Цитологический метод в биологии сообщение

Обновлено: 19.05.2024

Методы изучения клетки. Таблица

Микроскопия

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.

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.

Цитология (греч. cytos — клетка + logos — наука) - наука о строении и жизнедеятельности клетки. На данный момент нам кажется очевидным, что растения, грибы и животные состоят из клеток, однако раньше об этом и не догадывались.

Цитология начала свой путь развития относительно недавно, в этой статье мы обсудим клеточную теорию и методы, которые используются в цитологии для изучения клеток (методологию).

Клеточная теория

Создание и развитие клеточной теории стало возможным после изобретения микроскопа в 1590 году голландским мастером по изготовлению очков - Захарием Янсеном. Первый микроскоп мог увеличивать изучаемый объект до 3-9 раз.

В 1665 году Роберт Гук, используя микроскоп собственного изобретения, смог различить ячеистые структуры пробки ветки бузины. Эти ячеистые структуры напомнили Роберту Гуку монашеские кельи, он ввел термин клетка (от лат. сеllа — комната, келья).

На самом деле Роберт Гук увидел не живые клетки, как он предполагал, а оставшиеся от них плотные клеточные стенки, которые и представляли собой ячеистую структуру.

В 70-х годах XVII века нидерландский натуралист Антони ван Левенгук открыл целый мир, невидимый невооруженным глазом. Он увидел в микроскопе простейшие организмы: инфузорий, сперматозоидов, а также дрожжи, бактерии, эпидермис кожи.

В течение 50 лет он отсылал результаты своих наблюдений в Лондонское королевское общество. Поначалу они были встречены со скептицизмом, но когда комиссия ученых лично во всем убедилась и подтвердила подлинность его исследований, Антони ван Левенгук был избран действительным членом Лондонского королевского общества.

В последующее время было много описаний самых разных клеток, однако обобщить накопленный материал оказалось не легкой задачей. С ней в 1839-1840 годах справились немецкий ботаник Маттиас Шлейден и немецкий зоолог Теодор Шванн.

Все организмы состоят из клеток
Клетка - мельчайшая структурная единица жизни
Образование новых клеток - основополагающий способ роста и развития растений и животных
Организм представляет собой сумму образующих его клеток

Допустили ли Шлейден и Шванн ошибки? Да, они были. Ошибочно предположение о том, что клетка может образоваться из неклеточного вещества.

Важное дополнение в 1855 в клеточную теорию внес Рудольф Вирхов, который утверждал, что любая клетка может образоваться только путем деления материнской клетки.

Клетка является структурной, функциональной и генетической единицей живого
Клетки растений и животных сходны между собой по строению и химическому составу
Клетка образуется только путем деления материнской клетки
Клетки у всех организмов окружены мембраной (имеют мембранное строение)
Ядро клетки - ее главный регуляторный органоид
Клеточное строение растений, животных и грибов свидетельствует о едином происхождении всего живого
В многоклеточном организме клетки подразделяются (дифференцируются) по строению и функции. Они объединяются в ткани, органы и системы органов.
Клетка - элементарная, открытая и живая система, способная к самообновлению, воспроизведению и саморегуляции

XX век несомненно стал веком биологических наук: цитологии, генетики. Это произошло во многом благодаря клеточной теории.

Я хочу поделиться с вами моим искренним восхищением новой жизни. Вдумайтесь - мы ведь когда-то с вами были всего одной единственной клеткой, зиготой! Как в одной клетке природе удалось уместить столько всего: кожу, мышцы, нервную систему, пищеварительный тракт? Мы приоткроем завесу этой тайну в статьях по генетике и эмбриологии, и, тем не менее, мое восхищение этим безгранично.

Наши клетки рождаются и умирают: эпителий кишечника обновляется каждые 5 дней полностью, при удалении 70% печени оставшиеся клетки способны восстановить всю структуру этого органа, каждые 30 дней мы получаем новую кожу. При этом наше сознание и память остаются с нами. Мы - чудо, настоящее чудо природы, созданное из одной единственной клетки.

Микроскопия

Микроскопия - важнейший метод цитологии, в ходе которого объекты рассматриваются при помощи микроскопа. Его оптическая система состоит из двух основных элементов: объектива и окуляра, закрепленных в тубусе. Микропрепарат (срез тканей) располагается на предметном столике, расстояние от которого до объектива регулируется с помощью винта (винтов).

Чтобы посчитать увеличительную способность микроскопа следует умножить увеличение окуляра на увеличение объектива. К примеру, если окуляр увеличивает объект в 20 раз, а объектив - в 10, то суммарное увеличение будет в 200 раз.

Некоторое внимание уделим направлениям в биологии, которые необходимо знать на современном этапе технического прогресса.

Биоинженерия

Биоинженерия - направление науки и техники, развивающее применение инженерных принципов в биологии и медицине. В рамках биоинженерии происходят попытки (и довольно успешные) выращивания тканей и создание искусственных органов, протезов.

