Жизнедеятельность клеток в тканях можно изучать с помощью метода

«Биология отрицает законы математики: при делении происходит умножение» Валерий Красовский

Методы изучения клетки

Основными методами изучения клетки являются: микроскопия, центрифугирование (ультрацентрифугирование), культивирование клеток, метод рекомбинантных ДНК, метод меченных атомов, хроматография, электрофорез.

Также в цитологии используют:

— рентгеноструктурный анализ — дает возможность определять пространственное расположение и физические свойства молекул;

— кино- и фотосъемки — помогает изучить процессы жизнедеятельности клетки, такие как деление;

— микрохирургия — заключается в удалении или имплантировании отдельных органоидов, пересаживании их из клетки в клетку

Теоретический вопрос ДНЯ

Советы, которые помогут эффективно подготовиться к ЕГЭ по БИОЛОГИИ

1. Познакомься с актуальными демоверсией, спецификацией, кодификатором на официальном сайте, чтобы четко понимать, что тебя ждет и какие требования предъявляются к уровню подготовки.

2. Определись, сколько баллов ты хотел бы получить.

3. Составь расписание своих занятий и старайся максимально его соблюдать. Регулярность занятий очень важна.

4. Используй несколько источников для подготовки: школьные учебники, пособия для поступающих в ВУЗы, видео уроки и т.п.

5. Главное – понимание! Старайся разобраться в теме, а потом можно зазубрить некоторые понятия.

6. Учись внимательно читать и понимать задание.

7. Начинай с легкого и постепенно усложняй материал. Но не бойтесь сложных заданий, если хочешь высокий балл.

8. Постоянно повторяй пройденный материал, решай тесты, задачи и теоретические вопросы.

Повторять рекомендуется сразу в течение 15-20 минут, через 8-9 часов и через 24 часа. Полезно повторять материал за 15-20 минут до сна и утром, на свежую голову.

9. Систематизируй материал, создай целостную и структурированную систему знаний.

10. И не забывай высыпаться, сбалансированно питаться и вести здоровый образ жизни. Это хорошо влияет на память:)

Методы изучения клетки: какие методы используются в цитологии

Методы изучения клетки. Таблица

Название	Краткое описание методов изучения клетки
Световая микроскопия	В световом микроскопе объект освещается видимым светом. Можно рассмотреть внешнее и внутреннее строение клетки, мембрану, клеточную стенку, ядро, органеллы и включения размером более 200 нм.
Электронная микроскопия	Метод получил развитие в начале 30-х г. XX в. после изобретения электронного микроскопа. Возможно изучение объектов размером 1 нм, освещенных пучком электронов.
Центрифугирование	Метод избирательного изучения органоидов клетки. Образец вращают при помощи специальной центрифуги для разделения содержимого клетки на слои. Ультрацентрифугирование — метод выделения биохимических структур и молекул, входящих в состав клетки.
Авторадиография	Заменяют атомы углерода или других элементов на радиоактивные изотопы. Метод меченых атомов помогает наблюдать за процессами перемещения органелл и веществ внутри клеток.
Клеточные культуры	Выращивание колоний клеток на питательных средах для последующего изучения.

Микроскопия

Информацию в таблице «Методы цитологии» рекомендуется дополнить рассказом о световом и электронном микроскопах. Начало изучения микромира связано с изобретением первого светового микроскопа в 1590 году (братьями Янсен). Первые исследования клеточного строения живых организмов с помощью микроскопа выполнили Р. Гук (1665 г.) и А. Левенгук (1696 г.).

Исторически первый метод исследования в цитологии не растерял своего значения до наших дней. Современные методы изучения клетки — фазово-контрастная и интерференционная микроскопия. Разновидности световых микроскопов позволяют различать тонкие детали в живой клетке без ее фиксации и окрашивания.

Особенности метода электронной микроскопии:

Внутри электронного микроскопа создают вакуум для того, чтобы пучок электронов не рассеивался.
Для исследования необходимы предварительная фиксация и обезвоживание препаратов.
После этого объекты заливают в плотную среду для выполнения тончайших срезов при помощи ультратонкого ножа — микротома.
Изображение объекта фиксируется с помощью детектора электронов.

Какие методы используются в цитологии, во многих случаях зависит от особенностей объектов. Флуоресцентная микроскопия предназначена для изучения образцов с собственной флуоресценцией, таких как хлорофилл, который в синем свете флуоресцирует красным. Можно исследовать и другие объекты, предварительно окрасив их определенными флуоресцентными красителями.

