Приготовление гистологического препарата.

Гистологический анализ включает в себя следующие главные этапы: выбор объекта исследования, подготовку его для изучения под микроскопом (приготовление гистологических препаратов), микроскопирование препаратов (одним или несколькими методами), качественный и количественный анализ микроскопической картины. 

Первое из условий приготовления гистологических препаратов обеспечивается своевременным взятием и надлежащей фиксацией исследуемого материала, второе – качественным приготовлением и обработкой срезов, третье – соответствующей окраской изучаемых микроструктур.

Благоприятные условия для фиксации создаются правильным выбором размера фиксируемого материала, ибо необходимо обеспечить равномерное и сравнительно быстрое проникновение фиксирующей жидкости во всю его толщину. Поэтому нужно вырезать кусочки толщиной не боле 5-10мм. Поперечный же и продольный размеры не имеют столь важного значения и определяются задачами исследования.

Взятие и фиксирование материал а. Максимальные размеры кусочков составляют 1х1х0,5см; соотношение объема материала и фиксирующей жидкости должно быть не менее 1:9.

Вырезание кусочков для фиксации является одним из ответственных этапов в приготовлении качественных микропрепаратов. При выполнении этой операции необходимо знать основные особенности анатомо-гистологического строения органов, чтобы правильно выбрать место и направление разреза, а также величину вырезаемого кусочка. Так, если орган состоит из участков, различных по своему строению. Необходимо производить разрез таким образом, чтобы все они попали в кусочек, а при невозможности – брать кусочки отдельно из каждого участка.

Взятый из органа птицы образец ткани погружают в фиксатор – простой (70-96%-й спирт, 10-12%-й формалин, растворы уксусной кислоты, бихромата калия, осмиевой кислоты) или сложный (смеси простых фиксирующих жидкостей или солей тяжелых металлов в определенных пропорциях, обеспечивающие рН и молярность, близкие к таковым в организме). Действие фиксаторов проявляется в том, что в тканях и органах, в результате сложных биофизических процессов, происходит необратимая коагуляция белков, жизнедеятельность прекращается, то есть клеточные структуры становятся мертвыми. Они теперь находятся в том функциональном состоянии, в котором их застигла смерть, то есть фиксированными. Фиксация приводит к уплотнению и уменьшению объема образца.

Уплотнение образцов ткани. Цель этого этапа – достичь высокой плотности и пластичности материала для того, чтобы приготовить из него тонкие срезы. Применяют уплотняющие среды – парафин, целлоидин, желатин, органические смолы или замораживание. Пропитка парафином продолжается 1-4 часа, целлоидином – до 1-3 недель. Кусочек ткани предварительно обезвоживают (проводят через спирты возрастающей концентрации: 60⁰, 70⁰,80⁰, 90⁰, 96⁰, 100⁰); затем спирт вытесняют промежуточной средой, способный смешиваться со спиртом и одновременно растворять уплотняющее вещество. При использовании парафина промежуточной средой служат циклические углеводороды (бензол, ксилол) или хлороформ. Для того, чтобы избежать перепада температур (парафин плавится при 60⁰С) после вытеснения спирта ксилолом, образец погружают 2-3 часа в смеси парафина с ксилолом при температуре 38⁰С. Из уплотненного парафином образца вырезают блоки, из которых и готовят тонкие срезы, способные пропускать свет, что является необходимым условием для световой микроскопии.

Приготовление срезов. Наиболее тонкие срезы, толщиной от 5 до 7 мкм, удается изготовить из материала, залитого в парафин. Из образцов, уплотненных целлоидином, готовят срезы толщиной 10-30 мкм. Срезы получают на санных или ротационных микротомах; для экспресс-диагностики (срезы толщиной 40-60 мкм) – на замораживающем микротоме.

Окрашивание срезов. Срезы окрашивают, чтобы увеличить контрастность различных гистологических структур в препаратах, предназначенных для исследования в световом микроскопе. Разработаны разнообразные методы окраски. В процессе окрашивания происходят сложные химические и физические процессы, поэтому при выборе метода учитывают избирательное сродство клетки к определенным красителям с разными физико-химическими свойствами.

