Клеточный уровень организации жизни
§ 16. История изучения клетки. Методы цитологических исследований.
История изучения клетки.
Мир клеток оставался полностью неизвестным до середины XVII в., пока люди не научились шлифовать линзы и использовать их для расширения возможностей зрения.
Одним из первых создателей микроскопа был Роберт Гук физик, метеоролог, биолог, инженер, архитектор. В 1665 г. он издал альбом рисунков под названием «макрография», в котором были представлены его наблюдения под микроскопом.
Одним из одаренных современников Гука был голландец Антони ван Левенгук, который создал 200 микроскопов собственной особой конструкции. Левенгук добился увеличения объектов в 270 раз и сделал выдающиеся открытия.
Роберт Броун в 1833 г. открыл в клетке ядро. После 1825 г. Ян Пуркинье разработал эффективные методики приготовления и окраски препаратов для микроскопической техники.
Клеточную теорию предложил для растений в 1837 г. немецкий ботаник Матиас Шлейден, а распространил на животный мир его друг, физиолог Теодор Шванн. Несколько позже ее дополнил Рудольф Вирхов, который в 1885 г. сформулировал положение «Каждая клетка происходит из клетки».
В середине XIX в. клеточная теория стала общепризнанной и основой для науки о клетке - цитологии. К концу XIX в. было открыто много компонентов клеток. Ученые описали их и дали им названия.
Но в 1945 г. цитологи впервые заглянули в клетки с помощью электронного микроскопа и увидели много неизвестных ранее структур. Итак, решающая роль в развитии цитологии принадлежит новым открытием в других науках, в частности в физике.
Методы цитологических исследований.
Основным методом является метод световой микроскопии. Он предусматривает применение светового микроскопа, но рассмотреть под световым микроскопом можно только специально приготовленные цитологические препараты.
Для приготовления препаратов цитологи используют предметные стекла и специально подготовленные объекты, которые можно рассматривать.
Чаще всего эти структуры бесцветные, поэтому их необходимо красить специальными красителями, каждый раз разными, в зависимости от того, какие структуры желательно увидеть.
Существуют два метода: метод приготовления давлений препаратов - исследуемый объект просто раздавливается в один слой между предметным и накрывным стеклом, и метод приготовления тонких срезов, состоящие из одного слоя клеток.
Для изучения живых клеток применяют метод фазово-контрастной микроскопии. Он базируется на том, что отдельные участки прозрачной клетки отличаются друг от друга по плотности и светопреломления.
Изучая живые клетки, применяют также метод флуоресцентной микроскопии. Смысл его заключается в том, что целый ряд веществ обладают способностью светиться при поглощении ими световой энергии. Например, если в флуоресцентный микроскоп рассматривать клетки растений, то на темно-синем теле будет видно красные зерна, ярко светятся, - это хлоропласты.
Существует метод, в котором используются меченые изотопы - метод авторадиографии - регистрации веществ, меченных изотопами. С помощью этого метода можно увидеть, к каким частям клетки попадают вещества, меченные радиоактивными изотопами.
Метод электронной микроскопии открыл цитолог те структуры клетки, которые имеют размеры, меньше длины световой волны. Благодаря этому методу появилась возможность рассмотреть вирусы и органеллы, на которых происходит синтез белка (рибосомы).
Цитологи могут также получать и изучать различные компоненты клеток с помощью фракционирования клеток. Клетку сначала разрушают, а затем выделяют клеточные структуры, используя специальное устройство - центрифугу.
Метод использования культуры клеток является методом длительного хранения и выращивания в специальных питательных средах клеток, тканей, небольших органов или их частей, выделенных из организма человека, животного или растения. Важным преимуществом этого метода является возможность наблюдения за жизнедеятельностью клеток с помощью микроскопа.
Значение цитологических методов в диагностике и лечении заболеваний человека.
1) Цитологические методы применяются в медицине для исследования физиологического состояния организма человека на основе изучения строения клеток. Они используются для выявления заболеваний крови, распознавания злокачественных и доброкачественных опухолей, многих заболеваний органов дыхания, пищеварения, мочевыделения, нервной системы и их лечение.
