mozok.click » Podręczniki w języku polskim » Biologia » Metody badań komórki
Інформація про новину
  • Переглядів: 100
  • Автор: admin
  • Дата: 9-03-2018, 23:11
9-03-2018, 23:11

Metody badań komórki

Категорія: Podręczniki w języku polskim » Biologia

Wielu naukowców wniosło swój wkład w badania komórki

Pierwszym człowiekiem, który zobaczył komórki, był angielski przyrodnik Robert Hooke1. W1665 roku, posługując się ulepszonym przez siebie mikroskopem, oglądał przekroje korka z dębu korkowego (ryc. 14.1). Ujrzał wtedy siatkowate struktury przypominające plastry ula i nazwał je komórkami. Hook przypuszczał, że „żywe” są ściany komórkowe, a nie zawartość komórek.

Po 10 latach włoski lekarz Marcello Malpighi zaproponował teorię budowy komórkowej roślin. Podstawowe założenie tej teorii polega na tym, że wszystkie narządy roślin są zbudowane z komórek. Badacz przypuszczał, że „życie” koncentruje się nie tylko w błonie komórki, lecz i w płynie w środku. Mniej więcej w tym samym czasie holender Antoni van Leeuwenhoek po raz pierwszy zaobserwował jednokomórkowe drobnoustroje oraz niektóre komórki człowieka - erytrocyty i plemniki. Znany francuski zoolog Jean-Baptiste de Lamarck na początku XIX stulecia przypuścił, że wszystkie żywe organizmy mają budowę komórkową. Potem te przypuszczenia były potwierdzone badaniami czeskiego fizjologa Jana Purkyne i angielskiego botanika Roberta Browna, którzy dokonali opisu jądra. Niemieccy naukowcy Teodor Schwann, Matias Schleiden i Rudolf Virchow, opierając się na znanych faktach, wyciągnęli wnioski i uogólnili je w teorię komórkowej budowy organizmów żywych. Narządem zwierząt, którego budowa komórkowa była udowodniona najpóźniej, okazało się mózgowie.

Pierwszymi mikroskopami były mikroskopy świetlne

Historycznie pierwsze mikroskopy były mikroskopami świetlnymi. Zasada ich pracy polega na tym, że przez przezroczysty obiekt badań przechodzą promienie światła, które potem trafiają do układu soczewek wielokrotnie powiększających badany obiekt. Budowę mikroskopu świetlnego podano na rycinie 14.2, A.

Świetlny mikroskop umożliwia badanie drobnych obiektów z dość wysoką dokładnością. Przy pomocy szkolnego świetlnego mikroskopu można powiększać obiekty 100-400 razy, a przy pomocy laboratoryjnych - 1000 razy. Jednak istnieje granica zdolności rozdzielczej - minimalna odległość między dwoma punktami, kiedy one są jeszcze widoczne jako osobne obiekty. Granice zdolności rozdzielczej wyznacza przyroda fizyczna światła i one nie mogą być pokonane poprzez używanie potężnych soczewek. Teoretyczna granica zdolności rozdzielczej mikroskopu świetlnego wynosi 0,2 pm (porównaj: długość pałeczki jelitowej wynosi około 1-2 m), a maksymalne zwiększenie - około 2000 razy. Zdolność rozdzielcza, która jest mniejsza od wymiaru komórki, pozwala ba-

dać drobne zwierzęta i jednokomórkowe organizmy, budowę tkanek i komórek. Jednak wewnętrzna budowa organelli, bakterii oraz struktura wirusów i cząsteczek jest niedostępna zwykłemu mikroskopowi świetlnemu.



 

A. Budowa mikroskopu świetlnego. 1. Okular. 2. Statyw. 3. Śruba ostrości. 4. Tubus. 5. Obiektyw. 6. Stolik przedmiotowy. B. Poprzeczny przekrój liścia kukurydzy. C. Krew człowieka: po środku bezjądrowe erytrocyty jest duży leukocyt z segmentowanym jądrem. Wszystkie preparaty były dodatkowo zabarwione w procesie przygotowania, ponieważ większość tkanek zwierząt i roślin jest bezbarwna.

Elektronowe mikroskopowanie - to potężna metoda badań komórki

Teoretyczną granicę rozdzielczej zdolności mikroskopu świetlnego można pokonać, wykorzystując do otrzymywania obrazu nie światło, a wiązkę elektronów. Taki mikroskop będzie nazywać się nie mikroskopem świetlnym, lecz elektronowym. On rówmież ma soczewki, lecz nie szklane, a magnetyczne, które zbierają elektrony w wiązki (fokusują) i rzutują obraz na ekran. Wykorzystanie elektronów pozwala zwiększyć granicę zdolności rozdzielczej mikroskopu do 0,5 nm, co na praktyce zwiększa obraz obiektu 1mln razy i więcej. Jest kilka konstrukcji mikroskopu elektronowego, najbardzej rozpowszechniony - transmisyjny i skaningowy. W elektronowym mikroskopie transmisyjnym (ТЕМ) wiązka elektronów przechodzi przez bardzo cienki obiekt i rzutuje obraz na ekran (ryc. 14.3). W elektronowym mikroskopie skaningowym przegląda się powierzchnia obiektu punkt po punkcie - wiązka elektronów skanuje obiekt i odbija się od jego powierzchni (ryc. 14.4). Analiza torów odbitych elektronów daje możliwość złożenia obrazu powierzchni obiektu o znacznej głębi ostrości obrazu.

