цмиь. 27цито 3-вопрос. Цитологиянаука о клетках. Открытие клетки. Первым человеком, увидевшим клетки, был английский учёный Роберт Гук
 Скачать 119.47 Kb.
|
|
История изучения клетки. Клеточная теория. (3 вопрос) ЦИТОЛОГИЯ-НАУКА О КЛЕТКАХ. Открытие клетки. Первым человеком, увидевшим клетки, был английский учёный Роберт Гук. В 1663 г., пытаясь понять, почему пробковое дерево так хорошо плавает, Гук стал рассматривать тонкие срезы пробки с помощью усовершенствованного им микроскопа. Он обнаружил, что пробка разделена на множество крошечных ячеек, напомнивших ему монастырские кельи, и он назвал эти ячейки клетками (по-английски cell — «келья, ячейка, клетка»). В 1674 г. голландский мастер Антоний ван Левенгук (1632 — 1723) с помощью микроскопа впервые увидел в капле воды «зверьков» — движущиеся живые организмы. Таким образом, уже к началу XVIII века учёные знали, что под большим увеличением растения имеют ячеистое строение, и видели некоторые организмы, которые позже получили название одноклеточных. Однако клеточная теория строения организмов сформировалась лишь к середине XIX века, после того как появились более мощные микроскопы и были разработаны методы фиксации и окраски клеток. Появление клеточной теории Клеточная теория — одно из общепризнанных биологических обобщений, утверждающих единство принципа строения и развития мира растений и мира животных, в котором клетка рассматривается в качестве общего структурного элемента растительных и животных организмов. Клеточная теория — основополагающая для общей биологии теория, сформулированная в середине XIX века. Она предоставила базу для понимания закономерностей живого мира и для развития эволюционного учения. Маттиас Шлейден и Теодор Шванн сформулировали клеточную теорию, основываясь на множестве исследований о клетке (1838 - 1839). Шлейден и Шванн, обобщив имеющиеся знания о клетке, доказали, что она является основной единицей любого организма. Клетки животных, растений и бактерий имеют схожее строение. Позднее эти заключения стали основой для доказательства единства организмов. Т. Шванн и М. Шлейден ввели в науку основополагающее представление о клетке: вне клеток нет жизни. Развитие клеточной теории связано с открытием протоплазмы и клеточного деления. К середине XIX в. выяснилось, что главным в клетке является её «содержимое» — протоплазма. В 1858 г. немецкий патолог Р. Вирхов опубликовал «Целлюлярную патологию», в которой распространил клеточную теорию на явления патологии и обратил внимание на ведущее значение ядра в клетке, провозгласив принцип образования клеток путём деления («Оmnis cellula ex cellula» - «Каждая клетка из клетки»). Деление вначале трактовалось как перешнуровка ядра и клеточного тела. В 70 — 80-х гг. был открыт митоз как универсальный способ клеточного деления, типичный для всех клеточных организмов. В конце XIX в. были открыты клеточные органоиды, и клетку перестали рассматривать как простой комочек протоплазмы. Основные направления Изучение закономерностей строения и жизнедеятельности животных, растений и микроорганизмов. Изучение экосистем: зоология, ботаника, физиология животных и человека, этология, физиология растений, биологическая химия, общая микробиология, экология и биоценология, гидробиология. Изучение строения и жизнедеятельности клетки и тканей, наследственности и индивидуального развития организмов: цитология, физиология клетки, биофизика, генетика, аналитическая и экспериментальная эмбриология, цитоэмбриология растений, индивидуальное развитие растений. Изучение закономерностей исторического развития организмов: эволюционная теория, эволюционная палеонтология, эволюционная морфология животных, эволюционная гистология, эволюционная биологическая химия, проблема возникновения жизни на Земле. Новейшие направления биологических исследований: молекулярная биология, молекулярная генетика, вирусология, проблемы биологического развития, изучение биосферы и вопросы воспроизводства и охраны животного и растительного мира, космическая биология, применение математических методов, принципов кибернетики и синергетики в биологии (6 вопрос) Все современные методы изучения клетки можно классифицировать следующим образом: Световая, электронная микроскопия. Современный световой микроскоп увеличивает объекты в 3000 раз и позволяет увидеть наиболее крупные органоиды клетки, наблюдать движение цитоплазмы, деление клетки. Электронный микроскоп даёт увеличение в сотни тысяч раз, что позволяет изучить тонкое строение органоидов. Фракционирование — ультрацентрифугирование. Метод основан на том, что клеточные органоиды имеют разную массу и