2) Стволовая клетка - это незрелая клетка, способная к самообновлению и развитию в специализированные клетки организма. Во взрослом организме стволовые клетки содержатся в основном в костном мозге и в очень небольшом количестве во всех органах и тканях. Их можно использовать для лечения многих заболеваний.
§ 17. Строение клеток прокариот и эукариот.
Единство строения клеток.
Содержание любой клетки отделен от внешней среды особой структурой - плазматической мембраной (плазмалемма). Эта обособленность позволяет создавать внутри клетки совсем особая среда, не похоже на то, что его окружает. Поэтому в клетке могут происходить те процессы, которые не происходят нигде, их называют процессами жизнедеятельности.
Внутренняя среда живой клетки, ограниченное плазматической мембраной, называется цитоплазмой. Она включает гиалоплазму (основную прозрачную вещество) и клеточные органеллы, а также различные непостоянные структуры - включения. К органелл, которые есть в любой клетке, относятся также рибосомы, на которых происходит синтез белка.
Строение клеток эукариот.
Эукариоты - это организмы, клетки которых имеют ядро. Ядро - это самая органеллы эукариотической клетки, в которой хранится и из которой переписывается наследственная информация, записанная в хромосомах. Хромосома - это молекула ДНК, интегрированная с белками. В ядре содержится ядрышко - место, где образуются другие важные органеллы, участвующих в синтезе белка - рибосомы. Но рибосомы только формируются в ядре, а работают они (т.е. синтезируют белок) в цитоплазме. Часть из них находится в цитоплазме свободно, а часть прикрепляется к мембран, образуют сетку, которая получила название эндоплазматической.
Рибосомы - немембранни органеллы.
Эндоплазматическая сеть - это сеть канальцев, ограниченных мембранами. Существует два типа: гладкая и гранулярная. На мембранах гранулярной эндоплазматической сети расположены рибосомы, поэтому в ней происходит синтез и транспортировки белков. А гладкая эндоплазматическая сеть - это место синтеза и транспортировки углеводов и липидов. На ней рибосом нет.
Для синтеза белков, углеводов и жиров необходима энергия, которую в эукариотической клетке производят «энергетические станции» клетки - митохондрии.
Митохондрии - двомембранни органеллы, в которых осуществляется процесс клеточного дыхания. На мембранах митохондрий окисляются органические соединения и накапливается химическая энергия в виде особых энергетических молекул (АТФ).
В клетке также есть место, где органические соединения могут накапливаться и откуда они могут транспортироваться, - это аппарат Гольджи, система плоских мембранных мешочков. Он участвует в транспортировке белков, липидов, углеводов. В аппарате Гольджи образуются также органеллы внутриклеточного пищеварения - лизосомы.
Лизосомы - одномембранни органеллы, характерные для клеток животных, содержат ферменты, которые могут расщеплять белки, углеводы, нуклеиновые кислоты, липиды.
В клетке могут быть органеллы, не имеющие мембранной строения, например рибосомы и цитоскелет.
Цитоскелет - это опорно-двигательная система клетки, включает микрофиламенты, реснички, жгутики, клеточный центр, который производит микротрубочки и центриоли.
Существуют органеллы, характерные только для клеток растений, - пластиды. Бывают: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты. В хлоропластах происходит процесс фотосинтеза.
В клетках растений также вакуоли - продукты жизнедеятельности клетки, являющиеся резервуарами воды и растворенных в ней соединений. В эукариотических организмов относятся растения, животные и грибы.
Строение клеток прокариот.
Прокариоты - одноклеточные организмы, в клетках которых нет ядра.
Прокариотические клетки малы по размерам, сохраняют генетический материал в форме кольцевой молекулы ДНК (нуклеоидом). В прокариотических организмов относятся бактерии и цианобактерии, которые раньше называли сине-зелеными водорослями.
Если в прокариот происходит процесс аэробного дыхания, то для этого используются специальные выпячивание плазматической мембраны - мезосомы. Если бактерии фотосинтезирующие, то процесс фотосинтеза происходит на фотосинтетических мембранах - тилакоидов.