Все красители подразделяются на кислые, основные и специальные. Структуры срезов, хорошо окрашивающиеся кислыми красителями, называются оксифильными, основными красителями – базофильными; окрашивающиеся как теми, так и другими – нейтрофильными. Специальные красители селективно выявляют конкретные структуры, обладающие сродством к ним. Наиболее широко распространен комбинированный метод окраски тканей – гематоксилином и эозином. Гематоксилин (основной краситель) окрашивает ядра клеток в сине-фиолетовый цвет, а эозин (кислый) – элементы цитоплазмы в розово-желтый. Окрашенные препараты обезвоживают в спиртах восходящей концентрации (50⁰, 70⁰, 96⁰, 100⁰), просветляют в ксилоле или некоторых маслах и затем каждый гистологический срез заключают между предметным и покровным стеклами в канадский бальзам или синтетические смолы.

Импрегнация. Для выявления отдельных элементов ткани используются различные способы импрегнации. Так, для выявления ретикулиновых волокон используется хлорид золота. Для выявления элементов центральной и периферической нервной системы обычно применяют различные способы импрегнации (серебром, золотом, осмием). Окрашивать тела нервных клеток и их отростки можно и метиленовым синим. Все эти методы имеют тот существенный недостаток, что являются эмпирическими. Поэтому всегда надо быть готовым к тому, что даже при строгом соблюдении всех условий импрегнации она часто не дает желаемого результата. Здесь имеют значение многие факторы, которые иногда трудно учесть (качество фиксации, реакция и качество воды, свойство нервной ткани и т.д.)

Готовый (постоянный) гистологический препарат можно хранить годами и использовать для микроскопирования.

Методы микроскопии. Основным инструментом гистологического препарата служит микроскоп – световой или электронный.

Световая микроскопия. С помощью световых микроскопов можно изучить на срезах тонкое строение клеток и тканей. Размер наименьшей структуры, которую можно увидеть в световом микроскопе, определяется наименьшим разрешающим расстоянием (d_o). У современных световых микроскопов оно составляет около 0,2 мкм.

Устройство светового микроскопа (МБР – микроскоп биологический рабочий). Данный прибор состоит из оптической системы (объективов и окуляров), механических и осветительных частей. Все они объединяются между собой с помощью штатива. В последнем различают: поставку, тубусодержатель и тубус. Сверху в тубус вставлен окуляр, а снизу к нему присоединен объектив. Передвижение тубуса осуществляется двумя винтами, один их которых – кремальера, или макровинт, - служит для грубой наводки, а другой – микровинт – для микронаводки. Предметный столик служит для помещения изучаемого объекта, который фиксируется двумя зажимами-клеммами, крепящимися в отверстия предметного столика. Под предметным столиком расположены осветительные приспособления: осветитель (конденсор) и зеркало. С помощью зеркала через отверстие предметного столика направляется свет в объектив. Одна поверхность зеркала плоская, другая – вогнутая. При обычных лампах используют вогнутое зеркало, при специальных освещениях – плоское. Конденсор – закрепленная особым кольцом плоско-выпуклая линза, ее можно передвигать вниз и вверх. Служит он для концентрации световых лучей на объективе, он совершенно необходим при работе с сильно увеличивающими объективами. На конденсоре крепится диафрагма, позволяющая равномерно сужать и расширять отверстие для прохождения световых лучей и тем самым регулировать степень освещения объекта.

Ультрафиолетовая микроскопия – представляет собой разновидность световой. Длина волны ультрафиолетовых лучей составляет около 0,3 мкм; разрешающая способность микроскопа при иммерсионном объективе приблизительно 0,1 мкм.

Люминесцентная микроскопия основана на том, что многие органические вещества, содержащиеся в клетках, способны светиться (флуоресцировать) при поглощении ими световой энергии. Источником света в них служат ксеоновые или ртутные лампы (их спектр близок к ультрафиолетовому излучению и лежит в пределах коротких волн длиной 0,25-0,4 мкм), а объект исследуют через специальные фильтры.

