Метод световой микроскопии в цитологии

Методы цитологии

Метод световой микроскопии в цитологии

Строение, ультраструктура и функционирование клеточных органоидов исследуется в настоящее время с помощью следующих основных методов: световой и электронной, темнопольной, фазово-контрастной, поляризационной, люминесцентной микроскопии, используемых для изучения строения, ультраструктуры фиксированных клеток, и дифференциального центрифугирования, позволяющего выделять отдельные органоиды и анализировать их цитохимическими, биохимическими, биофизическими, и другими методами.

Световая микроскопия.

Принцип метода состоит в том, что пучок света, пройдя через объект, попадает в систему линз объектива, и строит первичное изображение, которое увеличивается с помощью линз окуляра. оптическая часть микроскопа, определяющая его основные возможности, – объектив.

В современных микроскопах объективы сменные, что позволяют изучать клетки при разных увеличениях. Главной характеристикой микроскопа как оптической системы является разрешающая способность, т.е. способность давать раздельное изображение двух близких друг к другу объектов.

Изображения, даваемые объективом, можно увеличить во много раз, применяя сильный окуляр или, например проекции на экран (до 105 раз). Разрешающая способность светового микроскопа ограничивается длиной волны света: чем меньше длина волны, тем выше разрешающая способность.

Обычно в световых микроскопах используются источники освещения в видимой области спектра (400-700 нм), поэтому максимальное разрешение микроскопа в этом случае может быть не выше 200-350 нм (0,2-0,35 мкм). Если использовать фиолетовый свет (260-280 нм), то можно повысить разрешение до 130 – 140 нм (0,13-0,14 мкм).

Это будет пределом теоретического разрешения светового микроскопа, определяемого волновой природой света.

Таким образом, все, что может дать световой микроскоп как вспомогательный прибор к нашему глазу, – это повысить разрешающую способность его примерно в 1000 раз (невооруженный глаз человека имеет разрешающую способность около 0,1 мм, что равно 100 мкм).

Это и есть «полезное» увеличение микроскопа, выше которого мы будем только увеличивать контуры изображения, не открывая в нем новых деталей.

Следовательно, при использовании видимой области света 0,2-0,3 мкм является конечным пределом разрешения светового микроскопа.

Электронная микроскопия.

В принципе электронный микроскоп устроен так же, как и световой, только роль светового пучка выполняет в нем пучок электронов, а фокусируется этот пучок не линзами, а электромагнитами.

Однако для пучка электронов длина волны значительно короче длин волн видимого света, что и обеспечивает более высокую разрешающую способность электронного микроскопа по сравнению со световым микроскопом.

Разрешение у современных электронных микроскопов 0,2-1 нм.

В трансмиссионном электронном микроскопе электроны проходят сквозь объект подобно тому, как в световом микроскопе сквозь него проходит свет. В результате пучок электронов создает изображение объекта на фотографической пластинке.

Одно из главных неудобств электронного микроскопа заключается в том, что в камере должен поддерживаться высокий вакуум, потому что в воздушной среде электроны легко отклоняются и захватываются молекулами газа.

Живая же материя не может существовать в высоком вакууме, так как в этих условиях испаряется вся содержащаяся в ней вода; поэтому при помощи трансмиссионного электронного микроскопа можно исследовать только фиксированный материал.

Кроме того, срезы должны быть очень тонкими, чтобы сквозь них могли проходить электроны.

В сканирующем электронном микроскопе электроны отражаются от поверхности объекта и создают изображение при движении в обратном направлении.

Предел разрешения у сканирующего микроскопа ниже, чем у трансмиссионного, и ему требуется не столь высокий вакуум.

Благодаря этому с помощью сканирующего электронного микроскопа можно проводить прижизненные исследования некоторых организмов с достаточно твердыми покровами.

https://www.youtube.com/watch?v=NIRCkWaysjE

Он позволяет также получать превосходные фотографии, воспроизводящие в мельчайших деталях поверхности некоторых живых существ. Чтобы усилить контрастность конечного изображения, почти все объекты окрашивают.

В световой микроскопии используют красители, а для трансмиссионного электронного микроскопа – фиксаторы, содержащие тяжелые металлы (например, четырехокись осмия, перманганат калия, свинец), способные поглощать электроны.

Для сканирующего электронного микроскопа материал часто замораживают, чтобы получить поверхность, покрытую льдом. При этом исключаются потери воды водорастворимых веществ, меньшими являются также химические изменения структур.