Флуоресцентный и конфокальный микроскопы позволяют получать изображения некоторых объектов с максимальным разрешением. Трансмиссионный микроскоп дает изображение среза «на просвет». Сканирующий электронный микроскоп дает объемные изображения объектов.

В настоящее время жизнь клетки исследуют на уровне органелл, молекул и атомов. В цитологии используют методы молекулярной биологии, гистологии, микробиологии, биохимии, физиологии. Смежные науки развиваются в тесном контакте друг с другом. Подразделы биологии используют сходные методы исследования, а открытия в одной области оказывают влияние на развитие других дисциплин.

Читайте также: Травматические повреждения мягких тканей челюстно лицевой области самедов

*§ 10-1. Методы изучения клетки

Световая микроскопия. Первым методом, использованным для открытия и изучения клеток, была световая микроскопия. Увеличение объекта в световом микроскопе достигается с помощью линз, через которые проходит свет. При этом максимальное увеличение составляет около 1500 раз. Однако главной характеристикой микроскопа является разрешающая способность (разрешение) — минимальное расстояние между двумя объектами, которые можно распознать отдельно. Отдельная частица будет видна только в том случае, если по размеру она не меньше разрешения микроскопа. Например, разрешающая способность человеческого глаза составляет около 0,1 мм .

Разрешение характеризует четкость изображения. Без повышения разрешающей способности нет смысла в большем увеличении. Если линзы не дают возможности различать детали объекта, то изображение будет размытым, и при большем увеличении будет получено просто более крупное, но такое же нечеткое изображение.

Разрешение светового микроскопа ограничивается длиной световой волны. Даже при использовании самого коротковолнового видимого света — фиолетового — можно достичь разрешения лишь около 200 нм. При такой разрешающей способности видны самые крупные компоненты клеток — ядро, пластиды, вакуоли, митохондрии, клеточные стенки. Более мелкие клеточные структуры или не видны вообще, или их детали различаются с трудом.

Другая трудность применения световой микроскопии состоит в том, что большинство клеточных компонентов прозрачно. Для увеличения контрастности часто используют различные методы окраски клеток. При этом клеточные структуры окрашиваются специальными красителями в разные цвета. Некоторые красители — их называют прижизненными — не токсичны и используются для окрашивания живых клеток. Однако большинство красителей токсично для клеток и вызывает их гибель.

Сайт:	Профильное обучение
Курс:	Биология. 11 класс
Книга:	*§ 10-1. Методы изучения клетки
Напечатано::	Гость
Дата:	Пятница, 11 Февраль 2022, 02:34

Электронная микроскопия. Многие клеточные структуры, например рибосомы, диаметр которых составляет около 20—30 нм, невозможно увидеть с помощью светового микроскопа из-за низкого разрешения. Эта проблема была решена после создания электронного микроскопа в 1930-х гг. Вместо света в нем используется поток электронов, а вместо линз — электромагниты. Современные электронные микроскопы (рис. 10-1.1) имеют разрешающую способность менее 1 нм и увеличение до 10 6 раз. Этого достаточно для изучения мельчайших органоидов и даже крупных молекул. Использование электронной микроскопии в биологии позволило исследовать ультратонкое строение клеточных структур — мембран, рибосом, элементов цитоскелета и др.

Различают два основных типа электронной микроскопии: просвечивающую (трансмиссионную) и сканирующую. В просвечивающем э лектронном микроскопе электроны проходят через образец, так же как световые лучи в световом микроскопе. Поэтому для изучения можно использовать только очень тонкие срезы, чтобы через них могли проходить электроны. Кроме того, в таком микроскопе поддерживается вакуум, а биологические образцы для увеличения контрастности обрабатывают соединениями урана или свинца, которые являются токсичными для клеток. С этим связано то, что с помощью просвечивающего электронного микроскопа можно изучать только мертвые клетки.

Читайте также: Тип ткани ткань в полоску

Сканирующий электронный микроскоп изобретен в 1950-х гг. Изображение в нем создается отраженными от поверхности изучаемого объекта электронами, при этом можно использовать образцы большей толщины. Разрешающая способность сканирующей электронной микроскопии ниже, чем просвечивающей. Но этот метод позволяет получать трехмерные изображения. С его помощью исследуются, например, мембраны клеток и включенные в них белки.

