Основные положения клеточной теории на 1838-1839гг.

1. Клетка – элементарная единица строения и функциональная основа живых организмов.

2. Каждая отдельная клетка самостоятельна. Жизнь организма сводится к сумме жизней его кле­ток.

3. Клетки животных и растений имеют общие принципы строения.

4. Клеткообразование – универсальный принцип развития.

На первых этапах развития теории происходило освобождение от ряда ошибок:

1. Клетки в организме возникают путем новообразований из внеклеточного вещества (опроверг­нуто Вихровым: «Клетка из клетки»).

2. Переоценка значения клеточной стенки и недооценка роли цитоплазмы для образования кле­ток растений.

1858 – немецкий ученый Р. Вихров применил клеточную теорию и добавил важные положения:

1. Всякая клетка происходит из клетки.

2. Всякое болезненное изменение связано с каким-либо патологическим процессом в клетке.

Клеточная теория оказала влияние на все биологические направления и стала одним из важней­ших доказательств живой природы. Основные положения сохранили значения до сегодняшнего дня, однако были получены новые сведения за 150 лет.

Основные положения клеточной теории на сегодняшний день:

1. Клетка – элементарная универсальная структурно-функциональная единица живого.

2. Клетки различных организмов гомологичны по строению, происхождению, химическому со­ставу и функциям.

3. Размножение клеток происходит только путем деления исходной клетки.

4. Многоклеточные организмы – целостные интегрированные системы тканей и органов, связан­ных механизмами нервной и гуморальной регуляции.

5. Основными физиологическими характеристиками являются:

ü Обмен веществ

ü Раздражимость

ü Возбудимость

ü Движение

ü Размножение

ü Дифференцировка

6. Клеточная организация возникла на заре жизни и прошла длительный путь от прокариот до эу­кариот.

Клетка – элементарная единица живого, т.к. ей присущи все свойства живых организмов:

1. Высокоупорядоченное строение;

2. Получение энергии извне и ее использования для работы клетки;

3. Метаболизм;

4. Активные реакции на раздражения;

5. Самовоспроизведение;

6. Регенерация;

7. Адаптация к окружающей среде.

Достижения в развитии цитологии в ΙΙ половине XΙX века.

К концу XΙX века, благодаря микроскопической технике, обнаружено строение, описаны органоиды.

Достижения:

1. Возникло представление о клетке, как об элементарном организме;

2. Введено понятие «Биология клетки»;

3. Описан митоз, мейоз, открыты хромосомы;

4. Наследственные признаки заключаются в ядре.

5. Открыт фагоцитоз (Мечников И.И.)

В начале XX века разработаны методы … клеток в пробирке. В 30-е годы сконструирован и исполь­зован для изучения клеток электронный микроскоп. За открытия в области цитологии и смежных наук были присуждены Нобелевские премии:

1908 – И.И. Мечников (фагоцитарная теория);

1908 – Эрлих (гуморальная теория).

1930 – Ландерштейнер (открытие групп крови);

1946 – Миллер (открытие мутаций);

1953 – Кребес (цикл трикарбоновых кислот);

1962 – Д. Уотсон, Ф. Крик (двойная спираль ДНК и роль нуклеиновых кислот в передаче наслед­ственной информации);

1963 Жакоб, Моно (механизм биосинтеза белка).

 

Методы изучения клеток.

Цитология возникла как ветвь микроанатомиии, до сих пор основными методами являются методы световой микроскопии. Революционным событием стало применение электронной микроскопии, от­крывшей широкие перспективы. Все методы изучения можно разделить на 5 групп:

Ι. Световая микроскопия.

ΙΙ. Электронная микроскопия.

ΙΙΙ. Прижизненное изучение натуральных объектов.

ΙV. Фиксированные клетки.

V. Другие методы.

Ι. Световая микроскопия.

Световой микроскоп – сложная оптическая система, состоящая из конденсора, объектива, окуляра, использующаяся для рассмотрения и изучения объекта.

Принцип работы: пучок света от источника освещения собирается в конденсоре и направляется на объект, пройдя через объект, лучи попадают в систему увеличительных линз, где строится первичное изображение, где увеличивается за счет линз и строится вторичное изображение.

Увеличительная способность = умножение окуляра на кратность объектива.

Главной характеристикой светового микроскопа является разрешающая способность.

Разрешающая способность глаза = 0,1 мм.; светового микроскопа = 2 х 10^-4; электронного микроскопа = 0,2 х 10^-6.

Человеческий глаз не различает двух точек на расстоянии менее 0,1 мм, а в электронном микроскопе изображение точек рядом можно увидеть на 0,2 нм или 0,2 х 10^-6.

