Ένας ολόκληρος γαλαξίας εξαιρετικών επιστημόνων του παρελθόντος - Robert Hooke, Anthony van Leeuwenhoek, Theodor Schwann, Mathias Schleiden, με τις ανακαλύψεις τους στον τομέα της μελέτης της φύσης, άνοιξαν το δρόμο για το σχηματισμό του πιο σημαντικού κλάδου σύγχρονη βιολογική επιστήμη - κυτταρολογία. Μελετά τη δομή και τις ιδιότητες του κυττάρου, που είναι ο στοιχειώδης φορέας της ζωής στη Γη. Η θεμελιώδης γνώση που αποκτήθηκε ως αποτέλεσμα της ανάπτυξης της κυτταρικής επιστήμης έχει εμπνεύσει τους ερευνητές να δημιουργήσουν κλάδους όπως η γενετική, η μοριακή βιολογία και η βιοχημεία.
Οι επιστημονικές ανακαλύψεις που έγιναν σε αυτά άλλαξαν εντελώς την όψη του πλανήτη και οδήγησαν στην εμφάνιση κλώνων, γενετικά τροποποιημένων οργανισμών και τεχνητής νοημοσύνης. Το άρθρο μας θα σας βοηθήσει να κατανοήσετε τις βασικές μεθόδους κυτταρολογικών πειραμάτων και να μάθετε τη δομή και τις λειτουργίες των κυττάρων.
Πώς μελετάται ένα κύτταρο
Όπως πριν από 500 χρόνια, το μικροσκόπιο φωτός είναι το κύριο όργανο που βοηθά στη μελέτη της δομής και των ιδιοτήτων του κυττάρου. Φυσικά, η εμφάνιση και η οπτική τουχαρακτηριστικά δεν μπορούν να συγκριθούν με τα πρώτα μικροσκόπια που δημιούργησαν πατέρας και γιος Janssens ή Robert Hooke στα μέσα του 16ου αιώνα. Η ικανότητα διαχωρισμού των σύγχρονων μικροσκοπίων φωτός αυξάνει το μέγεθος των δομών των κυττάρων κατά 3000 φορές. Οι σαρωτές ράστερ μπορούν να καταγράψουν εικόνες υπομικροσκοπικών αντικειμένων όπως βακτήρια ή ιούς, οι τελευταίοι τόσο μικροί που δεν είναι καν κύτταρα. Στην κυτταρολογία χρησιμοποιείται ενεργά η μέθοδος των επισημασμένων ατόμων, καθώς και η in vivo μελέτη των κυττάρων, χάρη στην οποία διευκρινίζονται τα χαρακτηριστικά των κυτταρικών διεργασιών.
Φυγοκέντρηση
Για να διαχωρίσει τα περιεχόμενα των κυττάρων σε κλάσματα και να μελετήσει τις ιδιότητες και τις λειτουργίες του κυττάρου, η κυτταρολογία χρησιμοποιεί μια φυγόκεντρο. Λειτουργεί με την ίδια αρχή με το ομώνυμο εξάρτημα στα πλυντήρια ρούχων. Δημιουργώντας φυγόκεντρη επιτάχυνση, η συσκευή επιταχύνει το κυτταρικό εναιώρημα και δεδομένου ότι τα οργανίδια έχουν διαφορετικές πυκνότητες, καθιζάνουν σε στρώματα. Στο κάτω μέρος υπάρχουν μεγάλα μέρη, όπως πυρήνες, μιτοχόνδρια ή πλαστίδια, και στα πάνω ακροφύσια της σχάρας απόσταξης της φυγοκέντρησης, βρίσκονται μικρονήματα του κυτταροσκελετού, ριβοσώματα και υπεροξισώματα. Τα στρώματα που προκύπτουν διαχωρίζονται, επομένως είναι πιο βολικό να μελετηθούν τα χαρακτηριστικά της βιοχημικής σύνθεσης των οργανιδίων.