Различают собственную, или первичную флуоресценцию, которой обладают пигменты (в том числе бактерии), витамины группы А и В₂ и другие вещества. Вторичную, или вызванную, флуоресценцию можно получить, используя специальные вещества – флуорохромы, которые связываются различными структурами живой клетки и вызывают их флуоресценцию. Например, при обработке срезов тканей флуорохромом акридиновым оранжевым ДНК и ее производные приобретают ярко-зеленое свечение, а РНК и ее производные – ярко-красное. Разновидностью вторичной является флуоресценция желто-зеленого цвета, индуцированная парами формальдегида и характерная для катехоламидов (адреналин и норадреналин) мозгового вещества надпочечников. Таким образом можно исследовать химический состав тканевых структур, выявлять трофические и секреторные включения в клетках.

Электронная микроскопия. В электронном микроскопе используются электронные лучи с более короткими, чем в световом микроскопе, длинами волн при напряжении 50000-100000 вольт. Длина волны электромагнитных колебаний, возникающих при движении потока или пучка электронов в условиях вакуума равна 0,0056 нм (1нм═1х10^-3мкм═1х10^-6мм ═1х10^-9м). Таким образом, разрешение достигает 0,002 нм или 0,000002 мкм, что в 100000 раз выше, чем в световом микроскопе. Методом электронной микроскопии исследуют ультратонкие срезы, толщиной от 500 до 1000 ангстрем, которые готовят на ультратомах – сложных электронных приборах, где ножами служат очень острые грани зеркального стекла. Тончайшие срезы наносят на специальные металлические сетки с ячейками и помещают в вакуумную камеру электронного микроскопа. Обработка образцов тканей для ЭМ сходна с ранее описанной обработкой для световой микроскопии. Только здесь в качестве фиксаторов используют забуференные растворы параформа, тетроксида осмия, глютаральдегида (рН 7,0-7,4); образцы проводят через спирты восходящей концентрации и пропилен-оксид и заливают в синтетические смолы (аралдит, эпон или в их смесь). Чтобы более четко выявить органеллы мембранного и немембранного типа, в качестве контрастера применяют цитрат свинца и уранилацетат.

К современным электронно-микроскопическим методам относят ПЭМ (просвечивающую, или трансмиссионную электронную микроскопию), СЭМ (сканирующую), электронную авторадиографию, иммунно-электронную микроскопию, ЭМ гистохимию.

Сканирующий ЭМ от трансмиссионного отличается тем, что в первом электроны не проходят через объект, а отражаются от его поверхности, сканируя ее. В отличие от ПЭМ для СЭМ можно использовать коррозийные препараты: объект изучения, например микроциркуляторное русло лимфатических сосудов, заливают какими-либо затвердевающими веществами и после этого просматривают слепки и его поверхности. Изучают также реплики, получаемые путем замораживания – скалывания. В этом случае исследуют слепок скола поверхности объекта. Чтобы увеличить контрастность, реплики необходимо оттенить с помощью напыления частиц металлов (золота, платины) или угля.

Цитохимические и гистохимические методы исследования. Качественные гистохимические методы основаны на использовании реакций, с помощью которых выявляют химические вещества в клетках тканей и органов. Зная, как распределяются в тканях белки, жиры, углеводы, ферменты и другие вещества в норме и при различных воздействиях на организм, можно судить с большей или меньшей вероятностью о направленности метаболических процессов в исследуемых структурах. Современными гистохимическими методами обнаруживают в клетках аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды, витамины, минеральные и другие вещества, определяют активность различных ферментов, например в цикле Кребса. Выявление этих веществ основано на специфичности реакций между химическим реактивом и субстратом, входящим в состав клеточных и тканевых структур, и на выделении продуктов химических реакций в виде окрашенных осадков. Чтобы повысить специфичность реакций, часто применяют метод ферментативного контроля. Например, для выявления ДНК и РНК используют галлоцианин – хромовые квасцы, окрашивающие нуклеиновые кислоты в стойкий сине-фиолетовый цвет. РНК и ДНК обнаруживают с помощью реакции Фельгена и Эйнарсона. В основе гистохимии веществ, содержащих полисахаридный компонент, лежит реакция шифф-йодная кислота (ШИК – реакция). С помощью этой реакции можно выявить гликогены, мукопротеиды, гликопротеиды и гликолипиды.

С помощью количественных гистохимических методов изучают химический состав конкретных структур клетки.

Цитоспектрофотометрия – это метод количественного и качественного изучения веществ по спектру их поглощения в структурах отдельных клеток. С его помощью можно установить суммарное содержание белков или других элементов. В основе метода лежит принцип абсорбции спектрофотометрии. Например, с помощью интерферометрии можно оценить сухую массу и концентрацию плотных веществ в живой и фиксированной клетке.

Метод дифференциального центрифугирования основан на применении центрифуг, развивающих скорость от 20000 до 150000 мин^-1 и более. При центрифугировании в определенных условиях, например, в сахарозе в зависимости от градиента плотности, удается отделить и осадить различные органеллы клеток: ядро, митохондрии, фракции пиноцитозных и синаптических пузырьков, рибосом и других компонентов, пригодных для гистохимического исследования.

Метод радиоавтографии широко применяется для изучения кинетики клеточных популяций, метаболических процессов в клетках, и определения участков синтеза биополимеров с помощью регистрации веществ, меченых изотопами. Для этого в ткань животного или среду с культивируемыми клетками вводят предшественников какого-либо макромолекулярного соединения (например, аминокислоты, нуклеотиды), один их атомов которого замещен радиоактивным изотопом (например, радиоактивного водорода Н³, углерода – С¹⁴, серы, фосфора и других). В процессе синтеза белков, гормонов, ферментов и иных веществ в них включается молекула меченого предшественника. Для регистрации места ее включения в темноте на окрашенные обычными методами срезы наносят специальную мелкозернистую фотоэмульсию, после чего срезы проявляют. На участках соприкосновения фотоэмульсии с радиоактивным веществом происходит фотореакция, в результате которой образуются засвеченные участки – метки, или треки. Этим методом можно, например, определить время перемещения клеток, меченных Н³–тимидином в пластах многослойного эпителия, синтез йодсодержащих гормонов в щитовидной железе. С помощью меченого лейцина, радиоактивных предшественников адреналина, норадреналина и серотонина можно определить не только скорость аксонального транспорта от нейронов к клеткам-мишеням, но и установить топографию нервных связей.

Современная гистология располагает многочисленными и разнообразными методами, с помощью которых можно всесторонне изучать строение и функцию живых клеток и тканей органов.

Фазовоконтрастная микроскопия. Естественные биологические объекты в силу наличия в них жидкостей, прозрачны, бесцветны и неконтрастны. Их структуры по отношению к проходящему свету характеризуются одинаковой поглощающей способностью. В отличие от обычной световой микроскопии, где клеточные структуры контрастируют с помощью окрашивания препарата, в фазовоконтрастном микроскопе системы Наварского, контрастирование достигается благодаря использованию специальных объектива и конденсора. Последний преобразует фазовые изменения проходящего через объект света в изменение освещенности полученного изображения. Световые волны могут интерферировать, увеличивая или уменьшая амплитуду результирующих волн. Таким образом, разные компоненты клеток становятся различимыми под микроскопом. В фазовоконтрастном микроскопе различия в амплитуде достигаются благодаря использованию двух пучков световых волн: один падает на объект, другой дифрагирует от него. Данный метод используют, в частности, для прижизненного изучения пленочных препаратов, а также культур клеток и тканей.

 

Методы изучения анатомии.

1. Обычное и тонкое препарирование мышц, сосудов, нервов птиц с использованием различных режущих и фиксирующих инструментов (скальпеля и пинцета).

2. Фиксация. Для того, чтобы сохранить тушки птиц от процессов гниения используют фиксирующие вещества как формалин, спирт и другие фиксаторы.

3. Вскрытие трупа для изучения топографии органов.

4. Метод изготовления коррозийных препаратов основан на введении быстро застывающих веществ в сосуды или проводящих путей органов (например, мочевые пути лоханки почки, бронхи легкого и др.), дальнейшей мацерации мягких тканей налитых органов.

5. Мацерация мягких тканей органов заключается в получении скелета птицы

6. Наливка кровеносных сосудов красящими веществами, например, гуашью.

7. Метод авторадиографии – исследование отдельных органов путем введения в них радиоактивных веществ.

8. Рентгенологический метод – исследование отдельных органов живого организма путем использования рентгеновских лучей.