При анализе данных, полученных с помощью электронного микроскопа, надо помнить, что этим методом исследуются статические состояния клетки в момент быстрой остановки движения цитоплазмы, вызванной воздействием фиксирующих химических веществ.

Темнопольная микроскопия

Суть его в том, что подобно пылинкам в луче света (эффект Тиндаля) в клетке при боковом освещении светятся мельчайшие частицы (меньше 0,2 мкм), отраженный свет которых попадает в объектив микроскопа. Этот метод успешно применяется при изучении живых клеток.

Метод фазово-контрастной микроскопии основан на том, что отдельные участки прозрачной, в общем, клетки хоть мало, но все же отличаются друг от друга по плотности и по светопреломлению. Проходя через них, свет изменяет свою фазу, однако такое изменение фазы световой волны наш глаз не улавливает, так как он чувствителен только к изменению интенсивности света.

В фазово-контрастном микроскопе в объектив вмонтирована специальная пластинка, проходя через которую луч света испытывает дополнительный сдвиг фазы колебаний. При построении изображения взаимодействуют уже лучи, находящиеся в одной фазе либо в противофазе, но обладающие разной амплитудой; тем самым создается светло-темное контрастное изображение объекта.

С помощью поляризационного микроскопа изучают объекты, обладающие так называемой изотропией, т.е. упорядоченной ориентацией субмикроскопических частиц (волокна веретена деления, миофибриллы и др.). У такого микроскопа перед конденсором помещается поляризатор, который пропускает световые волны с определенной скоростью поляризации.

После препарата и объектива помещается анализатор, который может пропускать свет с этой плоскостью поляризации. Когда между скрещенными призмами будет находиться объект, обладающий двойным лучепреломлением, т.е.

способностью поляризовать свет, он будет виден как светящийся на темном поле. С помощью поляризационного микроскопа можно убедиться, например, в ориентированном расположении мицелл в клеточной стенке растений.

При изучении живых клеток широко используют флуоресцирующие красители и метод флуоресцентной микроскопии.

Суть его заключается в том, что целый ряд веществ обладают способностью светиться (флуоресцировать, люминесцировать) при поглощении ими световой энергии.

Спектр флуоресценции всегда смещен в сторону больших длин волн по отношению к возбуждающему флуоресценцию излучению. Этот принцип позволяет рассматривать флуоресцирующие объекты в зоне коротких волн.

В таких микроскопах применяются фильтры, дающие освещение в сине-фиолетовой области. Существуют ультрафиолетовые люминесцентные микроскопы.

Собственной флуоресценцией обладают некоторые пигменты (хлорофиллы, бактериальные пигменты), витамины (А и В2), гормоны.

Можно применять метод флуоресцентной микроскопии, добавляя живым клеткам флуоресцирующие вещества, которые избирательно связываются с определенными структурами, вызывая их вторичную люминесценцию.

Для изучения клеток органов и тканей животных используют метод клеточных культур. Простой вариант этого метода заключается в том, что в камеру, наполненную питательной средой, помещают небольшой кусочек живой ткани. Через некоторое время на периферии такого кусочка начинается деление и рост клеток.

В другом случае вырезанный кусочек ткани слегка обрабатывают раствором фермента трипсина или хелатона версена, что приводит к его диссоциации, к полному разобщению клеток друг от друга.

Затем такую взвесь отмытых клеток помещают в сосуд с питательной средой, где они опускаются на дно, прикрепляются к стеклу и начинаются размножаться, образуя сначала колонии, а затем сплошной клеточный пласт.

Так растут однослойные клеточные культуры, очень удобные для прижизненных наблюдений. При культивировании вне организма кроме смены среды важно поддерживать и необходимую температуру, и соблюдение стерильности. В культуре можно выращивать и растительные клетки.

Для этого кусочки ткани обрабатываются ферментами, растворяющими клеточные оболочки. Отделившиеся клеточные тела, протопласты, помещают в культуральную среду, где они делятся и образуют зоны размножившихся клеток.

Сейчас метод культивирования клеток вне организма широко используется не только для цитологических, но и генетических, вирусологических и биохимических исследований.

Наблюдения за живыми клетками обычно регистрируются в виде фотографий, сделанных с помощью специальных фотонадсадок к микроскопу. Живую клетку можно снимать и на кинопленку.

Применяя такую ускоренную или замедленную киносъемку (цейтраферная съемка), можно подробно видеть протекание важных процессов, как деление клеток, фагоцитоз, течение цитоплазмы, биение ресничек и т.д.

