Какие методы исследования способствовали раскрытию свойств клетки
микроскопия
Способность различить два объекта называется разрешением. Разрешение оптического прибора — минимальное расстояние между двумя точками, которые видны как отдельные и не сливаются. Чем меньше это расстояние, тем более мелкие объекты можно изучать.
Разрешение человеческого глаза — порядка 100 мкм (0,1 мм), но нужно учесть, что объект должен быть контрастным. На темном фоне в боковом свете можно иногда увидеть крупных амеб и инфузорий, которые могут иметь размеры 100–200 мкм. Для того чтобы различить клетки в животной или растительной ткани, нужно делать очень тонкие срезы. Эти срезы изучают под микроскопом — специальным увеличивающим оптическим прибором. Как правило, для повышения контраста требуется окрашивание препаратов специальными красителями. Перед этим препараты фиксируют, то есть обрабатывают специальными веществами, предотвращающими растекание и разрушение биомолекул, например формалином. Поэтому обычно изучают уже мертвые клетки.
световая (оптическая) микроскопия
Чаще всего применяются световые микроскопы, в которых объект освещают видимым светом. Видимый свет — это электромагнитное излучение длиной волны от 400 до 700 нм, то есть 0,4–0,7 мкм (1 нм = $10^{-9}$ м). Разные длины волн света глазом воспринимаются как разные цвета. Наиболее длинноволновый свет — красный, наиболее коротковолновый — фиолетовый.
Рис. 1
Белый свет — это смесь лучей разных длин волн. Его можно разложить в спектр — радугу — при помощи призмы.
Рис. 2
Длина волны накладывает ограничение на минимальный размер объектов, которые можно изучать путем микроскопии. Волна может огибать объекты, поэтому невозможно изучать объекты размером существенно меньше длины волны света. Так как длины волн видимого света — 0,4–0,7 мкм, то разрешение светового микроскопа при использовании белого света — порядка 0,5 мкм. В реальности из-за дополнительных ограничений в обычный микроскоп, как правило, можно хорошо видеть объекты порядка 1 мкм. Объекты меньше 0,5 мкм видны, только если она сами излучают свет, что используется во флуоресцентной микроскопии.
У светового (оптического) микроскопа имеются следующие части:
Объектив — система линз, фокусирующая свет от объекта. Обычно имеется несколько объективов во вращающейся (револьверной) головке.
Окуляр — система линз, в которую смотрит наблюдатель.
Тубус, при помощи которого зафиксированы на определенном расстоянии окуляр и объективы.
Штатив.
Предметный столик, где располагается объект на предметном стекле.
Осветительная система — обычно лампа и система фокусирующих линз (конденсор).
Макровинт и микровинт для грубой и тонкой фокусировки соответственно.
Часто имеется система для перемещения препарата — препаратоводитель, оборудованный измерительными линейками.
Рис. 3
Объекты можно изучать в светлом поле, а также в косом свете и в темном поле, что часто позволяет существенно повысить детализацию объекта и увидеть тонкую структуру.
Рис. 4. Диатомовые водоросли в темном поле
Существуют фазово-контрастные и интерференционные микроскопы, позволяющие визуализировать такую характеристику света, как фаза. При прохождении через объект фаза лучей в разной степени сдвигается. Этот тип микроскопии позволяет видеть тонкие детали в живых объектах без фиксации и окрашивания.
Рис. 5. Фаза
| Искусственное оплодотворение яйцеклетки. Фазово-контрастная микроскопия | Клетка эпителия внутренней стороны щеки человека в фазовом контрасте |
 |
|
Рис. 6
Флуоресцентная микроскопия используется как для изучения образцов с собственной флуоресценцией (например, хлорофилл в синем свете флуоресцирует красным), так и для изучения образцов, окрашенных определенными флуоресцентными красителями или меченными ими антителами для выявления определенных внутриклеточных структур.
Рис. 7
электронная микроскопия
Гораздо большего разрешения, чем световой микроскоп, позволяет добиться микроскоп, в котором для освещения объекта используется пучок электронов — электронный микроскоп. Конечно, в такой микроскоп нельзя смотреть глазом, для фиксации результатов используются детекторы электронов. Чтобы электронный пучок не рассеивался, внутри микроскопа создают вакуум. Подготовка препаратов для такой микроскопии очень сложна — их фиксируют, обезвоживают, заливают в плотную среду, делают тончайшие срезы при помощи прибора — микротома. Также обязательно окрашивание или препаратов или напыление, как правило, солями тяжелых металлов, так как только они существенно задерживают поток электронов. Изображение получается не цветным (может быть потом «раскрашено» искусственно).