 

    Цитология – наука о строении, жизнедеятельности и общих закономерностях развития клеток. В целом цитология – наука, довольно молодая. Из среды других биологических наук она выделилась почти сто лет назад. В первой половине XYII века делались попытки изучения структур, невидимых простым глазом, с помощью увеличительных стекол (лупы). В 1625 г. Стеллутти впервые использовал линзы для исследования анатомических объектов. В середине XYII века английский физик Роберт Гук (1635-1703гг), благодаря усовершенствованному микроскопу (увеличительных линз), увидел пустоты в пробке и впервые применил к ним термин «клетка» – cellula (лат.), kytos (греч.). («Микрография или некоторые физиологические описания мельчайших телец при помощи увеличительных стекол», 1965). Большой вклад в развитие микроскопа внес голландский оптик Антони ван Левенгук, который в 1667 году разработал микроскоп, способный увеличивать изображение в 300 раз. Им были описаны красные кровяные тельца и их движение в капиллярах, спермии, поперечнополосатые мышцы, нервы, сухожилия, также первые простейшие организма, обнаруженные в капле воды. Несколько позже открытия Р. Гука итальянский анатом М.Мальпиги (1671-1675гг) изучил строение кожи, селезенки, почки и др. Английский натуралист Неэмия Грю (1641-1712гг) при описании растений («Анатомия растений», 1682) установил понятие «ткань» как структуру. Активное становление гистологии начинается с 30-х годов XYIII столетия. Прогресс в изучении микроанатомии и клетки связан с развитием микроскопирования в XIX в. Среди ученых успешно продолжающих микроскопические исследования клеток, или «комочков», различных тканей животных был и Ян Евангелиста. Изучая яйцо курицы, он впервые описал (1825-1827гг), главный органоид клетки – ядро, а также нейроны головного мозга, которые затем были названы его именем – клетки Пуркинье. Изменились представления о строении клеток: главным в организации клетки стала считаться не клеточная стенка, а собственно ее содержимое, протоплазма (Пуркинье, 1830). В протоплазме был открыт постоянный компонент клетки – ядро (Браун, 1838). Все эти многочисленные наблюдения позволили подойти к обобщениям, которые впервые были сделаны Т.Шванном в 1838г. Он показал, что клетки растений и животных принципиально сходны между собой (гомологичны). «Заслуга Т. Шванна заключалась не в том, что он открыл клетки как таковые, а в том, что он научил исследователей понимать их значение» (Вальдейер, 1909). Дальнейшее развитие и обобщение эти представления получили в работах Р.Вирхова (1958). Впервые обобщенные сведения о строении клеток были собраны в книгу Ж.Б. Карнуа «Биология клетки», вышедшей в 1884г.

Создание клеточной теории стало важнейшим событием в биологии, одним из решающих доказательств единства всей живой природы и имеет огромное общебиологическое значение, так как оказала значительное влияние на развитие биологии, послужила главным фундаментом для развития таких дисциплин, как эмбриология, гистология и физиология. Она дала основы материалистического понимания жизни, для объяснения эволюционной взаимосвязи организмов, для понимания индивидуального развития.

В 1838г Шванн (Schwann) и Шлейден (Schleiden, 1839) независимо один от другого сформулировали клеточную теорию. Основные положения клеточной теории сохранили свое значение на сегодняшний день, хотя более чем за сто лет были получены новые данные о структуре, жизнедеятельности и развитии клеток. В настоящее время клеточная теория постулирует: 1 – клетка – элементарная единица живого (данное представление было сформулировано Т.Шванном и развито в трудах Р.Вирхова); 2 – клетки разных организмов гомологичны по своему строению (клетки всех организмов, несмотря на их разнообразие, имеют общий принцип строения: они имеют ядро, цитоплазму, основные органеллы) – так же сформулировано Т.Шванном; 3 – размножение клеток происходит путем деления исходной клетки; 4 – многоклеточные организмы представляют собой сложные ансамбли клеток, объединенные в целостные, интегрированные системы тканей и органов, подчиненных и связанных между собой межклеточными, гуморальными и нервными формами регуляции.