То есть биоинженерия занимается преимущественно технической частью. Медицинское направление в биоинженерии ищет замену органам и тканям человека, которые утратили свою функциональную активность и требуют "замены".

Биотехнология

Биотехнология - направление биологии, изучающее возможность применения живых организмов или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач. В биотехнологии путем генной инженерии создают организмы с заданным набором свойств.

В рамках биотехнологии происходит получение антибиотиков - продуктов жизнедеятельности бактерий, очищение водоемов с помощью моллюсков, увеличение плодородия почвы с помощью дождевых червей, клонирование организмов.

Это разительно отличается от задач биоинженерии, хотя безусловно, эти дисциплины смежные. Все-таки в биотехнологии происходит большее вторжение в живой мир, по сути человек выступает эксплуататором, достигая с помощью животных, растений и грибов своих целей. Человек проводит искусственный отбор, отделяя особей, которые продолжат род, от других, "менее перспективных".

Представляет собой совокупность методов и технологий, которые приводят к получению рекомбинантных РНК и ДНК, выделению генов из клеток и внедрения их в другие организмы.

Изменив молекулу ДНК или РНК, человек добивается своей цели: клетка начинает синтезировать с нее белок. Он то и нужен человеку, такие продукты жизнедеятельности активно используются в медицине, к примеру, при изготовлении антибиотиков.

Сорт кукурузы, устойчивый к действию насекомых-вредителей
Бактерии, продуктом жизнедеятельности которых является человеческий инсулин, используемый в дальнейшем как лекарство
Культура клеток, вырабатывающих гормон человека - эритропоэтин, также используемый в лечебных целях

Представляет собой совокупность методов и технологий, используемых для конструирования новых клеток. В основе лежит идея культивирования клеток тканей вне организма.

С помощью клеточной инженерии возможно бесполое размножение ценных форм растений. Часто получаются, так называемые, гибридные клетки, которые сочетают свойства, к примеру, раковых клеток и лимфоцитов, в результате становится возможно быстрое получение антител.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Наука цитология изучает строение клетки, как основополагающей и функциональной частицы живой материи на планете.Давайте на рисунке 1 вспомним строение клетки и ее форму.

Рис. 1 Клетка – основа живой материи на Земле

Основными задачами этой науки есть следующее:
1) Изучать строение и функционирование клеток;
2) Изучать химический состав клетки и функции клеточных компонентов;
3) Исследовать процесс воспроизведения и размножения клеток;
4) Наблюдать и анализировать, как клетка может приспосабливаться к постоянно меняющимся условиям среды, кторая ее откружает;
5) Исследовать особенности структуры клеток, которые выполняют специализированную функцию;
6) Изучать развитие отдельных клеточных структур, которые выполняют специфическую функцию.
Для решения таких важних и сложных задач в цитологии применяются различные методы. В современное время мы смогли выяснить природу, функции и распределение органелл цитоплазмы после того, как современная биология клетки достигла определенных возможностей в развитии, а именно:
1) метод электронной микроскопии;
2) метод фракционирования клеток. Этот метод помогает биохимикам выделять отдельные фракции клеток, в которых содержатся определенные органеллы. А потом изучать отдельные реакции метаболизма в этих клетках;
3) метод радиоавтографии, который позволяет прямое изучение определенных метаболических реакций в органелах клетки.
Ребята, предлагаю вашому вниманию видео, из котрого вы узнаете, что же изучает наука цитология.

Видео YouTube

Давайте их детально изучим и постараемся понять суть и значение каждого метода.
Световая микроскопия является главным методом для изучения клеток. Ребята, предлагаю вам посмотреть следующее видео про микросокопы.

Видео YouTube

Световые микроскопы с использованием солнечного или искусственного света дают нам возможность определить мельчайшие особенности строения отдельной клетки, а также, ее органеллы и оболочку. Дети, на рисунке 2 вы можете увидеть, как выглядит световой микроскоп.

Рис. 2 Световая микроскопия – основной метод в цитологии
Для изучения тонкого строения клеточных структур, кторые не видны человеческому глазу, широко используют электронную микроскопию. В электронном микроскопе самым основной деталью и принципиально важной является пучок электронов.
В цитологи часто используют цито- и гистохимические методы. Они основаны на выборочном воздействии реактивов, красителей для определенных химических веществ цитоплазмы. Эти методы позволяют нам детально изучить химический состав клетки, выяснить местонахождение отдельных химических веществ.
Метод дифференциального или разделительного центрифугирования помогает с помощью центрифуги разделять клетку на отдельные и разные по массе и строению составные части. А потом детально изучать химический состав каждой части.

