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Biologia citologia e tutto ciò che riguarda la cellula. La citologia è la scienza che studia la cellula. Eccezionali citologi russi

La citologia è una scienza che studia le interazioni cellulari e la struttura cellulare, che, a sua volta, è una componente fondamentale di qualsiasi organismo vivente. Il termine stesso deriva dai concetti greci antichi “kitos” e “logos”, che significano rispettivamente cellula e insegnamento.

L'emergere e lo sviluppo iniziale della scienza

La citologia fa parte di un'intera galassia di scienze che si sono staccate dalla biologia nei tempi moderni. Il precursore della sua comparsa fu l'invenzione del microscopio nel XVII secolo. Fu osservando la vita attraverso una costruzione così primitiva che l'inglese scoprì per la prima volta che tutto è fatto di cellule. Così gettò le basi per ciò che studia oggi la citologia. Dieci anni dopo, un altro scienziato, Anthony Leeuwenhoek, scoprì che le cellule hanno una struttura e modelli di funzionamento strettamente ordinati. Scoprì anche l'esistenza dei nuclei. Allo stesso tempo, per molto tempo, la comprensione della cellula e del suo funzionamento fu ostacolata dalla qualità insoddisfacente dei microscopi dell'epoca. I successivi passi importanti furono compiuti a metà del XIX secolo. Successivamente la tecnologia è stata notevolmente migliorata, il che ha permesso di creare nuovi concetti, ai quali la citologia deve il suo intenso sviluppo. Questa è, prima di tutto, la scoperta del protoplasma e l'emergenza

Emersione della teoria cellulare

Sulla base delle conoscenze empiriche accumulate a quel tempo, i biologi M. Schleiden e T. Schwann proposero quasi contemporaneamente al mondo scientifico l'idea che tutte le cellule animali e vegetali siano simili tra loro e che ciascuna di queste cellule possieda tutte le proprietà e funzioni di un organismo vivente. Questa comprensione delle complesse forme di vita del pianeta ha avuto un impatto significativo sul percorso seguito dalla citologia. Ciò vale anche per il suo sviluppo moderno.

Scoperta del protoplasma

Il successivo importante risultato nel campo della conoscenza citato fu la scoperta e la descrizione delle proprietà del protoplasma. È una sostanza che riempie gli organismi cellulari e fornisce anche un mezzo per gli organi cellulari. Successivamente, la conoscenza degli scienziati su questa sostanza si è evoluta. Oggi si chiama citoplasma.

Ulteriore sviluppo e scoperta dell'eredità genetica

Nella seconda metà del 19° secolo furono scoperti corpi discreti contenuti in essi. Furono chiamati cromosomi. Il loro studio ha rivelato all'umanità le leggi della continuità genetica. Il contributo più importante in questo campo venne dato alla fine del XIX secolo dall'austriaco Gregor Mendel.

Stato attuale della scienza

Per la moderna comunità scientifica, la citologia è uno dei rami più importanti della conoscenza biologica. Ciò che lo ha reso tale è stato lo sviluppo della metodologia scientifica e delle capacità tecniche. I metodi della citologia moderna sono ampiamente utilizzati nella ricerca utile alle persone, ad esempio nello studio del cancro, nella coltivazione di organi artificiali, nonché nella selezione, nella genetica, nell'allevamento di nuove specie di animali e piante e così via.

Cosa studia la citologia?

La citologia è la scienza delle cellule. È emerso da altre scienze biologiche quasi 100 anni fa. Per la prima volta informazioni generali sulla struttura delle cellule furono raccolte in un libro di J.-B. Biologia della cellula di Carnoy, pubblicata nel 1884. La citologia moderna studia la struttura delle cellule, il loro funzionamento come sistemi viventi elementari: vengono studiate le funzioni dei singoli componenti cellulari, i processi di riproduzione cellulare, le loro riparazioni, l'adattamento alle condizioni ambientali e molti altri processi, consentendo di giudicare le proprietà e le funzioni comune a tutte le cellule. La citologia esamina anche le caratteristiche strutturali delle cellule specializzate. In altre parole, la citologia moderna è la fisiologia della cellula. La citologia è strettamente associata ai risultati scientifici e metodologici della biochimica, della biofisica, della biologia molecolare e della genetica. Ciò è servito come base per uno studio approfondito della cellula dal punto di vista di queste scienze e per l'emergere di una certa scienza sintetica sulla biologia cellulare o cellulare. Attualmente i termini citologia e biologia cellulare coincidono, poiché oggetto di studio è la cellula con i propri modelli di organizzazione e funzionamento. La disciplina "Biologia cellulare" si riferisce alle sezioni fondamentali della biologia, perché studia e descrive l'unica unità di tutta la vita sulla Terra: la cellula.

L’idea che gli organismi siano costituiti da cellule.

Uno studio lungo e attento della cellula in quanto tale ha portato alla formulazione di un'importante generalizzazione teorica che ha un significato biologico generale, vale a dire l'emergere della teoria cellulare. Nel XVII secolo Robert Hooke, fisico e biologo, distinto da grande ingegno, ha creato un microscopio. Esaminando una sottile sezione di sughero al microscopio, Hooke scoprì che era costituita da minuscole cellule vuote separate da pareti sottili, che, come ora sappiamo, sono costituite da cellulosa. Chiamò queste piccole cellule cellule. Più tardi, quando altri biologi iniziarono a esaminare i tessuti vegetali al microscopio, si scoprì che le piccole cellule scoperte da Hooke in un tappo morto e avvizzito erano presenti anche nei tessuti vegetali viventi, ma non erano vuote, ma contenevano ciascuna un piccolo filamento gelatinoso corpo. Dopo che i tessuti animali furono sottoposti ad esame microscopico, si scoprì che anch'essi erano costituiti da piccoli corpi gelatinosi, ma che solo raramente questi corpi erano separati l'uno dall'altro da pareti. Come risultato di tutti questi studi, nel 1939, Schleiden e Schwann formularono indipendentemente la teoria cellulare, in cui si afferma che le cellule sono le unità elementari da cui alla fine sono costituite tutte le piante e tutti gli animali. Per qualche tempo il doppio significato della parola cellula causò ancora qualche malinteso, ma poi si stabilì saldamente in questi piccoli corpi gelatinosi.

Nella lezione impareremo la storia dell'origine della citologia, ricorderemo il concetto di cellula e considereremo il contributo che vari scienziati hanno dato allo sviluppo della citologia.

Tutti gli esseri viventi, ad eccezione dei vi-ru-s, sono costituiti da cellule. Ma per gli scienziati del passato, la struttura cellulare degli organismi viventi non era così ovvia come per te e me. La scienza che studia la cellula, citologia, si formò solo a metà del XIX secolo. Senza sapere da dove provenga la vita, che essa appaia in unità più piccole, fino al Medioevo sono emerse teorie secondo cui, ad esempio, le rane provengono dalla terra e i topi nascono con la biancheria sporca (Fig. 2).

Riso. 2. Teorie del Medioevo ()

“I panni sporchi della scienza di mezzo secolo” furono “cuciti” per la prima volta nel 1665. Nature-is-py-ta-tel inglese Ro-Bert Hooke (Fig. 3).

Riso. 3. Robert Hooke ()

Per la prima volta guardò e descrisse i gusci delle cellule vegetali. E già nel 1674, il suo coll-le-ga olandese An-to-ni van Leeuwen-hoek (Fig. 4) fu il primo ad essere visto sotto un mik autocostruito -un numero di cellule animali semplici e individuali, come come eritrociti e spermatozoi -sì.

Riso. 4. Anthony van Leeuwenhoek ()

La ricerca di Le-ven-gu-ka è diventata così fan-ta-sti-che-ski-mi che nell'anno 1676, la London Co-ro-lion-society, dove ha inviato i risultati delle sue ricerche, ha ricevuto moltissimo in loro per-con-me. L’esistenza di organi unicellulari e di cellule del sangue, ad esempio, non rientra in questo quadro ovunque si trovi la scienza.

Ci sono voluti diversi secoli per comprendere i risultati del lavoro dello scienziato olandese. Solo entro la metà del XIX secolo. Lo scienziato tedesco Theodor Schwann, basandosi sul lavoro del suo collega Ma-tti-a-sa Schlei-de-na (Fig. 5 ), formò i principi di base della teoria cellulare, che usiamo ancora oggi.

Riso. 5. Theodor Schwann e Matthias Schleiden ()

Schwann si rese conto che le cellule delle piante e degli animali hanno un principio strutturale comune, perché si formano nello stesso modo; tutte le cellule sono autosufficienti e qualsiasi organismo è una raccolta di gruppi di cellule che non sono de-de-tel-ma-sti-individui (Fig. 6).