Mimo głębi ostrości obrazów otrzymanych przy pomocy mikroskopu elektronowego, przygotowanie próbek do mikroskopii elektronowej jest dość długotrwałym i trudnym procesem. I, niestety, badanie żywych obiektów z wykorzystaniem mikroskopu elektronowego jest niemożliwe.


 

Fluorescencyjne mikroskopowanie

pozwala rekonstruować trójwymiarową budowę komórki

W ostatnich dziesięcioleciach zjawiło się wiele nowych metod mikroskopii świetlnej, które polegają na wprowadzeniu do obiektu specyficznych świetlnych znaków. Są określone substancje nazywane substancjami fluorescencyjnymi, które przy oświetlaniu światłem jednego koloru zaczynają świecić się innym kolorem (ryc. 14.5).

Takimi substancjami fluorescencyjnymi można znakować cząsteczki i obiekty badań, co ułatwia studiowanie wewnątrzkomórkowego położenia cząsteczek, które nas interesują. A udoskonalone metody mikroskopii fluorescencyjnej umożliwiają rekonstrukcję trójwymiarowej budowy obiektów biologicznych!

Frakcjonowanie pozwala „rozebrać” komórkę na części

Aby zbadać budowę i funkcję poszczególnych komponentów komórki, należy wyodrębnić je w czystej postaci. Najczęściej dokonują tego za pomocą metody frakcjonowania. W celu rozdzielenia organelli komórkę uprzednio podrabia się i w specjalnych probówkach umieszcza w wirówce. Wirówka - to przyrząd do rozdzielania składników komórki pod działaniem siły odśrodkowej.


 

A. Współczesny elektronowy mikroskop skaningowy B. Głowa motyla w elektronowym mikroskopie skaningowym C. Pałeczka jelitowa w elektronowym mikroskopie skaningowym.

W wirówce probówka z organellami obraca się z wysoką prędkością, wskutek czego powstaje znaczne odśrodkowe przyspieszenie (zwykle od 100 g do 100 tysięcy g, gdzie g - przyspieszenie ziemskie). Siła odśrodkowa, która powstaje wraz z przyspieszeniem odśrodkowym, jest proporcjonalna do masy. Dlatego cięższe komponenty będą jako pierwsze osiadać na dno probówki, za nimi -lżejsze i najlżejsze. Otóż najpierw osiądną jądra, potem - mitochondria i tak dalej, aż do czasu kiedy jako ostatnie osiądną pęcherzyki obłonione i rybosomy. Rozdzielone organelle można już badać.

Zastanów się

Wybierz jedną poprawną odpowiedź

1

Powstanie teorii komórkowej byłoby niemożliwe bez A mikroskopu świetlnego В mikroskopu elektronowego C wirówki D mikroskopu fluorescencyjnego E eksperymentów chemicznych

2

W mikroskopie świetlnym można zobaczyć

A budowę wirusa grypy В poszczególne części rybosomu C cząsteczkę białka D mitochondrium E krateczkę krystaliczną soli

3

EMT i EMS różnią się tym, że

A obraz w EMT jest płaski, a w skaningowym - przestrzenny В w EMS obiekt jest zabarwiony w swoje naturalne kolory C zwiększenia obiektów zawsze są różne

D w elektronowym mikroskopie transmisyjnym badany obiekt może być żywy E w elektronowym mikroskopie transmisyjnym do fokusowania wykorzystuje się magnezy, a w skaningowym - szklane soczewki

4

Ostatni podczas frakcjonowania będzie osiadać taki komponent komórki, jak A chloroplast В mitochondrium C wodniczka trawienna D rybosom E jądro

Sformułuj odpowiedź w postaci kilku zdań

5

Na czym polega podobieństwo i różnica mechanizmów, za których pomocą preparaty dla mikroskopii świetlnej i fluorescencyjnej zabarwiają się na różne kolory?

6

Dlaczego w biologii powstało zapotrzebowanie na wykorzystanie elektronowego mikroskopu?

7

Jaka jest przyczyna wymiany soczewek szklanych na magnetyczne w mikroskopie elektronowym?

8

W jakie dodatkowe komponenty trzeba wyposażyć mikroskop świetlny, żeby on pracował jak fluorescencyjny?

9

Obejrzyj rycinę 14.2, A i opisz, przez jakie części mikroskopu świetlnego i w jakiej kolejności przechodzi wiązka promieni świetlnych. Jakie elementy dokonują powiększenia obrazu?

Znajdź odpowiedź i postaraj się zrozumieć istotę problemu

10

Dlaczego komórkowa budowa roślin była odkryta wcześniej niż komórkowa budowa zwierząt?

11

Jakie choroby człowieka i w jaki sposób można diagnozować, stosując mikroskopię świetlną?

12

Jak można za pomocą frakcjonowania rozdzielać komórki lub duże cząsteczki? Jakie cechy posiada takie rozdzielanie?

Dowiedz się samodzielnie i opowiedz innym

13

W 2008 roku grupa naukowców otrzymała Nagrodę Nobla za poznanie struktury i opracowanie sposobów zastosowania zielonego fluorescencyjnego białka. Na czym polega znaczenie tej substancji dla współczesnej biologii?

 

Źródło: Biologia podręcznika dla klasy 9 Szałamow

 






^