Рис. 8
Существует два типа электронных микроскопов — сканирующий и трансмиссионный. Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) дает изображение поверхности (объект выглядит объемным), а трансмиссионный (ТЭМ), или просвечивающий, дает плоское изображение среза «на просвет». Примеры изображений, полученных при помощи СЭМ и ТЭМ, приведены на рис. 9–11.
Рис. 9. Пыльца, СЭМ
Рис. 10. Голова мушки, СЭМ
Рис. 11. Срез жгутиков хламидомонады, ТЭМ
культивирование клеток и среды
Для изучения клеток их часто приходится культивировать, то есть выращивать на определенных питательных средах. Это позволяет также изучать их потребности в определенных веществах, а также получать выделяемые ими молекулы. В биотехнологии культивируемые организмы выделяют в среду полезные для человека вещества, например антибиотики. Для того чтобы на среде росли только нужные организмы, необходимо соблюдать стерильность — предотвращать попадание микроорганизмов и их спор. Для этого используют одноразовые сосуды, например чашки Петри с крышкой, предотвращающей попадание микробов из воздуха, многоразовое оборудование стерилизуют, надевают резиновые перчатки, лабораторные халаты, используют шкафы с проточной системой циркуляции и фильтрации воздуха — ламинары, манипуляции проводят рядом с пламенем горелки.
Рис. 12. Культуральная посуда. Слева вверху — чашка Петри
Рис. 13. Ламинар. Микробиологическая работа с культурами клеток
биохимические методы
Для выделения определенных веществ из организмов их гомогенизируют — измельчают до образования однородной кашицы, затем ее подвергают другим манипуляциям и обрабатывают определенными веществами.
В биохимии для исследования метаболизма часто применяется метод меченых атомов, когда в организм вводят соединения, содержащие те или иные радиоактивные или тяжелые изотопы, которые можно затем обнаруживать в различных веществах и отслеживать их превращения, таким образом изучая биохимические реакции в живых системах.
центрифугирование
Чтобы разделить различные органеллы и клеточные структуры по плотности, разрушенные клетки подвергают центрифугированию — раскручиванию в специальных центрифугах.
Рис. 14
Ротор центрифуги вращается очень быстро (десятки или даже сотни тысяч оборотов в минуту). Под воздействием центробежной силы все частицы в пробирке оседают. Центробежную силу характеризуют по сообщаемому ею ускорению, называя, во сколько раз оно превышает g — ускорение свободного падения, например часто используется 13 000 g. Можно использовать плотные растворы солей для разделения частиц по их плавучей плотности. При длительном центрифугировании раствора тяжелой соли, например хлористого цезия, создается градиент плотности — переход плотности в растворе, где более плотный раствор находится внизу и менее плотный — вверху. Если центрифугировать в этом растворе различные частицы, они останавливаются в том слое жидкости, где плавучая плотность частиц равна плотности окружающего раствора. Таким образом можно разделить различные макромолекулы и молекулярные комплексы, например, субъединицы рибосом.
Рис. 15
Молекулярные методы изучения клеток рассматриваются в рамках отдельной темы — «Методы молекулярной биологии и молекулярная биотехнология».
Источник
1. Метод дифференциального центрифугирования. При быстром вращении в ультрацентрифуге органоиды клеток располагаются слоями в соответствии со своей плотностью и массой. Более плотные органеллы осаждаются при более низких скоростях, а менее плотные — при более высоких скоростях. Далее исследователи эти слои отделяют и изучают. Данный метод позволяет наблюдать свойства и структуру каждого органоида или макромолекулы клетки.
2. Рентгеноструктурный анализ позволяет определить атомную структуру вещества. Рентгеновские лучи короче ультрафиолетовых.
3. Авторадиография (радиоавтография) — метод изучения распределения радиоактивных веществ в исследуемом объекте, при котором эти вещества как бы сами себя фотографируют. Например, при изучении фотосинтеза биологи с помощью этого метода могут увидеть след радиоактивного диоксида углерода.
4. Световые микроскопы появились еще в XIX веке, они дают увеличение до 1350 раз. Разрешающая способность 0,25 мкм (2,5*10–7). С их помощью можно увидеть ядро, большинство органоидов, хромосомы и деление клеток.
5. Электронный микроскоп дает увеличение в миллион раз (10–6). Появился он в середине XX века. Разрешающая способность 2 нм (2*10–9).
6. Флуоресцентная микроскопия. В ультрафиолетовом свете (его лучи короче лучей видимого света) клеточные компоненты могут светиться. Также они могут светиться при добавлении специальных красителей. С использованием данного метода можно видеть места, где скапливаются нуклеиновые кислоты, жиры, витамины и др.
Физико-химические методы исследования клеток
1. Метод меченых атомов. Используется для изучения биохимических процессов в живых клетках. Чтобы отследить превращения вещества из его предшественника, один из атомов заменяют соответствующим изотопом (водорода, фосфора, углерода). Радиоактивное излучение позволяет наблюдать за соединением, установить этапы его превращения, их продолжительность, зависимость от внешних условий.
