Методы изучения клетки - таблица основных исследований и приемов

Применение микроскопии

В таблице представлены существующие сегодня основные и дополнительные приемы и способы изучения клетки. Ниже они рассмотрены более детально:

Этот метод цитологии является ключевым при изучении клетки. Для его детального разбора необходимо изучить основные термины. Так, в микроскопии повсеместно используется понятие разрешения. Так обозначается способность различать 2 отдельно взятых объекта. В случае с оптическим прибором этот термин указывает на минимальное расстояние, имеющееся между двумя точками. Они располагаются по отдельности друг от друга и не соединяются. Чем меньше такое расстояние, тем более мелкие объекты удается исследовать.

Человеческий глаз имеет разрешение, составляющее около 0,1 мм. Важно принимать во внимание, что объект должен быть контрастным. Иногда, смотря с помощью бокового света, можно различить на темном фоне крупных инфузорий, амеб и других одноклеточных, размеры которых достигают от 100 до 200 мкм. Приходится делать достаточно тонкие срезы, чтобы отличать клетки от растительных и животных организмов. Исследование их происходит под микроскопом. Так называется специальный аппарат, обладающий увеличивающими способностями. Как обычно происходит этот процесс:

1. Сначала, как правило, окрашивают препарат с помощью особого красителя. Это необходимо для увеличения контрастности.
2. Производят фиксацию препарата, осуществляя обработку специальными веществами, направленными на профилактику разрушения и растекания биологических молекул. С этой целью можно применять, допустим, формалин. По этой же причине в большинстве случаев изучению подвергаются уже отмершие клетки.

Световая технология

В большинстве случаев находят применение световые микроскопы. Здесь освещение объекта происходит посредством видимого света. Таковым называют свет, представляющий собой электромагнитное излучение. Длина волны в указанном случае варьируется от 400 до 700 нм. В зависимости от длины волны человеческий глаз может воспринимать такие лучи, как различные цвета.

Красный является самым длинным волновым светом. У фиолетового, напротив, наиболее короткая волна. Белый цвет считается комбинацией различных лучей, которые отличаются по длине волны. Его можно разделять в спектр, то есть радугу, используя для этого призму.

Существуют ограничения в плане длины волны. Она предполагает минимальный размер объектов, которые можно исследовать под микроскопом. Важно, чтобы волна огибала объект, вот почему нет возможности изучать предмет, который меньше по размеру, по сравнению с длиной световой волны. У видимого света имеется длина волны, которая составляет 0,6−0,7 мкм. По этой же причине световой микроскоп имеет разрешение около 0,5 микрометров, когда применяется белый свет.

В реальности присутствие дополнительных ограничений приводит к тому, что стандартный микроскоп способен хорошо различать объекты размером около 1 мкм. Те из них, которые имеют габариты менее 0,5 мкм, также видны, но при условии излучения или света. В данный момент эффективно используется во флуоресцентной микроскопии. Какие составляющие имеются у светового микроскопа:

1. Объектив. С его помощью происходит фокусировка света от объекта. Такая деталь представляет собой систему линз. Большинство микроскопов имеет несколько объективов одновременно. Все они вращаются на специальной головке.
2. Окуляр. Этот набор линз необходим, чтобы позволить исследователю наблюдать за клеткой.
3. Тубус. Это деталь, посредством которой располагаются на определенном расстоянии объектив и окуляр. После придания определенного положения указанные составляющие крепко фиксируются, что обеспечивает дополнительное удобство при исследовании.
4. Штатив.
5. Предметный столик. Это своего рода подставка, на которой размещается объект.
6. Система освещения. Ее роль обычно выполняют фокусирующие линзы, Они же конденсаторы, а также лампа.
7. Макровинт. Он применяется для грубой фокусировки. Есть также понятие тонкой фокусировки. Для ее обеспечения применяются микровинты.

Флуоресцентное излучение

Ее применяют для исследования объектов, которые имеют свою собственную флуоресценцию. Примером может служить вещество хлорофилл. При наблюдении в синем цвете у него наблюдается явление флуоресценции красным. Также микроскопия рассматриваемого типа позволяет изучать образцы окрашенных волос с ценными красителями либо антителами. В этом случае исследование имеет целью выявление тех или иных структур внутри клетки.

Существует возможность размещать объекты на светлом фоне, а также в темном поле и при косом освещении. Такой подход позволяет детализировать объект и увидеть самые тончайшие части структуры. Есть также интерференционная и фазово-контрастная микроскопия. Но здесь приборы применяются для визуализации фазы, выступающей одной из характеристик света.

Для фазы характерно движение во время прохождения через отдельно взятый предмет. Лучи при этом в той или иной степени сдвигаются.

Такой метод микроскопии дает возможность просматривать тонкие детали в живых объектах. При этом не приходится их подвергать окрашиванию или же специально фиксировать.

Электронные приборы

Они имеют преимущество перед световыми микроскопами, так как обеспечивают большее разрешение, нежели они. Здесь находит применение пучок электронов. Фиксация данных исследования производится детекторами электронов. В такое устройство нельзя смотреть через окуляр. Вакуум позволяет избежать ситуации, когда электронный пучок рискует рассеяться.