В организме животного организма кроме клеток имеются неклеточные структуры – симпласты и синцитий, возникшие либо в результате слияния клеток, либо в результате деления ядер без последующей цитотомии. Симпласты (греч. sym – вместе; plastos - строение)– это многоядерные структуры, состоящие из большого объема цитоплазмы, включающей много ядер. Примером симпласта является поперечно-полосатое мышечное волокно. Синцитий (syn – вместе; kytos – клетка), (соклетия) – клетки, связанные ципоплазматическими перемычками. Примером синцития служат сперматогонии.

Клетка – cellula (лат.), kytos (греч.) – элементарная частица всего живого. В организме всех животных, в частности, у птиц имеются два вида клеток – соматические (soma - тело) и половые. Из соматических (телесных) клеток построены тело животного, его внутренние органы, половые клетки – участвуют в размножении животного организма.

Клетки являются основным структурным и функциональным элементом организма. Их форма, размеры и специфичность дифференцировки разнообразны, характерны для различных тканей и в значительной степени отражают своеобразие их организации в связи со специфичностью их функций. Так, клетки крови, взвешенные в ее плазме, округлые. Клетки, выстилающие поверхности, плотно прилежат друг к другу и имеют плоскую, кубическую или призматическую форму. Клетки гладкой мышечной ткани вытянутые, веретенообразные. У нервных клеток длинные отростки, что позволяет им проводить импульсы на большие расстояния.

Вещества клетки – протоплазма – в процессе жизнедеятельности непрерывно взаимодействует с окружающей средой. Химический состав ее определяется специфичностью обмена веществ организма. Известно, что 96% массы животного составляют 4 элемента: углерод, кислород, водород и азот. В значительных количествах (в сумме до 3%) в тканях содержатся калий, кальций, натрий, фосфор, сера, магний, железо, хлор. Все остальные химические элементы, входящие в состав тканей организма, - микроэлементы (медь, марганец, кобальт, цинк и др.) – содержатся в сотых и тысячных долях процента, участвуют в важнейших физиологических процессах, имеют существенное значение в жизнедеятельности организма.

В результате изучения клеток под микроскопом было установлено, что они состоят из трех частей: ядра – наследственного аппарата, цитоплазмы – метаболического аппарата и активной плазматической мембраны – основы поверхностного аппарата клетки.

В живых клетках более или менее в центре расположено тельце, которое по своему показателю преломления отличается от остальной клетки. Это тельце получило название ядра, потому что первым исследователям оно напоминало ядро ореха, заключенное в скорлупу. По этой же причине слова, относящиеся к ядру, часто начинаются, с префикса кари  (от греч. karion – орех). Так, например, разрушение ядра, сопровождающее гибель клетки, называют кариолизис (от греч. lizis – растворение).

Ядро клетки обеспечивает хранение и передачу наследственной информации в ряду клеточных поколений, служит центром управления метаболизма в клетке, включая синтез белков. Если удалить ядро, клетка погибает.

Ядра клеток могут иметь разную форму: округлую, овальную, палочковидную, подковообразную, кольцевидную. Они могут быть сегментированными или лопастными. Кариоплазма представляет собой комплекс гидрофильных коллоидов более вязкой консистенции, чем цитоплазма. В зависимости от физиологического состояния клетки, фазы жизненного цикла структура ядра может видоизменяться и соответственно чему делится на делящееся ядро (состояние митоза), выполняющее функцию передачи наследственной информации от клетки к клетке; ядро, синтезирующее наследственный материал (редупликация, или удвоение, ДНК в период S-период); интерфазное ядро (в промежутках между делениями), управляющее жизнедеятельностью клетки в выборе гормонов, секреторных гранул, нейромедиаторов, белков.

На окрашенных препаратах можно видеть, что ядро одето ядерной мембраной, или оболочкой (кариолемма). В ядре имеются одно или несколько округленных темноокрашенных телец, называемых ядрышками, хроматин и кариоплазма.