Рис. 3 Использование рентгена в изучении органов
Рентгеноструктурный анализ позволяет ученым определять расположение в пространстве, а также, физические свойства молекул , которые входят в клеточные структуры. Такой метод позволяет, например, изучить молекулы ДНК и белка. Ребята, на рисунке 3 вы можете частино понять суть этого метода через рентген снимок.

Контролирующий блок №1

1) Что такое цитология?
2) Какие задачи существуют в этой науке?
3) Как человечество решает эти задачи и какие использует для этого методы?

Часть 2. Авторадиография, Метод клеточных культур, Метод микрохирургии, фракцирование, радиоавтография.

Продолжим знакомство и изучение методов цитологии.
Авторадиография – еще один метод, который позволяет обнаруживать места синтеза биополимеров, определять пути и способы переноса питательных веществ в отдельной клетке.

Рис. 4 Деление клетки под микроскопом
Суть этого метода состоит в том, чтобы регистрировать вещества, каждый из которых помечен радиоактивными изотопами. Кино- ифотосъемка помогает ученням фиксировать и в дальнейшем показывать и изучать уже детально отдельные процессы жизнедеятельности клеток. Например, процесс деления клетки. На рисунке 4 давайте вспомним этапы деления клетки.
Метод клеточных культур заключается в выращивании клеток или целых организмов из отдельных клеток с помощью питательных веществ и в условиях погной стерильности. Этот метод дает нам возможность изучать клетки разных органов, тканей растений и животных, а также, деление клетки, их дифференциации и специализации.
Метод микрохирургии применяется для исследования живых клеток, для выяснения функций отдельных органов. Это метод оперативного вмшательства и воздействия на клетку, в т.ч. удаление или вживление отдельных органелл. Этот метод также предусматривает пересадку органелл из клетки в клетку, введение крупних макромолекул в клетку. На рисунке 5 вам будет понятна суть метода микрохирургии.

Рис. 5 Микрохиругия
Фракцирование помогает выделять органеллы из отдельных клеток. Этот метод широко используется и имеет саме важные и главные результаты.
Он помогает определять химический состав органелл и
ферменты, которые в них находятся. Результаты этого метода позволяют понищать суть и значение их функций в клетке.
Сначала клетки доводят до разрушения с помощью гомогенизации и в определенной бреде. Эта середа гарантирует сохранность органелл и препятсвует их агрегации. Мембранные переплетения, эндоплазматический ретикулум и плазматическая мембрана распадаются на фрагменты и позволяют ученням тщательно изучать их строение и функции.
Дети, на рисунке 6 вы можете видеть фракционную частицу клетки, кторая получена данным методом.
[[Выделение фракцій клетки под микроскопом|]]
Рис. 6 Выделение фракцій клетки под микроскопом
Еще один относительно новый метод помог человечеству безгранично расширить свои возможности в световой и электронной микроскопии.
Данный метод получил название радиоавтография. Это самый современный метод, возникший после стремительного развития ядерной физики, в результате которого мы смогли выделить радиоактивные изотопы разных элементов.
С помощью рисунка 7, ребята, давайте разберемся, что такое изотоп.

Рис. 7 Что такое изотопы?
Для этого метода нужны изотопы тех элементов, которые используются клеткой или могут связываться с веществами, используемыми клеткой, и которые можно вводить животным или добавлять к культурам в количествах, не нарушающих нормального клеточного метаболизма.
Ребята, в следующем видео вы поймете, что такое нанотехнологии и их роль в цитологи.

Видео YouTube

Поскольку радиоактивный изотоп (или помеченное им вещество)
участвует в биохимических реакциях так же, как его нерадиоактивный аналог, и в то же время испускает излучение, путь изотопов в организме можно проследить с помощью различных методов обнаружения радиоактивности. Дети, на рисунке 8 показан радиоактивный изотоп со свои излучением.

Рис. 8 Радиоактивный изотоп
Один из способов обнаружения радиоактивности основан на ее способности действовать на фотопленку подобно свету; но радиоактивное излучение проникает сквозь черную бумагу, используемую для того, чтобы защитить фотопленку от света, и оказывает на пленку такое же действие, как свет.

Контролирующий блок №2

1) Назовите основной метод в цитологии. Насколько важны результаты этого метода в изучении клетки и ее органелл?
2) Какой вы знаете последний и самый новый метод в цитологии?

Задание.

Составить сравнительную таблицу, в которой провести анализ всех изсвестных методов в цитологи.

Вся информация, касающаяся здоровья и медицины, представлена исключительно в ознакомительных целях и не является поводом для самодиагностики или самолечения.

Белоногова Нарцисса Николаевна Ответственный редактор

Некоторые факторы могут искажать картину исследования, поэтому стоит избегать их влияния. В частности, за несколько дней до проведения анализа стоит воздержаться от приема спиртного, за несколько часов до анализа не следует курить. Если пациент принимает антибиотики или недавно проходил рентгенографию с контрастированием, то следует сообщить об этом врачу.

Читайте также: