Omul de știință care a introdus postulatul teoriei celulare. Principalele prevederi ale teoriei celulare - postulate ale unității tuturor viețuitoarelor

Cursul 1 Teoria celulară Diagrame generale ale structurii procariotelor și eucariotelor (plante și animale) Metode de bază pentru studiul celulelor Microscopul lui Hooke (circa 1660) Primul desen al celulelor Robert Hooke, plută, 1665 Lupa lui Leeuwenhoek („microscop”), sfârșitul secolului XVII secol ( copie) Bacteriile din cavitatea bucală Teoria și microscopul Abbe Imaginea la microscop se formează ca urmare a interferenței luminii directe și difractate. Lentila și ocularul microscopului sunt calculate matematic. Limita de rezoluție a microscopului este de aproximativ jumătate din lungimea de undă (0,61λ/NA). O celulă este o unitate elementară a vieții O celulă este un sistem deschis, separat de mediul extern printr-o membrană lipoproteică, capabil de auto-întreținere, creștere și reproducere pe termen lung fără participarea altor celule. Sursa de energie pentru viața celulară este reacțiile chimice. Prevederi de bază ale teoriei celulare: 1. Toate organismele constau din celule. 2. Celulele noi apar numai prin divizarea celulelor preexistente (omnis cellula e cellula - R. Virchow). 3. Celulele diferitelor organisme sunt aranjate și funcționează conform unui singur plan. Postulatele de bază ale biologiei celulare 1. Teoria celulară – o celulă este o unitate elementară a viețuitoarelor. 2. Celula este capabilă de reproducere, limitată doar de mediul extern. 3. Comportamentul celular este descris de legile fiziologiei. 4. Celulele sunt capabile să formeze populații complexe (colonii, țesuturi, organe). 5. Celulele unui organism pluricelular în procesul de formare se diferențiază și își pierd autonomia. Legile biologice în biologia celulară 1. Legea de bază a fiziologiei: „totul sau nimic”. 2. Homeostazia mediului intern. 3. Principiul echifinalității în dezvoltare (ontogeneză și filogeneză). 4. Capacitatea celulelor și a structurilor subcelulare de a se autoorganiza. 5. Principiul ireductibilității – comportamentul populațiilor celulare (țesuturi, organe) nu este descris prin comportamentul celulelor; comportamentul celular nu este descris din punct de vedere al comportamentului macromoleculelor. Celula bacteriana, sectiune Celula bacteriana, excrescente de suprafata Diagrama unei celule bacteriene Celulele animale Diagrama celulelor animale Celula vegetala Celula vegetala (diagrama) Componentele unei celule eucariote Nucleu: stocarea, reproducerea si implementarea informatiilor genetice (ADN, ARN). Hialoplasma (citosol): sistem metabolic bazal. Membrană plasmatică: sistem de barieră receptor. Citoscheletul: sistemul musculo-scheletic. Sistem vacuolar: un sistem de acumulare și segregare a biopolimerilor (proteine, carbohidrați) și a produselor metabolice. Mitocondrii: alimentare cu energie (potenţial electrochimic şi sinteza ATP ) Plastide: fotosinteza carbohidraților și ATP. Procariote și eucariote - asemănări 1. Membrană lipoproteică plasmatică cu permeabilitate selectivă. 2. ADN – ARN – proteină: enzime, ribozomi, cod genetic. 3. Diviziunea celulară – după replicarea ADN-ului după un mecanism semi-conservator. 4. Nucleozidici trifosfați ca intermediar principal în bioenergie. 5. Sinteza eficientă a ATP asociat cu membrana (pompa de protoni). Diferențe Procariote Eucariote Doar plasmalemă Organele de membrană Un ADN circular, operoni Mai mulți ADN liniar, promotori individuali și amplificatori ai fiecărei gene Transcrierea și traducerea au loc simultan Transcrierea și traducerea sunt separate Nu există histone Nu există cromatină Nu există aparat mitotic Aparatul mitotic este prezent Nu există citoschelet, transport prin difuzie Citoplasma este anizotropă, există un citoschelet și transport rapid de-a lungul acestuia Flagel bacterian, care se rotește în membrană Centriol și flagel atașat eucariotic Dimensiunea celulei: 0,5-2 µm Dimensiunea celulei: 3-50 µm Celule a unui organism pluricelular 1. La începutul dezvoltării (clivaj sau embriogeneză timpurie) se împart în celule germinale (produc gameți sau spori) și celule somatice (mor). 2. Separarea celulelor somatice are loc prin reprimarea anumitor gene la majoritatea animalelor și plantelor și prin diminuarea cromatinei (aruncarea cromozomilor) la unele animale. 3. Dintre celulele somatice și germinale, așa-numitele celule stem care susțin diferențele corespunzătoare. 4. Diferențierea celulelor somatice, de regulă, înseamnă o restructurare a profilului de expresie a diferitelor gene, dar nu o modificare a genomului. 5. Diferențierea celulelor germinale include demetilarea ADN-ului și verificarea genomului, precum și meioza. Metode de bază ale biologiei celulare 1. Studiul celulelor fixe - microscopia luminoasă și electronică. 2. Studiul celulelor vii - cultura tisulara, microscopie cu lumina. 3. Citometria în flux și sortarea celulelor. 4. Reglarea direcționată a expresiei genelor și proteinelor. 5. Fracționarea componentelor celulelor vii și studiul sistemelor libere de celule (extrase). 6. Studiul proteinelor și acizilor nucleici la nivelul celulelor individuale. Microscopie cu lumină Un microscop cu lumină (transmisie, fluorescență, confocal) are o limită de rezoluție de 0,25 microni (mărire de 10-1500 de ori), vă permite să studiați celulele vii și fixe. Culori – coloranți absorbanți și coloranți fluorescenți. Limitările microscopiei luminoase: rezoluție și adâncime mică de câmp. Metode de iluminare: lumină transmisă (câmp luminos, contrast de fază și interferență), lumină incidentă (fluorescență). Microscopia cu fluorescență permite detectarea moleculelor individuale. Microscop cu fluorescență de cercetare Diatomee, obiectiv x100 Microscopie cu fluorescență Microscop confocal cu scanare laser Cameră CCD răcită Camera permite înregistrarea fluorescenței moleculelor individuale - randamentul cuantic ajunge la 95% Contrast sporit datorită intervalului dinamic al camerei Contrastul original Contrast crescut de 50 de ori Microscopie luminoasă: tranziție dincolo de limita rezoluției de difracție Principiu: detectarea moleculelor individuale și restabilirea poziției lor prin metode de calcul. Rezoluție practică - microscopie STORM aproximativ 25 nm, vezicule și microtubuli Clathrin 2 culori, rezoluție aproximativ 20 nm Microscop electronic, vedere generală Microscopie electronică Microscop electronic (transmisie) - rezoluție până la 0,3 nm (mărire de 1000-1000000 ori). Necesită vid înalt. Sunt studiate doar preparate subțiri de celule fixe, componente ale celulelor izolate și macromolecule. Culori – săruri ale metalelor grele (uraniu, plumb, osmiu etc.), nanoparticule de aur, acoperire cu platină etc. Microscop electronic cu scanare – suprafața celulei la o mărire de 100-100.000x. Secțiune ultrasubțire (~0,07 µm) a unei celule animale Microscopia electronică cu scanare (în electroni secundari) Fixarea preparatelor pentru microscopie Cerințe: pătrundere rapidă în țesut, perturbare minimă a aranjamentului relativ al moleculelor (structurii), crearea unui puternic tridimensional. structura (reticulare a macromoleculelor), extracție minimă. Fixative pentru microscopie ușoară: formol și alte aldehide, fixative speciale (acid acetic, alcool metilic etc.) Fixative pentru microscopie electronică: glutaraldehidă, apoi OsO4 (în tampon, pH 7,2). Congelare rapidă urmată de fixare chimică. Pregătirea preparatelor pentru microscopie Deshidratarea probelor fixe, impregnarea și înglobarea în parafină sau rășină epoxidica. Secțiuni: 5 µm grosime pentru microscopie luminoasă (microtom) și 0,07 µm pentru microscopie electronică (ultramicrotom). Colorație pentru microscopie luminoasă: generală (hematoxilineozină, azur-eozină etc.) și specială - identificarea proteinelor individuale, carbohidraților și a altor componente (citochimie, imunochimie). Colorații pentru microscopie electronică: generale (citrat de acetat de uranil plumb) și speciale (imunochimie cu nanoparticule de aur). Limitări ale analizei microscopice Microscop cu lumină – adâncime mică de câmp la mărire mare (secțiuni optice aproximativ 0,5 µm); rezoluția este limitată de discul Airy. Microscop electronic – puterea de penetrare redusă a electronilor (0,1-1 microni). Prin urmare, o imagine tridimensională mărită este întotdeauna rezultatul reconstrucției sau tomografiei. Tomografie în verde EM – cloroplaste roșii – mitocondrii albastre – peroxizomi gri – perete celular Fluorimetru Schema celui mai simplu citofluorimetru în flux Celulă de flux Filtru PMT Longpass 4 Oglinzi dicroice PMT 3 PMT 2 PMT Filtre cu diodă cu lentilă Bandpass 1 Laser (488 nm) Purdue University Cytometry Laboratories) Metode de cercetare moleculară 1. Izolarea proteinelor, acizilor nucleici, lipidelor etc.: ultracentrifugarea; filtrare cu gel; electroforeză (cromatografie); imunochimia și combinațiile lor. 2. Cercetarea fragmentelor de ADN - reacția în lanț a polimerazei (PCR); secvențierea acidului nucleic. 3. Studii ale proteinelor și fragmentelor acestora (spectrometrie MALDI etc.). 4. Vizualizarea moleculelor individuale folosind etichete fluorescente (microscopie cu lumină). Cip pentru studierea celulelor individuale În stânga este o celulă pentru manipularea celulelor individuale; în centru se află un compartiment pentru detectarea moleculelor individuale. Dreapta: sus – diagrama taliei cu laser; Mai jos sunt fotografii ale moleculelor individuale (cadru de la o cameră CCD).

Teoria celulară este o generalizare științifică, concluzie, concluzie la care au ajuns oamenii de știință în secolul al XIX-lea. Există două prevederi cheie în el:

Toate organismele vii au o structură celulară. Nu există viață în afara celulei.

Fiecare celulă nouă apare numai prin divizarea uneia existente anterior. Fiecare celulă provine dintr-o altă celulă.

Aceste concluzii au fost făcute de diverși oameni de știință în timpuri diferite. Primul - de T. Schwann în 1839, al doilea - de R. Virchow în 1855. Pe lângă ei, alți cercetători au influențat formarea teoriei celulare.

În secolul al XVII-lea, a fost inventat microscopul. R. Hooke a văzut primul celule vegetale. Pe parcursul unui secol și jumătate până la două secole, oamenii de știință au observat celule ale diferitelor organisme, inclusiv protozoare. Treptat, s-a ajuns la o înțelegere a rolului important al conținutului intern al celulelor, și nu a pereților acestora. Nucleul celular a fost expus.

În anii 30 ai secolului al XIX-lea, M. Schleiden a subliniat o serie de caracteristici ale structurii celulare a plantelor. Folosind aceste date, precum și studiile sale asupra celulelor animale, T. Schwann a formulat teoria celulară, generalizând caracteristicile structurii celulare la toate organismele vii:

Toate organismele sunt formate din celule

celula este cea mai mică unitate structurală a unui lucru viu,

organismele pluricelulare constau din mai multe celule;

Creșterea organismelor are loc prin apariția de noi celule.

În același timp, Schleiden și Schwann s-au înșelat în privința modului în care apar celule noi. Ei credeau că celula iese dintr-o substanță mucoasă necelulară, care formează mai întâi nucleul, iar apoi se formează citoplasma și membrana în jurul acesteia. Puțin mai târziu, cercetările altor oameni de știință au arătat că celulele apar prin diviziune, iar în anii 50 ai secolului al XIX-lea, Virchow a completat teoria celulară cu poziția că fiecare celulă poate proveni doar dintr-o altă celulă.

Teoria celulară modernă

Teoria celulară modernă completează și concretizează generalizările din XIX. Potrivit ei viata in manifestarea ei structurala, functionala si genetica este asigurata doar de celula. O celulă este o unitate biologică capabilă să metabolizeze, să transforme și să utilizeze energie, să stocheze și să implementeze informații biologice.

Celula este considerată un sistem elementar care stă la baza structurii, activității vitale, reproducerii, creșterii și dezvoltării tuturor organismelor vii.

Celulele tuturor organismelor provin din diviziunea celulelor anterioare. Procesele de mitoză și meioză ale tuturor eucariotelor sunt aproape aceleași, ceea ce indică unitatea originii lor. Toate celulele reproduc ADN-ul în același mod, au mecanisme similare de biosinteză a proteinelor, reglarea metabolismului, stocarea, transferul și utilizarea energiei.

Teoria celulară modernă consideră organism pluricelular nu ca o colecție mecanică de celule (ceea ce era tipic pentru secolul al XIX-lea), ci ca sistem integral, posedând noi calități datorită interacțiunii celulelor sale constitutive. În același timp, celulele organismelor pluricelulare rămân unitățile lor structurale și funcționale, deși nu pot exista separat (cu excepția gameților și sporilor).

Test pe tema: «

1. Principalele postulate ale „teoriei celulare” au fost formulate în 1838-1839:

1. A. Leeuwenhoek, R. Brown

2. T. Schwann, M. Schleiden

3. R. Brown, M. Schleiden

4.T. Schwann, R. Virchow.

2. Fotosinteza are loc:

1 . în cloroplaste 2. în vacuole

3 . în leucoplaste 4. în citoplasmă

3. Proteinele, grăsimile și carbohidrații sunt stocate în rezervă:

1 . în ribozomi 2. în complexul Golgi

3 . în mitocondrii 4. în citoplasmă

4. Ce proporție (%) într-o celulă este în medie macroelemente?

1. 80% 2. 20 % 3. 40% 4. 98%

5. Celulele care nu sintetizează materie organică, și cei care folosesc gata făcute

1. autotrofe 2. heterotrofe

3. procariote 4. eucariote

6. Una dintre funcțiile centrului celular

1. Formarea fusului

2.Formarea anvelopei nucleare

3.Managementul biosintezei proteinelor

4.Mișcarea substanțelor în celulă

7. Apare la lizozomi

1.Sinteza proteinelor

2. Fotosinteza

3. Defalcarea substantelor organice

4. Conjugarea cromozomilor

8.

organoizi

9. Membranele și canalele reticulului endoplasmatic granular (RE) realizează sinteza și transportul:

1. proteine ​​2. lipide

3. glucide 4. acizi nucleici.