Riso. 6. Globuli rossi, divisione cellulare, molecola di DNA ()

Ulteriori ricerche sulle posizioni scientifiche formeranno i principi di base della teoria cellulare dei tempi moderni:

  1. Una cellula è un'unità strutturale universale della vita.
  2. Le cellule si moltiplicano dividendosi (cella per cellula).
  3. Le cellule vengono immagazzinate, re-ra-ba-you-va-yut, re-a-li-zu-yut e re-y-y-yat alla successiva informazione-forma-ma-zione.
  4. Una cellula è il biosistema più sostanziale, da un certo livello strutturale dell'organizzazione della materia vivente.
  5. Organ-niz-we multi-cellula-preciso è un complesso di sistemi interagenti di diverse cellule che forniscono crescita, sviluppo, metabolismo ed energia chi-va-yu-shchih or-ga-low-mu.
  6. Le cellule di tutti gli organismi sono simili tra loro per struttura, composizione e funzione.

Le cellule sono diverse. Possono differire per struttura, forma e funzione (Fig. 7).

Riso. 7. Diversità cellulare ()

Tra questi ci sono cellule a vita libera, che si comportano come individui di popolazioni e specie, come i loro stessi organismi. La loro vitalità dipende non solo da come funzionano le strutture cellulari interne, or-ga, ma da come funzionano. Loro stessi hanno bisogno di procurarsi il cibo, muoversi nell'ambiente, moltiplicarsi, cioè agire come individui piccoli, ma abbastanza autosufficienti. Ce ne sono molti di questi amanti della libertà. Sono inclusi in tutti i regni della natura vivente cellulare e abitano tutti gli ambienti della vita sul nostro pianeta. In un fondo or-ga-preciso multi-cella, la cellula ne fa parte, dalle cellule si formano tessuti e organi-ga.

La dimensione delle cellule può essere molto diversa - da un decimo di micron a 15 centimetri - questa è la dimensione di un uovo di paese, che rappresenta una cellula, e il peso di questa cellula è di mezzo chilogrammo. E non è questo il limite: le uova dei di-no-sauri, ad esempio, potrebbero raggiungere una lunghezza anche di 45 centimetri (Fig. 8) .

Riso. 8. Uovo di dinosauro ()

Di solito, nelle organizzazioni multicellulari, cellule diverse svolgono funzioni diverse. Cellule simili nella struttura, situate nelle vicinanze, unite dalla sostanza intercellulare e dallo scopo - necessarie per l'implementazione di determinate funzioni nell'organizzazione, formano i tessuti (Fig. 9).

Riso. 9. Formazione del tessuto ()

La vita è composta da molti or-ga-niz-ma che dipendono da quanto debolmente funzionano le cellule, inserendo i membri nella sua composizione. Questo è il motivo per cui le cellule non competono tra loro, al contrario, c'è cooperazione e specializzazione delle loro funzioni. Possibile or-ga-niz-mu per sopravvivere in quei si-tu-a-tsi-yah, in cui le singole cellule non ti-li-v-va-ut. Nelle complesse organizzazioni multicellulari - piante, animali e esseri umani - le cellule dell'organismo si trovano nel tessuto, i tessuti - negli organi, gli organi - nel sistema degli organi. E ciascuno di questi sistemi funziona per garantire l'esistenza dell'intera organizzazione.

Nonostante tutte le diverse forme e dimensioni, le cellule di diverso tipo sono simili tra loro. Processi come la respirazione, la biosintesi, il metabolismo si verificano nelle cellule indipendentemente dal fatto che siano -but-kle-toch-ny-mi o-ga-niz-ma-mi o siano incluse nella composizione di many-kle-exactly- non-esseri. Ogni cellula si nutre del cibo, ne trae energia e riceve energia dai rifiuti dell'ambiente che sostiene la propria hi-mi-che-società e si riproduce, cioè attua tutti i processi su cui si basa. la sua vita dipende.

Tutto ciò ci consente di considerare la cellula come un'unità speciale della materia vivente, come un sistema vivente elementare ( Fig. 10).

Riso. 10. Disegno schematico di una cella ()

Tutte le creature viventi, dall'in-fu-zo-ria all'elefante o alla balena, il mammifero più grande oggi, wow, sono fatte di cellule. L'unica differenza è che in-fu-zo-rii sono i biosistemi più conservabili, costituiti da una cellula, e le cellule della balena sono or-ga-ni-zo-va-ny e inter-e-mo -collegati come parti di un grande insieme da 190 tonnellate. La condizione dell'intero or-ga-niz-ma dipende da come funzionano le sue parti, cioè le cellule.

Riferimenti

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  2. Uznaem-kak.ru ().
  3. Mewo.ru ().

Compiti a casa

  1. Cosa studia la citologia?
  2. Quali sono le principali disposizioni della teoria cellulare?
  3. In cosa differiscono le cellule?

Lezione 1 LA CITOLOGIA COME SCIENZA

Lezioni

1. Oggetto, finalità e obiettivi del corso. Il posto della citologia nel sistema delle scienze biologiche.

2. La storia della scoperta della cellula.

3. Teoria dell'origine cellule sacca di K. Wolf.

4. Struttura cellulare dei tessuti animali.

5. Le prime descrizioni del contenuto della cella.

Oggetto, finalità e obiettivi del corso. Il posto della citologia nel sistema biologico

scienze giche. La citologia è la scienza dello sviluppo, della struttura e del funzionamento delle cellule. A questo proposito, la citologia, senza esagerare, occupa una posizione chiave in biologia, poiché tutte le funzioni del corpo si basano su processi che si verificano a livello cellulare. La citologia è una disciplina biologica complessa in cui vengono studiati vari aspetti dello studio della cellula.

L'accademico A. A. Zavarzin, un biologo evoluzionista, ha scritto che nel termine “cellula” si combinano due concetti: “Quando si parla di cellula in generale, si intende l'organizzazione elementare della materia vivente, al di fuori della quale non esiste alcun processo vitale; quando parlano di una cellula specifica, ad esempio una cellula nervosa o muscolare, intendono non solo la singola cellula con tutte le sue proprietà generali, ma anche la sua forma molto specifica: un neurone o un fuso muscolare.

Claude Bernard definì la cellula “la prima rappresentante della vita”; Rudolf Virchow - come “l'ultimo elemento morfologico di tutti gli esseri viventi”.

V. Ya. Alexandrov credeva che "una cellula è un sistema vivente elementare, costituito da due parti - il citoplasma e il nucleo - ed è la base per la struttura, lo sviluppo e l'attività vitale di tutti gli organismi animali e vegetali".

Pertanto, la cellula è l'unità elementare auto-riproducente della struttura e della funzione di tutti gli esseri viventi. L'organizzazione cellulare è inerente sia ai microrganismi unicellulari che ai macrooggetti multicellulari. Nonostante le differenze tra le singole celle, in ciascuna di esse

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Lezione 1 LA CITOLOGIA COME SCIENZA

Si possono distinguere quattro principali sottosistemi strutturali e funzionali (Fig. 1.1):

1. Tutte le cellule sono circondate da membrane piatte a due strati, la cui base strutturale è costituita da molecole lipidiche anfifiliche; In tali membrane sono "integrate" varie proteine, che determinano le caratteristiche del loro funzionamento.

2. Le informazioni ereditarie in tutte le cellule sono immagazzinate sotto forma di una molecola di DNA a doppio filamento, dove sono scritte sotto forma di un testo lineare di codoni tripletti costituiti da quattro tipi di desossiribonucleotidi: A, T, G, C.

3. Tutte le cellule hanno un apparato di biosintesi proteica fondamentalmente identico, in cui l'RNA gioca un ruolo centrale.

4. Tutte le cellule sono caratterizzate dall'esistenza di un altro sottosistema, limitato dalla membrana del citoplasma con enzimi localizzati in essa.

mi.

Riso. 1.1. Sottosistemi strutturali e funzionali di base della cellula

La relazione tra l'organismo e la cellula a vari livelli di organizzazione della materia vivente cambia in modo significativo. Nei batteri e nei protozoi l'organismo è allo stesso tempo una cellula; In un intero organismo multicellulare, lo sviluppo e l'attività vitale delle cellule sono regolati da un sistema di meccanismi di integrazione. Pertanto, uno dei compiti più importanti della citologia è lo studio delle modalità di regolazione dell'influenza di un macroorganismo sulle cellule dei tessuti.

