какие методы используются при изучении клетки

Методы изучения клетки: какие методы используются в цитологии

Содержание:

Методы изучения клетки. Таблица

Микроскопия

Информацию в таблице «Методы цитологии» рекомендуется дополнить рассказом о световом и электронном микроскопах. Начало изучения микромира связано с изобретением первого светового микроскопа в 1590 году (братьями Янсен). Первые исследования клеточного строения живых организмов с помощью микроскопа выполнили Р. Гук (1665 г.) и А. Левенгук (1696 г.).

Исторически первый метод исследования в цитологии не растерял своего значения до наших дней. Современные методы изучения клетки — фазово-контрастная и интерференционная микроскопия. Разновидности световых микроскопов позволяют различать тонкие детали в живой клетке без ее фиксации и окрашивания.

Особенности метода электронной микроскопии:

Какие методы используются в цитологии, во многих случаях зависит от особенностей объектов. Флуоресцентная микроскопия предназначена для изучения образцов с собственной флуоресценцией, таких как хлорофилл, который в синем свете флуоресцирует красным. Можно исследовать и другие объекты, предварительно окрасив их определенными флуоресцентными красителями.

Флуоресцентный и конфокальный микроскопы позволяют получать изображения некоторых объектов с максимальным разрешением. Трансмиссионный микроскоп дает изображение среза «на просвет». Сканирующий электронный микроскоп дает объемные изображения объектов.

В настоящее время жизнь клетки исследуют на уровне органелл, молекул и атомов. В цитологии используют методы молекулярной биологии, гистологии, микробиологии, биохимии, физиологии. Смежные науки развиваются в тесном контакте друг с другом. Подразделы биологии используют сходные методы исследования, а открытия в одной области оказывают влияние на развитие других дисциплин.

Источник

Основные методы исследования строения и функций клетки: световая и электронная микроскопия, методы центрифугирования и меченых атомов и другие

Основные методы исследования строения и функций клетки

Усовершенствование приборов, развитие физических и химических методов исследования напрямую повлияли на достижения в области науки о клетке.

Какие методы используют для изучения строения и функций клеток?

Сегодня в цитологии используются методы исследования клетки, основывающиеся на наработках в области химии, биохимии, молекулярной биологии. Все они нацелены на изучение структуры, функций и химизма клеток.

Среди всех методов изучения клетки особенно стоит выделить микроскопические и, в первую очередь, электромикроскопические. Благодаря им есть возможность уточнить детали строения клеток на различных уровнях — начиная клеточным и заканчивая молекулярным.

Световая микроскопия

Микроскопирование как метод изучения мелких биологических объектов вроде клеток и тканей применяется более чем 300 лет. Начиная с первого использованного в исследовательских целях микроскопа происходило постоянное его совершенствование.

Световая микроскопия основана на том, что лучи света проходят через прозрачный объект и попадают затем на систему линз объектива и окуляра микроскопа. Важная часть микроскопа — его разделительная способность: он может предоставлять отдельные изображения двух объектов, расположенных в непосредственной близость друг от друга.

Но у разделительной способности есть ограничение: это длина волны света. Чем меньше этот показатель, тем выше его разделительная способность.

Световой микроскоп имеет разделительную способность, которую ограничивает длина волну фиолетовой части видимого света — это 200 нм. Увеличение в световом микроскопе достигает 2500 раз.

Электронная микроскопия

Шаг вперед в области микроскопирования — электронный микроскоп, который был сконструирован в 1931 году Эметом Руска.

Роль светового луча в электронном микроскопе отводится пучку электронов: он фокусируется магнитами, а не линзами.

Если говорить о трансмиссионном электронном микроскопе, то здесь электроны проходят через объект исследования так же, как лучи света в световом микроскопе. Но важно, чтобы поддерживался высокий уровень вакуума. Как итог — пучок электронов создает на фотопленке изображение объекта.

В случае сканирующего электронного микроскопа, электроны отбиваются от поверхности объекта и в движении создают изображение. Благодаря такому микроскопу стало возможным исследовать некоторые объекты при их жизни.

Любые микроскопы позволяют получить изображение за счет того, что одни части исследуемого объекта поглощают или отбивают больше света или электронов, чем другие. Световые микроскопы работают с красителями. В трансмиссионных микроскопах вместо красителей применяется напыление платиной или золотом — у них есть способность отбивать электроны.

Для получения покрытой льдом поверхности при работе со сканирующим микроскопом практикуют замораживание материала.

Методы центрифугирования и меченых атомов

При помощи метода центрифугирования ученые изучают отдельные клеточные структуры. Для этого клетки проходят предварительное измельчение, после чего центрифугируются. Отдельные образовавшиеся фракции — и есть предмет изучения ученых.