10. În rezervoarele și veziculele aparatului Golgi:

1. secretia de proteine

2. sinteza proteinelor, secretia de glucide si lipide

3. sinteza glucidelor si lipidelor, secretia de proteine, glucide si lipide.

4. sinteza proteinelor si glucidelor, secretia de lipide si glucide.

11. Centrul celular este prezent în celule:

1. toate organismele 2. numai animalele

3. numai plantele 4. toate animalele și plantele inferioare.

A doua parte

B-1 Care structuri celulare suferă cele mai mari modificări în timpul procesului? mitoză?

1) nucleu 4) lizozomi

2) citoplasmă 5) centru celular

3) ribozomi 6) cromozomi

B-3 Stabiliți o corespondență între caracteristica metabolică și grupul de organisme pentru care este caracteristică.

ORGANISME CARACTERISTICE

a) eliberarea de oxigen în atmosferă 1) autotrofe

b) utilizarea energiei alimentare pentru sinteza ATP 2) heterotrofe

c) utilizarea substanțelor organice gata preparate

d) sinteza substanţelor organice din cele anorganice

e) utilizarea dioxidului de carbon pentru alimentație

B-4. Stabiliți o corespondență între procesul care are loc în celulă și organele pentru care este caracteristic.

PROCES ORGANOID

A) reducerea dioxidului de carbon la glucoză 1) mitocondriile

B) Sinteza ATP în timpul respirației 2) cloroplast

B) sinteza primară a substanțelor organice

D) conversia energiei luminoase în energie chimică

D) descompunerea substanţelor organice în dioxid de carbon şi apă.

Test pe tema: « Structura celulară a organismelor"

1. Membranele celulare constau din:

1. plasmalema (membrana citoplasmatica)

2. membranele plasmatice la animale și pereții celulari la plante

3. pereții celulari

4. plasmaleme la animale, plasmaleme și pereții celulari la plante.

2 .Funcțiile „centralelor electrice” sunt îndeplinite în cușcă:

1 . ribozomi

2 . mitocondriile

3 . citoplasma

4 . vacuole

3 .Organoid implicat în diviziunea celulară:

1 . ribozomi

2 . plastide

3 . Mitocondriile

4 .centrul celular

4. Celule care sintetizează substanțe organice din cele anorganice

1. autotrofi

2. heterotrofe

3. procariote

4. eucariote

5. Știință care studiază structura și funcționarea celulelor

1.Biologie 2.Citologie

3.Histologie 4.Fiziologie

6. Organele celulare non-membranare

1. Centru celular 2. Lizozom

3. Mitocondrii 4. Vacuole

7. Distribuiți caracteristicile în funcție de organitele celulare (puneți litere
corespunzătoare caracteristicilor organoidului, vizavi de numele organoidului).

organoizi

8. Principalul carbohidrat de stocare în celulele animale:

1. amidon 2. glucoză 3. glicogen 4. grăsime

9. Membranele și canalele reticulului endoplasmatic neted (RE) realizează sinteza și transportul:

1 proteine ​​și carbohidrați 2 lipide 3 grăsimi și carbohidrați 4 acizi nucleici

10. Lizozomii se formează pe:

1. canale de EPS netede

2. canale de EPS brut

3. tancuri ale aparatului Golgi

4. suprafata interioara a plasmalemei.

11. Microtubulii centrului celular participă la formarea:

1. numai citoscheletul celulei

2. fusuri

3. flageli și cili

4. citoscheletul celular, flagelii și cilii.

A doua parte

B-1 Principiile de bază ale teoriei celulare ne permit să concluzionam că

1) migrarea biogenă a atomilor

2) înrudirea organismelor

3) originea plantelor și animalelor dintr-un strămoș comun

4) apariția vieții în urmă cu aproximativ 4,5 miliarde de ani

5) structura similară a celulelor tuturor organismelor

6) relația dintre natura vie și cea neînsuflețită

B-3 Stabiliți o corespondență între structura, funcția organelelor celulare și tipul acestora.

STRUCTURA, FUNCȚII ORGANOIZE

B) asigură formarea de oxigen

D) asigură oxidarea substanţelor organice

RĂSPUNSURI

V-1 1-2, 2-1, 3-2, 4-4, 5-2, 6-1, 7-3, 8-1n, 2d, 3k, 4mo, 5b, 6zh, 7e, 8a, 9gp ,10l; 9-1,10-3,11-4

V-1 156; V-2 256; V-3 12211; B-4 21221.

B-2 1-4, 2-2, 3-4, 4-1,5-2, 6-1, 7-1n, 2d, 3k, 4mo, 5b, 6zh, 7e, 8a, 9gp, 10l; 8-3, 9-3, 10-3,11-2

V-1 235; V-2 346; V-3 21212; B-4 246.

Un singur postulat al teoriei celulare a fost infirmat. Descoperirea virușilor a arătat că afirmația „nu există viață în afara celulelor” este greșită. Deși virușii, ca și celulele, constau din două componente principale - acid nucleic și proteine, structura virușilor și a celulelor este puternic diferită, ceea ce nu permite virușilor să fie considerați o formă celulară de organizare a materiei. Virușii nu sunt capabili să sintetizeze în mod independent componentele propriei structuri - acizi nucleici și proteine ​​- și reproducerea lor este posibilă numai folosind sistemele enzimatice ale celulelor. Prin urmare, un virus nu este o unitate elementară a materiei vii.

Importanța celulei ca structură și funcție elementară a unui viețuitor, ca centru al principalelor reacții biochimice care au loc în organism, ca purtător al fundamentelor materiale ale eredității face din citologia cea mai importantă disciplină biologică generală.

TEORIA CELULARĂ

După cum am menționat mai devreme, știința celulelor - citologie, studiază structura și compozitia chimica celulele, funcțiile structurilor intracelulare, reproducerea și dezvoltarea celulelor, adaptarea la condițiile de mediu. Aceasta este o știință complexă legată de chimie, fizică, matematică etc. stiinte biologice. Celula este cea mai mică unitate a vieții, care stă la baza structurii și dezvoltării organismelor vegetale și animale de pe planeta noastră. Este un sistem de viață elementar capabil de auto-reînnoire, autoreglare și auto-reproducere. Dar în natură nu există o celulă universală: o celulă a creierului este la fel de diferită de o celulă musculară ca de orice organism unicelular. Diferența depășește arhitectura - nu numai structura celulelor este diferită, ci și funcțiile lor.

Și totuși putem vorbi despre celule într-un concept colectiv. La mijlocul secolului al XIX-lea, pe baza cunoștințelor deja extinse despre celulă, T. Schwann a formulat teoria celulară (1838). El a rezumat cunoștințele existente despre celulă și a arătat că celula este unitatea structurală de bază a tuturor organismelor vii și că celulele plantelor și animalelor sunt similare ca structură. Aceste prevederi au fost cea mai importantă dovadă a unității de origine a tuturor organismelor vii, a unității întregii lumi organice. T. Schwann a introdus în știință o înțelegere corectă a celulei ca unitate independentă viața, cea mai mică unitate a vieții: nu există viață în afara celulei.

Teoria celulară este una dintre generalizările remarcabile ale biologiei din secolul trecut, care a oferit baza unei abordări materialiste pentru înțelegerea vieții și dezvăluirea conexiunilor evolutive dintre organisme.

Teoria celulară primită dezvoltare ulterioarăîn lucrările oamenilor de știință din a doua jumătate a secolului al XIX-lea secole. A fost descoperită diviziunea celulară și s-a formulat poziția că fiecare celulă nouă provine din aceeași celulă originală prin diviziunea sa (Rudolf Virchow, 1858). Karl Baer a descoperit oul de mamifer și a stabilit că toate organismele multicelulare își încep dezvoltarea dintr-o singură celulă, iar această celulă este zigotul. Această descoperire a arătat că celula nu este doar o unitate de structură, ci și o unitate de dezvoltare a tuturor organismelor vii.

Teoria celulară și-a păstrat semnificația până astăzi. A fost testat în mod repetat și completat cu numeroase materiale privind structura, funcțiile, compoziția chimică, reproducerea și dezvoltarea celulelor diferitelor organisme.

Teoria celulară modernă include următoarele prevederi:

è Celula este unitatea de bază de structură și dezvoltare a tuturor organismelor vii, cea mai mică unitate a unui lucru viu;

è Celulele tuturor organismelor unicelulare și pluricelulare sunt similare (omoloage) ca structură, compoziție chimică, manifestări de bază ale activității vieții și metabolismului;

è Reproducerea celulară are loc prin divizarea lor, iar fiecare celulă nouă se formează ca urmare a divizării celulei originale (mamă);

è În organismele pluricelulare complexe, celulele sunt specializate în funcția pe care o îndeplinesc și formează țesuturi; țesuturile constau din organe care sunt strâns interconectate și subordonate sistemelor de reglare nervoase și umorale.