Secondo A. A. Zavarzin, lo stadio moderno di sviluppo della biologia è caratterizzato sia dall'approfondimento della differenziazione delle scienze sia dalla loro sintesi basata su un'analisi completa dei modelli universali di organizzazione dei sistemi biologici.

Questa tendenza è particolarmente evidente nello sviluppo delle scienze riguardanti il ​​livello cellulare di organizzazione della materia vivente. Pertanto, è importante definire il ruolo di ciascuno

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Lezione 1 LA CITOLOGIA COME SCIENZA

scienza nell'approccio del sistema sintetico emergente allo studio dei processi che si verificano al livello di organizzazione in esame. La citologia generale è la scienza delle cellule, la scienza del livello cellulare di organizzazione della materia vivente. Oggetto della ricerca citologica generale sono tipi specifici di cellule (cellule di pro ed eucarioti, cellule di organismi unicellulari e multicellulari animali e vegetali e, all'interno di questi ultimi, cellule di varie aree di specializzazione). Questi stessi oggetti sono al centro di scienze come citologia speciale, istologia, embriologia, microbiologia, fisiologia, ecc. Ma anche in queste scienze viene prestata particolare attenzione alle caratteristiche specifiche di questo tipo di cellula. In citologia generale, quando si studiano tipi specifici di cellule, l'obiettivo è chiarire i modelli generali di organizzazione delle strutture cellulari e dei processi intracellulari che sono universali per tutte le cellule, nonché i modelli generali di organizzazione dei meccanismi integrativi regolatori dell'intera cellula .

Nonostante i diversi obiettivi finali delle scienze speciali e della citologia generale, sono strettamente correlati. Da un lato, per comprendere gli schemi generali dell'organizzazione cellulare, è necessario scoprire le manifestazioni specifiche di questi schemi, cioè l'intero spettro delle caratteristiche generali caratteristiche di specifici tipi di cellule. D'altra parte, la completa delucidazione delle caratteristiche specifiche di un particolare tipo di cellula richiede la conoscenza di quei meccanismi generali sulla base dei quali appare questa o quella caratteristica specifica.

Nell'organizzazione di qualsiasi cellula si distinguono i seguenti livelli:

molecolare;

sopramolecolare;

organoide;

sottosistema;

sistemico.

I livelli inferiori di organizzazione cellulare sono al centro di scienze come la chimica organica, la biochimica e la biologia molecolare. A livello di organoidi, sottosistemi e sistemi, le scienze citologiche hanno un ruolo dominante. Quando si analizzano le strutture cellulari, i metodi biochimici e biologici molecolari sono ampiamente utilizzati. Grazie a ciò, gli interessi di citologi, biochimici, biofisici, fisiologi, biologi molecolari e genetisti in molti casi coincidono. Una caratteristica della citologia generale è la sua stretta connessione con le scienze che studiano i meccanismi di organizzazione della materia vivente ai suoi livelli inferiori. Una conoscenza approfondita dei modelli dei livelli di organizzazione molecolare e supramolecolare è necessaria affinché i citologi possano analizzare con successo i livelli più alti di organizzazione cellulare. Il progressivo sviluppo della citologia è in gran parte dovuto all'introduzione nella pratica di alcuni metodi fondamentalmente nuovi che hanno avuto un impatto significativo sullo sviluppo dei suoi principali problemi.

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Lezione 1 LA CITOLOGIA COME SCIENZA

La storia della scoperta della cellula. Lo sviluppo dello studio della cellula è strettamente connesso con l'invenzione del microscopio (dal greco “micros” - piccolo, “skopeo” - guardo). Il primo microscopio fu progettato nel 1610 da Galileo ed era una combinazione di lenti in un tubo di piombo.

Il microscopio fu utilizzato per la prima volta da R. Hooke. Nel 1665 descrisse per primo la struttura cellulare del sughero, degli steli, ecc. e introdusse il termine “cellula”. R. Hooke fece il primo tentativo di contare il numero di cellule in un certo volume di un tappo. In primo luogo, ha formulato l'idea di una cella come una cella completamente chiusa su tutti i lati. In secondo luogo, R. Hooke ha stabilito il fatto che la struttura cellulare dei tessuti vegetali è diffusa.

Queste due conclusioni principali hanno determinato la direzione di ulteriori ricerche in questo settore.

Nel 1671–1679 L'italiano Marcello Malpighi diede la prima descrizione sistematica della microstruttura degli organi vegetali, che gettò le basi per l'anatomia vegetale.

Nel 1671–1682 anche l'inglese Nehemiah Grew descrisse dettagliatamente le microstrutture delle piante; introdusse il termine “tessuto” per riferirsi al concetto di insieme di “vescicole” o “sacchetti”.

Entrambi questi ricercatori (hanno lavorato indipendentemente l'uno dall'altro) hanno fornito descrizioni e disegni sorprendentemente accurati (Fig. 1.2). Sono giunti alla stessa conclusione riguardo all'universalità della costruzione del tessuto vegetale dalle vescicole.

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Riso. 1.2. Disegni di M. Malpighi di sezioni di vari tessuti vegetali (Dal libro “Anatomia delle piante”, 1679)

Dopo gli studi di R. Hooke, M. Malpighi e N. Grew, il fatto dell'esistenza di cellule-cellule nei tessuti vegetali non fu più messo in dubbio. Le cellule sono state menzionate da vari autori, ma non è stata loro data la dovuta importanza e sono state considerate come una delle strutture trovate studiando i tessuti vegetali al microscopio. Esaminando e descrivendo le cellule, ricercatori dell'inizio del XVIII secolo. non ha sollevato la questione della loro esistenza.

La teoria dell'aspetto delle cellule della sacca di K. Wolf. Nel 1759

L'accademico di Terburg Caspar Friedrich Wolf creò la prima teoria sulla formazione delle cellule nei tessuti vegetali. Wolf ha studiato lo sviluppo embrionale degli organismi. Ha parlato della cellula in relazione ai fenomeni di crescita o distribuzione della materia nel corpo. Credeva che gli organi delle giovani piante fossero costituiti da una massa omogenea, viscosa o gelatinosa. La loro crescita avviene in modo tale che dalle parti più vecchie cadono gocce di sostanza liquida, il cui strato limite si ispessisce e la goccia si trasforma in una cellula cellulare. Se una goccia si muove lentamente nella sostanza viscosa principale, le sue pareti hanno il tempo di indurirsi e appare un vaso tubolare. Man mano che sempre più nuove gocce si spostano tra quelle già sorte, si crea la consueta struttura a bolle del tessuto vegetale. Wolf credeva che non fossero le cellule a formare i vasi, ma i vasi a formare le cellule.

Struttura cellulare dei tessuti animali. Lo studio della cellula animale rimase molto indietro; ciò è dovuto al fatto che le cellule animali sono molto più difficili da vedere al microscopio, poiché sono molto più piccole di una cellula vegetale e non hanno confini così chiaramente definiti.

Nel 1676-1719 Anton van Leeuwenhoek scoprì il mondo degli animali microscopici e fu il primo a descrivere i globuli rossi e lo sperma.

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Lezione 1 LA CITOLOGIA COME SCIENZA

Nel 1781 Felix Fontana fu il primo a vedere e disegnare cellule animali dotate di nucleo (Fig. 1.3).

Riso. 1.3. Disegni di Felix Fontana di un pezzo di pelle di anguilla sbucciata (a sinistra) e due cellule del sangue (a destra), 1787.

Così, nei secoli XVII-XVIII. la struttura cellulare è stata descritta da singoli scienziati più di una volta. È stato accumulato un notevole materiale fattuale riguardo ai tessuti vegetali. Tuttavia, la struttura cellulare

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Lezione 1 LA CITOLOGIA COME SCIENZA

a niyu non è stata data alcuna importanza fondamentale. Nessuno ha ancora considerato la cellula come un'unità vivente elementare. L'unico tentativo di comprendere l'origine della cellula fu la teoria di Wolf.

La ricerca del botanico francese Brissot de Mirbel ha svolto un ruolo importante nello sviluppo della scienza cellulare. Nel 1801 Mirbel iniziò lo studio comparativo delle cellule vegetali. Tuttavia, difese la stessa visione della natura delle cellule come vescicole separate da una parete comune. Molti ricercatori tedeschi si sono opposti a questo punto di vista. La questione attirò così tanta attenzione che nel 1804 l'Accademia di Gottinga annunciò un premio in denaro per la sua risoluzione. Questo premio è stato diviso tra i botanici G. Link e C. Rudolfi. Hanno risolto la questione della natura delle cellule. Siamo giunti alla conclusione che le cellule sono isolate e che hanno le proprie membrane che le circondano su tutti i lati. La stessa conclusione è stata fatta da L.Kh. Treviranus.

