Какие методы исследования способствовали раскрытию свойств клетки
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
Все достижения науки о клетке связаны с усовершенствованием приборов и развитием физических и химических методов исследования.
Замечание 1
Цитология использует методы исследования, базирующиеся на достижениях химии, биохимии, молекулярной биологии и направлены на изучение структуры, функций и химизма клеток. Однако основными методами остаются микроскопические и, особенно, электромикроскопические, которые дают возможность выявить детали строения клеток на различных уровнях (от клеточного до макромолекулярного).
Световая микроскопия
Мелкие биологические объекты (клетки, ткани) изучаются путём микроскопирования на протяжении более чем 300 лет. С момента использования первых микроскопов в исследовательских целях они постоянно усовершенствовались.
Метод световой микроскопии базируется на том, что сквозь прозрачный объект проходят лучи света, попадающие потом на систему линз объектива и окуляра микроскопа. Главное – это разделительная способность микроскопа, то есть способность давать отдельное изображение двух близко расположенных объектов. Разделительная способность ограничивается длиной волны света: чем меньше длина волны видимого света, тем больше его разделительная способность. Потому разделительная способность светового микроскопа ограничена длиной волны фиолетовой части видимого света – 200 нм. Увеличение в световом микроскопе может достигать 2500 раз.
Электронная микроскопия
Электронный микроскоп, сконструированный в 1931 г. Эметом Руска, позволил сделать шаг вперёд в технике микроскопирования.
В случае электронной микроскопии роль светового луча выполняет пучок электронов, который фокусируется не линзами, а магнитами.
- В трансмиссионном электронном микроскопе электроны проходят сквозь объект исследования как лучи света в световом микроскопе. Но при этом должен поддерживаться высокий вакуум. После этого пучок электронов создаёт изображение объекта на фотоплёнке.
- В сканирующем электронном микроскопе электроны отбиваются от поверхности объекта и во время движения создают изображение получают благодаря тому, изображение в обратном направлении. Сканирующий микроскоп даёт возможность проводить прижизненные исследования некоторых объектов.
В любом микроскопе изображение получают благодаря тому, что одни части исследуемого объекта поглощают или отбивают больше света или электронов, чем другие. В световой микроскопии используют красители, для трансмиссионного микроскопа вместо красителей используют напыление платиной или золотом, которые способны отбивать электроны. Для сканирующего микроскопа материал часто замораживают, чтобы получить поверхность, покрытую льдом.
Метод центрифугирования
Этим методом пользуются для изучения отдельных клеточных структур. Клетки предварительно измельчают, центрифугируют и изучают отдельные образовавшиеся фракции.
Метод меченых атомов
Метод меченых атомов предназначен для изучения места совершения тех или иных биохимических процессов в клетке. Замещение радиоактивным изотопом одного из атомов определённого клеточного элемента даёт возможность понаблюдать с помощью приборов за миграцией, локализацией и превращением этих веществ в клетке.
Метод культуры клеток и тканей
Материалом для описанных выше методик цитологических исследований в основном являются клетки, которые предварительно умерщвляют. Однако, значительную заинтересованность вызывает возможность экспериментирования над живыми клетками. Потому разработаны методики изучения определённых сторон жизнедеятельности клеток, инкубированных в специальных питательных средах
Замечание 2
Методом культуры клеток и тканей выращивают из одной клетки, помещённой в питательную среду, многоклеточные организмы или ткани.
Ценность метода культуры тканей состоит в том, что, с одной стороны, объектом исследования является клетка как природная модель – единица биологической активности, приближающая условия эксперимента к нативным. С другой стороны, с ческой активности (клетка, ткань) а биологической активности (клетка, ткань) вылучается из-под влияния коррелятивных связей и зависимостей материнского организма.
Создаются условия in vitro, которые поддаются управлению и регуляции. Такой метод не обеспечивает полных условий жизни ткани (отсутствуют регуляторные влияния организма), однако он даёт возможность исследовать под микроскопом движение, рост и деление клеток, изучать влияние на клетки различных физических и химических факторов.
Комплексные методы исследования клеток
Основные методы исследования клеток показывают богатство арсенала методов в цитологии и дают возможность осуществлять точный анализ, начиная со структуры клетки до молекулярной композиции отдельных её частей. Однако названым методикам свойственны определённые недостатки. Так, выращивание клеток на искусственной среде лишает их регуляторного влияния организма.