Ядерная оболочка (кариолемма). Она состоит из наружной и внутренней липопротеидных мембран, разделенных перинуклеарным пространством, и пронизана порами. Количество пор в ядерной оболочке тесно связано с функциональным состоянием наследственного аппарата клетки и периодом жизнедеятельности последней. Чем интенсивнее процессы синтеза в ядре, тем больше пор в ядерной оболочке. Ядерная оболочка не допускает проникновения в ядро одних веществ и выхода из него других. Считают, что в цитоплазму из ядра поступают высокомолекулярные соединения и информационная РНК (иРНК), а из цитоплазмы в ядро – структурные белки, ферменты, биологически активные вещества и другие соединения. Ядерная оболочка может образовывать временные динамичные связи с пластинчатым комплексом (аппаратом Гольджи).

Хроматин.  Это компонент интерфазного ядра эукариотических клеток, обнаруживаемый в виде глыбок и зерен, окрашивающихся основными красителями, из-за чего и получил свое название chroma – краска. Термин «хроматин» предложил немецкий биолог Вальтер Флемминг (Walter Flemming, 1880). Хроматин представляет собой сложный комплекс дезоксинуклеопротеидов (ДНП), состоящий из ДНК (40% общей массы), белков-гистонов (60%, 85% гистонов и 15% кислых белков) и частично РНК (до 1%). Основываясь на сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), электронной авторадиографии и электронной цитохимии, можно утверждать, что хроматин – это в большей части деспирализованные хромасомы. Хроматин, который виден под световым микроскопом, называют конденсированным, тогда как те части хромосомной нити, которые видны под электронным микроскопом, называются деконденсированным. В передаче информации, направляющей синтез белка в неделящейся клетке, участвует только ДНК деспирализованного или деконденсированного хроматина. Иначе говоря, весь хроматин, который можно увидеть под световым микроскопом в ядрах функционирующих клеток тела, по всей вероятности, не выполняет никаких функций. Соответственно деконденсированный хроматин получил название эухроматина, т.е. «хорошего» хроматина, поскольку он «работает», а конденсированный хроматин назвали гетерохроматином (от греч. гетеро – другой), т.е. хроматином другого рода. На петлях деспирализованной ДНК синтезируется РНК. 

Из хроматина построены хромосомы. Однако хромосомы как палочковидные или нитевидные структуры видны только в определенные фазы деления клеток.

Ядрышко – производное хромосом, характеризующееся высокой концентрацией РНК и ее активным синтезом в интерфазе. Ядрышко формируется на специализированных участках хромосом – в ядрышковых организаторах. В ядре может быть несколько ядрышек, хорошо окрашивающихся основными красителями. В ядрышках выявлены два компонента: фибриллярный, представляющий собой рибонуклеопротеидные тяжи предшественников рибосом и гранулярный – формирующиеся субъединицы рибосом. Ограничивающей мембраны у ядрышка нет. Функция ядрышка – образование рибосомальной РНК (рРНК).

Кариоплазма состоит из свободных нуклеопротеидов, нуклеотидов, ферментов (в частности ДНК- и РНК-полимераз), специфических белков – гистонов, характерных только для ядра и участвующих в образовании оболочки хромосом.

Интерхроматиновый ядерный матрикс представлен фибриллами и гранулами рибонуклеопротеидов (РНП), тесно характеризующими на периферии с субмембранной пластинкой ядра. Матрикс обеспечивает прикрепление ДНК и РНК к филаментам и регулирует их редупликацию и транскрипцию.

Хромосома делящейся клетки состоит из двух хроматид, соединенных между собой перетяжкой. Последняя представляет собой неспирализованный участок ДНК – центромеру, или кинетохор. Снаружи хромосомы покрыты белковой оболочкой из гистонов. Хромосомы бывают различной формы: равноплечие, неравноплечие, в виде барабанной палочки; состоят из ДНК (90%), РНК (10%) и некоторого количества Cu, Mg. Ряд авторов считают, что ионы Cu и Mg участвует в склеивании молекул ДНК в хромосоме. В клетках курицы 78 хромосом. У всех соматических клеток набор хромосом диплоидный, или двойной, образующийся в результате слияния двух половых гаплоидных клеток – самцов (ZZ) и самок (WZ). Функция хромосом заключается в синтезе специфических для данного организма нуклеиновых кислот, из которых ДНК отвечает за хранение и передачу наследственной информации в клеточных поколениях, а РНК управляет синтезом белков в клетке.