Nel 1812 J. Moldenhauer dimostrò finalmente l'individualità delle cellule isolandole. Ha dimostrato che ciascuna cellula ha la propria membrana.

Link ha ottenuto il completo isolamento delle cellule dai tessuti facendoli bollire a lungo.

È stata creata una nuova idea di cellula. Fu formulato più chiaramente nel 1830 da Franz Meyen. Scrisse il primo riassunto dell'anatomia vegetale e formulò l'idea di cellula. “La cellula di un organismo vegetale è uno spazio completamente racchiuso da una membrana vegetativa.”

Questo periodo è un periodo di raccolta di materiale, accumulando numerose informazioni sulla struttura più fine delle piante.

Le prime informazioni sulla cellula animale furono ottenute da Leeuwenhoek e Fontana. Era difficile studiare le cellule animali, poiché la tecnologia di quel tempo non consentiva di ottenere sezioni sottili attraverso i tessuti molli degli animali, il metodo per fissare e sigillare gli organi non era noto, le cellule animali sono relativamente molto piccole e i confini delle cellule animali le cellule sono molto poco chiare.

Non è un caso che le cellule animali non siano state subito scoperte e studiate. Henri Milne-Edwards aveva un buon microscopio, ma preparava i preparati schiacciando i tessuti tra due bicchieri quindi, insieme a cellule vere e proprie, raffigurava nei suoi disegni goccioline di grasso, singole sostanze velenose;

ra, ecc., prendendoli come cellule.

Henri Dutrochet descrisse un certo numero di cellule provenienti da tessuti animali.

Nel 1830-1845 Jan Purkina e i suoi studenti migliorarono le tecniche microscopiche e descrissero correttamente le cellule in numerosi organi animali. Hanno trovato cellule in tutti i tessuti, ma le hanno chiamate grani o palline. Hanno scoperto l'epitelio ciliato e hanno descritto il movimento delle ciglia. Hanno studiato le cellule nervose e hanno fornito i loro disegni (Fig. 1.4).

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Lezione 1 LA CITOLOGIA COME SCIENZA

Riso. 1.4. Disegni di J. Purkin raffiguranti i “grani” (cellule) che compongono i tessuti degli organi animali

Le prime descrizioni del contenuto della cella. Alla fine del XVIII secolo, nel 1774, Bo-

naventura Corti vide e descrisse il movimento attivo del contenuto liquido

V cellula vegetale.

IN 1811 correnti protoplasmatiche furono studiate più in dettaglio

Treviranus.

Nel contenuto cellulare è stata riscontrata la presenza di muco, sostanze simili alla colla, zucchero, granuli di clorofilla, cristalli vari, granuli di amido, ecc.

Kurt Sprengel grande

Attenzione

devoto ai chicchi di amido, credendo che provenissero da loro

Le cellule si formano mediante rigonfiamento. Questo gi-

l'ipotesi non ebbe successo e si risolse completamente

confutato.

Il nucleo della cellula è stato rilevato. Per la prima volta

nel 1830 fu descritto da Purkinya sotto il nome

"vescicola germinale".

Nel 1831-1833 Robert Brown ha scoperto

viveva il nucleo nelle cellule vegetali. Ha dato

il suo nome è “nucleo”. R. Brown ha insistito

sulla presenza costante di un nucleo in tutti gli esseri viventi

cellule. Il ruolo e il significato del nucleo non sono ancora stati

conosciuto.

Nel 1837, Meyen affermò che il nucleo era

è un “condensato in como-

controlla il muco e possibilmente una mangiatoia di riserva -

Robert Brown (1773–1858)

nuova sostanza."

 Citologia con nozioni di base di istologia. Appunti delle lezioni

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Lezione 2 TEORIA CELLULARE

Lezioni

1. Date chiave per lo sviluppo della teoria cellulare.

2. Teoria cellulare di Schwann-Virchow.

3. Postulati fondamentali della moderna teoria cellulare.

Date chiave per lo sviluppo della teoria cellulare. Lo sviluppo della microscopia ha portato alla comprensione di cosa sia una cellula. Alle cellule cominciò ad essere attribuito il significato degli elementi strutturali organici più semplici. Stavano cercando un'unità biologica elementare. Per la prima volta Lorenz Oken cominciò a considerare le cellule come tali. Nel 1809 creò una teoria speculativa sulla struttura e sullo sviluppo degli organismi, in cui gli elementi erano "ciliati" - cellule. Credeva che gli organismi complessi fossero la somma di organismi elementari che, entrati nella sua composizione, vivono la vita comune del tutto, ma allo stesso tempo continuano a rimanere indipendenti. Questi organismi elementari sono vescicole dal guscio denso e dal contenuto liquido; "in senso filosofico si possono chiamare ciliati" [ 22 ]. L. Oken ha formulato il principio di ridurre la struttura degli organismi complessi a unità elementari; l'intero concetto esprime l'idea evolutiva, sebbene non riconoscesse lo sviluppo nel tempo;

Nel 1834-1847 Il professore dell'Accademia medico-chirurgica di San Pietroburgo P.F. Goryaninov ha formulato il principio secondo cui la cellula è un modello universale dell'organizzazione degli esseri viventi. Goryaninov ha diviso il mondo degli esseri viventi in due regni: il regno senza forma, o molecolare, e quello organico, o cellulare. Scrisse che “...il mondo organico è innanzitutto un regno cellulare...”. Sviluppato l'idea

O l’emergere degli esseri viventi dal mondo inorganico. Credeva che i granelli di muco, affollati attorno a una piccola vescicola primaria, formassero un nucleo, o citoblasto, che è in grado di svilupparsi in una cellula. È così che nascono gli organismi organizzati più semplicemente. P.F. Goryaninov ha collegato il problema dell'origine della vita con l'origine della cellula.

Negli anni '20 del XIX secolo. I lavori più significativi nel campo dello studio dei tessuti vegetali e animali appartengono agli scienziati francesi Henri Dutrochet (1824), Francois Raspail (1827), Pierre Turpin (1829). Hanno dimostrato che le cellule (sacche, vescicole) sono le strutture elementari di tutti i tessuti vegetali e animali.

Questi studi hanno aperto la strada alla teoria cellulare. La più grande difficoltà per la formazione della teoria cellulare è stata

mancanza di conoscenza dell'anatomia microscopica degli animali. L'istologia animale esisteva già. È stato sviluppato da Jan Purkina e dai suoi studenti.

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Lezione 2 TEORIA CELLULARE

Fu il primo a utilizzare la colorazione e introdusse mezzi schiarenti per le preparazioni. Il suo allievo Oschatz costruì il primo microtomo. Nel 1837 Purkinya, in un rapporto alla Società dei Naturalisti di Praga, espresse la teoria dei “grani nucleati” (cellule). Ha parlato dell'analogia tra le “cellule” delle piante e i “grani” degli animali. Ha avanzato la posizione di costruire corpi animali a partire da cellule.

Sulla base dello studio del tessuto della notocorda, Johannes Müller espresse l'idea della corrispondenza nella struttura cellulare di piante e animali (1838).

Matthias Schleiden ha studiato la comparsa delle cellule durante la crescita di varie parti delle piante. Ha scritto “... sia per la fisiologia delle piante che per la fisiologia generale, l'attività vitale delle singole cellule è la base più importante e del tutto inevitabile, e quindi, prima di tutto, sorge la domanda su come questo piccolo, unico organismo, la cellula, effettivamente sorge. La sua teoria sulla formazione cellulare fu in seguito chiamata teoria della citogenesi

Matthias Schleiden (1804–1881) zisa (1838); Ciò che è significativo è il fatto che lei sia stata la prima ad associarsi

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Lezione 2 TEORIA CELLULARE

la questione dell'origine della cellula con il suo contenuto e (prima di tutto) con il nucleo.

L'aspetto delle cellule secondo Schleiden è mostrato in Fig. 1.5.

Riso. 1.5. Schema del processo di emergenza cellulare secondo le idee di M. Schleiden (1838)

Schleiden designò il corpo cellulare con il termine citoblastema (questo termine appartiene a Schwann, citos - cellula, blasteo - formare).

Quindi, secondo la sua teoria, in quelle vecchie si può formare una nuova cellula, il centro della sua origine è il nucleo. La teoria della citogenesi, vale a dire l'origine comune delle cellule, costituì il fondamento della teoria cellulare di Schwann.

