Значение новых методов( цитохимия, гистоавторадиография, люминесцентная и электронная микроскопия) исследования для познания глубинных процессов жизни на клеточном и субклеточном уровнях.

Цитохимия -(цито- + химия) раздел цитологии, изучающий химический состав клетки и ее компонентов, а также обменные процессы и химические реакции, которые лежат в основе жизнедеятельности клетки.Благодаря развитию методов цитохимии впервые были сформулированы идеи о ведущей роли нуклеиновых к-т в синтезе белка, в развитии организмов и наследственности (Б. В. Кедровский, Т. Касперсон, 30-е гг. 20 в.). В 40-х гг. методами цитохимии было доказано постоянство содержания ДНК в хромосомном наборе (К. и Р. Вендрели) и на этой основе определена общебиол. значимость полиплоидных клеток (несут неск. гомологичных наборов хромосом) и выяснена важная роль клеточной полиплоидии (кратное увеличение числа наборов хромосом) в росте и развитии животных и растений. При использовании радиоактивных предшественников синтеза ДНК, гл. обр. ³Н-тимидина (К. Леблон, Л. Н. Жинкин, 60-е гг.), определены важные закономерности обновления клеточных популяций и регенерации тканей. При применении ³H-предшественников РНК и белков изучены закономерности перемещений макромолекул внутри клетки. При изучении кинетики образования клеточных белков цитохим. и биохим. методами в 60-70-х гг. открыт ритм синтеза белка. Цитохим. методы используют в медицине, в частности, для диагностики и прогноза лечения злокачеств. опухолей.

Гистоавторадиография – этот метод широко применяют 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 в среду с культивируемыми клетками вводят предшественников какого-либо макромолекулярного соединения(аминокислоты, нуклеотиды), один из атомов которого замещен радиоактивным изотопом. В процессе синтеза белков, гормонов, ферментов или иных веществ в них включается молекула меченого предшественника. Для регистрации места ее включения в темноте на окрашенные срезы наносят специальную фотоэмульсию, после чего срезу проявляют. На участках соприкосновения фотоэмульсии с радиоактивным веществом происходит фотореакция и образуются метки(треки). Этим методом можно определить время перемещения клеток в пластах многослойного эпителия, синтез йодсодержащих гормонов в щитовидной железе.

Люминесцентная микроскопия -основана на том, что многие органические вещества, содержащиеся в клетках, способны светиться при поглощении ими световой энергии. Спектр флуоресценции постоянно смещен в сторону более длинных волн по отношению к излучению, возбуждающему флуоресценцию. Например, хлорофилл зеленых растений в ультрафиолетовых лучах светиться красным светом, а другие вещества – зеленым или желтым. Этот принцип использован на создании люминесцентных микроскопов. Источником света в них служат ксеноновые или ртутные лампы, а объект исследуют через специальные фильтры. Собственной, или первичной, флуор-ией обладают пигменты (в том числе бактерий),витамины А,В2,индоламины и др. вещ. Существует вторичная, или вызванная. ф-ия. Чтобы ее получить, используют специальные вещ.- флуорохромы. Разновидностью вторичной является Ф. желто-зеленого цвета, индуцированная парами формальдегида и характерная для катехоламинов (адреналин и норадреналин) мозгового вещества надпочечников. Таким образом можно исследовать хим. состав тканевых структур, выявить трофические и секреторные включения в клетках.

Электронная микроскопия -совокупность методов исследования с помощью электронных микроскопов микроструктур тел, их локального состава и локализованных на поверхностях или в микрообъемах тел электрических и магнитных полей. В электронном микроскопе используются лучи с более короткими, чем в световом микроскопе, длинами волн (разрешение в 100000 раз выше, чем в световом микроскопе). Методом ЭМ исследуют ультратонкие срезы, которые готовят на ультратомах. К современным электронно-микроскопическим методам относят ПЭМ(просвечивающую, или трансмиссионную электронную микроскопию. используется для изучения внутреннего строения клетки. Пучок электронов пропускается через объект, предварительно обработанный тяжелыми металлами, которые накапливаются в определенных структурах, увеличивая их электронную плотность. Электроны рассеиваются на участках клетки с большей электронной плотностью, в результате чего на изображениях эти области выглядят темнее), СЭМ(сканирующую) (используется для изучения поверхности объекта. Образцы зачастую покрывают тонкой пленкой золота.), электронную авторадиографию, иммуно-электронную микроскопию, ЭМ – гистохимию.