Κυτταρική δομή των φυτών
Οι ιδιότητες ενός φυτικού κυττάρου είναι από πολλές απόψεις παρόμοιες με τις λειτουργίες των ζωικών κυττάρων. Ωστόσο, ακόμη και ένας μαθητής, που εξετάζει σταθερά παρασκευάσματα φυτικών, ζωικών ή ανθρώπινων κυττάρων μέσω του προσοφθάλμιου μικροσκοπίου, θα βρει χαρακτηριστικά διαφοράς. Είναι γεωμετρικόσωστά περιγράμματα, παρουσία πυκνής μεμβράνης κυτταρίνης και μεγάλων κενοτοπίων, χαρακτηριστικών των φυτικών κυττάρων. Και μια ακόμη διαφορά που διακρίνει πλήρως τα φυτά στην ομάδα των αυτότροφων οργανισμών είναι η παρουσία στο κυτταρόπλασμα σαφώς ορατών ωοειδών πράσινων σωμάτων. Αυτοί είναι χλωροπλάστες - η τηλεκάρτα των φυτών. Εξάλλου, είναι αυτοί που είναι σε θέση να συλλάβουν την φωτεινή ενέργεια, να τη μετατρέψουν σε ενέργεια μακροεργικών δεσμών ATP και επίσης να σχηματίσουν οργανικές ενώσεις: άμυλο, πρωτεΐνες και λίπη. Έτσι, η φωτοσύνθεση καθορίζει τις αυτοτροφικές ιδιότητες του φυτικού κυττάρου.
Ανεξάρτητη σύνθεση τροφικών ουσιών
Ας σταθούμε στη διαδικασία λόγω της οποίας, σύμφωνα με τον εξαιρετικό Ρώσο επιστήμονα K. A. Timiryazev, τα φυτά παίζουν κοσμικό ρόλο στην εξέλιξη. Υπάρχουν περίπου 350 χιλιάδες είδη φυτών στη Γη, που κυμαίνονται από μονοκύτταρα φύκια όπως chlorella ή chlamydomonas μέχρι γιγάντια δέντρα - σεκόγια, που φτάνουν σε ύψος τα 115 μέτρα. Όλα απορροφούν το διοξείδιο του άνθρακα, μετατρέποντάς το σε γλυκόζη, αμινοξέα, γλυκερίνη και λιπαρά οξέα. Αυτές οι ουσίες χρησιμεύουν ως τροφή όχι μόνο για το ίδιο το φυτό, αλλά χρησιμοποιούνται επίσης από οργανισμούς που ονομάζονται ετερότροφοι: μύκητες, ζώα και ανθρώπους. Τέτοιες ιδιότητες των φυτικών κυττάρων όπως η ικανότητα να συνθέτουν οργανικές ενώσεις και να σχηματίζουν μια ζωτική ουσία - το οξυγόνο, επιβεβαιώνουν το γεγονός του αποκλειστικού ρόλου των αυτότροφων για τη ζωή στη Γη.
Ταξινόμηση πλαστιδίων
Είναι δύσκολο να μείνεις αδιάφορος, αναλογιζόμενος την υπερβολή των χρωμάτων των ανθισμένων τριαντάφυλλων ή το φθινοπωρινό δάσος. Το χρώμα των φυτών οφείλεται σε ειδικά οργανίδια - πλαστίδια, χαρακτηριστικά μόνο για τα φυτικά κύτταρα. Μπορεί να υποστηριχθεί ότι η παρουσία ειδικών χρωστικών στη σύνθεσή τους επηρεάζει τις λειτουργίες των χλωροπλαστών, των χρωμοπλαστών και των λευκοπλαστών στο μεταβολισμό. Τα οργανίδια που περιέχουν την πράσινη χρωστική ουσία χλωροφύλλη καθορίζουν τις σημαντικές ιδιότητες του κυττάρου και είναι υπεύθυνα για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Μπορούν επίσης να μετατραπούν σε χρωμοπλάστες. Παρατηρούμε αυτό το φαινόμενο, για παράδειγμα, το φθινόπωρο, όταν τα πράσινα φύλλα των δέντρων γίνονται χρυσά, μοβ ή κατακόκκινα. Οι λευκοπλάστες μπορούν να μετατραπούν σε χρωμοπλάστες, για παράδειγμα οι γαλακτώδεις ντομάτες ωριμάζουν σε πορτοκαλί ή κόκκινες. Μπορούν επίσης να περάσουν σε χλωροπλάστες, για παράδειγμα, η εμφάνιση πράσινου χρώματος στη φλούδα των κονδύλων της πατάτας εμφανίζεται όταν φυλάσσονται στο φως για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Μηχανισμός σχηματισμού φυτικού ιστού
Ένα από τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα των ανώτερων φυτικών κυττάρων είναι η παρουσία ενός σκληρού και ισχυρού κελύφους. Συνήθως περιέχει μακρομόρια κυτταρίνης, λιγνίνης ή πηκτίνης. Η σταθερότητα και η αντοχή στη συμπίεση και άλλες μηχανικές παραμορφώσεις διακρίνουν τους φυτικούς ιστούς στην ομάδα των πιο άκαμπτων φυσικών δομών που μπορούν να αντέξουν βαριά φορτία (θυμηθείτε, για παράδειγμα, τις ιδιότητες του ξύλου). Ανάμεσα στα κύτταρα του προκύπτουν πολλά κυτταροπλασματικά νήματα που περνούν από τρύπες στις μεμβράνες, οι οποίες, σαν ελαστικές κλωστές, τις ράβουν μεταξύ τους.μεταξύ τους. Επομένως, η αντοχή και η σκληρότητα είναι οι κύριες ιδιότητες ενός κυττάρου ενός φυτικού οργανισμού.