Teoria cellulare di Schwann-Virchow. Nel 1839, Theodor Schwann,

Basandosi sul principio genetico, ha confermato la teoria cellulare di tutti gli organismi. I postulati della sua teoria:

tutti i tessuti sono costituiti da cellule;

il principio generale di sviluppo di queste strutture;

attività vitale indipendente di ogni singola cellula. Waldeyer (1909) riteneva che “il merito di Schwann non sta nell’

che ha scoperto le cellule in quanto tali, ma che ha insegnato ai ricercatori a comprenderne il significato."

Nella teoria cellulare di Schwann per la prima volta venne data un'idea generale e guida motivata per l'interpretazione della struttura dell'organismo. Divenne generalmente accettato e suscitò grande interesse per uno studio dettagliato della struttura dell'or-

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ganismi. Karl Reichert scrisse che “...l'interesse per esso divenne universale e versatile dopo che la scoperta della cellula diede origine allo sviluppo sistematico dell'anatomia microscopica...”. Tuttavia, la teoria endogena dell'origine cellulare ha svolto un ruolo negativo nello sviluppo dell'embriologia. Numerosi ricercatori iniziarono a presumere l'emergere di interi organi direttamente da una massa priva di struttura. Gran parte del merito di aver chiarito la natura cellulare di un certo numero di tessuti e di aver dimostrato il processo di divisione come l'unico modo di riproduzione cellulare va a Robert Remak.

Il colpo finale alla teoria della citogenesi fu assestato da Rudolf Virchow. Nel 1859, R. Virchow, basandosi sulle ricerche di Remak, revisionò e sviluppò la teoria cellulare, sostituendo l’idea della citogenesi con la legge: “ogni cellula è una cellula”.

IN ultimo terzo del XIX secolo. Sono state fatte numerose importanti scoperte che hanno arricchito la scienza citologica.

IN 1871 ID Chistyakov scoprì i cromosomi e descrisse i metodi di divisione nucleare. E la data di apparizione del suo classico lavoro sulla cellula vegetale – 1874 – dovrebbe essere considerata l’inizio dello sviluppo della citologia in Russia [ 17 ].

1875 – Strassburger descrive dettagliatamente la fissione nucleare. 1898 – V.I. Belyaev ha descritto la divisione di riduzione.

1898 – S.G. Navashin ha scoperto il fenomeno della doppia fecondazione nelle angiosperme, ecc.

Postulati fondamentali della moderna teoria cellulare. Di base

Le disposizioni della teoria cellulare di Schwann-Virchow hanno mantenuto la loro importanza fino ad oggi.

I principali postulati della moderna teoria cellulare sono i seguenti: 1. La cellula è l'unità elementare della vita: non c'è vita al di fuori della cellula.

Gli esseri viventi sono caratterizzati da una serie di caratteristiche combinate: la capacità di riprodursi (riproduzione), l'uso e la trasformazione dell'energia, il metabolismo, la sensibilità, la variabilità.

Tale insieme di segni può essere rilevato a livello cellulare. I singoli componenti, anche le molecole, possono essere isolati da una cellula, molti di essi hanno caratteristiche funzionali specifiche; Molti enzimi lavorano all'esterno della cellula; i ribosomi isolati, in presenza dei fattori necessari, possono sintetizzare proteine, ecc. Tutti questi componenti e strutture cellulari possiedono solo una parte dell'insieme delle proprietà di un essere vivente. Solo la cellula in quanto tale è l'unità più piccola che possiede tutte le proprietà che soddisfano la definizione di "vivente".

Le cellule hanno morfologia e dimensioni diverse. Esistono due tipi di organizzazione cellulare: procariotica - prenucleare ed eucariotica - in realtà nucleare (Fig. 1.6, 1.7). Nonostante le differenze morfologiche, le cellule pro ed eucariotiche hanno molto in comune, il che consente loro di essere classificate come un unico sistema di organizzazione cellulare degli esseri viventi (rivestito con una membrana plasmatica che ha una funzione simile di trasporto di sostanze dalla cellula

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Lezione 2 TEORIA CELLULARE

e al suo interno; la sintesi proteica avviene sui ribosomi; i processi di sintesi dell'RNA e di replicazione del DNA sono simili; i processi bioenergetici sono simili).

Riso. 1.6. Schema combinato di una cellula procariotica: 1 – parete cellulare; 2

– membrana plasmatica; 3 – DNA nucleoide; 4 – poliribosomi citoplasmatici; 5 – mesosoma; 6 – strutture lamellari; 7 – invaginazioni del plasmalemma; 8 – grappoli di cromatofori; 9 – vacuoli con inclusioni; 10 – flagelli batterici; 11 – tilacoidi lamellari

un b

Riso. 1.7. Schema combinato della struttura di una cellula eucariotica: a – cellula animale; b – cellula vegetale; 1 – nucleo con cromatina e nucleoli; 2 – membrana citoplasmatica; 3 – parete cellulare; 4 – pori nella parete cellulare, attraverso i quali comunica il citoplasma delle cellule vicine; 5 – reticolo endoplasmatico rugoso; 6 – reticolo endoplasmatico liscio; 7 – vacuolo pinocitotico; 8 – Apparato del Golgi; 9 – lisosomi; 10 – inclusioni grasse; 11 – centro della cellula; 12 – mitocondri; 13 – ribosomi e poliribosomi; 14 – vacuolo; 15 – cloroplasto

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Lezione 2 TEORIA CELLULARE

Yu. S. Chentsov ritiene che una cellula sia un sistema ordinato e strutturato di biopolimeri (proteine, acidi nucleici) e i loro complessi macromolecolari delimitati da una membrana attiva, che partecipa a un unico insieme di processi metabolici ed energetici che mantengono e riproducono l'intero sistema. nel suo insieme, cioè una cellula è un sistema autosufficiente e autoriproduttivo di biopolimeri.

2. Una cellula è un unico sistema che comprende molti elementi naturalmente interconnessi tra loro, che rappresentano una certa formazione integrale costituita da unità funzionali coniugate - organelli o organelli.

Una cellula contiene molti tipi di strutture intracellulari che svolgono una varietà di funzioni, ciascuna delle quali è specializzata per svolgere determinate funzioni. Ciascuna delle funzioni è obbligatoria; senza eseguirla, la cellula non può esistere. La cellula può essere "scomposta" in una serie di componenti che svolgono le proprie funzioni, ma ciascuno di essi rappresenta un nuovo sistema o sottosistema. Ad esempio: il core è un sistema per archiviare, riprodurre e implementare informazioni genetiche, ecc.

3. Le cellule sono omologhe nella struttura e nelle proprietà di base.

Diverse cellule di piante e animali sono simili. L'omologia nella struttura cellulare è osservata all'interno di ciascun tipo di cellula (Fig. 1.6, 1.7). L'omologia nella struttura delle cellule è determinata dalla somiglianza delle funzioni cellulari generali volte al mantenimento della vita delle cellule stesse e alla loro riproduzione. La diversità nella struttura delle cellule degli organismi multicellulari è il risultato della specializzazione funzionale. Ad esempio, in una cellula nervosa, oltre ai componenti cellulari generali, ce ne sono di specifici: la presenza di processi cellulari lunghi e ramificati che terminano in strutture speciali che trasmettono gli impulsi nervosi; nel citoplasma - tigroide; nei processi cellulari è presente un gran numero di microtubuli. Tutte queste caratteristiche della cellula nervosa sono associate alla sua specializzazione: la trasmissione degli impulsi nervosi.

4. Una cellula aumenta di numero dividendosi la cellula originaria dopo aver raddoppiato il suo materiale genetico (DNA): cellula per cellula.

La riproduzione delle cellule procariotiche ed eucariotiche avviene mediante divisione della cellula originale, preceduta dalla riproduzione del suo materiale genetico.

U Per le cellule eucariotiche, l'unico metodo di divisione completo è la mitosi o la meiosi durante la formazione delle cellule germinali. In questo caso si forma un fuso cellulare, con l'aiuto del quale i cromosomi vengono distribuiti uniformemente tra le due cellule figlie.

U Le cellule procariotiche hanno anche uno speciale apparato per la separazione cellulare.

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Lezione 2 TEORIA CELLULARE

5. Un organismo multicellulare è un nuovo sistema, un insieme complesso di molte cellule unite e integrate

V sistemi di tessuti e organi collegati tra loro attraverso fattori chimici, umorali e nervosi (regolazione molecolare).

La cellula in un organismo multicellulare è l'unità di funzionamento e sviluppo. La base fondamentale di tutte le reazioni dell'intero organismo è la cellula.

La crescita di un organismo, l'aumento della sua biomassa, è il risultato della riproduzione cellulare e della produzione di vari prodotti.

I danni alle cellule e i cambiamenti nelle loro proprietà sono la base per lo sviluppo di malattie.