4.Строение клетки как саморегулируемой системы организма. Примеры саморегуляции на клеточном уровне — самосборка клеточных органелл из биологических макромолекул, поддержание определенного значения трансмембранного потенциала у возбудимых клеток и закономерная временная и пространственная последовательность ионных потоков при возбуждении клеточной мембраны.

Клетка, по сравнению с прионами и вирусами, является структурой более совершенной. Она представляет своеобразный симбиоз простейших структур, таких, как митохондрий, пластид, лизосом и других, которые в условиях общеклеточной среды способны к активной функциональной деятельности. Клетка является не только структурно механической и функциональной ячейкой всего живого, но и представлена в природе целостными, как их принято называть, одноклеточными организмами. Их автономное существование в среде обитания возможно в силу того, что они имеют совершенную функционально-структурную организацию, в основе которой лежат процессы саморегуляции. Разрушение целостной клеточной структуры ведет к остановке регулирующих механизмов, в основе которых лежит принцип включения и выключения структур регуляции, обеспечивающих поддержание относительно постоянного состава клетки. Регуляторными механизмами этого процесса являются гены-регуляторы. Они способны контролировать не только качественный состав белков-ферментов, но и их количество в клетке.

Гены-регуляторы - это уже "изобретение" следующего, более высокого уровня жизни, но начало их развития находится на предыдущем уровне. Поэтому связь между ферментами и генами-регуляторами самая, что ни есть прямая.

Гены - регуляторы действуют не путем непосредственного контакта со структурными генами, которые выдают информацию о синтезе определенных полипептидных цепей, а при помощи белка-репрессора, при наличии достаточно накопившихся молекул синтезируемого вещества белок-репрессор, соединяясь с этими молекулами, активизируется и связывается с геном-оператором, непосредственно сцепленным с группой структурных генов. В результате синтез данного вещества прекращается. Белок-репрессор, который свое название получил из-за того, что подавляет деятельность гена-оператора, ставит его в положение "выключено". Но при малом количестве синтезируемых молекул белок-репрессор остается неактивным. В таких условиях действие гена-оперона и структурных генов не подавляется, и синтез будет продолжаться беспрепятственно.

Практически это выглядит следующим образом. Если организм оказался в таких условиях среды, которые требуют ответной реакции его органов на их действие, то на организацию этих реакций тратится энергия, которую выделяют молекулы АТФ вследствие ее распада до АДФ. Этот процесс распада приводит к уменьшению содержания АТФ в клетке, величина которой составляет около 0,04 процента.

Уменьшение концентрации вещества в клетке является сигналом белкам-ферментам, осуществляющим реакции бескислородного и кислородного расщепления глюкозы. В ходе этих реакций выделяется энергия и синтезируется АТФ.

Когда уровень АТФ достигнет нормы, ее синтез притормаживается, потому что белки-ферменты улавливают изменение концентрации химического вещества в клетке, меняют свою структуру и прекращают свою функциональную деятельность. Изменение белками-ферментами своей структуры - процесс обратимый. При расходовании АТФ и, соответственно, снижении ее концентрации, опять включаются реакции расщепления глюкозы.

По этому принципу осуществляются реакции и других веществ в клетке. Все эти процессы являются основным условием поддержания жизнедеятельности клетки, источником ее функционирования в непосредственной связи с окружающей средой, из которой клетка получает различные вещества для реакций диссимиляции и в которую выделяет продукты жизнедеятельности.

Эта связь осуществляется с помощью соответствующих структурных образований (поры), через которые проникают и выделяются ионы, вода и мелкие молекулы других веществ. Более крупные частицы твердых веществ, а также капли жидкости проникают в клетку и выделяются из нее путем фагоцитоза ("фагос" - пожирать, "цитос" - клетка) и пиноцитоза ("пино" - пью, греческ.). Все это элементы обменных процессов, необходимых для поддержания жизнедеятельности клетки, от нормальной работы которой зависит жизнедеятельность более крупных структур многоклеточных организмов. Ими являются ткани, органы и их системы, а так же целостные организмы, в которых проявляются еще более сложные системы саморегуляции.