Несмотря на важность и достаточную простоту витальных наблюдений, большая часть сведений о структуре и свойствах клеток получена на фиксированном материале.

Задачи фиксации – это убить клетку, прекратить активность внутриклеточных ферментов, предотвратить распад клеточных компонентов, а также избежать потери структур и веществ, препятствовать появлению структур, отсутствующих в живой клетке.

В качестве фиксаторов применяют альдегиды и их смеси с другими веществами, спирты, сулема, четырехокись осмия и др. После фиксации объекты подвергают дополнительной обработке – окрашиванию. Для окраски применяют различные натуральные (гематоксилин и кармин и др.) и главным образом синтетические красители.

Но для окрашивания клеток в составе органов необходимо получить их срезы. Срезы до 5 -10 мкм получают на микротоме.

Существует ряд специфических красочных приемов направленных на выявление специфических химических веществ получил название гистохимических или цитохимических. Это собственно цитохимические реакции.

Основные требования, предъявляемые к такого рода реакциям, следующие: специфичность, связывание красителя, неизменность, локализация вещества.

Количество конечного продукта цитохимической реакции можно определить с помощью цитофотометрии.

Основу его составляет определение количества химических веществ по поглощению ими света определенной длины волны (например, при определении количества ДНК на клетку после реакции Фельгена).

Количественную оценку получают не только поглощающие объекты и вещества, но и излучающие.

Разработаны приемы количественной флуорометрии, позволяющие по степени свечения определить содержание веществ, с которыми связываются флуорохромы.

Для выявления белков, отдельных последовательностей нуклеотидов в ДНК или для определения мест локализации РНК-ДНК – гибридных молекул используют метод иммунофлуоресценции.

Для выяснения локализации мест синтеза биополимеров, для определения переноса веществ в клетке, для наблюдения за миграцией или свойствами отдельных клеток широко используют метод авторадиографии – регистрации веществ, меченых изотопами. Например, с помощью этого метода при использовании меченых предшественников РНК было показано, что вся РНК синтезируется только в интерфазном ядре, а наличие цитоплазматической РНК является результатом миграции синтезированных молекул из ядра.

В цитологии применяют различные аналитические и препаративные методы биохимии. В последнем случае можно получить в виде отдельных фракций разнообразные клеточные компоненты и изучать их химию, ультраструктуру и свойства. В настоящее время в виде чистых фракций получают практически любые клеточные органеллы и структуры.

Одним из основных способов выделения клеточных структур является дифференциальное (разделительное) центрифугирование.

Принцип его применения состоит в том, что время для оседания частиц в гомогенате зависит от их размера и плотности: чем больше частица или чем она тяжелее, тем быстрее она осядет на дно пробирки.

Чтобы ускорить этот процесс оседания используют ускорения, создаваемые центрифугой.

При повторном дробном центрифугировании смешанных подфракции можно получить чистые фракции.

В случаях более тонкого разделения фракций используют центрифугирование в градиенте плотности сахарозы, что позволяет хорошо разделить компоненты, даже незначительно отличающиеся друг от друга по удельной массе.

Полученные фракции, прежде чем их анализировать биохимическими способами, необходимо проверить на чистоту с помощью электронного микроскопа.

Контрольные вопросы:

1. Уровни организации живой материи

2. Клеточная теория организации организмов

3. Методы исследования в цитологии

4. Задачи и предмет цитологии

5. Устройство светового микроскопа

6. Устройство электронного микроскопа

7. Техника безопасности при цитологических работах

8. Требования к подготовке биологического материала для цитологического исследования

9. Фиксирующие вещества, механизм действия

10. Цитохимия, требования к материалу и возможности

11. Количественный анализ (морфометрия), требования и возможности

12. Артефакты в цитологии, пути объективизации результатов

Рекомендуемая литература:

1. Заварзин А.А., Харазова А.Д. Основы общей цитологии. – Л., 1982.

2. Ченцов Ю.С. Основы цитологии. – М., 1984.

3. Шубникова Е.А. Функциональная морфология тканей. – М., Изд-во МГУ, 1981.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/12_57263_metodi-tsitologii.html

Метод световой микроскопии в цитологии

Метод световой микроскопии в цитологии

Ивановская государственная медицинская академия

Кафедра гистологии, эмбриологии и цитологии

Методы исследования в

гистологии, цитологии и

эмбриологии

Часть I

к.м.н., старший преподаватель М.Р. Гринева

д.м.н., профессор С.Ю. Виноградов

д.м.н., профессор С.В. Диндяев


далее

Предметом ее изучения является клетка как структурная и функциональная единица жизни.