6. Le cellule degli organismi multicellulari sono totipotenti, cioè hanno il potenziale genetico di tutte le cellule di un dato organismo, sono equivalenti nell'informazione genetica, ma differiscono l'una dall'altra nella diversa espressione (funzione) di vari geni, che porta alla loro diversità morfologica e funzionale - alla differenziazione.

Lo sviluppo individuale da una cellula a un organismo multicellulare è il risultato dell'attivazione sequenziale e selettiva del lavoro di diverse regioni geniche del cromosoma in cellule diverse. Questo porta

A la comparsa di cellule con strutture specifiche e funzioni speciali, ad es. al processo di differenziazione.

La differenziazione è il risultato dell'attività selettiva di diversi geni in una cellula durante lo sviluppo di un organismo multicellulare.

Pertanto, qualsiasi cellula è totipotente. La totipotenza dei nuclei cellulari del corpo è mostrata in Fig. 1.8.

Riso. 1.8. Totipotenza dei nuclei delle cellule del corpo: a – nucleo isolato dalla cellula intestinale del girino Xenopus laevis; b – cellula uovo privata del nucleo per irradiazione; 1 – isolamento del nucleo da una cellula somatica; 2 – irradiazione degli ovociti; 3 – trapianto nucleare; 4 – uovo schiacciato; 5 – larva

Tuttavia, in cellule diverse gli stessi geni possono trovarsi in uno stato attivo o represso.

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Lezione 3 METODI DI CITOLOGIA E ISTOLOGIA

Lezioni

1. Microscopia ottica. Microscopia a contrasto di fase. Microscopia di polarizzazione. Microscopia ad interferenza. Microscopia in campo oscuro. Microscopia ultravioletta. Microscopia a fluorescenza.

2. Studio vitale delle cellule. Metodo della coltura dei tessuti. Microchirurgia. Colorazione intravitale. Studio di cellule e tessuti fissati. Fissazione chimica. Leophilizzazione del tessuto. Colorazione. Metodi citochimici. Citofotometria. Autoradiografia. Oggetti corpuscolari contrastanti. Ultramicrotomia.

3. Metodi speciali di microscopia elettronica di oggetti biologici: microscopia elettronica a trasmissione, ad alta tensione, a scansione.

Microscopia ottica. Lo sviluppo della citologia è strettamente correlato al miglioramento dei microscopi e dei metodi di esame microscopico. Anche adesso, nonostante il rapido sviluppo della microscopia elettronica, la microscopia ottica non perde la sua importanza, principalmente per lo studio intravitale delle cellule.

Un microscopio ottico è un sistema ottico costituito da un condensatore, una lente e un oculare (Fig. 1.9). Un fascio di luce proveniente dalla sorgente luminosa viene raccolto in un condensatore e diretto sull'oggetto; Dopo aver attraversato l'oggetto, i raggi luminosi entrano nel sistema di lenti dell'obiettivo, costruiscono un'immagine primaria, che viene ingrandita utilizzando le lenti dell'oculare. Nei microscopi moderni, le lenti sono sostituibili.

Riso. 1.9. Tipi di microscopia ottica

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Una delle caratteristiche più importanti di un microscopio è la sua risoluzione.

La risoluzione è la distanza minima tra due punti in cui vengono ancora ripresi separatamente da un dato sistema ottico.

Il potere risolutivo di un microscopio (d) è determinato dalla sua lente, poiché l'oculare fornisce solo un ingrandimento secondario dell'immagine proiettata dalla lente, ed è calcolato dalla formula

d = (0,61 λ)/(n sinα),

dove d è la distanza minima consentita; λ – lunghezza d'onda della luce applicata; n è l'indice di rifrazione del mezzo; α è l'angolo tra l'asse ottico dell'obiettivo e il raggio più deviante che entra nell'obiettivo

(Fig. 1.10).

Il denominatore di questa frazione dipende dal design della lente ed è un valore costante per ciascuna lente ed è chiamato apertura numerica della lente (A).

A = n sinα.

Maggiore è l'apertura dell'obiettivo, maggiore è la risoluzione del microscopio. L’apertura numerica può essere aumentata in due modi:

1. È possibile aumentare l'angolo di campo dell'obiettivo (α), operazione eseguita negli obiettivi con ingrandimento elevato. Tuttavia, l'angolo α non può essere maggiore di 90° e sinα non può essere maggiore di 1.

2. È possibile aumentare la rifrazione del mezzo interposto tra la preparazione

E lente. Pertanto, gli obiettivi più potenti sono realizzati in immersione, da allora n dell'olio di immersione è 1,515, l'acqua è 1,33 e l'aria è 1.

L'apertura numerica dei sistemi a secco in pratica non supera 0,95, l'apertura massima per le lenti a immersione in olio è 1,4.

La risoluzione di un microscopio dipende non solo dall'apertura, ma anche dalla lunghezza d'onda della luce.

Utilizzando una lunghezza d'onda della luce di 550 nm, il diametro più piccolo delle particelle visibili sarà 0,24 micron, per la luce ultravioletta (260–280 nm) d = 0,13–0,14 micron.

Tipicamente, i microscopi ottici utilizzano sorgenti di illuminazione nella regione visibile dello spettro (400–700 nm), quindi la risoluzione massima del microscopio non può essere superiore a 0,2–0,3 micron. Tutto ciò che un microscopio ottico può fornire come dispositivo ausiliario al nostro occhio è aumentare d di circa 1000 volte.

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Lezione 3 METODI DI CITOLOGIA E ISTOLOGIA

Riso. 1.10. Angolo di entrata dell'obiettivo

Un microscopio ottico convenzionale viene utilizzato ovunque la struttura di un oggetto sia sufficientemente contrastante e chiaramente visibile.

Il contrasto dell'immagine dipende dall'ampiezza delle vibrazioni luminose; se un oggetto assorbe parte della luce, allora l'ampiezza delle vibrazioni diminuisce e l'oggetto viene percepito dall'occhio come più scuro. Se un oggetto assorbe selettivamente i raggi di determinate lunghezze d'onda, viene creato un contrasto cromatico. Tuttavia, la maggior parte delle cellule viventi non dispone di sufficiente contrasto: le strutture al loro interno sono trasparenti e quindi scarsamente visibili. Per studiare tali lenti sono stati sviluppati tipi speciali di microscopia ottica.

La microscopia a contrasto di fase è ampiamente utilizzata per osservare le cellule viventi e può aumentare notevolmente il contrasto dell'immagine di un oggetto.

Il principio del metodo è quello di identificare gli sfasamenti nelle vibrazioni luminose che si verificano quando la luce attraversa una struttura che, pur non assorbendo, ha un indice di rifrazione diverso da quello del mezzo circostante.

Tuttavia, gli sfasamenti non vengono rilevati direttamente dall'occhio. Nella lente di un microscopio a contrasto di fase è montata una piastra speciale, attraverso la quale il raggio luminoso subisce un ulteriore spostamento

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Lezione 3 METODI DI CITOLOGIA E ISTOLOGIA

fasi di oscillazione. Quando si costruisce un'immagine, interagiscono raggi che sono nella stessa fase o in antifase, ma hanno ampiezze diverse. Viene creata un'immagine con contrasto chiaro-scuro dell'oggetto.

La microscopia di polarizzazione viene utilizzata in citologia per scopi speciali. Permette di identificare strutture con una disposizione ordinata di molecole (ad esempio: cristalli o proteine ​​fibrillari, fibre del fuso, miofibrille, ecc.), ovvero vengono studiati oggetti isotropi. Tali strutture mostrano birifrangenza (anisotropia). Il fascio di luce che li attraversa si divide in due, propagandosi a velocità diverse e in direzioni diverse.

In un microscopio polarizzatore, davanti al condensatore è posto un polarizzatore che trasmette le onde luminose con uno specifico piano di polarizzazione. Dopo il campione e l'obiettivo, viene posizionato un analizzatore in grado di trasmettere la luce con lo stesso piano di polarizzazione. Il polarizzatore e l'analizzatore sono prismi realizzati con longarone islandese (prismi Nicol). Se il secondo prisma (analizzatore) viene ruotato di 90° rispetto al primo, non passerà alcuna luce. Nel caso in cui tra tali prismi incrociati si trovi un oggetto con anisotropia, cioè con la capacità di polarizzare la luce, sarà visibile come brillantemente luminoso in un campo scuro.