Синтез белка в прокариот происходит на рибосомах. В прокариотических клетке мало органелл.
Гипотезы происхождения органелл эукариотических клеток.
Прокариотические клетки появились на Земле раньше, чем эукариотические.
1) симбиотические гипотеза объясняет механизм возникновения некоторых органоидов эукариотической клетки - митохондрий и фотосинтезирующих пластид.
2) Инвагинацыонная гипотеза - утверждает, что происхождение эукариотической клетки исходит из того, что предковой формы был аэробный прокариот. Органеллы в нем возникли в результате впячивания и отслоение частей оболочки с последующей функциональной специализацией в ядро, митохондрии, хлоропласты других органелл.
§ 18. Клеточные мембраны. Транспортировки веществ через мембраны. Поверхностный аппарат клетки, его функции.
Клеточные мембраны.
Биологические мембраны - это тонкие смежные структуры молекулярных размеров, расположенные на поверхности клеток и субклеточных частей, а также канальцев и пузырьков, пронизывающих протоплазму. Функция биологических мембран - регулирование транспортировки ионов, сахаров, аминокислот и других продуктов обмена веществ.
В основе любой мембраны лежит двойной слой фосфолипидов.
Однако билипидный слой - это еще не готова мембрана, а лишь ее основа. С билипидного слоем должны связаться белки, называемые мембранными белками. Именно мембранные белки определяют многие свойства мембран. Входят в состав мембран и углеводы, образуют комплексы с белками или липидами. Мембрана состоит из слоя билипидив, в котором плавают (или закреплены) белковые молекулы, образуя в нем своеобразную мозаику.
Строение мембраны соответствует ее функциям: транспортной, барьерной и рецепторной.
1) Барьерная функция. Мембрана является барьером, который предотвращает поступление в клетки различных химических веществ и других агентов.
2) Рецепторные функции. Поверхность мембраны имеет большой набор рецепторов, делающих возможными специфические реакции с различными агентами.
3) Транспортная функция. Через мембрану идет транспорт ионов и веществ.
Покрывая клетку и отделяя ее от окружающей среды, биологические мембраны обеспечивают целостность клеток и органелл. Она поддерживает неравномерное распределение ионов калия, натрия, хлора и других ионов между протоплазмой и окружающей средой.
Особенно важной мембраной в клетке является плазмалемма - поверхностная мембрана. Она выполняет барьерную, транспортную, рецепторную, сигнальную функции.
Транспортировки веществ через мембраны.
Существуют два активных процесса: экзоцитоз и эндоцитоз.
Из клетки вещества выводятся с помощью экзоцитоза - слияние внутриклеточных пузырьков с плазматической мембраной. В клетку вещества могут попадать посредством эндоцитоза. В процессе эндоцитоза плазматическая мембрана образует вогнутости и вырасти, которые потом, отслаивая, превращаются в пузырьки или вакуоли.
Различают два типа эндоцитоза:
- Пиноцитоз - поглощение жидкости и растворенных веществ с помощью небольших пузырьков;
- Фагоцитоз - поглощение крупных частиц, таких как микроорганизмы или остатки клеток.
В случае фагоцитоза образуются большие пузыри, которые называются вакуолями.
Молекулы проходят через мембраны благодаря процессам: простой диффузии, облегченной диффузии, активному транспортировке.
Простая диффузия - это пример пассивного транспортировки, проходит из зоны с большей концентрацией молекул в зону с меньшей концентрацией. Путем простой диффузии в клетку проникают неполярные (гидрофобные) вещества, растворимые в липидах, и мелкие незаряженные молекулы (например, вода). Однако большинство веществ переносится через мембрану с помощью погруженных в нее транспортных белков. Различают две формы обращения: облегченная диффузия и активное транспортировки.
Облегченная диффузия обусловлена градиентом концентрации, и молекулы движутся согласно этому градиента. Однако молекула заряжена, то на ее транспортировку влияет как градиент концентрации, так и мембранный потенциал.