Если нужно изучить место, в котором произошли определенные биохимические процессы в клетке, то используется метод меченых атомов. Если один из атомов определенного клеточного элемента заменить радиоактпвным изотопом, то с помощью прибора можно будет увидеть миграцию, локализацию и превращение этих веществ в клетке.

Метод культуры клеток и тканей

Какие методы используют для изучения строения и функций клетки помимо цитологических исследований?

Методы цитологических исследований, описанные выше, в качестве материала для исследований используют клетку (перед этим она умерщвляется). Однако не менее интересными являются исследования, материалом которых выступает живая клетка. Метод культуры клеток и тканей — один из тех методов, с помощью которого есть возможность изучить определенные моменты жизнедеятельности клеток, инкубированные в специальные питательные среды. Это наиболее простой метод изучения жизнедеятельности клетки.

С помощью метода культуры клеток и тканей — современного метода исследования клетки — выращиваются многоклеточные организмы и ткани — из одной клетки, помещенной в питательную среду.

Этот метод изучения клеток считается достаточно ценным как минимум по двум причинам. Во-первых, в центре его внимания — клетка как природная модель, единица биоактивности, которая делает условия эксперимента близкими к нативным. Во-вторых, клетка или ткань освобождаются из-под влияния коррелятивных связей и зависимостей материнского организма. Речь идет о создании условий in vitro — они поддаются управлению и регуляции.

В этом случае нельзя говорить об обеспечении полных условий жизни ткани, так как регуляторные влияния организма отсутствуют. Но с помощью этого метода у ученых есть возможность исследовать рост, деление и движение клеток, изучать, как на клетки влияют различные физические и химические факторы.

Комплексные методы исследования клеток

Перечисленные основные методы исследования клеток позволяют утверждать, что методом изучения в цитологии более чем достаточно. С их помощью можно провести точный анализ: от структуры клетки до молекулярной композиции отдельных ее частей. При этом, у всех методов есть определенные минусы. К примеру, если выращивать клетки в искусственной среде, то они лишаются регуляторного влияния организма.

В случае методов, в ходе которых происходит фиксация и окрашивание клеток, можно говорить об изменении определенным образом их структуры и появлении некоторых отклонений.

Комплексное исследование определенных явлений в жизнедеятельности клеток помогает со всех сторон изучить биологию клетки, ее строение, развитие, химизм, функции, дифференциацию и старение. Так минимизируются минусы отдельных методов исследования.

Оптические приборы в тандеме с компьютером помогают исследовать клетку со всех сторон, смоделировать физиологические и биохимические процессы (с помощью комплексных методов изучают процессы деления клеток, в том числе), изучить ее химический состав, цитофизиологию.

В некоторых случаях исследования проводят в разных лабораториях с помощью разных методов: это позволяет получить дополняющие друг друга данные и целостное представление о процессах, происходящих в живых клетках.

Генная инженерия — новый подход в изучении клеток. Под ней понимают изучение генотипа растительного, животного и человеческого организмов, а также возможностей в них вмешаться — чтобы исправить генетическую патологию.

Основные методы изучения клеток в таблице:

Это вся информация, необходимая для подготовки сообщения на тему методов изучения жизнедеятельности клеток.

Источник

Какие методы используются при изучении клетки

«Биология отрицает законы математики: при делении происходит умножение» Валерий Красовский

Методы изучения клетки

Основными методами изучения клетки являются: микроскопия, центрифугирование (ультрацентрифугирование), культивирование клеток, метод рекомбинантных ДНК, метод меченных атомов, хроматография, электрофорез.

Также в цитологии используют:

Теоретический вопрос ДНЯ

Советы, которые помогут эффективно подготовиться к ЕГЭ по БИОЛОГИИ

1. Познакомься с актуальными демоверсией, спецификацией, кодификатором на официальном сайте, чтобы четко понимать, что тебя ждет и какие требования предъявляются к уровню подготовки.

2. Определись, сколько баллов ты хотел бы получить.

3. Составь расписание своих занятий и старайся максимально его соблюдать. Регулярность занятий очень важна.

4. Используй несколько источников для подготовки: школьные учебники, пособия для поступающих в ВУЗы, видео уроки и т.п.

5. Главное – понимание! Старайся разобраться в теме, а потом можно зазубрить некоторые понятия.

6. Учись внимательно читать и понимать задание.

7. Начинай с легкого и постепенно усложняй материал. Но не бойтесь сложных заданий, если хочешь высокий балл.

8. Постоянно повторяй пройденный материал, решай тесты, задачи и теоретические вопросы.