Nella microscopia ad interferenza, un fascio di raggi luminosi paralleli proveniente da un illuminatore viene diviso in due flussi. Uno di loro attraversa l'oggetto e acquisisce i cambiamenti nella fase di oscillazione, l'altro supera l'oggetto. Nei prismi delle lenti entrambi i flussi si riconnettono e interferiscono tra loro, ovvero lo sfasamento viene convertito in un cambiamento di ampiezza (cioè luminosità).

IN Come risultato dell'interferenza, verrà costruita un'immagine in cui sezioni della cella di diverso spessore o diversa densità differiranno l'una dall'altra nel grado di contrasto, cioè l'entità dello sfasamento è direttamente correlata alla densità di la struttura, cioè con la quantità di sostanza secca in esso contenuta.

Pertanto, misurando l'entità dello sfasamento, nonché la dimensione della cella o della sua struttura, è possibile determinarne il peso a secco.

La microscopia in campo scuro (ultramicroscopia) si basa sul fatto che, come le particelle di polvere in un raggio di luce (effetto Tyndall), minuscole particelle che si trovano oltre il potere risolutivo del microscopio diventano visibili in raggi che arrivano con un angolo così ampio da non colpire direttamente l'obiettivo.

IN Solo la luce riflessa da queste particelle entra nell'obiettivo e appaiono come punti luminosi su uno sfondo scuro.

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Questo metodo è prezioso nello studio delle cellule viventi e dei colloidi viventi del protoplasma.

Microscopia ultravioletta. Poiché il vetro è opaco ai raggi UV, tutte le ottiche sono realizzate al quarzo o a specchio (riflettenti). L'immagine viene visualizzata visivamente su uno schermo fluorescente e fotografata.

Il valore del metodo sta nel fatto che alcuni componenti importanti della cellula, ad esempio gli acidi nucleici, che non assorbono affatto la luce visibile, hanno un assorbimento specifico dei raggi UV con una determinata lunghezza d'onda. La microscopia degli oggetti in questi casi consente di identificare tali sostanze senza alcuna colorazione.

La microscopia a fluorescenza consente di studiare sia la fluorescenza intrinseca (primaria) di un certo numero di sostanze sia la fluorescenza secondaria causata dalla colorazione delle strutture cellulari con coloranti speciali - fluorocromi.

Il principio del metodo è che alcune sostanze stesse iniziano a brillare quando esposte alla luce e la lunghezza d'onda della luce che emettono è sempre maggiore della lunghezza d'onda della luce che eccita la fluorescenza. Per eccitare la fluorescenza, viene utilizzata la luce blu o la luce UV.

Alcuni pigmenti, vitamine e ormoni sono effettivamente fluorescenti. Possono essere utilizzati i fluorocromi; si legano selettivamente a determinate strutture cellulari, provocandone la fluorescenza secondaria.

Studio vitale delle cellule. Un microscopio ottico consente di vedere le cellule viventi. Per studiare cellule, organi e tessuti viventi vengono utilizzati numerosi metodi.

Il metodo della coltura dei tessuti è stato sviluppato da Garrison, Carrel, Burroughs e A. A. Maksimov. L'essenza del metodo: un piccolo pezzo di tessuto vivente viene posto in una camera riempita con un mezzo nutritivo. Dopo qualche tempo, la divisione e la crescita cellulare iniziano alla periferia di tale pezzo. In un altro caso, un pezzo di tessuto tagliato viene trattato con una soluzione enzimatica, che porta alla completa separazione delle cellule l'una dall'altra. Quindi la sospensione delle cellule lavate viene posta in un recipiente con un mezzo nutritivo, dove affondano sul fondo, si attaccano al vetro e iniziano a moltiplicarsi, formando prima una colonia e poi uno strato cellulare continuo.

La microchirurgia consente di utilizzare speciali micromanipolatori per eseguire varie operazioni su una cellula e sui suoi organelli. Utilizzando un micromanipolatore, le cellule vengono tagliate, le parti vengono rimosse da esse, le sostanze vengono iniettate (microiniezioni), ecc. Il micromanipolatore è combinato con un microscopio convenzionale, attraverso il quale viene monitorato l'avanzamento dell'operazione. Con micromanipolazione

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lazioni, le cellule vengono poste in apposite camere in cui viene eseguita l'operazione. Sono ampiamente utilizzati microfasci di luce UV o microfasci laser.

Colorazione intravitale: la colorazione di cellule viventi con coloranti vitali in un intervallo di concentrazione che non provoca effetti tossici, è ampiamente utilizzata in citologia e istologia. Secondo la loro struttura chimica, i coloranti vitali appartengono ai composti organici della serie aromatica. Sono elettroliti che possono essere suddivisi in acidi e basici. La maggior parte di essi sono indicatori. Questa è la base per il loro utilizzo nella determinazione della concentrazione di ioni idrogeno.

Molti coloranti vitali possono facilmente passare dalla forma ossidata a quella ridotta e viceversa. Questo viene utilizzato per determinare il livello dei processi redox nella cella. Quando le cellule vengono colorate con coloranti vitali, questi ultimi penetrano nella cellula e si raccolgono nel citoplasma sotto forma di granuli nel nucleo non colorato;

La maggior parte delle informazioni sulla cella sono state ottenute da materiale stabile e fisso.

Gli obiettivi della fissazione sono uccidere la cellula, fermare l'attività degli enzimi intracellulari, prevenire la rottura dei componenti cellulari, evitare la perdita di strutture e sostanze e prevenire la comparsa di strutture artefatte. La fissazione chimica prevede il trattamento rapido dei tessuti con soluzioni per uccidere le cellule mantenendo la loro struttura il più intatta possibile.

La leofilizzazione dei tessuti, in cui il tessuto viene rapidamente congelato alla temperatura dell'azoto liquido, quindi essiccato sotto vuoto, evita molti degli svantaggi della fissazione chimica e garantisce l'arresto istantaneo di tutti i processi vitali.

La colorazione rivela la maggior parte degli organelli e delle strutture cellulari. Vengono utilizzati coloranti naturali e sintetici. I coloranti naturali vengono utilizzati in combinazione con mordenti (ossidi di vari metalli), con i quali formano composti complessi. I coloranti sintetici sono acidi o basici. A seconda di ciò, possono colorare diverse aree delle cellule con colori diversi e quindi aumentare il contrasto dei componenti cellulari ed extracellulari.

Esistono numerose tecniche di colorazione specifiche che possono essere utilizzate per determinare sostanze chimiche specifiche: proteine, acidi nucleici, polisaccaridi, lipidi, amminoacidi, ecc. Si tratta di metodi citochimici. Esiste un intero gruppo di reazioni citochimiche associate al rilevamento degli enzimi.

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La citofotometria consente di determinare la quantità di sostanza in una cellula e i suoi elementi costitutivi in ​​base al loro assorbimento di raggi luminosi di una determinata lunghezza d'onda.

Questo metodo consente di misurare sia l'assorbimento dei raggi da parte dei componenti chimici della cellula, sia la quantità di colorante formato durante una reazione citochimica in un dato punto della cellula. È importante che questa reazione sia di natura quantitativa, ovvero che la quantità del prodotto colorato sia proporzionale alla quantità della sostanza da determinare.

D = lgT 0 / T ,

dove D è la densità ottica della struttura; T0 – quantità di luce che attraversa lo spazio vuoto del preparato; T è la quantità di luce passata attraverso la struttura assorbente.

Per determinare la concentrazione di una sostanza si utilizzano microscopi e citofotometri; per determinare gli acidi nucleici e le proteine ​​- citometria ultravioletta; Vengono utilizzate anche reazioni immunochimiche che utilizzano anticorpi fluorescenti.

L'autoradiografia è la registrazione delle sostanze marcate con isotopi. Viene utilizzata la registrazione fotografica della radiazione isotopica. Utilizzando questo metodo, è possibile tracciare la dinamica di varie biosintesi in specifiche strutture morfologiche, determinare la durata dell'esistenza delle sostanze citoplasmatiche in forma invariata, viene utilizzato per determinare la posizione di alcuni tipi di acidi nucleici o singole sequenze nucleotidiche in la composizione dei nuclei cellulari o dei cromosomi. L'essenza del metodo è la rilevazione di molecole marcate con un isotopo artificiale mediante una fotoemulsione, che copre sezioni di cellule e tessuti fissate in tempi diversi dopo l'introduzione del precursore marcato.

Il contrasto degli oggetti corpuscolari è ampiamente utilizzato per contrastare virus, ribosomi e molecole di acido nucleico. Un metodo comune è l'ombreggiatura del metallo. Per contrastare l'ombreggiatura vengono utilizzati platino, palladio, loro leghe e uranio. Quando si contrastano negativamente gli oggetti con soluzioni di sali di metalli pesanti, vengono utilizzati molibdato di ammonio, acetato di uranile e acido fosfotungstico. I sali di metalli pesanti vengono utilizzati per il contrasto positivo.