Caracteristicile comune ne permit să vorbim despre o celulă în general, implicând un fel de celulă tipică medie. Toate atributele sale sunt obiecte absolut reale, ușor vizibile printr-un microscop electronic. Adevărat, aceste atribute s-au schimbat - împreună cu puterea microscoapelor. Într-o diagramă a unei celule creată în 1922 folosind un microscop cu lumină, sunt doar patru structuri interne; Din 1965, pe baza datelor microscopiei electronice, am desenat deja cel puțin șapte structuri. Mai mult, dacă schema din 1922 ar fi mai mult ca o pictură abstractă, atunci o schemă modernă ar face onoare unui artist realist.

Să ne apropiem de această imagine pentru a examina mai bine detaliile ei individuale.

STRUCTURA CELULUI

Celulele tuturor organismelor au un singur plan structural, care arată în mod clar comunitatea tuturor proceselor de viață. Fiecare celulă include două părți indisolubil legate: citoplasma și nucleul. Atât citoplasma, cât și nucleul se caracterizează prin complexitate și structură strict ordonată și, la rândul lor, includ multe unități structurale diferite care îndeplinesc funcții foarte specifice.

Coajă. Interacționează direct cu mediul extern și interacționează cu celulele învecinate (în organismele multicelulare). Cochilia este obiceiul celulei. Ea se asigură vigilent că substanțele inutile nu pătrund în cușcă. în acest moment substanțe; dimpotriva, substantele de care are nevoie celula pot conta pe asistenta sa maxima.

Învelișul miezului este dublu; este format din membrane nucleare interioare și exterioare. Între aceste membrane se află spațiul perinuclear. Membrana nucleară exterioară este de obicei asociată cu canale reticulului endoplasmatic.

Învelișul de bază conține numeroși pori. Sunt formate prin închiderea membranelor exterioare și interioare și au diametre diferite. Unele nuclee, cum ar fi nucleele de ou, au mulți pori și sunt situate la intervale regulate pe suprafața nucleului. Numărul de pori din învelișul nuclear variază în funcție de diferitele tipuri de celule. Porii sunt situati la o distanta egala unul de altul. Deoarece diametrul porului poate varia, iar în unele cazuri pereții săi au o structură destul de complexă, se pare că porii se contractă sau se închid sau, dimpotrivă, se extind. Datorită porilor, carioplasma intră în contact direct cu citoplasma. Molecule destul de mari de nucleozide, nucleotide, aminoacizi și proteine ​​trec ușor prin pori și astfel are loc un schimb activ între citoplasmă și nucleu.

Citoplasma. Substanța principală a citoplasmei, numită și hialoplasmă sau matrice, este mediul semi-lichid al celulei în care se află nucleul și toate organelele celulei. La microscop electronic, întreaga hialoplasmă situată între organele celulare are o structură cu granulație fină. Stratul de citoplasmă formează diverse formațiuni: cili, flageli, excrescențe de suprafață. Acestea din urmă joacă un rol important în mișcarea și conectarea celulelor între ele în țesut.

Fiecare dintre noi își începe călătoria în viață cu o singură celulă, invizibilă cu ochiul liber. Adică, această celulă poate fi văzută cu ochiul folosind un microscop armat. Și nu doar să vedeți celula, ci și să priviți în ea, să vă familiarizați cu structura sa microscopică. În această lecție veți afla despre principiile microscoapelor cu lumină și electronică, veți afla cum sunt utilizate etichetele și markerii radioactivi în citologie și microscopie, ce este ultracentrifugarea și ce părți ale celulei pot fi studiate cu aceasta. Veți face cunoștință cu teoria celulară, veți afla despre istoria originii și dezvoltarea acesteia și veți afla principalele postulate. Aflați cum a fost dovedit, în ce parte a celulei se află informațiile ereditare, precum și cine și când a fost creat primul microscop, deschizând microcosmosul umanității.

Tema: Bazele citologiei

Lecția: Metode citologice. Teoria celulară

1. Tema și scopul lecției

Pentru a studia activitatea de viață și structura celulelor se folosesc diverse abordări sau metode de cercetare.

2. Metode de studiu a morfologiei și anatomiei celulelor. Utilizarea instrumentelor optice

Rezoluția ochiului uman este de 100 de micrometri (microni). Adică, dacă desenați două linii la o distanță de 100 de microni una de cealaltă și vă uitați la ele, atunci aceste două linii se vor îmbina într-una, iar dacă puneți două puncte la o distanță de 100 de microni, aceste două puncte vor părea ca un punct pentru tine. Dimensiunile celulelor și ale componentelor celulare sunt definite în microni sau fracții de microni. Pentru a vedea o structură de această scară și dimensiune, sunt necesare instrumente optice.

3. Microscop cu lumină

Din punct de vedere istoric, primul instrument optic a fost microscopul luminos (Fig. 1).

Orez. 1. Microscop cu lumină

Cel mai bun microscop cu lumină are o rezoluție de aproximativ 0,2 micrometri, sau 200 de nanometri, care este de aproximativ 500 de ori mai bună decât ochiul uman.