В Задачи цитологии входит изучение строения и функционирования клеток, их химического состава, функций отдельных клеточных компонентов, познание процессов воспроизведения клеток, приспособления к условиям окружающей среды, исследование особенностей строения специализированных клеток, этапов становления их Особых функций, развития специфических клеточных структур и др. Для решения этих задач в цитологии используются различные методы.

Основным методом изучения клеток является Световая микроскопия. Человеческий глаз обладает разрешающей способнос-тьюоколо 100мкм(1 мкм = 0,001 мм). Это означает, что две точки, расположенн ые на расстоянии менее чем 100 мкм друг от друга, кажутся одной расплывчатой точкой.

Чтобы различить более мелкие структуры, применяют оптические приборы, в частности микроскопы. Разрешающая способность микроскопов составляет 0,13—0,20 мкм, т. е.

примерно в тысячу раз превышает разрешающую способность человеческого глаза. С помощью световых микроскопов, в которых используется солнечный или искусственный свет, удается выявить многие детали внутреннего строения клетки — отдельные органеллы, клеточную оболочку.

Создать световой микроскоп с большим разрешением невозможно, потому что разрешающая способность связана с длиной волны световых лучей, а не только с качеством увеличительных стекол.

Для изучения ультратонкого строения клеточных структур прибегают к методу Электронной микроскопии. В электронных микроскопах вместо световых лучей используется пучок электронов.

Разрешающая способность современных электронных микроскопов составляет 0,1 нм, поэтому с их помощью выявляют очень мелкие детали. В электронном микроскопе видны биологические мембраны (толщина 6—10 нм), рибосомы (диаметр около 20 нм), микротрубочки (толщина около 25 нм) и другие структуры.

Для исследования химического состава, выяснения локализации отдельных химических веществ в клетке широко используются методы Цито- и Гистохимии, основанные на избирательном воздействии реактивов и красителей на определенные химические вещества цитоплазмы.

Метод Дифференциального (разделительного) центрифугирования позволяет разделить с помощью центрифуги содержимое клетки на отдельные разные по массе составляющие и затем детально изучить их химический состав.

Метод Рентгеноструктурного анализа дает возможность определять пространственное расположение и физические свойства молекул (например, ДНК, белков), входящих в состав клеточных структур.

Для выявления локализации мест синтеза биополимеров, определения путей переноса веществ в клетке широко используется метод Авторадиографии — регистрации веществ, меченых радиоактивными изотопами.

Изучение клеток разных органов и тканей растений и животных, процессов деления клетки, их дифференцировки и специализации проводят методом Клеточных культур — выращиванием клеток (и целых организмов из отдельных клеток) на питательных средах в стерильных условиях.

При исследовании живых клеток, выяснении функций отдельных органелл применяют методы Микрохирургии — оперативного воздействия на клетку, связанного с удалением или имплантированием отдельных органелл, их пересаживанием из клетки в клетку, введением в клетку крупных макромолекул и т. д.

Цитологическое исследование мазков

В ходе цитологического исследования изучают структуру клеток для выявления злокачественных, доброкачественных опухолей и поражений неопухолевой природы.

Методы цитологического исследования основаны на изучении под микроскопом строения клеток, клеточного состава жидкостей и тканей.

Различают такие методы цитологических исследований:

    световая микроскопия; электронная микроскопия; метод центрифугирования. Его используют, когда необходимо отделить мембраны клеток от общей структуры; метод меченых атомов. Применяют для изучения биохимических процессов в клетках: для этого в них вводят меченый радиоактивный изотоп; прижизненное изучение. Этот метод исследования позволяет изучить динамические процессы, происходящие в клетке.

Заключение цитологического исследования основывается на особенностях изменения цитоплазмы, ядра клетки, ядерно-цитоплазменного соотношения, образования комплексов и структур клеток.

Применяют цитологический анализ при профилактическом осмотре, для уточнения диагноза, во время операции, для своевременного выявления рецидивов, контроля над ходом лечения.

В качестве материалов для анализа используют:

    жидкости: мочу, секрет предстательной железы, мокроту, смывы, полученные при эндоскопии разных органов, выделения из сосков, отпечатки и соскобы с язвенных и эрозированных поверхностей, ран и свищей, жидкости из серозных и суставных полостей; пунктаты: биологические материалы, полученные при диагностической пункции, проводимой тонкой иглой; мазки из полости и шейки матки.