По сообщениям ученых, это один из наиболее оптимальных методов выделить ключевые особенности клетки и определить происходящие в ней процессы. Недостатком технологии является необходимость в сложной подготовке. Она включает следующие этапы:

• фиксация объекта;
• извлечение влаги;
• перемещение в более плотное пространство;
• применение микротомы для получения тончайших срезов.

Обязательными этапами являются напыление с применением солей тяжелых металлов либо окрашивание. Только такие соединения способны существенно замедлить движение электронов. В итоге получается изображение, которое не является цветным. В дальнейшем можно искусственным путем раскрасить его.

Выделяют два типа электронных микроскопов:

1. Сканирующий. Изображение, которое он дает, получается объемным.
2. Трансмиссионный. Здесь виден срез с объекта. Микроскоп выдает плоское изображение, как бы просвечивая его.

Культивирование клеток

Культивирование нередко требуется для исследования клеток. Это означает, что их приходится выращивать, задействовав при этом питательные среды. Такой подход дает возможность изучить их потребность в тех или иных веществах, а также молекулы, выделяемые такими клетками. Организмы, которые подвергают культивированию, зачастую выделяют полезные для человека вещества в окружающую среду.

Примером могут послужить антибиотики. Чтобы обеспечить рост необходимых организмов, требуется придерживаться стерильности. Это значит, что любые другие микроорганизмы и их споры не должны попадать в питательную среду. Достигается это применением одноразовых сосудов. Это может быть, допустим, чашка Петри. Если закрыть ее крышкой, микробы из воздуха не могут попадать внутрь. Но есть и многоразовое оборудование для исследования клеток, которое приходится периодически стерилизовать.

Для работы с такими сосудами требуется применение резиновых перчаток, а также спецодежды. Хранят их в шкафах, где воздух подвергается фильтрации. Также применяется здесь и проточная система циркуляции для большей надежности. Во время любых манипуляций поблизости стоит зажженная горелка.

Биохимический метод

Отдельные клетки можно гомогенизировать, чтобы получить из них необходимые вещества. Сущность этого метода изучения жизнедеятельности клетки состоит в том, что соединение измельчается, пока не примет консистенцию однородной кашицы. Далее проводятся другие манипуляции, в том числе обработка специальными веществами.

Так называемый метод меченых атомов часто используются в биохимии. Его целью является изучение метаболизма. При этом производится введение соединений в организме. В них присутствуют специальные радиоактивные изотопы, которые в дальнейшем обнаруживаются в различных веществах. Это дает возможность отследить их превращение, изучая параллельно биохимические реакции, протекающие в живых организмах.

Техника центрифугирования

Для разделения по плотности различных структур клеток и органоидов применяют центрифугирование. При этом используют специальные приборы, в которых осуществляется раскручивание клеток. Ключевым компонентом центрифуги является ротор. Скорость его вращения может достигать сотен тысяч оборотов за минуту. Это обеспечивает стремительное оседание всего содержимого пробирки и разделение на отдельные частицы. Чтобы обеспечить оседания частиц по плавучей плотности, применяются плотные солевые растворы.

Если для дифференциального центрифугирования применяется, допустим, хлористый цезий, формируется градиент плотности. Это значит, что происходит некое разделение, в результате чего менее плотные частицы располагаются вверху, а более плотные — внизу. При помещении различных частиц в этот раствор во время обработки центрифугой они могут останавливаться в определенном слое. Имеется в виду область, где плавучая плотность указанных частиц соответствует плотности окружающего их раствора.

Такой метод дает возможность поделить разные макромолекулы и комплексы молекул. Примером может быть разъединение субъединиц рибосом.

Прочие приемы

Авторадиография дает возможность проследить присутствие того или иного химического компонента в клетках. Для этого делают специальную радиоактивную метку на молекуле, заменяя при этом на радионуклид отдельно взятый атом. Далее, применяя особый счетчик, находят местоположение вещества. Также в определении локализации помогает и засвечивание фотопленки. Избирательное действие реактивов и красящих веществ наблюдается в случае использования методов цитохимии.

Существует также рентгеноструктурный анализ. Если кратко охарактеризовать этот метод, то он необходим для выявления пространственного положения групп атомов в молекулах или отдельных образцов. Такой прием используется при работе с белками, структурой ДНК и другими клеточными включениями. Микрохирургия также является одним из используемых сегодня методов изучения клетки. При этом производится удаление тех или иных компонентов, пересаживание клеток друг друга, внедрение разных веществ в форме микроинъекции и т. д. Целью здесь выступает изучение деления, специализации и дифференциации клеток и их групп.

С целью формирования современной естественно-научной картины мира учащимся 5 класса на уроке биологии освещают тему истории изучения клетки. Также преподаватели рассказывают о современных методах исследования. Рассматриваемая тема включается в перечень вопросов по ЕГЭ по биологии.

Учащиеся медицинских колледжей и университетов также изучают данную тему. Для них разработаны специальные пособия.

Примером может послужить книга о безопасности жизнедеятельности И. В. Свитнева, которая рассматривает вопросы, связанные с изменениями в структуре клетки в различных ситуациях.