Модель структуры ДНК был предложен американскими учеными Дж. Уотсон и Ф. Крик (1956). Молекула ДНК представляет собой две спаренные антипараллельные цепи, закрученные одна вокруг другой в правую спираль. Каждая цепочка ДНК в свою очередь является полимером, образованным из нуклеотидов. В состав нуклеотида входят три элемента: два постоянных (фосфорная кислота и сахар дезоксирибоза) и один переменный, который может быть представлен одним из четырех азотистых оснований: аденином (А), тимином (Т), гуанином (Г) и цитозином (Ц). Благодаря различному чередованию последовательностей нуклеотидов в цепочке достигается большое разнообразие синтезируемых белков. Две цепи ДНК соединены в одну молекулу азотистыми основаниями через водородные связи. При этом А соединяется только с Т (двумя водородными связями), а Г – только с Ц (тремя связями). Строгое соответствие нуклеотидов друг другу в двойной спирали ДНК получило название комплементарности. По этому принципу образуются новые молекулы ДНК на базе исходной (матричной) молекулы.

Редупликация ДНК. Удвоение, или редупликация, ДНК сводится к тому, что исходная двойная спираль молекулы под действием фермента ДНК-полимеразы распадается вдоль водородных связей на две цепочки. К азотистым основаниям каждой цепочки по принципу комплементарности присоединяются свободные нуклеотиды, присутствующие в большом количестве в нуклеоплазме. В результате этого процесса вместо одной двухцепочечной молекулы ДНК образуются две двухцепочечные дочерние молекулы, а количество ДНК увеличивается в два раза (было 2с, стало 4с). Таким образом, функция ДНК заключается не только в хранении, но и в воспроизведении и передаче в процессе деления клетки наследственной информации из поколения в поколение. При этом клетки – половые (в случае полового размножения) и соматические (при бесполом) – несут в себе только задатки, возможности организмов и их свойств.

Ген – это участок молекулы ДНК, кодирующий информацию об определенном белке. Используют другой термин – цистрон – отрезок ДНК, несущий информацию, необходимую для синтеза одной полипептидной цепи (один цистрон – один полипептид). Полипептиды – это предшественники белков, состоящие из различного количества аминокислот, последовательно связанных пептидными связями. Таким образом, ДНК кодирует синтез белковых молекул, то есть последовательность нуклеотидов ДНК должна определять аминокислотную последовательность в белках. Система «записи» наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательных азотистых оснований называется генетическим кодом. Примечательностью генетического кода является то, что он универсален: белковые молекулы всех животных организмов построены из 20 аминокислот, а в состав нуклеиновых кислот входит пять азотистых оснований (А,Г,Т,Ц,У).

У всех организмов одного и того же вида определенный ген располагается на одном и том же участке (в одном локусе) определенной хромосомы. Соматические диплоидные клетки содержат гомологичные хромосомы, полученные от отца и матери. Два гена, расположенные в одних и тех же локусах гомологичных хромосом и определяющие развитие признаков, называются аллельными. Изменчивость признаков в пределах одного и того же вида обусловлена изменением генетической информации при неблагоприятном воздействии условий внутренней, или внешней среды. Наследственность и изменчивость – два фактора, на основе которых можно охарактеризовать такие генетические понятия как генотип и фенотип.

Генотип – это совокупность всех генов организма, то есть той наследственной информации, которая была получена организмом от предыдущих поколений. Фенотип – это совокупность всех развивающихся признаков и свойств организма в конкретных условиях его онтогенеза (индивидуального развития). Фенотип формируется на основе генотипа под воздействием определенных факторов внутренней и внешней среды.

Цитоплазма клетки состоит из гиалоплазмы и обязательных клеточных компонентов: органелл – мембранных, немембранных, а также специального назначения (в специализированных клетках) и различных видов непостоянных структур – включений.

Гиалоплазма (hyaloplasma) – это коллоидная система, включающая в себя различные биополимеры: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, ферменты, а также нерастворимые и растворимые соли, образующие взвеси и суспензии. В ней могут находиться запасные питательные вещества в виде липидных капель, гранул гликогена, пигменты. Морфобиохимическая структура и функция гиалоплазмы вблизи разных органелл неодинаковы.