С помощью методов цитохимии и гистохимии изучают химическую природу различных структур клеток и тканей, распределение химических соединений, их локализацию и превращения. Эти методы основаны на использовании цветных реакций для определения в клетках различных веществ. Под действием специально подобранных реактивов происходит окрашивание определенных соединений в клетке. По степени и характеру окраски с помощью микроскопии судят о количестве или активности изучаемых веществ.

Методы цито- и гистохимии должны обеспечивать связывание красителя только с исследуемым соединением, сохранение структуры клетки и локализации вещества в ней. Благодаря этим методам обнаруживают белки и аминокислоты, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды, неорганические вещества и др.

При цитохимическом определении белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов, как правило, выявляются определенные структурные части их молекул. Например, в нуклеиновых кислотах — азотистые основания, остатки фосфорной кислоты или пентоз. Определение ферментов основано на выявлении продуктов катализируемых ими реакций. При этом клетки помещаются в среду, содержащую субстрат исследуемого фермента, а образующийся продукт определяется при помощи цветной реакции. Окрашенный продукт не должен обладать высокой растворимостью, чтобы располагаться именно в тех частях клетки, где он был синтезирован. По интенсивности окраски можно определить уровень активности фермента. В настоящее время методы цитохимии позволяют выявлять множество различных ферментов.

Важную роль в цитохимических исследованиях играет авторадиография. Этот метод основан на введении в клетки веществ, содержащих радиоактивные метки ( 3 H, 14 С , 15 N, 32 P, 131 I и др.). По химическим свойствам меченые соединения, например аминокислоты или углеводы, не отличаются от обычных и включаются в процессы обмена веществ. Установить локализацию и концентрацию меченых веществ можно благодаря потемнению чувствительной к радиоактивным излучениям фотографической эмульсии, наложенной на образец. Метод авторадиографии используется для изучения процессов обмена веществ в клетке, определения локализации отдельных веществ и перемещения их внутри клетки, исследования проницаемости клеточных мембран.

Разделение компонентов клеток. Для изучения строения и функций отдельных клеточных структур — ядер, различных органелл и др. — необходимо отделить их друг от друга. С этой целью клетки помещают в буферный раствор, соответствующий гиалоплазме по рН и концентрации солей. Затем разрушают цитоплазматические мембраны клеток для получения суспензии клеточных компонентов. При этом важно, чтобы ядра и органоиды разрушенных клеток остались неповрежденными.

Для получения суспензии часто используют гомогенизатор — специальный аппарат, в котором пестик вращается в стеклянном цилиндре (рис. 10-1.2). Разрушение клеток осуществляется в зазоре между стенкой сосуда и пестиком.

Разрушить клетки можно также путем их многократного замораживания и оттаивания (при этом разрыв клеток происходит за счет образования в них кристаллов льда) либо действием ультразвука.

Из курса химии вы знаете, что суспензии можно разделять отстаиванием, однако для отделения очень маленьких частиц одной силы тяжести недостаточно. Поэтому разделение компонентов клеток осуществляют преимущественно методом дифференциального (разделительного) центрифугирования в специальных приборах — центрифугах. В них пробирки с исследуемой суспензией клеточных структур вращаются с высокой скоростью. При этом возникает центробежная сила, в сотни и тысячи раз большая, чем сила тяжести. Под ее действием и происходит осаждение частиц.

Ступенчатое увеличение скорости вращения пробирок приводит к последовательному осаждению различных компонентов клеток. Сначала осаждаются самые крупные и плотные, затем — меньшие по размеру и менее плотные.

Первое центрифугирование суспензии клеточных структур проводят при низкой скорости вращения. На дне пробирок образуется осадок, в основном содержащий ядра клеток. Надосадочную жидкость переносят в другие пробирки и центрифугируют с более высокой скоростью. Повторение этих операций с увеличением скорости центрифугирования на каждом этапе позволяет разделить компоненты клеток (рис. 10-1.3). Жидкая фаза последнего центрифугирования представляет собой гиалоплазму.

Скорость осаждения частиц при центрифугировании выражают в единицах Сведберга — S. Для частицы, которая осаждается быстрее, значение S будет больше. Обозначение единицы S нередко добавляют в названия клеточных структур. Например, так называемые 80S рибосомы эукариот крупнее и быстрее осаждаются, чем 70S рибосомы прокариот.

Читайте также: Ткани в красноярске сатин

Скорость осаждения зависит от размера частицы, ее плотности и формы. Поэтому две частицы одинакового размера могут иметь разные значения S, если они имеют разную плотность или форму. Кроме того, когда две частицы связываются вместе, величина S образовавшегося комплекса не будет равна сумме S исходных частиц.