Primele microscoape au fost create la sfârșitul secolului al XVI-lea - începutul secolului al XVII-lea, iar prima persoană care a folosit un microscop pentru a studia obiectele vii a fost Robert Hooke, asta s-a întâmplat în 1665.

A studiat planta tesaturiși a arătat că pluta și alte țesuturi vegetale constau din celule separate prin partiții, aceste celule pe care le-a numit celule.

Microscoapele cu lumină sunt încă utilizate pe scară largă astăzi, dar au o serie de dezavantaje. Unele dintre ele sunt că, cu ajutorul unui microscop cu lumină, este imposibil să vezi obiecte ale căror dimensiuni sunt mai mici decât lungimea de undă a luminii - 400-800 nanometri, deoarece unda luminoasă nu poate fi reflectată de un astfel de obiect, ci se îndoaie în jurul lui.

4. Microscop electronic

La începutul anilor 30 ai secolului XX, a fost creat un microscop electronic (Fig. 2), care le-a oferit biologilor posibilitatea de a vedea obiecte de 0,5 nanometri.

De ce sa întâmplat asta? Pentru că fizicienii au sugerat că biologii folosesc nu un fascicul de lumină, ci un flux de electroni care ar putea fi deja reflectat de obiecte mai mici.

Orez. 2. Caracteristici comparative microscop luminos (sus) și electronic (jos).

Figura 2 prezintă intervalele de funcționare ale microscoapelor ușoare și electronice. După cum vedem, organitele celulare și virușii pot fi văzute doar cu ajutorul unui microscop electronic.

În esență, principiul de funcționare al unui microscop electronic este același cu cel al unui microscop cu lumină, în care un fascicul de raze de lumină este direcționat de o lentilă de condensare printr-o probă, iar imaginea este mărită folosind un sistem de lentile. Într-un microscop electronic, operatorul stă la un panou de control cu ​​fața unei coloane prin care trece fasciculul de electroni (Fig. 3).

5. Principiul de funcționare al unui microscop electronic

Un microscop electronic este răsturnat în comparație cu un microscop cu lumină. Aici, într-un microscop electronic, sursa de electroni se află în partea de sus a coloanei, iar proba în sine este în partea de jos.

Orez. 3. Principiul de funcționare al unui microscop luminos (stânga) și electronic (dreapta).

Se aplică o tensiune înaltă filamentului de tungsten situat în partea de sus a coloanei, iar filamentul emite un fascicul de electroni pentru a focaliza acești electroni.

În interiorul coloanei se creează un vid profund pentru a minimiza împrăștierea electronilor. Într-un microscop cu transmisie cu transmisie, electronii trec prin eșantion, astfel încât proba în sine trebuie să fie foarte subțire, altfel electronii pot fi absorbiți de probă sau împrăștiați. După trecerea prin eșantion, electronii sunt focalizați de lentile electromagnetice suplimentare.

Electronii sunt invizibili pentru ochiul uman, așa că sunt direcționați pe un ecran fluorescent care produce imagini vizibile sau pe film fotografic. În acest fel puteți obține o fotografie permanentă - o micrografie electronică.

Pentru a obține imagini tridimensionale ale obiectelor, se folosește un microscop electronic cu scanare (Fig. 4).

Orez. 4. Imagini volumetrice ale polenului de plante (dreapta) obținute cu ajutorul unui microscop electronic cu scanare (stânga)

În ea, un fascicul de electroni focalizat cu precizie se mișcă înainte și înapoi pe suprafața probei, iar electronii reflectați de la suprafață sunt colectați și formează o imagine, similară cu cea care apare pe un ecran de televizor.

Cu un microscop electronic puteți vedea doar obiecte nevii. Procesele care au loc într-o celulă, adică într-o celulă vie, pot fi observate printr-un microscop cu lumină puternică utilizând fotografia cu film cu încetinitorul.

6. Utilizarea unei etichete radioactive

Dacă trebuie să urmăriți soarta vreunuia compus chimicîntr-o celulă, atunci puteți înlocui unul dintre atomii din molecula ei cu izotop radioactiv. Apoi, această moleculă va avea o etichetă radioactivă, prin care poate fi detectată folosind un contor de particule radioactive sau prin capacitatea sa de a expune filmul fotografic.

7.Utilizarea ultracentrifugării

Pentru a izola și a studia individul organoizi metoda celulară utilizată ultracentrifugarea: celulele distruse dintr-o eprubetă se rotesc cu o viteză foarte mare în centrifuge. Deoarece diferite componente ale celulelor au masă, dimensiune și densitate diferite, sub influența forței centrifuge, acestea se așează la fund cu viteze diferite. Astfel, ei studiază mitocondriile, ribozomi si altele organele.

