Методи вивчення клітини — таблиця досліджень і прийомів

Клітини характеризуються досить скромними розмірами. Попри це, вони мають досить складну будову. Спеціально для того, щоб детально розібратися в їх будові, вченими розроблені наукові методи, що дозволяють вивчити особливості будови та функціонування клітин.

Світлове мікроскопування виступає єдиним доступним варіантом на первинному етапі розвитку цитології. Але існує чимало інших методів вивчення клітини, таблиці з їх класифікацією можна вивчити самостійно.

Застосування мікроскопії

У таблиці представлені чинні на сьогодні основні та додаткові методи та способи вивчення клітини. Нижче вони розглянуті більш детально:

Цей метод цитології є ключовим при вивченні клітини. Для його детального розбору необхідно вивчити основні терміни.

Так, в мікроскопії повсюдно використовується поняття дозволу. Так позначається здатність розрізняти 2 окремо взятих об’єкта.

У випадку з оптичним приладом цей термін вказує на мінімальну відстань, наявне між двома точками. Вони розташовуються окремо один від одного і не з’єднуються. Чим менше така відстань, тим більш дрібні об’єкти вдається досліджувати.

Методи цитології

Людське око має дозвіл, що становить близько 0,1 мм. Важливо брати до уваги, що об’єкт повинен бути контрастним. Іноді, дивлячись за допомогою бічного світла, можна розрізнити на темному тлі великих інфузорій, амеб та інших одноклітинних, розміри яких досягають від 100 до 200 мкм.

Доводиться робити досить тонкі зрізи, щоб відрізняти клітини від рослинних і тваринних організмів. Дослідження їх відбувається під мікроскопом. Так називається спеціальний апарат, що володіє збільшують здібностями. Як зазвичай відбувається цей процес:

Спочатку, як правило, фарбують препарат за допомогою особливого барвника. Це необхідно для збільшення контрастності.

Проводять фіксацію препарату, здійснюючи обробку спеціальними речовинами, спрямованими на профілактику руйнування і розтікання біологічних молекул. З цією метою можна застосовувати, припустимо, формалін. З цієї ж причини в більшості випадків вивченню піддаються вже відмерлі клітини.

Світлова технологія

У більшості випадків знаходять застосування світлові мікроскопи. Тут освітлення об’єкта відбувається за допомогою видимого світла. Таким називають світло, що являє собою електромагнітне випромінювання. Довжина хвилі в зазначеному випадку варіюється від 400 до 700 нм. Залежно від довжини хвилі людське око може сприймати такі промені, як різні кольори.

У червоний найдовша світлова хвиля. У фіолетового, навпаки, найкоротша хвиля.

Білий колір вважається комбінацією різних променів, які відрізняються по довжині хвилі. Його можна розділяти в спектр, тобто веселку, використовуючи для цього призму.

Існують обмеження в плані довжини хвилі. Вона передбачає мінімальний розмір об’єктів, які можна досліджувати під мікроскопом. Важливо, щоб хвиля огинала об’єкт, ось чому немає можливості вивчати предмет, який менше за розміром, в порівнянні з довжиною світлової хвилі. У видимого світла є довжина хвилі, яка становить 0,6-0,7 мкм. З цієї ж причини світловий мікроскоп має роздільну здатність близько 0,5 мікрометрів, коли застосовується біле світло.

В реальності присутність додаткових обмежень призводить до того, що стандартний мікроскоп здатний добре розрізняти об’єкти розміром близько 1 мкм. Ті з них, які мають габарити менш як 0,5 мкм, також видно, але за умови випромінювання або світла.

Наразі флуоресцентна мікроскопія ефективно використовується у вивченні клітини.

Які складові є у світлового мікроскопа:

• Об’єктив. З його допомогою відбувається фокусування світла від об’єкта. Така деталь являє собою систему лінз. Більшість мікроскопів має кілька об’єктивів одночасно. Всі вони обертаються на спеціальній голівці.
• Окуляр. Цей набір лінз необхідний, щоб дозволити досліднику спостерігати за клітиною.
• Тубус. Це деталь, за допомогою якої розташовуються на певній відстані об’єктив і окуляр. Після надання певного положення зазначені складові міцно фіксуються, що забезпечує додаткову зручність при дослідженні.
• Штатив.
• Предметний столик. Це свого роду підставка, на якій розміщується об’єкт.
• Система освітлення. Її роль зазвичай виконують фокусуючі лінзи, вони ж конденсатори, а також лампа.
• Макрогвинт. Він застосовується для грубої фокусування. Є також поняття тонкого фокусування. Для його забезпечення застосовуються мікрогвинти.

Флуоресцентне випромінювання

Її застосовують для дослідження об’єктів, які мають свою власну флуоресценцію. Прикладом може служити речовина хлорофіл. При спостереженні в синьому кольорі у нього спостерігається явище флуоресценції червоним.

Також мікроскопія розглянутого типу дозволяє вивчати зразки фарбованого волосся з цінними барвниками або антитілами. У цьому випадку дослідження має на меті виявлення тих чи інших структур всередині клітини.

Існує можливість розміщувати об’єкти на світлому тлі, а також в темному полі і при косому освітленні. Такий підхід дозволяє деталізувати об’єкт і побачити найтонші частини структури. Є також інтерференційна і фазово-контрастна мікроскопія. Але тут прилади застосовуються для візуалізації фази, яка виступає однією з характеристик світла.

Для фази характерний рух під час проходження через окремо взятого предмету. Промені при цьому так чи інакше зсуваються.

Такий метод мікроскопії дає можливість переглядати тонкі деталі в живих об’єктах. При цьому не доводиться їх піддавати фарбуванню або ж спеціально фіксувати.