плотность. Измельчённые ткани помещают в пробирки и вращают в центрифуге с большой скоростью. Более плотные органоиды осаждаются при низких скоростях вращения, а менее плотные — при высоких. Каждый слой изучается отдельно. Рентгеноструктурный анализ. Основан на получении рентгенограмм. Позволяет изучить конфигурацию молекул белка, нуклеиновых кислот для понимания их биологических функций. Получение культуры тканей. Даёт возможность исследовать живые клетки, помещённые в соответствующую среду, в которой они способны к автономному росту, формированию тканей и органов организма. Окрашивание. Применяется для окрашивания живых клеток красителями для получения контрастного изображения изучаемых структур. Метод световой микроскопии Предельная разрешающая способность человеческого глаза составляет около 0,1 мм. Это понятие отражает минимальное расстояние, на котором 2 соседние точки определяются как отдельные объекты. Микрочастицы, клеточные структуры и дефекты поверхности имеют размер менее 100 микромЕтров, поэтому для их исследования требуется специальное оборудование. Метод световой микроскопии Методы микроскопии выбираются в зависимости от характера и свойств изучаемых объектов. В течение следующих столетий конструкция оптического микроскопа непрерывно совершенствовалась. Несмотря на то, что в первой половине XX в. были изобретены электронные приборы, которые позволяли рассмотреть нанообъекты, световой метод не теряет своей популярности. Подробно о принципе действия Принцип работы оптического микроскопа основывается на прохождении прямого или отраженного луча света через систему линз. Объектив прибора содержит до 14 стекол. При прохождении светового пучка через эту часть устройства изображение увеличивается до 100 раз, а при прохождении окуляра — в 20-24 раза. Выпуклые и вогнутые стекла позволяют сфокусировать картинку на сетчатке или приспособлениях для документирования информации. Видимое излучение, которое создает осветительная система прибора, ограничивают несколькими диафрагмами. Это повышает четкость изображения. Увеличивающие линзы имеют 2 дефекта. Сферическая аберрация мешает фокусировать сразу все поле исследования, а хроническая приводит к появлению яркой каймы по контуру изображения. Чтобы компенсировать дефекты, окуляр и объектив оснащаются корригирующими стеклами. Где применяется Методы световой микроскопии применяют в следующих областях науки и промышленности: медицине и лабораторной диагностике; биологии; металлографии, неразрушающих методах контроля на производстве; микроэлектронике; минералогии, кристаллографии; археологии, геологии; криминалистике; пищевой промышленности 8-й вопрос Иммуногистохимическое исследование — метод микроскопического исследования тканей, обеспечивающий наиболее специфическое выявление в них искомых веществ и основанный на обработке срезов маркированными специфическими антителами к выявляемому веществу, которое в данной ситуации служит антигеном. Впервые способ окрашивания клеточных и тканевых компонентов с помощью специфических антител для микроскопического исследования был предложен A. Coons и соавторами в 1941 году; позднее были разработаны антитела, помеченные не флуоресцентными красителями, а ферментами. Прямой иммуногистохимический метод Прямой иммуногистохимический метод основан на реакции специфического связывания маркированных антител непосредственно с выявляемым веществом Непрямой иммуногистохимический метод Непрямой иммуногистохимический метод является более чувствительным, основан на том, что немаркированные первичные антитела связываются с искомым антигеном (выявляемым веществом), а далее уже их выявляют при помощи вторичных меченых антител, при этом первичные антитела служат для вторичных антигенами . Способы маркировки антител Маркировка антител производится путём их связывания с одной из следующих групп веществ: флуоресцентные красители (родамин, флуоресцеин); ферменты (щелочная фосфатаза, пероксидаза хрена) — далее выявляются гистохимически; электронно-плотные частицы (коллоидное золото, ферритин). Практическое применение идентификация клеток различных типов по их уникальным маркерным признакам; изучение синтетических и секреторных процессов; выявление гормонов и рецепторов к ним. Авторадиография (ауторадиография) — способ регистрации альфа- и бета-излучений, основанный на фотохимическом действии ионизирующих излучений. Для обнаружения радиоактивных изотопов фотографическая эмульсия приводится в соприкосновение с исследуемым материалом, в результате чего альфа- и бета-частицы вызывают почернение фотоэмульсии в виде линий (треков) по ходу пробега