Активное транспортировки - это перенос растворенных веществ против градиента концентрации с использованием энергии АТФ. Энергия необходима потому, что вещество должно двигаться, вопреки своему естественному стремлению двигаться по диффузией, в противоположном направлении. Примером может служить натрий-калиевый насос. По законам диффузии ионы Nа постоянно движутся внутрь клетки, а ионы К + - из клетки. Нарушение необходимой концентрации этих ионов влечет за-гибель клетки.
Поверхностный аппарат клетки.
Разновидность клеток прокариот и эукариот состоит из частей: поверхностного аппарата, цитоплазмы, ядерного аппарата.
Поверхностный аппарат клетки выполняет три функции, универсальные для всех видов клеток: барьерную, транспортную, рецепторную. Он может осуществлять и ряд специфических функций (например, механическая тургорного функция клеточной стенки в растительных клетках). Поверхностный аппарат клеток состоит из систем: плазматической мембраны, надмембранный комплекса и субмембранного (т.е. пидмембранного) опорно-сократительного аппарата.
Плазматическая мембрана, или плазмалемма, - это основная, универсальная для всех клеток система поверхностного аппарата. Под ней расположена субмембранна система, которая участвует в трансмембранному транспортировке и рецепции и является частью цитоплазмы.
Надмембранная структура поверхностного аппарата осуществляют взаимодействие клеток с внешней средой или с другими клетками. У клеток животных надмембранный комплекс, или гликокаликс, играет важную роль в рецепторной функции клеток. Гликокаликс состоит из углеводов, он сравнительно тонкий и эластичный.
К производным надмембранным структурам принадлежит клеточная стенка. Ее должны клетки растений, грибов и бактерий. Клеточная стенка растений содержит целлюлозу, грибов - хитин, бактерий - муреин. Она достаточно жесткая, не сжимается. Через клеточную стенку проходит вода, соли, молекулы многих органических веществ. Явление плазмолиза и деплазмолиза в клетках растений.
Плазмолиз - это отделение цитоплазмы от оболочки при погружении клетки в гипертонический, т.е. концентрированные извне, раствор. Если животные клетки погрузить в гипертонический раствор, то они сжимаются. Иногда плазмолизованые клетки остаются живыми. Если погрузить такие клетки в воду, в которой концентрация солей ниже, чем в клетке, происходит деплазмолиз.
Деплазмолиз - это возвращение цитоплазмы клеток растений из состояния плазмолиза в исходное состояние.
Цитологическое исследование - одно из самых востребованных в онкологии. С его помощью врач оценивает состояние клеточных элементов и делает заключение о злокачественной или доброкачественной природе новообразования. Изучаются особенности строения клеток, клеточный состав органов, тканей, жидкостей организма человека. Цитологическое исследование применяется при диагностике предраковых заболеваний и злокачественных новообразований различных органов: шейки и тела матки , молочной железы , щитовидной железы , легких , кожи , мягких тканей и костей, желудочно-кишечного тракта, лимфатических узлов и др. Для цитологического исследования берут мазки свода влагалища и шейки матки, мокроту, мочу, экссудаты из полостей и т.д.
Когда назначается цитологическое исследование?
В большинстве случаев врачи – терапевты, гинекологи, онкологи и другие специалисты — прибегают к цитологической диагностике при подозрении на опухолевое заболевание.
Цитологический метод применяется для исследования новообразований в различных органах – кожа, молочная железа, лёгкие, средостение, печень, почки, забрюшинные образования, щитовидная железа, предстательная железа, яичко, яичники, лимфатические узлы, миндалины, слюнные железы, мягкие ткани, кости и др.
Наибольшее распространение цитологические исследования получили в области гинекологии. Это доступный и быстрый метод скрининга, доказавший свою эффективность в диагностике предраковых заболеваний и раннего рака шейка матки.
Нередки случаи, когда цитологическое исследование помогало обнаружить рак желудка , легкого, мочевого пузыря и др. на самых ранних стадиях, когда рентгенологические и эндоскопические исследования не выявили изменений.