Органеллы и даже макромолекулы, незначительно различающиеся по размеру и плотности, можно разделить методом центрифугирования в градиенте плотности . Анализируемая проба наслаивается тонким слоем на раствор сахарозы или хлорида цезия. Причем концентрация и, следовательно, плотность этого раствора возрастает от поверхности пробирки к ее дну. В процессе центрифугирования частицы проходят через раствор и «останавливаются» в определенном слое жидкости. Это дает возможность отделить одни частицы от других (рис. 10-1.4).

Другие методы изучения клетки. Для исследования строения молекул применяется рентгеноструктурный анализ. С его помощью можно определить длину химических связей, размер атомов и их пространственное расположение в молекулах. С использованием этого метода установлена структура многих биологических молекул — белков, нуклеиновых кислот, витаминов и т. д.

За исследования пространственной структуры и функций биомолекул с использованием рентгеноструктурного анализа 19 ученых были удостоены Нобелевской премии. В их числе уже известные вам Дж. Уотсон, Ф. Крик и М. Уилкинс, установившие структуру ДНК, а также Д. Ходжкин за определение структуры холестерина, пенициллина и витамина В₁₂ ( Нобелевская премия 1964 г.), А. Йонат, Т. Стейц и В. Рамакришнан за исследования строения и функций рибосом ( Нобелевская премия 2009 г.) и др.

Метод клеточных культур представляет собой выращивание клеток на специальных питательных средах в контролируемых условиях. Для этого необходимо обеспечить стерильность, а питательная среда должна содержать все вещества, нужные для обеспечения жизнедеятельности выращиваемых клеток. Культивирование клеток осуществляется при постоянной температуре, поддерживается определенная концентрация кислорода, углекислого газа, паров воды и т. д. Метод клеточных культур используется для изучения процессов деления и роста клеток, их дифференцировки, взаимодействия со средой, старения, злокачественной трансформации и др.

Методы микрохирургии позволяют удалять или пересаживать структурные элементы живых клеток, например ядра, органоиды, осуществлять микроинъекции разных веществ. Эти методы применяют для изучения роли ядра и различных органелл в жизни клеток, исследования изменений, происходящих в безъядерных клетках и др.

Открытие клеток связано с использованием световой микроскопии. Этот метод позволяет изучить самые крупные клеточные компоненты. Применение электронной микроскопии сделало возможным исследование ультратонкого строения клеточных структур. Методы цито- и гистохимии используются для изучения локализации химических соединений и анализа процессов обмена веществ в клетках и тканях. Методы дифференциального центрифугирования и центрифугирования в градиенте плотности применяют для разделения компонентов клеток. Определить пространственную структуру биомолекул позволяет рентгеноструктурный анализ. При изучении процессов деления и роста, дифференцировки, роли ядра и органоидов в жизнедеятельности клеток используют методы клеточных культур и микрохирургии.

1. Охарактеризуйте методы световой и электронной микроскопии. Что они позволяют изучить?

2. На чем основаны методы цито- и гистохимии? Для чего они применяются? Что представляет собой авторадиография?

3. Охарактеризуйте метод дифференциального центрифугирования. В чем заключается особенность центрифугирования в градиенте плотности?

4. В каких единицах выражают скорость осаждения частиц при центрифугировании? Можно ли разделить компоненты суспензии, имеющие одинаковые размеры, с помощью центрифуги?

5. Для чего применяется метод рентгеноструктурного анализа?

6. На чем основаны и для чего используются методы клеточных культур и микрохирургии?

7*. Подберите методы, подходящие для каждого цитологического исследования. Объясните свой выбор.

а) Определение толщины цитоплазматической мембраны клетки;

б) выделение из нейронов ядер и их сбор в отдельную пробирку для дальнейшего изучения;

в) подсчет числа лейкопластов (бесцветных пластид) в клетках клубня картофеля;

г) определение формы молекулы белка и построение ее объемного изображения;

д) размножение в лаборатории лейкоцитов человека и определение, смогут ли они выполнять свои функции без ядра;

е) подсчет числа эритроцитов в 1 мм 3 крови человека.

8*. В настоящее время метод клеточных культур находит применение не только в цитологических исследованиях. Предложите другие возможные области его практического использования.

Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом

Жизнедеятельность клеток в тканях можно изучать с помощью метода