Πλασμόλυση και αποπλασμόλυση
Η παρουσία διάτρητων τοιχωμάτων που είναι υπεύθυνα για την κίνηση του νερού, των μεταλλικών αλάτων και των φυτοορμονών μπορεί να ανιχνευθεί λόγω του φαινομένου της πλασμόλυσης. Τοποθετήστε ένα φυτικό κύτταρο σε ένα υπερτονικό αλατούχο διάλυμα. Το νερό από το κυτταρόπλασμά του θα διαχέεται προς τα έξω και κάτω από ένα μικροσκόπιο θα δούμε τη διαδικασία απολέπισης του βρεγματικού στρώματος του υαλοπλάσματος. Το κύτταρο συρρικνώνεται, ο όγκος του μειώνεται, δηλ. συμβαίνει πλασμόλυση. Μπορείτε να επιστρέψετε την αρχική μορφή προσθέτοντας μερικές σταγόνες νερό σε μια γυάλινη πλάκα και δημιουργώντας συγκέντρωση του διαλύματος χαμηλότερη από ό,τι στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Τα μόρια H2Ο θα εισέλθουν στο εσωτερικό μέσω των πόρων στο κέλυφος, ο όγκος και η ενδοκυτταρική πίεση του κυττάρου θα αυξηθούν. Αυτή η διαδικασία ονομάστηκε αποπλασμόλυση.
Ειδική δομή και λειτουργίες ζωικών κυττάρων
Η απουσία χλωροπλαστών στο κυτταρόπλασμα, λεπτές μεμβράνες χωρίς εξωτερικό κέλυφος, μικρά κενοτόπια που εκτελούν κυρίως πεπτικές ή απεκκριτικές λειτουργίες - όλα αυτά ισχύουν για ζωικά και ανθρώπινα κύτταρα. Η ποικίλη εμφάνισή τους και οι ετερότροφες διατροφικές τους συνήθειες είναι ένα άλλο διακριτικό χαρακτηριστικό.
Πολλά κύτταρα, που είναι χωριστοί οργανισμοί ή αποτελούν μέρος ιστών, είναι ικανά για ενεργή κίνηση. Αυτά είναι φαγοκύτταρα και σπερματοζωάρια θηλαστικών, αμοιβάδα, παπούτσι έγχυσης κ.λπ. Τα ζωικά κύτταρα συνδυάζονται σε ιστούς λόγω του υπερμεμβρανικού συμπλέγματος - του γλυκοκάλυκα. Αυτόςαποτελείται από γλυκολιπίδια και πρωτεΐνες που σχετίζονται με υδατάνθρακες, και προάγει την προσκόλληση - προσκόλληση των κυτταρικών μεμβρανών μεταξύ τους, οδηγώντας στο σχηματισμό ιστού. Η εξωκυτταρική πέψη εμφανίζεται και στον γλυκοκάλυκα. Ο ετερότροφος τρόπος διατροφής καθορίζει την παρουσία στα κύτταρα ενός ολόκληρου οπλοστασίου πεπτικών ενζύμων, συγκεντρωμένων σε ειδικά οργανίδια - λυσοσώματα, που σχηματίζονται στη συσκευή Golgi - μια υποχρεωτική μονομεμβρανική δομή του κυτταροπλάσματος.
Στα ζωικά κύτταρα, αυτό το οργανίδιο αντιπροσωπεύεται από ένα κοινό δίκτυο καναλιών και δεξαμενών, ενώ στα φυτά μοιάζει με πολλές διαφορετικές δομικές μονάδες. Τόσο τα φυτικά όσο και τα ζωικά σωματικά κύτταρα διαιρούνται με μίτωση, ενώ οι γαμέτες διαιρούνται με μείωση.
Έχουμε λοιπόν διαπιστώσει ότι οι ιδιότητες των κυττάρων διαφόρων ομάδων ζωντανών οργανισμών θα εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά της μικροσκοπικής δομής και των λειτουργιών των οργανιδίων.