В период лечения опухолевого заболевания необходимо постоянно контролировать эффективность проводимой терапии. Для этого необходимы быстрые и эффективные методы диагностики. Цитологическое исследование в этих случаях позволяет оперативно получить ответы на большинство возникающих у врачей вопросов по поводу течения болезни. Цитологическое исследование широко используется также и после окончания специализированного (хирургического, химиотерапевтического или лучевого) лечения для контроля течения заболевания и раннего выявления возможного рецидива или прогрессирования опухоли (исследование лимфатических узлов, плеврального экссудата и т.д.).
Основные области применения цитологических исследований в онкологии:
- Скрининг, профилактические осмотры
- Диагностика – установление и уточнение диагноза
- Контроль результатов во время и после проведения терапии
В чем отличие цитологии от гистологического исследования?
Отличие цитологического исследования от гистологического , в первую очередь, заключается в том, что изучаются именно клетки, а не срезы тканей. Для гистологического исследования требуется либо операционный материал, либо забор материала методом трепан-биопсии. Для цитологического же исследования достаточно мазка со слизистой оболочки, соскоба с поверхности опухоли или материала, полученного тонкой иглой.
Подготовка гистологического препарата требует больше усилий и времени, нежели подготовка для цитологического анализа.
Как выполняется цитологическое исследование?
Для анализа используют различный биоматериал.
Эксфолиативный материал, то есть полученный методом «слущивания»:
- соскобы с поверхности эрозий, ран, язв;
- соскобы с шейки матки и цервикального канала, аспираты из полости матки;
- секреты желез, экскреты, мокрота, транссудаты, экссудаты, промывные воды и т.д.
- Исследование мочи на атипические клетки
Пункционный материал:
- пунктаты, полученные тонкой иглой (тонкоигольная биопсия)
- отпечатки материала трепан-биопсий из опухолей и различных новообразований
Операционный материал:
- мазки-отпечатки и соскобы с удаленной ткани, жидкость, смывы и др. материал, полученный при проведении хирургических вмешательств.
Эндоскопический материал:
- материал, полученный при проведении эндоскопического исследования
Цитологическое исследование - наиболее щадящий метод диагностики. Обычно забор материала для анализа протекает безболезненно, в амбулаторных условиях, без травматического воздействия на органы и ткани.
Взятый для анализа клеточный материал в цитологической лаборатории переносят на предметные стекла, окрашивают и исследуют под микроскопом.
Цитоморфолог использует в своей работе совокупность признаков атипии клетки, критически оценивая их наличие и степень выраженности. Результат анализа напрямую зависит от профессионализма специалиста, проводящего исследование: как в части подготовки материала, так и в части его исследования под микроскопом.
На поверхности опухолевых клеток есть особые белки – антигены. Причем, каждая опухоль экспрессирует свой собственный набор антигенов. При необходимости с помощью специальных реактивов для иммуноцитохимического исследования врач-цитолог может не только установить наличие злокачественно трансформированных клеток в исследуемом образце, но и определить гистотип опухоли, ее органную принадлежность, факторы прогноза и чувствительность к лечению.
Достоинства цитологического метода:
- абсолютная безвредность для пациента
- безболезненность
- возможность применения многократных цитологических исследований
- быстрота
- диагностика злокачественных опухолей любой локализации и в любой стадии процесса.
Обычно для проведения исследования требуется несколько часов. Интраоперационное цитологическое исследование может быть выполнено в течение 10 минут.
За счет его безвредности, цитологический метод незаменим для оценки динамики морфологических изменений в клетках опухоли во время лечения, для определения терапевтического эффекта проводимого лечения. Для таких пациентов он имеет несомненные преимущества перед другими, более инвазивными методами исследования.
Методы цитологических исследований постоянно совершенствуются. Развитие эндоскопической техники позволяет целенаправленно получать материал для исследования из внутренних органов, ранее недоступных для морфологического анализа без оперативного вмешательства.
Таким образом, цитологическое исследование, благодаря сочетанию высокой информативности, безвредности для пациента и скорости проведения, при отсутствии травматизации тканей, имеет огромное значение в онкологии.