2. Хроматография. Метод основан на разнице скорости движения растворенных веществ через адсорбент. Вещества имеют разную молекулярную массу и поэтому с разной скоростью двигаются через волокна фильтровальной бумаги, порошок целлюлозы, другие пористые вещества. Изучаемые вещества, например, основные пигменты экстракта листьев — ксантофилы, каротин, хлорофиллы а, b.
3. Электрофорез. Разделение смеси веществ в растворе обеспечивает электрический ток (в геле). Это помогает разделить смеси веществ в клетке, выделить качественный и количественный состав веществ.
4. Цитохимические методы. Этими методами исследуют препараты костного мозга, крови, различных органов и новообразований. Они основаны на использовании специфических химических цветных реакций для определения в клетках различных веществ. Под действием специально подобранных реактивов происходит окрашивание тех или иных веществ в цитоплазме, а по степени и характеру окраски судят о количестве или активности исследуемых веществ.
В чем разница между цитохимическими методами и хроматографией?
При цитохимических методах ведут цветные химические реакции с помощью специальных реактивов, и по окрашиванию веществ определяют их свойства. В хроматографии выводы о свойствах веществ делают по тому, с какой скоростью они двигаются через пористые вещества.
Методы разделения клеток и их культивирования
1. Методы культуры клеток и тканей. Клетки и ткани выращивают, исследуют, наблюдая за ростом, размножением вне организма, изучают влияние различных веществ, получают гибриды.
2. Метод рекомбинантных ДНК. Вырезают ДНК из клетки, встраивают ее в ДНК бактерий, вирусов, изучают механизм наследственности, мутагенез.
Источник
Содержание:
- История открытия
- Методы исследования клеток
- Оптическая микроскопия
- Электронная микроскопия
- Фракционирование клеток
- Клеточная теория
- Заключение
| Предмет: | Биология |
| Тип работы: | Реферат |
| Язык: | Русский |
| Дата добавления: | 01.01.2019 |
- Данный тип работы не является научным трудом, не является готовой работой!
- Данный тип работы представляет собой готовый результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала для самостоятельной подготовки учебной работы.
Если вам тяжело разобраться в данной теме напишите мне в whatsapp разберём вашу тему, согласуем сроки и я вам помогу!
По этой ссылке вы сможете найти рефераты по биологии на любые темы и посмотреть как они написаны:
Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:
Введение:
Первым, кто увидел клетки, был британский ученый Роберт Гук (известный тем, что открыл закон Гука). В 1665 году, чтобы понять, почему пробковое дерево хорошо плавает, Гук начал изучать тонкие срезы пробки с помощью усовершенствованного микроскопа. Он обнаружил, что трубка разделена на множество мелких ячеек, напоминающих соты пчелиных ульев,и назвал эти ячейки клетками.
История открытия
В 1675 году итальянский врач Марчелло Мальпиги подтвердил клеточное строение растения, а в 1681 году – английский ботаник Неемия ГРУ. Эта клетка называлась “пузырьком, наполненным питательным соком” в 1674 году голландский мастер Антон Ван Левенгук (1632-1723) использовал микроскоп, чтобы смотреть на “животных”. “Левенгук также впервые наблюдал животные клетки, которые являются эритроцитами и сперматозоидами. Поэтому к началу XVIII века ученые выяснили, что растения с большим увеличением имеют клеточную структуру, а позже увидели некоторые организмы, известные как одноклеточные.
В 1802-1808 годах французский исследователь Шарль-Франсуа Мирбель установил, что растения состоят из тканей, образованных клетками. Ламарк распространил идею Мирбеля в клеточной структуре на животные организмы. В 1825 году чешский ученый Я. Пуркин открыл ядра яиц птиц, а в 1839 году ввел термин “протоплазма”. В 1831 году британский ботаник П. Браун впервые описал ядро растительной клетки и в 1833 году установил, что ядро является существенным органоидом растительной клетки. С тех пор главным в тканях клетки является не мембрана, а ее содержимое.
Методы исследования клеток
Впервые клетки были замечены только после создания оптического (светового) микроскопа. С тех пор микроскопия стала одним из важнейших методов исследования клеток. Световой микроскоп был способен наблюдать живые клетки, несмотря на небольшое разрешение. Это позволило нам изучить ультраструктуру клеток.
Для изучения функций клеток и их частей используются различные биохимические методы получения, такие как фракционирование и анализ методом дифференциального центрифугирования. Метод клеточной инженерии используется в экспериментальных и практических целях. Возможна комбинация всех ранее упомянутых методик и методов культивирования клеток.