Повторять рекомендуется сразу в течение 15-20 минут, через 8-9 часов и через 24 часа. Полезно повторять материал за 15-20 минут до сна и утром, на свежую голову.

9. Систематизируй материал, создай целостную и структурированную систему знаний.

10. И не забывай высыпаться, сбалансированно питаться и вести здоровый образ жизни. Это хорошо влияет на память:)

Источник

Какие методы используются при изучении клетки

Подробное решение параграф §5 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Теремов А.В., Петросова Р.А. Углубленный уровень 2017

Рассмотрите рис. 19, 21 — 23. На чем основаны методы изучения клеток? Сравните между собой изображения клеток на рис. 18, 20, полученные с помощью различных микроскопов.

Микроскопия. С помощью микроскопа изучают морфологию клетки.

Физико — химические методы. С помощью этих методов в цитологии изучают химический состав и жизнедеятельность клеток.

Метод меченых атомов основан на введении радиоактивного изотопа какого — либо химического элемента в состав вещества для того, чтобы проследить путь его превращений в клетке.

Метод центрифугирования, который позволяет очистить макромолекулы, выделенные из клетки, разделить органоиды клетки.

Методы разделения клеток и их культивирования. Для изучения живых клеток различных тканей их разделяют и выращивают на специальных питательных средах, при определённых условиях.

Метод рекомбинантных ДНК. Для изучения тонких механизмов процес — сов, протекающих в клетке, в том числе функций генов, ДНК «вырезают» из клетки.

1. Какие микроскопы вам известны? Опишите принцип их действия.

Световой – Пучок световых лучей, попадающий в микроскоп, вначале преобразуется в параллельный поток, после чего преломляется в окуляре. Затем информация об объекте исследования поступает в зрительный анализатор человека.

Электронный трансмиссивный – В трансмиссионном электронном микроскопе электроны проходят через объект, который для этого исследования должно быть достаточно тонким.

Электронный сканирующий – Исследуемый образец в условиях промышленного вакуума сканируется сфокусированным электронным пучком средних энергий.

2. Сравните строение электронного и светового микроскопов (см. рис. 19). Что выполняет роль светового пучка в электронном микроскопе? Какой части светового микроскопа соответствуют проекционные линзы электронного микроскопа? В чем преимущества электронного микроскопа по сравнению со световым?

– В качестве источника электронов для создания электронного пучка, заменяющего световой пучок, служит трехэлектродная пушка, состоящая из катода, управляющего электрода и анода.

– В электронном микроскопе вместо оптических проекционных линз (окуляра), оптического конденсора, объектива светового микроскопа применяются специальные электростатические или электромагнитные проекционные линзы.

– Преимущества электронной микроскопии:

• высокая разрешающая способность электронного микроскопа позволяет наблюдать объекты, размеры которых лежат за пределами разрешающей способности светового микроскопа. Поэтому ЭМ применяется для изучения ультраструктур микроорганизмов и макромолекулярных структур;

• сочетание ЭМ с другими методами позволяет проводить электронно — радиоавтографические, электронно — гистохимические, электронно — иммунологические исследования. ЭМ нашла широкое применение в морфологии, микробиологии, вирусологии, иммунологии, генетике, биохимии, онкологии.

3. Что такое разрешающая способность оптического прибора? От чего она зависит?

Разрешающая способность (разрешающая сила) оптических приборов – величина, характеризующая способность этих приборов давать раздельное изображение двух близких друг к другу точек объекта. Разрешающая способность любого оптического прибора оценивается по его аппаратным функциям, отражающим все факторы, которые оказывают влияние на качество предоставляемого этим прибором изображения. К таким влияющим факторам, безусловно, следует в первую очередь отнести аберрацию и дифракцию – огибание световыми волнами препятствий и, как следствие, отклонение их от прямолинейного направления.

4. Чем обусловлено количество клеточных структур, выявленных с помощью микроскопа: степенью увеличения, создаваемого микроскопом, или разрешающей способностью оптического прибора? Ответ поясните.

Количество клеточных структур, выявленных с помощью микроскопа обусловлено разрешающей способностью оптического прибора, потому что с помощью нее можно рассмотреть ульраструктуру клетки.

5. На чем основаны методы хроматографии и электрофореза, используемые для изучения клетки? В чем их сходство? Каково их значение?

Хроматография основана на разной скорости движения через адсорбент растворённых в специальном растворе веществ. При пропускании такого раствора через адсорбент каждое вещество из смеси передвигается на определённое расстояние в зависимости от своей молекулярной массы. Адсорбентами могу быть волокна фильтровальной бумаги, порошок целлюлозы и другие пористые вещества. Близким к хроматографии является метод электрофореза в геле, где разделению смеси веществ в растворе способствует электрический ток. Методы хроматографии и электрофореза позволяют разделить смеси веществ, выделенные из клетки, определить их качественный и количественный состав.