Другие методы исследования, в которых фиксация и окрашивание клеток изменяют определённым образом их прижизненную структуру, дают те или иные отклонения. Потому, продолжая исследовать биологию клетки, изучая её строение, химизм, функции, развитие, дифференциацию и старение, учёные часто используют комплексное исследование тех или иных явлений в жизнедеятельности клеток, изучение определённого вопроса с разных сторон. Таким образом, сводятся к минимуму недостатки отдельных методик исследования.
Использование оптических приборов совместно с компьютером обеспечивает всестороннее исследование клетки, её химического состава, цитофизиологии, даёт возможность моделировать физиологические и биохимические процессы в клетках. Иногда исследования проводятся параллельно в различных лабораториях разными методами для того, чтобы получить данные, которые дополняли бы друг друга и в результате создавали представление о процессах в живых клетках.
Замечание 3
Особенную заинтересованность вызывает генная инженерия – изучение генотипа растительного, животного и человеческого организмов, а также возможностей вмешательства в него с целью исправления генетической патологии.
Источник
Исследование строения клетки
К основным методам исследования относятся микроскопические и электромикроскопические. Они делают возможным изучение объекта на разных уровнях: от макромолекулярного до клеточного.
С развитием цитологии появилось несколько дополнительных способов, позволяющих определить атомную структуру, свойства отдельных органоидов, принципы распределения нуклеиновых кислот, витаминов, жиров.
К ним относятся:
- Использование флуоресценции — подсвечивания клеточных компонентов под микроскопом.
- Применение авторадиографии.
- Разделение органоидов клетки при помощи центрифугирования.
- Электрофорез.
- Введение цветных реактивов, позволяющих делать выводы о свойствах клеточных компонентов по степени окрашивания.
Еще один современный способ — хроматография. Он основан на разнице молекулярной массы различных веществ: во время исследования засекается время прохождения каждого из них через тончайший слой фильтровальной бумаги. На этой основе делается вывод о характеристиках клеточных составляющих.
Какие средства используются для изучения
В качестве средств цитологи используют все достижения современной науки. В ход идут мощные увеличительные приборы, сканеры, флюоресцентные вещества, моментальная заморозка, электрофорез, искусственно созданные питательные среды.
Морфофункциональные методы
Морфофункциональное направление в области исследования клетки в последние десятилетия считалось одним из самых перспективных. Появилось много новых вариантов количественного и качественного анализа клеточных структур. И даже возник новый раздел науки — молекулярная биология, внесшая ясность во многие процессы, упорядочившая знания о закономерностях организации клетки.
В качестве средств в этой группе выступают сканирующие устройства, электронные микроскопы, химические составы, сыворотки, радиоактивные вещества.
Электронная микроскопия
Этот метод имеет несколько модификаций, особенности которых обусловлены разными подходами к исследованию. Для изучения органоидов ядра, цитоплазматического аппарата, а также структур надмолекулярного уровня используют обычные трансмиссионные микроскопы.
Анализ целых распластанных клеток выполняют при помощи аппаратов высоковольтной электронной микроскопии. Обладая большей энергией светового пучка, по сравнению с обычным микроскопом, такой аппарат дает возможность изучать толстые плотные срезы.
Для формирования представления об объемной структуре биологи предпочитают использовать сканирующие электронные микроскопы. Подобное оборудование также используется при оценке функций поверхностного аппарата клетки, определении взаимосвязи отдельных субсистем.
Метод замораживания-скалывания
Реализация этого вида исследования основана на моментальной остановке всех метаболических процессов посредством помещения объекта в среду жидкого азота. Произведя заморозку, ученые делают сколы, накладывают на них металлическую пленку и получают реплики сделанных сколов. В дальнейшем пленки изучаются под электронными микроскопами.
Плюс способа в том, что в 90% случаев сколы проходят гидрофобной фазе мембраны, а значит, появляется возможность изучить интегральные белки мембраны, определить их точное количество.
Авторадиография
Главным средством здесь являются изотопные индикаторы. Ими маркируют нужные молекулы, а затем на срез клетки накладывают чувствительный к радиоактивному излучению фотоматериал.