Оптическая микроскопия
В оптическом микроскопе увеличение объекта достигается с помощью ряда линз, через которые проходит свет. Максимальное увеличение составляет более 1000 раз. Еще одной важной особенностью является разрешение – расстояние между двумя точками, которые все равно распознаются отдельно. Разрешение характеризует четкость изображения. Эта величина ограничена длиной световой волны, и можно добиться разрешения порядка 200 Нм даже при использовании легких ультрафиолетовых лучей самой короткой длины волны, причем это разрешение является наименьшей структурой, которую можно наблюдать под оптическим микроскопом конца XIX века-это митохондрии и бактерии.
Их линейный размер составляет около 500 Нм. Но объекты размером менее 200 Нм можно увидеть в оптический микроскоп, когда он сам излучает свет. Эта особенность используется в флуоресцентной микроскопии, в которой клеточные структуры или отдельные белки связываются с антителами с помощью специальных флуоресцентных белков или флуоресцентных меток.
На качество изображения, полученного с помощью оптического микроскопа, также влияет контраст, который можно увеличить с помощью различных методов окраски клеток. Фазовый контраст, дифференциальный интерференционный контраст и микроскопия темного поля используются для изучения живых клеток. Конфокальная микроскопия может улучшить качество флуоресцентных изображений.
Электронная микроскопия
В 30-е годы XX века был построен электронный микроскоп, в котором пучок электронов проходит через объект вместо света. Теоретический предел разрешения современных электронных микроскопов составляет около 0,002 Нм, но по практическим соображениям для биологических объектов достигается только около 2 нм разрешения. С помощью электронного микроскопа можно изучать ультраструктуру клеток. Существует два типа электронных микроскопов: сканирующий и пропускающий.
Сканирующая (растровая) электронная микроскопия (РЭМ) применяется для исследования поверхности объекта. Образец часто покрывается тонкой пленкой золота. REM позволяет получить трехмерное изображение. Трансмиссионная (трансмиссионная) электронная микроскопия (Пэм) – применяется для изучения внутренней структуры клеток. Пучок электронов проходит через объекты, предварительно обработанные тяжелыми металлами, которые накапливаются в определенных структурах и увеличивают электронную плотность. Электроны рассеиваются в областях ячеек с более высокой электронной плотностью, что приводит к тому, что эти области на изображении выглядят темнее.
Фракционирование клеток
Для установления функции отдельных клеточных компонентов важно выделить их в чистом виде, и это делается с помощью метода дифференциального центрифугирования, разработанного методом получения чистой фракции любой органеллы. Получение фракций начинается с разрушения плазматической мембраны и образования клеточных гомогенатов. Гомогенат центрифугируют последовательно с разной скоростью.
На первом этапе могут быть получены четыре фракции: ядерные и крупные фрагменты клеток, митохондрии, пластиды, лизосомы и пероксисомы, микросомы—Гольджи при раздельном центрифугировании каждой из смешанных фракций могут быть получены чистые органолептические составы, которые могут быть применены к различным биохимическим и микроскопическим методам. все нормально.
Клеточная теория
Клеточная теория строения организмов, основанная немецким ученым – зоологом т. Шванном и ботаником М. Шлейденом, сформированная в 1839 г., содержала три положения. В 1858 году Рудольф Вирхов дополнил его другим положением, но в его идеях были некоторые ошибки. Позже удалось доказать целостность клеточной системы.
В 1878 году русский ученый И. Д. Чистяков открыл митоз растительных клеток; в 1878 году В. Флемминг и П. И. Перемешко открыли митоз животных. В 1882 году В. Флемминг наблюдал мейоз клеток животных, а в 1888 году Э. Страсбургер наблюдал мейоз клеток растений.
Клеточная теория является одной из основных идей современной биологии, она является единством всего живого и основой развития таких областей, как эмбриология, гистология, физиология.
Эта теория не содержит никаких утверждений:
- Клетки являются основными единицами строения, функционирования, размножения и развития всех живых организмов. Вне клетки нет жизни.
- Клетка-это целостная система, содержащая большое количество родственных элементов (органелл).
- Клетки разных организмов сходны (гомологичны) по строению и основным свойствам и имеют общее происхождение.
Увеличение числа клеток происходит путем их деления, после того как их ДНК реплицируется: клетки происходят из клетки.
Заключение
Многоклеточные организмы представляют собой большое количество клеточных систем, которые связываются с системами тканей и органов, связанных между собой гуморальными и нейрогенными химическими факторами.
Клетки-любая клетка многоклеточного организма имеет такой же полный Фонд генетического материала этого организма, все возможные потенциалы для экспрессии этого материала, но это не так.
Количество и выражение отдельных положений современной клеточной теории может варьироваться от одного источника к другому.
Источник