Електронний прилад

Вони мають перевагу перед світловими мікроскопами, оскільки забезпечують більшу роздільну здатність, ніж вони. Тут знаходить застосування пучок електронів. Фіксація даних дослідження проводиться детекторами електронів. У такий пристрій не можна дивитися через окуляр. Вакуум дозволяє уникнути ситуації, коли електронний пучок ризикує розсіятися.

За повідомленнями вчених, це один з найбільш оптимальних методів виділити ключові особливості клітини та визначити процеси, що відбуваються в ній.

Недоліком технології є необхідність у складній підготовці.

Вона включає наступні етапи:

• фіксація об’єкта;
• витяг вологи;
• переміщення в більш щільний простір;
• застосування мікротоми для отримання найтонших зрізів.

Обов’язковими етапами є напилення із застосуванням солей важких металів або фарбування. Тільки такі сполуки здатні істотно уповільнити рух електронів. У підсумку виходить зображення, яке не є кольоровим. Надалі можна штучним шляхом розфарбувати його.

Виділяють два типи електронних мікроскопів:

• Сканувальний. Зображення, яке він дає, виходить об’ємним.
• Трансмісійний. Тут видно зріз з об’єкта. Мікроскоп видає плоске зображення, як би просвічуючи його.

Культивування клітин

Культивування нерідко потрібно для дослідження клітин. Це означає, що їх доводиться вирощувати, задіявши при цьому поживні середовища. Такий підхід дає можливість вивчити їх потребу в тих чи інших речовинах, а також молекули, що виділяються такими клітинами.

Організми, які піддають культивуванню, часто виділяють корисні для людини речовини в навколишнє середовище.

Прикладом можуть послужити антибіотики. Щоб забезпечити зростання необхідних організмів, потрібно дотримуватися стерильності. Це означає, що будь-які інші мікроорганізми і їх суперечки не повинні потрапляти в живильне середовище.

Досягається це застосуванням одноразових судин. Це може бути, припустимо, чашка Петрі. Якщо закрити її кришкою, мікроби з повітря не можуть потрапляти всередину. Але є і багаторазове обладнання для дослідження клітин, яке доводиться періодично стерилізувати.

Для роботи з такими судинами потрібне застосування гумових рукавичок, а також спецодягу. Зберігають їх в шафах, де повітря піддається фільтрації.

Також застосовується тут і проточна система циркуляції для більшої надійності. Під час будь-яких маніпуляцій поблизу стоїть запалений пальник.

Біохімічний метод

Окремі клітини можна гомогенізувати, щоб отримати з них необхідні речовини. Сутність цього методу вивчення життєдіяльності клітини полягає в тому, що з’єднання подрібнюється, поки не прийме консистенцію однорідної кашки. Далі проводяться інші маніпуляції, в тому числі обробка спеціальними речовинами.

Так званий метод мічених атомів часто використовуються в біохімії. Його метою є вивчення метаболізму. При цьому проводиться введення сполук в організмі. У них присутні спеціальні радіоактивні ізотопи, які в подальшому виявляються в різних речовинах.

Це дає можливість відстежити їх перетворення, вивчаючи паралельно біохімічні реакції, що протікають в живих організмах.

Техніка центрифугування

Для поділу по щільності різних структур клітин і органоїдів застосовують центрифугування. При цьому використовують спеціальні прилади, в яких здійснюється розкручування клітин. Ключовим компонентом центрифуги є ротор.

Швидкість його обертання може досягати сотень тисяч оборотів за хвилину. Це забезпечує стрімке осідання всього вмісту пробірки і поділ на окремі частинки. Щоб забезпечити осідання частинок по плавучої щільності, застосовуються щільні сольові розчини.

Якщо для диференціального центрифугування застосовується, припустимо, хлористий цезій, формується градієнт щільності. Це означає, що відбувається якесь поділ, в результаті чого менш щільні частинки розташовуються вгорі, а більш щільні — внизу.

При приміщенні різних частинок в цей розчин під час обробки центрифугою вони можуть зупинятися в певному шарі. Мається на увазі область, де Плавуча щільність зазначених частинок відповідає щільності навколишнього їх розчину.

Такий метод дає можливість поділити різні макромолекули і комплекси молекул. Прикладом може бути роз’єднання субодиниць рибосом.

Інші прийоми

Авторадіографія дає можливість простежити присутність того чи іншого хімічного компонента в клітинах. Для цього роблять спеціальну радіоактивну мітку на молекулі, замінюючи при цьому на радіонуклід окремо взятий атом.

Далі, застосовуючи особливий лічильник, знаходять місце розташування речовини. Також у визначенні локалізації допомагає і засвічування фотоплівки. Виборча дія реактивів і фарбувальних речовин спостерігається в разі використання методів цитохімії.

Існує також рентгеноструктурний аналіз. Якщо коротко охарактеризувати цей метод, то він необхідний для виявлення просторового положення груп атомів в молекулах або окремих зразках.

Такий прийом використовується при роботі з білками, структурою ДНК і іншими клітинними включеннями. Мікрохірургія також є одним з використовуваних сьогодні методів вивчення клітини. При цьому проводиться:

• видалення тих чи інших компонентів;
• пересаджування клітин один одного;
• впровадження різних речовин у формі мікроін’єкції і т. д.

Метою тут виступає вивчення поділу, спеціалізації та диференціації клітин і їх груп.

З метою формування сучасної природничо-наукової картини світу учням 5 класу на уроці біології викладають тему історії вивчення клітини. Також викладачі розповідають про сучасні методи дослідження. Розглянута тема включається до переліку питань на ЗНО з біології.

Учні медичних коледжів та університетів також вивчають дану тему. Для них розроблені спеціальні посібники.