Методы исследований по использованию светового (оптического) микроскопа называют световой микроскопией . Базируются на том, что сквозь прозрачный или полупрозрачный объект исследований проходят лучи света. Дает возможность изучать общий план строения клетки и отдельных ее органелл, размеры которых не меньше 200 нм. Современные световые микроскопы имеют кратность увеличения объекта в 2-3 тыс. раз. Существуют разные виды световой микроскопии: поляризационная, флуоресцентная, ультрафиолетовая, фазово-контрастная и т. п. Под световым микроскопом можно наблюдать общее строение клеток или определенные процессы их жизнедеятельности – движение клетки, деление, перемещение цитоплазмы и т. п. Возможно прижизненное изучение клетки.
Метод электронной микроскопии
Исследование клетки с помощью электронного микроскопа называется электронной микроскопией . Способна увеличивать изображение объектов до 500 000 раз и больше. Позволяет изучать мелкие объекты, органеллы маленьких размеров (рибосомы и т. п.), строение плазматических мембран. Для электронной микроскопии препараты определенным образом обрабатывают (преимущественно тяжелыми металлами). После этого органеллы и прочие клеточные структуры приобретают разную степень поглощения электронов и потому выделяются на экране или фотопленке.
Электронный микроскоп подобен по принципу конструкции световому. В магнитном поле вместо потока света движется поток электронов от катода к аноду, который ускоряется высоким различием потенциалов между полюсами. Электромагниты выполняют роль линз. Они могут изменять направление движения электронов, собирать (фокусировать) их в пучок и направлять его на объект исследования. Часть электронов может рассеиваться, отражаться, поглощаться, взаимодействовать с объектом или проходить через него без изменений. Электроны попадают на люминесцентный экран (возбуждают его свечение), или на особую фотопленку (можно фотографировать изображение объекта).
Метод трансмиссионной электронной микроскопии
Метод трансмиссионной электронной микроскопии – при рассеивании пучка электронов объектом создается изображения на флуоресцентном экране микроскопа. Чем больше способность рассеивать поток электронов тем или иным участком, тем более темными они выглядят на экране.
Метод растровой (сканирующей) электронной микроскопии
Метод растровой (сканирующей) электронной микроскопии позволяет изучить трехмерное изображение поверхности клетки вследствие пробегания пучка электронов по поверхности объекта.
Метод меченых атомов
Метод меченых атомов: для изучения места хода тех или других биохимических процессов в клетку вводят вещество, в котором один из атомов определенного элемента замещен его радиоактивным изотопом (кислорода, углерода, азота, фосфора). С помощью особых приборов, способных фиксировать эти изотопы, определяют локализацию и характер биохимических процессов, можно проследить за миграцией изотопов в клетке.
Метод фиксирования живых объектов
Метод фиксирования живых объектов используют, применяя определенные вещества (формалин, спирты и т. п.), или быстрым замораживанием, или высушиванием.
Особыми красителями окрашивают отдельные структуры фиксированных клеток. Эти красители окрашивают только определенные структуры клетки, что позволяет получить их контрастную окраску.
Метод центрифугирования
Метод центрифугирования применяют для изучения отдельных клеточных структур. Измельченные объекты размещают в центрифуге. При очень быстрых оборотах эти объекты будут оседать слоями, так как разные клеточные структуры имеют неодинаковую плотность.
Более плотные органеллы будут оседать на дне. Слои разделяют и изучают в отдельности.
Основными методами цитологических исследований являются световая и электронная микроскопия , т. е. использование световых и электронных микроскопов, позволяющих увидеть внешнее и внутреннее строения клеток.
Световые микроскопы позволяют в том числе наблюдать и за живыми клетками (обычно для этого используются одноклеточные организмы, клетки крови). Однако разрешающая способность световых микроскопов не так велика как у электронных. Разрешающая способность увеличительного прибора - это минимальное расстояние между двумя видимыми отдельно точками. У световых микроскопов это расстояние измеряется сотнями нанометров, а у электронных - десятками и единицами нанометров. Если в первых используется световой поток (разрешающая способность обратнопропорционально зависит от длины волны), то во вторых - поток электронов.