В результате на этом материале появляются затемненные места. Содержащиеся в объекте радиоактивные компоненты сами себя фотографируют — именно с учетом этого принципа было выбрано название метода.
Цитохимический метод
Для проведения цитохимического исследования необходимы специальные приборы, умеющие проводить количественную цитоспектрофотометрию. Этот способ дает возможность определить количество белка, содержание ДНК или РНК, уточнить локализацию интересующих элементов.
Иммуноцитохимический метод
С помощью иммуноцитохимии проводят качественный анализ белков в масштабах целостной клеточной системы. Средством получения результата служат флюоресцирующие красители. Подсвечивая антитела, выработанные организмом к одному из белков, они обеспечивают возможность досконально изучить подконтрольную структуру.
Экспериментальные методы изучения клетки
Любой экспериментальный метод основан на применении внешнего воздействия. Изменяя окружающие условия, ученые отслеживают изменения состоянии целой клетки или ее отдельных компонентов.
Средства, используемые для реализации экспериментальных методов, подразделяют на две группы:
- Средства комплексного воздействия, изменяющие метаболизм клетки в целом. В их роли могут выступать температура, уровень pH, осмотическое давление.
- Агенты точечного влияния, блокирующие или разрушающие отдельные звенья. Они могут разобщать дыхание, ингибировать транскрипцию, останавливать синтез белка.
В последние годы ученые все чаще прибегают к построению экспериментальных моделей, принудительно вживляя в исследуемый объект чужеродные элементы, производя замену ядра, выделяя отдельные структуры и заставляя их работать вне клетки.
Примечание
Экспериментальные методы позволяют углублять общецитологические познания, более точно дифференцировать признаки, критерии, описывать структурные взаимодействия, процессы.
Сравнительно-цитологический метод изучения клетки
Суть заключается в сравнении и выявлении общих закономерностей клеточной организации различных живых организмов. Его основное назначение — выявление родственных отношений между различными видами клеток, отслеживание становления клеточных систем, механизмов интеграции.
Физико-химические методы исследования клеток
Особенности физико-химических исследований позволяют применять их для определения вязкости, поверхностного натяжения, эластичности, проницаемости клетки, исследования ее чувствительности к внешним воздействиям.
Метод меченых атомов
Этим способом уточняют места протекания каких-либо биохимических процессов в пределах клетки. Заменив радиоактивными изотопами один или несколько атомов клеточного элемента, наблюдают за его перемещениями, определяют локацию, следят за превращениями. В качестве основных средств здесь выступают изотопы углерода, фосфора, водорода.
Электрофорез
Способ воздействия электрофорезом основан на свойствах электрического тока, способного разделять смеси веществ. Обеспечив такое разделение, можно определить на только качественный, но и количественный состав клеточных компонентов.
Методы разделения клеток и их культивирования
К этой группе исследований проявляют повышенное внимание как медики, так и специалисты, занимающиеся разведением сельскохозяйственных культур. Причина проста: подобные способы позволяют изучить закономерности дифференцировки, трансформации, старения, адаптации, научиться изменять их. А значит, появляется возможность протестировать вакцину или новый лечебный препарат, вырастить ткань или орган, создать новую культуру.
Метод культуры клеток и тканей
Большинство способов изучения предполагает уничтожение клетки, разрушение структуры, выделение отдельных компонентов. Этот же способ, напротив, разработан для работы с живыми объектами. Для исследования интересующих направлений жизнедеятельности клетки инкубируют в специальные питательные среды, а затем выращивают из них ткани или многоклеточные организмы.
Из-за отсутствия регуляторного воздействия организма такой подход не позволяет воссоздать условия полноценной жизни. Но дает возможность отследить рост, движение, деление клеток, изучить их подверженность влиянию физических, химических факторов, получить гибриды.
Метод рекомбинантных ДНК
Этот метод относится к наработкам генной инженерии. Состоит в том, чтобы изъять из клетки ДНК, вживить в структурную основу вируса или бактерии, и тем самым получить возможность исследовать механизмы наследственности, процессы мутации. Практической целью экспериментов с ДНК является модификация генома организма, придание ему нужных признаков.
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