частицы. Альфа-частицы дают прямые широкие треки, бета-частицы — узкие неравномерные зигзагообразные полоски. Авторадиографию в биологии впервые применил Е. С. Лондон (1904) для обнаружения радия в тканях животных. В дальнейшем метод использовали для изучения накопления, распределения и выведения малых количеств радиоактивных изотопов в разных органах и тканях организма. В практике принято различать макроавторадиографию и микроавторадиографию. С помощью макроавторадиографии изучают распределение радиоактивных изотопов во всем организме или в отдельных его органах и тканях (напр., P32 — в злокачественных новообразованиях). Разновидностью макроавторадиографии является баллонная Авторадиография, в основу которой положен принцип фотохимической регистрации бета-излучения парентерально введенного двузамещенного фосфата натрия, меченного P32. Авторадиограммы получают со слизистой оболочки желудка, пищевода или прямой кишки путем введения в эти органы тонкостенных резиновых баллонов, покрытых эмульсией, чувствительной к действию бета-частиц (см. Бета-диагностика). Наличие или отсутствие на авторадиограммах признаков локальной адсорбции изотопа P32 дает цепные дополнительные сведения для дифференцирования воспалительных изменений и злокачественных опухолей пищевода, желудка и прямой кишки. Принцип работы флуоресцентного микроскопа Флуоресцентный микроскоп стал важнейшим инструментом в современной биологии и медицине. Он позволяет детально исследовать динамические процессы на уровне молекулярных и клеточных структур, предоставляя специалистам высокоточные изображения изучаемых объектов. Основные понятия Флуоресценция относится к процессам люминесценции, при которых чувствительные молекулы испускают свет, находясь в электронно-возбужденных состояниях, создаваемых физическими или химическими механизмами. В данном случае свечение становится следствием воздействия излучений ультрафиолетового или видимого спектра. Флуоресцирующие молекулы называют флуорофорами. Поглощение и испускание фотонов веществом происходят почти одновременно. При более длительном временном интервале между этими процессами целесообразно говорить о явлении фосфоресценции. Сфера использования Высокочувствительные флуоресцентные микроскопы широко используются в медико-биологических областях. Они позволяют наблюдать за локализацией молекул и микроорганизмов, визуализировать и исследовать их специфические особенности. При этом флуоресценция не оказывает мощного угнетающего действия на клетки, что облегчает мониторинг их внутренних динамических процессов. Подобные микроскопы также применяются в материаловедении. Они помогают при анализе составов химических субстанций, обнаружении нежелательных вещественных вкраплений, выявлении дефектов поверхностей и решении прочих подобных задач. Кратко о методе флуоресцентной микроскопии Метод основан на способности фоточувствительных молекул к структурной интеграции с микрообъектами. Они прикрепляются к образцам с помощью функциональных химических групп и при световом облучении возвращают часть поглощенных фотонов. Исследователи принимают и анализируют интенсивность волновых сигналов, делая выводы о строении изучаемых объектов и протекающих в них процессах. Гибридизация in situ Гибридизация in situ — это молекулярно-биологический метод, основанный на специфической гибридизации специального олигонуклеотидного зонда с РНК рибосомы. Рибосомы присутствуют во всех клетках, и их структура хорошо изучена. Определенные участки рибосомной РНК не покрыты белками и могут взаимодействовать по принципу комплементарное с нуклеотидными зондами, помеченными флюоресцентными красителями или антителом. Последовательность нуклеотидов зонда подбирается таким образом, чтобы связываться с рРНК только одного вида клеток, что позволяет выявлять такие клетки под микроскопом. Процедура гибридизации in situ следующая: клетки фиксируются (на подложке или в тонком срезе) и в процессе фиксации погибают. Мертвая клетка становится проницаемой для крупных молекул, в том числе для олигонуклеотидных зондов. На слой клеток наносится краситель с зондами, которые проникают внутрь клетки, связываются там с рРНК, если она комплементарна их последовательности. Через некоторое время избыточное количество красителя отмывают, а связавшиеся зонды обнаруживают микроскопически по развитию той или иной окраски. Если целевых последовательностей рРНК нет, то цветной реакции не наблюдается. При использовании флюоресцентных красителей метод называется FISH — флюоресцентная гибридизация in situ. Метод ПЦР (Схема амплификации ДНК методом полимеразной цепной реакции)  |