Существует два вида электронных микроскопов - просвечивающие и сканирующие. Разрешающая способность первых несколько выше, однако с помощью вторых можно получить объемное изображение. Для просвечивающих микроскопов готовят очень тонкие срезы, через которые проходит пучок электронов. В сканирующих микроскопах пучок электронов отражается от объекта.
В цитологических исследованиях также используется метод флуоресцентной микроскопии , который заключается в том, что к живым клеткам добавляются определенные красящие вещества, которые, соединяясь с различными компонентами клетки, начинают светиться. Таким образом, можно в световой микроскоп наблюдать клеточные структуры (хлоропласты, микротрубочки и др.).
Кроме микроскопии в современной цитологии используются и другие методы исследования. Цитохимический метод позволяет изучать химический состав клеток. Данный метод базируется на химических реакциях определенных веществ. Добавляя реагенты к клеткам, можно выявить наличие в них ДНК, определенных белков и др., а также определить их количество.
Метод радиоавтографии предполагает введение вещества, содержащего меченые (радиоактивные) атомы. Меченые молекулы через некоторое время включаются в биополимеры клетки, и по ним можно отследить протекание метаболических процессов в клетке.
С 20-х годов XX века хорошо известен такой метод цитологических исследований как центрифугирование (или метод фракционирования клеточных структур) . Он основан на том, что клеточные структуры имеют разную массу и при центрифугировании осаждаются с разной скоростью. Таким образом, если разрушить клетки, то после центрифуги смесь разделится на фракции, где внизу будут находиться более тяжелые структуры (обычно это клеточные ядра), а вверху - более легкие.
Относительно новым является метод клеточных культур , позволяющий вне организма в специально созданных условиях выращивать одинаковые клетки (колонии) из одной или нескольких исходных. Данный метод позволяет отдельно от организма изучать свойства его клеток, проводить цитологические, генетические и другие исследования.
Новым методом цитологических исследования является метод микрохирургии . С помощью микроманипулятора, соединенного с микроскопом, из клеток извлекают или вносят различные компоненты, вводят вещества.
(греч. kytos - ячейка, клетка) - наука о клетке. Предметом цитологии 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, развитие специфических клеточных структур и др. Для решения этих задач в цитологии используются различные методы.
Основным методом исследования клеток является световая микроскопия. Для изучения мелких структур применяют оптические приборы - микроскопы. Разрешающая способность микроскопов составляет 0,13-0,20 мкм, т.е. примерно в тысячу раз выше разрешающей способности человеческого глаза. С помощью световых микроскопов, в которых используется солнечный или искусственный свет, удается выявить многие детали внутреннего строения клетки: отдельные органеллы, клеточную оболочку и т.п.
Ультратонкое строение клеточных структур изучают с помощью метода электронной микроскопии. В отличие от световых 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 изучения химического состава, выяснения локализации отдельных химических веществ в клетке широко используются методы цито- и гистохимии , основанные на избирательном действии реактивов и красителей на определенные химические вещества цитоплазмы. Метод дифференциального центрифугирования позволяет детально исследовать химический состав органелл клетки после их разделения с помощью центрифуги.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, наблюдения за миграцией или свойствами отдельных клеток широко используется метод авторадиографии - регистрации веществ, меченных радиоактивными изотопами. Многие процессы жизнедеятельности клеток, в частности деление клетки, фиксируют с помощью кино- и фотосъемки .
Для изучения клеток органов и тканей растений и животных, процессов деления клетки, их дифференциации и специализации используют метод клеточных культур - выращивание клеток (и целых организмов из отдельных клеток) на питательных средах в стерильных условиях.
При исследовании живых клеток, выяснении функций отдельных органелл используют метод микрохирургии - оперативное воздействие на клетку, связанное с удалением или имплантированием отдельных органелл, их пересаживанием из клетки в клетку, введением в клетку крупных макромолекул.