Большинство из указанных цитологических исследований мазков проводится при необходимости, для постановки и уточнения диагноза. Но цитологическое исследование мазка из шейки матки (мазок Папаниколау) рекомендуется проходить: один раз в год – женщинам после 19 лет, ведущим половую жизнь;

два раза в год – женщинам, которые принимают гормональные контрацептивы, переболели генитальным герпесом; чаще чем два раза в год – женщинам, которые страдают бесплодием, маточными кровотечениями, ожирением, которые часто меняют половых партнеров, принимают эстрогены, у которых есть бородавки на гениталиях, выявлен генитальный герпес.

Для цитологического исследования шейки матки мазок берут с наружной и внутренней частей шейки и со сводов влагалища с помощью специального деревянного шпателя. Потом его переносят на стекло и фиксируют.

    стадия 1. Клетки с отклонениями не найдены; стадия 2. Есть незначительные изменения в структуре клеток, вызванные воспалением внутренних половых органов. Опасение такое состояние клеток не вызывает, но женщине рекомендуют пройти дополнительное обследование и лечение; стадия 3. Найдено небольшое количество клеток с отклонениями в структуре. В этом случае рекомендуется сдать мазок повторно или провести гистологическое исследование измененной ткани; стадия 4. Найдены отдельные клетки со злокачественными изменениями. Окончательный диагноз не ставят, назначают дополнительное обследование; стадия 5. В мазке обнаружено большое количество раковых клеток.

Достоверность такого цитологического исследования высока, но информацию оно может дать только об участке, из которого брали клетки для анализа. Для того чтобы оценить состояние маточных труб, яичников, матки следует пройти комплексное обследование.

Оглавление

Понятие о живой материи(В.А. Толстой) 3

Свойства, признаки и

уровни организации живой материи 3

Изучение живого (методы биологических наук и их роль в

развитии медицины) 4

Источник: https://kono-pizza.ru/tsitologiya/metod-svetovoy-mikroskopii-tsitologii/

Методы цитологии и клеточная теория

Метод световой микроскопии в цитологии

Самым первым и привычным методом, с которым знакомят еще на школьных уроках биологии является электронная микроскопия. Создание первого электронного микроскопа датируется началом 17 века. Первый человек, применивший световой микроскоп в целях изучения живых клеток – Роберт Гук в 1665 году.

Однако, Гук лишь увидел клетку, а вот Антони ван Левенгук изучил и описал строение эритроцитов, сперматозоидов и микроорганизмов. Именно Левенгука считают основоположником использования световой микроскопии.

Антони ван Левенгук

Для того, чтобы не путать ученых с такими созвучными фамилиями, то нужно просто выстроить у себя логическую картинку: вначале человек должен был обнаружить факт наличия живых клеток, а потом уже изучать строение настолько, насколько это возможно.

Притом, описание, естественно дает куда больше информации, чем просто факт того, что ткань состоит из живых клеток, поэтому основоположником применения микроскопа в цитологии, да и вообще в биологии, — человек, описавший клетки. Если воссоздать эту цепочку и ассоциировать Гука и Левенгука с цифрами, то вначале будет тот, у кого фамилия короче, т.е Гук, а потом уже – Левенгук.

Таким образом, вначале идет Гук, затем – Левенгук. Гук первый увидел клетки, но Левенгук из описал, поэтому он и есть основатель.

На уроках биологии школьники сталкиваются с такой проблемой как «поимка» света для того, чтобы увидеть хоть что-нибудь в световой микроскоп.

Нюансом использования этого прибора является то, что в световой микроскоп можно разглядеть предметы размером в диапазоне 400-800 нм, т.

к если предмет будет меньше, то световой поток просто обогнет его, а не отразится. Следовательно, ученый ничего не увидит.

Электронная микроскопия

В связи с этим, изобретатели предположили, что можно использовать не естественный солнечный свет, а пучок электронов, то есть, лампочку. Так в 1930-х годах был создан электронный микроскоп, который дал возможность изучать более мелкие предметы.

Один из первых световых микроскопов Световой микроскоп Электронный микроскоп

Растровая электронная микроскопия

Далее был изобретен растровый электронный микроскоп. Суть его в том, что предмет (клетка) подвергается бомбежке электронами.