6. Какими методами можно выделить органоиды клетки и изучить их строение? На каких свойствах основано фракционирование клеточных структур центрифугированием? Для ответа используйте рис. 23.

Методом центрифугирования, который позволяет очистить макромолекулы, выделенные из клетки, разделить органоиды клетки. Для этого специальными способами разрушают и измельчают клетку. Её содержимое распадается на отдельные фрагменты, при этом сохраняются целиком некоторые органоиды. Полученную смесь с помощью центрифуги разделяют на фракции, увеличивая каждый раз обороты центрифуги. Более тяжёлые клеточные фракции оседают на дно пробирки, более лёгкие собираются на её поверхности. Это даёт возможность изучать отдельно свойства и структуру каждого органоида или макромолекулы клетки.

7. Какое значение для цитологии имеет метод культуры клеток и тканей?

Применение методов культуры клеток и тканей позволяет изучать живые клетки под микроскопом, наблюдать за их ростом и размножением вне организма, выделять факторы роста, устанавливать влияние на них различных веществ, получать клеточные гибриды путём слияния целых клеток или их отдельных компонентов.

Источник

Какие методы используются при изучении клетки

Подробное решение Праграф § 13 по биологии для учащихся 9 класса, авторов В.В. Пасечник, А.А. Каменский, Е.А. Криксунов

1. Что общего и какие различия между клетками растений и бактерий?

1. Все клетки состоят практически из одних и тех же химических элементов.

2. В целом строение указанных клеток сходно (клеточная стенка, клеточная мембрана, цитоплазма, рибосомы).

1. В клетках растений есть хлоропласты, вакуоли, митохондрии, аппарат Гольджи, эндоплазматическая сеть.

2. У бактерий нет ядра.

3. Бактерия покрыта капсулой, предохраняющей бактерии от повреждений и высыхания.

2. Все ли организмы на Земле имеют клеточное строение?

Все живые существа на Земле, за исключением вирусов, построены из клеток.

Вопросы

1. Какие вопросы рассматриваются на клеточном уровне?

2. Что характерно для химического состава клетки?

Несмотря на различия в строении и выполняемых функциях все клетки состоят практически из одних и тех же химических элементов. Сходство элементарного химического состава клеток разных организмов указывает на единство живой природы. Примерно 98 % от массы любой клетки приходится на четыре элемента: кислород (75 %), углерод (15 %), водород (8 %) и азот (3 %). На остальные более 70 элементов, которые могут входить в состав клетки, проходится 2 % от её массы.

Вода в клетке в количественном отношении занимает первое место среди всех других химических соединений.

Минеральные вещества в клетке могут находиться в виде растворённых солей либо в твёрдом состоянии. Например, в цитоплазме практически любой клетки имеются кристаллические включения, состоящие из слаборастворимых солей.

Ионы солей входят в состав цитоплазмы клеток, определяют её кислотно-щелочной баланс, активизируют многие ферменты.

Соединения азота, фосфора, кальция и других неорганических веществ используются для синтеза молекул органических веществ.

3. Какие методы используются при изучении клетки?

Исторически первым таким методом изучения клетки стала световая микроскопия. Современные световые микроскопы увеличивают изучаемый объект в 2000-2500 раз.

В 30-х гг. XX в. появилась электронная микроскопия. Именно в это время был изобретён электронный микроскоп, который позволяет достигать увеличения до 1 000 000 раз.

В настоящее время учёные используют и другие физические и химические методы, позволяющие выделять и исследовать различные виды молекул, входящих в состав клеток.

4. Кто разработал клеточную теорию?

К середине XIX в. немецкие учёные Т. Шванн и М. Шлейден, обобщив сведения, полученные многими исследователями, сформулировали клеточную теорию, одну из основных в современной биологии.

5. Почему клетку назвали клеткой?

История изучения клетки связана с именем такого английского ученого, как Роберт Гук (он впервые применяя микроскоп для исследования тканей и на срезе пробки и сердцевины бузины увидел ячейки, которые и назвал клетками). Его поразило то, что пробка оказалась построенной из ячеек, напоминавших пчелиные соты. Эти ячейки Гук назвал клетками.

6. Какие свойства объединяют все клетки живых организмов?

Все клетки сходны по строению, химическому составу и жизненным функциям и способны делиться.

Задания

Используя знания, полученные на уроках физики, объясните, почему электронные микроскопы дают большее увеличение, чем световые.

Так как размер электрона намного меньше длины волны света, то разрешающая способность электронного микроскопа на несколько порядков больше чем у светового.

Источник