Orez. 5. Creatorii teoriei celulare M. Schleiden și T. Schwann

8. Teoria celulară. Istoria originii sale

În secolele al XVIII-lea - al XIX-lea, principalul instrument pentru studierea obiectelor vii în mâinile biologilor a fost microscopul cu lumină. O carte a fost publicată în 1838 Matthias Schleiden(Fig. 5) „Materiale pentru filogenie”, în care a arătat că toate țesuturile vegetale constau din celule și a discutat problema originii celulelor în organismele vii, direct în organismele vegetale. Exact un an mai târziu, în 1839 Theodor Schwann(Fig. 5) și-a publicat cartea „Studii microscopice privind corespondența în structura și creșterea animalelor și plantelor” în care au fost conturate primele versiuni ale teoriei celulare.

9. Postulate ale teoriei celulare

Iată principalele postulate teoria celulară:

1. Toate ființele vii sunt formate din celule.

3. Fiecare celulă este independentă: activitatea corpului este suma proceselor vitale ale părților sale constitutive.

În ciuda întregii progresivități a teoriei celulare, Schwann și Schleiden au crezut în mod eronat că celule noi apar din substanța extracelulară, prin urmare, o completare semnificativă la teoria celulară a fost principiul. Rudolf Virchow(fiecare celulă dintr-o celulă).

10. Principiul lui Rudolf Virchow. Localizarea informațiilor ereditare

Mai târziu Walter Fleming a descris procesul de diviziune celulară – mitoză. O Oscar HertwigŞi Edward Strassburger independent unul de celălalt, pe baza experimentelor cu alge unicelulare, au ajuns la concluzia că informația ereditară a celulei este conținută în nucleu.

11. Teoria celulară modernă

Astfel, munca multor cercetători a creat un modern teoria celulară, care are următoarele prevederi:

1. Celula este o unitate structurală și funcțională universală a viețuitoarelor.

2. Toate celulele au o structură similară, compoziție chimică și principii generale activitate de viață.

3. Celulele se formează numai atunci când celulele care le precedă se divid.

4. Celulele sunt capabile de viață independentă, dar în organismele multicelulare activitatea lor este coordonată, iar organismul este un sistem integral.

12. Istoria descoperirii microscopului

Microscop și timp. Istoria creării microscopului nu este pe deplin clară, se știe că acesta a apărut la sfârșitul secolului al XVI-lea - începutul secolului al XVII-lea, iar unul dintre maeștrii care au proiectat microscopul a fost Zachary Jansen, un producător de ochelari (Fig. . 6).

Orez. 6. Unul dintre primii producători de microscoape, Z. Jansen, și creația sa

Multă vreme a fost folosit ca jucărie și chiar și G. Galileo a scris în 1619 că era curios să privești printr-un microscop o muscă de mărimea unui vițel și doar Robert Hooke în 1665 a început să folosească microscopul în cercetarea stiintifica. S-a uitat la țesuturile vegetale și la celulele de plută și astfel a descoperit celule din plante.

R. Hooke a îmbunătățit microscopul (dezavantajul primelor microscoape a fost iluminarea slabă). În acest scop, Hooke a realizat un dispozitiv constând dintr-o sferă plină cu apă sau o lentilă plan-convexă care focaliza lumina soarelui. Iar seara, Hooke a folosit o lampă care era sursă suplimentară iluminat.

Teme pentru acasă

1. Ce este un microscop?

2. Prin ce diferă un microscop cu lumină de un microscop electronic?

3. Descrieți metoda ultracentrifugării.

4. Ce sunt markerii radioactivi? Cum se folosesc?

5. Enumerați oamenii de știință ale căror lucrări au contribuit la apariția și dezvoltarea teoriei celulare.

6. Enumeraţi postulatele teoriei celulare.

7. Discutați cu prietenii și familia despre cum se dezvoltă un întreg organism dintr-o celulă. Cum poți influența acest proces?

1. Wikipedia.

2. Wikipedia.

3. Wikipedia.

4. Wikipedia.

Referințe

1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. Biologie generală grade 10-11 Buttarda, 2005.

2. Biologie. clasa a X-a. Biologie generală. Nivel de bază / P. V. Izhevsky, O. A. Kornilova, T. E. Loschilina și alții - ed. a II-a, revizuită. - Ventana-Graf, 2010. - 224 p.

3. Belyaev D.K Biologie clasa 10-11. Biologie generală. Nivel de bază. - Ed. a 11-a, stereotip. - M.: Educație, 2012. - 304 p.

4. Biologie clasa a XI-a. Biologie generală. Nivelul profilului / V. B. Zakharov, S. G. Mamontov, N. I. Sonin și alții - ed. a 5-a, stereotip. - Buttard, 2010. - 388 p.

5. Agafonova I. B., Zakharova E. T., Sivoglazov V. I. Biologie clasa 10-11. Biologie generală. Nivel de bază. - Ed. a VI-a, add. - Buttard, 2010. - 384 p.