Они отражаются от поверхности предмета и в зависимости от интенсивности электрического сигнала в результате отражения электронов поверхностью, формируется черно-белый снимок, по которому можно узнать о рельефе изучаемого объекта.

Живые клетки или организмы погибают в результате изучения под растровым электронным микроскопом.

Растровый электронный микроскоп Снимок, полученный с помощью растрового электронного микроскопа

Биологическая маркировка

Кроме методов микроскопии существуют и другие методы изучения клеток. Например, для того чтобы проследить за чем-либо внутри живой клетки, можно поставить метку. Так делают, когда необходимо изучить какой-нибудь белок.

Подбирается специфический маркер, чаще всего тот, который способен флуоресцировать. Так делаю не только при изучении белков, но и колоний клеток, в том числе – нейронов.

Что касается радиоактивных меток, то наиболее распространены изотопы углерода, водорода и фосфора.

Клеточный цитокенез. Фото с использованием флюоресценции

Центрифугирование

Если требуется извлечь для изучения органоиды, то ученые прибегают к центрифугированию. В результате механического повреждения цитоплазматическая мембрана разрушается, что дает выход всем органоидам.

Если же клетка растительная, то до центрифугирования используются дополнительные лизирующие (расщепляющие) целлюлозу вещества. Далее на большой скорости в закрытой пробирке в буферном растворе вращаются клетки.

За счёт того, что разные клеточные структуры имеют разную плотность и массу, они оказываются на разных уровнях в пробирке. Так можно получить не все органеллы, но это приемлемый метод для митохондрий и рибосом.

На сегодняшний день существует множество методов, как химического расщепления клетки, так и механического разделения, однако вышеперечисленные методы являются наиболее консервативными и их должен знать абитуриент.

Положения клеточной теории

Теодор Шванн и Маттиас Шлейден создали клеточную теорию в 1835 году.

Теодор Шванн Маттиас Шлейден

Клеточная теория включает в себя следующие положения:

  1. Все живые существа состоят из клеток.

Этот пункт достаточно очевиден. Проще всего подумать о сложном организме. Например, о человеке. Он состоят из органов и тканей. А ткани и органы из живых клеток. Для одноклеточного организма все еще проще, он и есть живая клетка, что ясно из названия.

Исключением являются вирусы, ведь они – внеклеточная форма жизни. Во времена Шлейдена и Шванна про вирусы еще ничего не знали, поэтому положение считалось истинным. Теперь оно требует небольшой правки. Вирусы были открыты в конце 19 века русским ученым Дмитрием Иосифовичем Ивановым. Он обнаружил вирус табачной мозаики в пораженных листьях табака, что объясняет название

Иванов Д.И Лист, пораженный вирусом табачной мозаики Структура вируса табачной мозаики

2. Все клетки имеют сходное строение, химический состав и общие принципы жизнедеятельности.

Все растительные клетки подобны друг другу, все животные клетки подобны друг другу. И даже растительные клетки и животные клетки подобны друг другу, хоть и имеют отличия. Макроэлементы едины для всех живых организмов. Микроэлементы и ультрамикроэлементы могут отличаться в разных клетках и организмах. У всех организмов и клеток есть признаки живого. Они едины для всех.

3. Каждая клетка самостоятельна: деятельность организма является суммой жизнедеятельности составляющих его клеток.

Исходя из положения о жизнедеятельности клеток, становится ясно, что в случае одноклеточных организмов клетка выполняет всю работы для собственного существования целиком и полностью самостоятельно. В более сложных организмах клетки специализированы, но они работают сопряженно, опираясь на те же принципы организации жизнедеятельности.

Позднее, в 1855 году наш отечественный ученый Рудольф Вирхов внес важное дополнение: «Всякая клетка происходит от клетки».

Деление клеток было открыто еще в 1841 Робертом Ремаком, однако данное открытие не было внесено в положения клеточной теории, что, собственно, и исправил Р. Вирхов.

Скачать PDFРаспечатать

Источник: https://spadilo.ru/metody-citologii-i-kletochnaya-teoriya/

Методы цитологии. Клеточная теория. урок. Биология 10 Класс

Метод световой микроскопии в цитологии

Тема: Основы цитологии

Урок: Методы цитологии. Клеточная теория

Для изучения жизнедеятельности и строения клетки используют различные подходы или методы исследования.

Разрешающая способность человеческого глаза составляет 100 микрометров (микрон).

