizajnirao okular), primjenjujući ga na mikroskop za proučavanje fine strukture pluta. Primetio je da se supstanca od plute sastoji od velikog broja malih šupljina međusobno odvojenih zidovima, koje je nazvao ćelijama. Ovo je bio početak mikroskopskih istraživanja.
Posebno su značajne studije A. Leeuwenhoeka, koji je 1696. godine otkrio svijet jednoćelijskih organizama (bakterija i cilijata) i prvi put vidio životinjske stanice (eritrocite i spermatozoide).
J. Purkinje je 1825. prvi put uočio jezgro u kokošjem jajetu, a T. Schwann je prvi opisao jezgro u životinjskim ćelijama.
Do 30-ih godina 19. stoljeća akumuliran je značajan činjenični materijal o mikroskopskoj strukturi ćelija, a 1838. godine M. Schleiden je iznio ideju o identitetu biljnih ćelija sa stanovišta njihovog razvoja. T. Schwann je napravio konačnu generalizaciju, shvativši značaj ćelije i ćelijske strukture kao glavne strukture vitalne aktivnosti i razvoja živih organizama.
Ćelijska teorija, koju su stvorili M. Schleiden i T. Schwann, kaže da su ćelije strukturna i funkcionalna osnova živih bića. R. Virchow primijenio je Schleiden-Schwannovu staničnu teoriju u medicinskoj patologiji, dopunivši je tako važnim odredbama kao što su "svaka ćelija iz ćelije" i "svaka bolna promjena povezana je s nekom vrstom patološkog procesa u ćelijama koje čine tijelo ."
Glavne odredbe modernog ćelijska teorija:
1. Ćelija – elementarna jedinica građe, funkcionisanja, razmnožavanja i razvoja svih živih organizama, van ćelije nema života.
2. Ćelija je integralni sistem koji sadrži veliki broj međusobno povezanih elemenata – organela.
3. Ćelije različitih organizama slične su (homologne) po strukturi i osnovnim svojstvima i imaju zajedničko porijeklo.
4. Do povećanja broja ćelija dolazi kroz njihovu deobu, nakon replikacije njihove DNK: ćelija - iz ćelije.
5. Višećelijski organizam je novi sistem, složeni ansambl velikog broja ćelija ujedinjenih i integrisanih u sisteme tkiva i organa, međusobno povezanih hemijskim faktorima: humoralnim i nervnim.
6. Ćelije višećelijskih organizama su totipotentne – svaka ćelija višećelijskog organizma ima isti ukupni fond genetskog materijala ovog organizma, sve moguće potencije za ispoljavanje ovog materijala – ali se razlikuju po stepenu ekspresije (rada) pojedinca. gena, što dovodi do njihove morfološke i funkcionalne raznolikosti – diferencijacije .
Tako je, zahvaljujući staničnoj teoriji, utemeljena ideja o jedinstvu organske prirode.
Moderne citološke studije:
Struktura ćelija, njihovo funkcionisanje kao elementarnih živih sistema;
Funkcije pojedinačnih ćelijskih komponenti;
Procesi reprodukcije ćelija, njihova popravka;
Prilagođavanje uvjetima okoline;
Karakteristike specijalizovanih ćelija.
Citološke studije su neophodne za dijagnozu ljudskih bolesti.
Ključne riječi i koncepti: citologija, ćelija, ćelijska teorija
OPĆE INFORMACIJE O ĆELIJAMA
Svi poznati oblici života na Zemlji mogu se klasificirati na sljedeći način:
NEĆELIČNI OBLICI ŽIVOTA
VIRUSI
Virus (lat. virus- otrov) - nećelijski organizam, čija veličina varira između 20 - 300 nm.
Virioni (virusne čestice) se sastoje od dvije ili tri komponente: jezgro virusa je genetski materijal u obliku DNK ili RNK (neki imaju obje vrste molekula), oko njega je proteinski omotač (kapsid) formiran od podjedinica (kapsomera). ). U nekim slučajevima postoji dodatna lipoproteinska ovojnica koja proizlazi iz plazma membrane domaćina. Za svaki virus, kapsomeri kapsida su raspoređeni u strogo definiranom redoslijedu, zbog čega nastaje posebna vrsta simetrije, na primjer, spiralna (cijevasti oblik - virus mozaika duhana ili sferična u životinjskim virusima koji sadrže RNK) i kubična ( izometrijski virusi) ili mješoviti (slika 1).