Методы.

1. Фазово-контрастная микроскопия используется для наблюдения за живыми клетками. Основана на том, что отдельные части клетки отличаются по плотности и светопреломлению. Метод позволяет повысить контрастность изображения объектива.

2. Поляризационная микроскопия. С ее помощью изучают объект с двойным преломлением. Эффект яркосветящегося объекта на темном фоне.

3. Интерференционная микроскопия. Свет разделяется на два пучка – один проходит через объект, а другой мимо. Части, обладающие разной плотностью, будут, отличаются по контрасту.

4. Ультрафиолет. Отдельные компоненты, не поглощающие видимый свет, обладают поглощаемо­стью ультрафиолета, позволяющего при регулировке его длины волны выявить вещества без окрашивания.

ΙΙ. Электронная микроскопия.

По принципу конструкции сходна с оптическим. Вместо глаза – электроны – они вместо лучей попа­дают на люминесцентный экран. Увеличение до 500.000 раз, при печати 10- ти кратное увеличение. Разрешающая способность – 10⁶ раз. Однако максимально разрешающая способность используется при исследовании кристаллических решеток. На биологических объектах разрешение не удается из-за низкой контрастности.

Методы.

1. Трансмиссионная микроскопия – изображение на светящемся экране при рассеивании пучка электро­нов. Чем больше рассеяность, тем больше плотность на экране.

2. Сканирующая микроскопия – по поверхности пробегают электроны, создавая 3D-изображение, изучая форму, очертания и информацию о химическом составе.

ΙΙΙ. Прижизненное изучение натуральных объектов.

Суть: объекты помещаются в каплю воды на предметное стекло и наблюдаются.

Методы.

1. Метод клеточных структур – для изучения клеток животных их помещают в камеру с питатель­ными веществами, через некоторое время на периферии кусочка происходит деление клеток. Их отделяют и изучают. Условия: поддержание температуры и стерильности.

2. Микрохирургия – с помощью микрорегулятора, клетки разрезают, достают части клетки с помо­щью микрохирургических инструментов. Позволяет: поворачивать веретено деления, растаскивать хромосомы, вставлять меченые атомы.

ΙV. Фиксированные клетки.

Объект: клетки тканей, изучаемых с помощью специфической обработки и применения красителей, позволяющих выявить различные детали клетки. После фиксации их обезвоживают, делают тонкие срезы и окрашивают. Опускают в «канадский бальзам» и под стекло. Можно долго хранить.

Методы.

1. Цитохимический метод - принцип специфического связывания красителей с определенными компонентами или веществами. Можно определить локализацию структур и веществ.

2. Метод меченых атомов – применяется при изучении биохимических процессов в клетке. Для того чтобы проследить за превращением вещества, заменяют один из атомов радиоактивным изотопом, который показывает свое положение.

V. Другие методы.

1. Дифференциальное центрифугирование. Основан на том, что различные части клетки имеют раз­ную плотность и массу. При этом более плотные компоненты оседают при маленьких ско­ростях, более легкие – при более высоких. Их разделяют и изучают.

2. Рентгеноструктурный анализ основан на явлении рассеивания рентгеновских лучей при прохож­дении их через кристалл. Если позади кристалла поставить пластинку, то на ней по­явится пятно от луча и множество мелких пятен, соответствующих отражением от различных групп параллельных плоскостей кристалла. Проанализировав положение и интенсивность каждого пятна, можно определить структуру молекулы.

Химический состав клетки.

Элементарный состав клетки.

Химические анализы показывают, что элементарный состав клеток и тел неживой природы каче­ственно одинаковый. В живых организмах содержится более 80 элементов и 24 элемента из них яв­ляются обязательными и находятся во всех типах клеток.

По процентному содержанию все химические элементы делятся на:

1. Макроэлементы (химические элементы, содержащиеся в клетках живых организмов в концен­трации от 0.001-70% от массы тела; к ним относятся: органогенные элементы (N, H, O, C) и P, Na, K, Ca, Mg, S, Fe, Cl).

2. Микроэлементы (химические элементы, доля которых составляет от 0.001-0.000001%, (2% от массы клетки)), к ним относятся: Cu, Zn, Co, Ni, B, F, Mn, Sr, Ag, I. Входят в состав ферментов, вли­яют на рост, размножение, кровь и другие процессы).

3. Ультрамикроэлементы (элементы, концентрация которых не превышает 0.000001-0.001% от массы клетки) к ним относятся: Ra, Y, Au, Hg, Be, Cs, но их роль в организме еще не выяснена до конца).