То есть, если вы начертите две линии на расстоянии 100 микрон друг от друга и посмотрите на них, то эти две линии сольются в одну, а если вы поставите две точки на расстоянии 100 микрометров, эти две точки покажутся вам одной точкой.

Размеры клеток и клеточных компонентов определяются микронами или долями микрон. Для того чтобы увидеть структуру такого масштаба и размера, необходимы оптические приборы.

Исторически сложилось, что первым оптическим прибором был световой микроскоп (рис. 1).

Рис. 1. Световой микроскоп

Лучший световой микроскоп имеет разрешающую способность около 0,2 микрометров, то есть 200 нанометров, что примерно в 500 раз улучшает возможности человеческого глаза.

Первые микроскопы были созданы в конце XVI в – начале XVII века, а первым человеком, который использовал микроскоп для изучения живых объектов, был Роберт Гук, это случилось в 1665 году.

Он изучал растительные ткани и показал, что пробка и другие растительные ткани состоят из ячеек, разделенных перегородками, эти ячейки он назвал клетками.

Световые микроскопы очень широко применяются и в настоящее время, однако они имеют ряд недостатков. Одни из них заключаются в том, что с помощью светового микроскопа невозможно увидеть объекты, размеры которых меньше длины световой волны – 400-800 нанометров, поскольку световая волна не может быть отражена таким объектом, а огибает его.

В начале 30-х годов XX века был создан электронный микроскоп (рис. 2), который давал биологам возможность увидеть объекты размером 0,5 нанометров.

Почему это произошло? Потому что физики предложили биологам использовать не световой луч, а поток электронов, которые могли уже отражаться от более мелких объектов.

Рис. 2. Сравнительная характеристика светового (сверху) и электронного (снизу) микроскопа

На рисунке 2 представлены рабочие диапазоны светового и электронного микроскопов. Как мы видим, клеточные органеллы и вирусы можно увидеть только с помощью электронного микроскопа.

В сущности, принцип действия электронного микроскопа такой же, как и у светового, в котором пучок световых лучей направляется линзой конденсатора через образец, а изображение увеличивается с помощью системы линз. В электронном микроскопе оператор сидит у пульта управления лицом к колонне, по которой проходит пучок электронов (рис. 3).

Электронный микроскоп перевернут вверх дном по сравнению со световым микроскопом. Здесь у электронного микроскопа источник электронов находится в верхней части колоны, а сам образец – внизу.

Рис. 3. Принцип работы светового (слева) и электронного (справа) микроскопа

На вольфрамовую нить накала, находящуюся в верхней части колонны, подается высокое напряжение, и нить накала излучает пучок электронов, чтоб сфокусировать эти электроны, необходимы электромагниты.

Внутри колонны создается глубокий вакуум, чтобы сократить до минимума рассеивание электронов. В трансмиссионном просвечивающем микроскопе электроны проходят через образец, поэтому сам образец должен быть очень тонким, иначе электроны могут быть поглощены этим образцом, или рассеются. Пройдя через образец, электроны фокусируются добавочными электромагнитными линзами.

Электроны невидимы для человеческого глаза, поэтому они направляются на флуоресцентный экран, который воспроизводит видимые изображения или на фотопленку. Так можно получить постоянный фотоснимок – электронную микрофотографию.

Для того что бы получить объемные изображения предметов, используют сканирующий электронный микроскоп (рис. 4).

Рис. 4. Объемные изображения пыльцы растений (справа), полученные при помощи сканирующего электронного микроскопа (слева)

В нем точно сфокусированный пучок электронов движется взад и вперед по поверхности образца, а отраженные от поверхности электроны собираются и формируют изображение, наподобие того, которое возникает на экране телевизора.

С помощью электронного микроскопа можно увидеть только неживые объекты. Процессы, происходящие в клетке, то есть живую клетку, можно наблюдать в мощный световой микроскоп при замедленной кинофотосъёмке.

Если требуется проследить за судьбой какого-либо химического соединения в клетке, то можно заменить один из атомов в его молекуле на радиоактивный изотоп. Тогда эта молекула будет иметь радиоактивную метку, по которой ее можно обнаружить с помощью счетчика радиоактивных частиц или по способности засвечивать фотопленку.

Для выделения и изучения отдельных органоидов клетки используется метод ультрацентрифугирования: разрушенные клетки в пробирке вращаются с очень большой скоростью в центрифугах.

Так как разные составные части клеток имеют различные массу, размеры и плотность, то они под действием центробежной силы оседают на дно с разными скоростями.

