Цяла плеяда от изключителни учени от миналото - Робърт Хук, Антъни ван Льовенхук, Теодор Шван, Матиас Шлайден, със своите открития в областта на изучаването на природата, проправиха пътя за формирането на най-важния клон на съвременната биологична наука - цитология. Изучава структурата и свойствата на клетката, която е елементарен носител на живота на Земята. Фундаменталните знания, получени в резултат на развитието на науката за клетките, вдъхновяват изследователите да създават дисциплини като генетика, молекулярна биология и биохимия.
Научните открития, направени в тях, напълно промениха облика на планетата и доведоха до появата на клонинги, генетично модифицирани организми и изкуствен интелект. Нашата статия ще ви помогне да разберете основните методи на цитологични експерименти и да разберете структурата и функциите на клетките.
Как се изучава клетка
Както преди 500 години, светлинният микроскоп е основният инструмент, който помага за изследване на структурата и свойствата на клетката. Разбира се, външният му вид и оптиченхарактеристики не могат да се сравнят с първите микроскопи, създадени от баща и син Янсенс или Робърт Хук в средата на 16 век. Разделителната способност на съвременните светлинни микроскопи увеличава размера на клетъчните структури с 3000 пъти. Растерните скенери могат да заснемат изображения на субмикроскопични обекти като бактерии или вируси, като последните са толкова малки, че дори не са клетки. В цитологията активно се използва методът на белязаните атоми, както и in vivo изследване на клетките, благодарение на което се изясняват особеностите на клетъчните процеси.
центрофугиране
За разделяне на клетъчното съдържание на фракции и изследване на свойствата и функциите на клетката, цитологията използва центрофуга. Работи на същия принцип като едноименната част в пералните машини. Чрез създаване на центробежно ускорение устройството ускорява клетъчната суспензия и тъй като органелите имат различна плътност, те се утаяват на слоеве. На дъното има големи части, като ядра, митохондрии или пластиди, а в горните дюзи на дестилационната решетка на центрофугата са разположени микрофиламенти на цитоскелета, рибозоми и пероксизоми. Получените слоеве са разделени, така че е по-удобно да се изследват характеристиките на биохимичния състав на органелите.
Клетъчна структура на растенията
Свойствата на растителната клетка в много отношения са подобни на функциите на животинските клетки. Въпреки това, дори ученик, който изследва фиксирани препарати от растителни, животински или човешки клетки през окуляра на микроскоп, ще открие черти на разлика. Геометричен еправилни контури, наличие на плътна целулозна мембрана и големи вакуоли, характерни за растителните клетки. И още една разлика, която напълно отличава растенията от групата на автотрофните организми, е наличието в цитоплазмата на ясно видими овални зелени тела. Това са хлоропластите - визитната картичка на растенията. В крайна сметка те са тези, които са в състояние да улавят светлинната енергия, да я преобразуват в енергията на макроергичните връзки на АТФ, а също така да образуват органични съединения: нишесте, протеини и мазнини. Така фотосинтезата определя автотрофните свойства на растителната клетка.
Независим синтез на трофични вещества
Нека се спрем на процеса, поради който според изключителния руски учен К. А. Тимирязев растенията играят космическа роля в еволюцията. На Земята има приблизително 350 хиляди растителни вида, вариращи от едноклетъчни водорасли като хлорела или хламидомона до гигантски дървета - секвои, достигащи височина от 115 метра. Всички те абсорбират въглеродния диоксид, превръщайки го в глюкоза, аминокиселини, глицерол и мастни киселини. Тези вещества служат като храна не само за самото растение, но се използват и от организми, наречени хетеротрофи: гъби, животни и хора. Такива свойства на растителните клетки като способността да синтезират органични съединения и да образуват жизненоважно вещество - кислород, потвърждават факта за изключителната роля на автотрофите за живота на Земята.
Класификация на пластидите
Трудно е да останеш безразличен, съзерцавайки феерия от цветове на цъфнали рози или есенна гора. Цветът на растенията се дължи на специални органели - пластиди, характерни само за растителните клетки. Може да се твърди, че наличието на специални пигменти в състава им влияе върху функциите на хлоропластите, хромопластите и левкопластите в метаболизма. Органелите, съдържащи зеления пигмент хлорофил, определят важните свойства на клетката и са отговорни за процеса на фотосинтеза. Те също могат да се трансформират в хромопласти. Наблюдаваме това явление например през есента, когато зелените листа на дърветата стават златисти, лилави или пурпурни. Левкопластите могат да се трансформират в хромопласти, например млечните домати узряват до оранжеви или червени. Те също така могат да преминат в хлоропласти, например появата на зелен цвят върху кората на картофените грудки се появява, когато се съхраняват на светлина за дълго време.
Механизъм на образуване на растителна тъкан
Една от отличителните черти на висшите растителни клетки е наличието на твърда и здрава обвивка. Обикновено съдържа макромолекули от целулоза, лигнин или пектин. Стабилността и устойчивостта на компресия и други механични деформации отличават растителните тъкани в групата на най-твърдите естествени структури, които могат да издържат на тежки натоварвания (припомнете си, например, свойствата на дървото). Между клетките му възникват множество цитоплазмени нишки, преминаващи през отвори в мембраните, които като еластични нишки ги зашиват заедно.между тях. Следователно здравината и твърдостта са основните свойства на клетката на растителния организъм.
Плазмолиза и деплазмолиза
Наличието на перфорирани стени, отговорни за движението на вода, минерални соли и фитохормони, може да се установи поради феномена на плазмолиза. Поставете растителна клетка в хипертоничен физиологичен разтвор. Водата от цитоплазмата му ще дифундира навън и под микроскоп ще видим процеса на ексфолиране на париеталния слой на хиалоплазмата. Клетката се свива, обемът й намалява, т.е. настъпва плазмолиза. Можете да върнете оригиналната форма, като добавите няколко капки вода към предметно стъкло и създадете концентрация на разтвора, по-ниска от тази в цитоплазмата на клетката. H2O молекулите ще влязат вътре през порите в черупката, обемът и вътреклетъчното налягане на клетката ще се увеличат. Този процес се нарича деплазмолиза.
Специфична структура и функции на животинските клетки
Липсата на хлоропласти в цитоплазмата, тънки мембрани, лишени от външна обвивка, малки вакуоли, които изпълняват основно храносмилателни или отделителни функции - всичко това се отнася за животински и човешки клетки. Техният разнообразен външен вид и хетеротрофни хранителни навици са друга отличителна черта.
Много клетки, които са отделни организми или са част от тъкани, са способни на активно движение. Това са фагоцити и сперматозоиди на бозайници, амеба, инфузория-обувка и др. Животинските клетки се обединяват в тъкани благодарение на надмембранния комплекс - гликокаликса. Тойсе състои от гликолипиди и протеини, свързани с въглехидратите, и насърчава адхезията - сцепление на клетъчните мембрани една към друга, което води до образуването на тъкан. Извънклетъчното храносмилане се извършва и в гликокаликса. Хетеротрофният начин на хранене обуславя наличието в клетките на цял арсенал от храносмилателни ензими, концентрирани в специални органели - лизозоми, които се образуват в апарата на Голджи - задължителна едномембранна структура на цитоплазмата.
В животинските клетки тази органела е представена от обща мрежа от канали и цистерни, докато в растенията изглежда като множество различни структурни единици. И растителните, и животинските соматични клетки се делят чрез митоза, докато гаметите се делят чрез мейоза.
И така, установихме, че свойствата на клетките от различни групи живи организми ще зависят от особеностите на микроскопичната структура и функциите на органелите.