L’ultramicrotomia consente di ottenere sezioni ultrasottili (0,05–

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Lezione 3 METODI DI CITOLOGIA E ISTOLOGIA

Metodi speciali di microscopia elettronica di oggetti biologici . Uno dei più comuni ed è diventato un metodo classico utilizzato perbiochimico-strutturalela ricerca è il metodo della microscopia elettronica nelle sue varie modificazioni. Queste modifiche sono dovute sia ai diversi approcci all'analisi delle strutture oggetto di studio, sia alle peculiarità di preparare le cellule per gli studi ultrastrutturali.

La microscopia elettronica a trasmissione (trasmissione) consente di analizzare non solo tutti gli organelli dell'apparato nucleare e citoplasmatico, ma anche alcune strutture situate a livello di organizzazione supramolecolare, ad esempio: microfibrille di supporto e contrattili, microtubuli, ecc.

Il metodo della microscopia elettronica ad alta tensione viene utilizzato a livello di sistema e sottosistema dell'organizzazione. Questo metodo permette di studiare sezioni “spesse” o addirittura intere cellule sparse, consentendo di analizzare nel suo insieme il complesso sistema di fibrille sottomembrana dell'apparato superficiale cellulare.

Il metodo della microscopia elettronica a scansione viene utilizzato per studiare la funzione dell'apparato superficiale della cellula, la relazione dei singoli sottosistemi dell'apparato superficiale del nucleo e una serie di altri problemi di citologia generale. Questo metodo consente di studiare la superficie di un oggetto in volume.

Il metodo del congelamento-scissione è di grande importanza negli studi citologici. Questo è un metodo delicato per preparare oggetti biologici per l'analisi ultrastrutturale. L'essenza del metodo: l'oggetto viene posto in un'atmosfera di azoto liquido. Tutti i processi metabolici si fermano immediatamente. Le patatine sono ricavate da un oggetto congelato. Le repliche vengono ottenute dalla superficie dei chip applicando su di essi una pellicola metallica. Questi film vengono ulteriormente esaminati al microscopio.

Un microscopio elettronico è simile nel design a un microscopio ottico: la sorgente di illuminazione è il catodo di un cannone elettronico, il sistema di condensazione è una lente magnetica condensatrice, l'obiettivo è una lente magnetica obiettivo, l'oculare è una lente magnetica di proiezione, ma invece di l'occhio, gli elettroni cadono su uno schermo luminescente o su una lastra fotografica. Il microscopio elettronico ha raggiunto una risoluzione di 1Ao (0,1 nm). Sugli schermi o sulle pellicole del microscopio elettronico è possibile ottenere ingrandimenti fino a 500.000 volte. In futuro, quando stamperai foto, potrai ottenere un altro ingrandimento 10x.

LIVELLO GENETICO MOLECOLARE E CELLULARE

ORGANIZZAZIONI DELLA VITA COME BASE DELLE ATTIVITÀ DI VITA DI UN ORGANISMO

FONDAMENTI DI CITOLOGIA

Citologia- una branca della biologia, attualmente operante come scienza indipendente, che studia le caratteristiche strutturali, funzionali e genetiche delle cellule di tutti gli organismi.

Attualmente gli studi citologici sono essenziali per la diagnosi delle malattie, poiché consentono di studiare la patologia basandosi sull'unità elementare di struttura, funzionamento e riproduzione della materia vivente - cellule. A livello cellulare si manifestano tutte le proprietà fondamentali degli esseri viventi: metabolismo, utilizzo delle informazioni biologiche, riproduzione, crescita, irritabilità, ereditarietà, capacità di adattamento. Le cellule degli organismi viventi si distinguono per una varietà di morfologia e complessità strutturale (anche all'interno dello stesso organismo), ma alcune caratteristiche si trovano in tutte le cellule senza eccezioni.

La scoperta dell'organizzazione cellulare degli esseri viventi è stata preceduta dall'invenzione dei dispositivi di ingrandimento. Così il primo microscopio fu progettato dagli ottici olandesi Hans e Zachary Jansen (1590). Il grande Galileo Galilei realizzò il microscopio nel 1612. Tuttavia, l'inizio dello studio della cellula viene considerato nel 1665, quando il fisico inglese Robert Hooke utilizzò l'invenzione del suo connazionale Christiaan Huygens (progettò un oculare nel 1659), applicandolo a un microscopio per studiare la struttura fine della cellula. il sughero. Notò che la sostanza del sughero è costituita da un gran numero di piccole cavità, separate le une dalle altre da pareti, che chiamò cellule. Questo fu l'inizio della ricerca microscopica.

Particolarmente degni di nota sono gli studi di A. Leeuwenhoek, che nel 1696 scoprì il mondo degli organismi unicellulari (batteri e ciliati) e vide per la prima volta cellule animali (eritrociti e spermatozoi).

Nel 1825 J. Purkinje osservò per primo il nucleo in un uovo di gallina e T. Schwann fu il primo a descrivere il nucleo nelle cellule animali.

Negli anni '30 del XIX secolo si era accumulato materiale significativo sulla struttura microscopica delle cellule e nel 1838 M. Schleiden avanzò l'idea dell'identità delle cellule vegetali dal punto di vista del loro sviluppo. T. Schwann ha fatto la generalizzazione finale, comprendendo il significato della cellula e della struttura cellulare come struttura principale della vita e dello sviluppo degli organismi viventi.

La teoria cellulare, creata da M. Schleiden e T. Schwann, afferma che le cellule sono la base strutturale e funzionale degli esseri viventi. R. Virchow ha applicato la teoria cellulare di Schleiden-Schwann alla patologia medica, integrandola con disposizioni importanti come "ogni cellula proviene da una cellula" e "ogni cambiamento doloroso è associato a qualche processo patologico nelle cellule che compongono il corpo".


Disposizioni di base del moderno teoria cellulare:

1. La cellula è l'unità elementare di struttura, funzionamento, riproduzione e sviluppo di tutti gli organismi viventi: al di fuori della cellula non esiste vita;

2. Una cellula è un sistema integrale contenente un gran numero di elementi interconnessi: organelli.

3. Le cellule di organismi diversi sono simili (omologhe) nella struttura e nelle proprietà di base e hanno un'origine comune.

4. L'aumento del numero delle cellule avviene attraverso la loro divisione, dopo la replicazione del loro DNA: cellula - da cellula.

5. Un organismo multicellulare è un nuovo sistema, un insieme complesso di un gran numero di cellule, unite e integrate in sistemi di tessuti e organi, interconnesse da fattori chimici: umorali e nervosi.

6. Le cellule di organismi multicellulari sono totipotenti - qualsiasi cellula di un organismo multicellulare ha lo stesso patrimonio completo di materiale genetico di questo organismo, tutte le possibili potenzialità per la manifestazione di questo materiale - ma differiscono nel livello di espressione (lavoro) dei singoli geni , che porta alla loro diversità - differenziazione morfologica e funzionale .

Pertanto, grazie alla teoria cellulare, viene confermata l'idea dell'unità della natura organica.

Studi di citologia moderna:

La struttura delle cellule, il loro funzionamento come sistemi viventi elementari;

Funzioni dei singoli componenti cellulari;

Processi di riproduzione cellulare, loro riparazione;

Adattamento alle condizioni ambientali;

Caratteristiche delle cellule specializzate.

Gli studi citologici sono essenziali per la diagnosi delle malattie umane.

Parole chiave e concetti: citologia, cellula, teoria cellulare

INFORMAZIONI GENERALI SULLE CELLE

Tutte le forme di vita conosciute sulla Terra possono essere classificate come segue:

FORME DI VITA NON CELLULARI

VIRUS

Virus (lat. virus– veleno) è un organismo non cellulare, le cui dimensioni variano tra 20 – 300 nm.

I virioni (particelle virali) sono costituiti da due o tre componenti: il nucleo del virus è materiale genetico sotto forma di DNA o RNA (alcuni hanno entrambi i tipi di molecole), attorno ad esso c'è un guscio proteico (capside), formato da subunità (capsomeri). In alcuni casi, è presente un ulteriore rivestimento lipoproteico derivante dalla membrana plasmatica dell'ospite. In ciascun virus, i capsomeri del capside sono disposti in un ordine rigorosamente definito, a causa del quale si verifica un tipo speciale di simmetria, ad esempio elicoidale (forma tubolare - virus del mosaico del tabacco o sferica nei virus animali contenenti RNA) e cubica ( virus isometrici) o misti (Fig. 1).