Таким образом, изучают митохондрии, рибосомы и другие органеллы.

Рис. 5. Создатели клеточной теории М. Шлейден и Т. Шванн

В XVIII – XIX веках основным орудием исследования живых объектов в руках биологов был световой микроскоп. В 1838 году вышла книга Маттиаса Шлейдена (рис.

 5) «Материалы к филогенезу», в которой он показал, что все растительные ткани состоят из клеток и рассуждал о вопросе происхождения клеток в живых организмах, непосредственно в растительных организмах. Ровно через год в 1839 году Теодор Шванн (рис.

 5) опубликовал свою книгу «Микроскопические исследования о соответствии в структуре, и росте животных и растений» в которой и были изложены первые версии клеточной теории.

Вот основные постулаты клеточной теории:

1. Все живые существа состоят из клеток.

2. Все клетки имеют сходное строение, химический состав и общие принципы жизнедеятельности.

3. Каждая клетка самостоятельна: деятельность организма является суммой процессов жизнедеятельности составляющих их частей.

Несмотря на всю прогрессивность клеточной теории, Шванн и Шлейден ошибочно полагали, что новые клетки появляются из внеклеточного вещества, поэтому существенным дополнением клеточной теории был принцип Рудольфа Вирхова (каждая клетка из клетки).

Позднее Вальтер Флеминг описал процесс деления клетки – митоз. А Оскар Гертвиг и Эдуард Страсбургер независимо друг от друга, на основании экспериментов с одноклеточными водорослями, пришли к выводу, что наследственная информация клетки заключена в ядре.

Таким образом, работами многих исследователей была создана современная клеточная теория, которая имеет следующие положения:

1. Клетка является универсальной структурной и функциональной единицей живого.

2. Все клетки имеют сходное строение, химический состав и общие принципы жизнедеятельности.

3. Клетки образуются только при делении предшествующих им клеток.

4. Клетки способны к самостоятельной жизнедеятельности, но в многоклеточных организмах их работа скоординирована, и организм представляет собой целостную систему.

Микроскоп и время. История создания микроскопа не совсем ясна, известно, что он появился в конце XVI – в начале XVII века, и одним из мастеров, который сконструировал микроскоп, был Захарий Янсен, очковый мастер (рис. 6).

Рис. 6. Один из первых изготовителей микроскопов, З. Янсен, и его творение

Долгое время он использовался как игрушка, и даже Г. Галилей в 1619 году писал, что любопытно смотреть через микроскоп на муху размером в теленка, и только Роберт Гук в 1665 г. стал использовать микроскоп в научных исследованиях. Он рассматривал растительные ткани и клетки пробки, и таким образом открыл клетки у растений.

Р. Гук усовершенствовал микроскоп (недостатком первых микроскопов было плохое освещение). С этой целью Гук сделал приспособление, состоящее из сферы, наполненной водой, или из плосковыпуклой линзы, фокусировавшей солнечный свет. А в вечернее время Гук использовал светильник, который был дополнительным источником освещения.

Домашнее задание

1. Что такое микроскоп?

2. Чем световой микроскоп отличается от электронного микроскопа?

3. Опишите метод ультрацентрифугирования.

4. Что такое радиоактивные маркеры? Как они используются?

5. Перечислите ученых, работы которых способствовали возникновению и развитию клеточной теории.

6. Перечислите постулаты клеточной теории.

7. Обсудите с друзьями и родными, каким образом из одной клетки развивается целый организм. Как можно влиять на этот процесс?

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Википедия (Источник).

2. Википедия (Источник).

3. Википедия (Источник).

4. Википедия (Источник).

Список литературы

1. Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.

2. Биология. 10 класс. Общая биология. Базовый уровень / П. В. Ижевский, О. А. Корнилова, Т. Е. Лощилина и др. – 2-е изд., переработанное. – Вентана-Граф, 2010. – 224 стр.

3. Беляев Д. К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 11-е изд., стереотип. – М.: Просвещение, 2012. – 304 с.

4. Биология 11 класс. Общая биология. Профильный уровень / В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин и др. – 5-е изд., стереотип. – Дрофа, 2010. – 388 с.

5. Агафонова И. Б., Захарова Е. Т., Сивоглазов В. И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 6-е изд., доп. – Дрофа, 2010. – 384 с.

Источник: https://interneturok.ru/lesson/biology/10-klass/bosnovy-citologii-b/metody-tsitologii-kletochnaya-teoriya

Консультация доктора
Добавить комментарий