วิธีใดที่ใช้ในเซลล์วิทยา Cytology - วิทยาศาสตร์ของเซลล์ วิธีการวิจัยสมัยใหม่ ระดับเซลล์ของชีวิตองค์กร

พื้นฐานของเซลล์วิทยา

เซลล์. ทฤษฎีเซลล์

เซลล์- โครงสร้างที่เล็กที่สุดที่สามารถสืบพันธุ์ได้เอง คำว่า "เซลล์" ถูกนำมาใช้โดย R. Hooke ในปี 1665 (เขาศึกษาด้วยกล้องจุลทรรศน์เพื่อตัดลำต้นที่แก่กว่า - แกนกลางและจุกไม้ก๊อก; แม้ว่า Hooke เองจะไม่เห็นเซลล์ แต่เห็นเปลือกของพวกมัน) การปรับปรุงเทคโนโลยีด้วยกล้องจุลทรรศน์ทำให้สามารถเปิดเผยรูปร่างของเซลล์ที่หลากหลาย ความซับซ้อนของโครงสร้างของนิวเคลียส กระบวนการแบ่งเซลล์ ฯลฯ กล้องจุลทรรศน์ได้รับการปรับปรุงโดย Antony van Leeuwenhoek (กล้องจุลทรรศน์ของเขาเพิ่มขึ้น 270- 300 ครั้ง)

วิธีการวิจัยเซลล์อื่นๆ:

1. การหมุนเหวี่ยงที่แตกต่างกัน- ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าโครงสร้างเซลล์ต่างกันมีความหนาแน่นต่างกัน ด้วยการหมุนอย่างรวดเร็วมากในอุปกรณ์ (ultracentrifuge) ออร์แกเนลล์ของเซลล์ที่บดละเอียดจะตกตะกอนจากสารละลาย โดยจัดเรียงเป็นชั้นตามความหนาแน่น เลเยอร์เหล่านี้ถูกแยกและศึกษา
2. กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน- ถูกใช้มาตั้งแต่ยุค 30 ของศตวรรษที่ 20 (เมื่อกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนถูกประดิษฐ์ขึ้น - เพิ่มขึ้นถึง 10 6 เท่า) โดยใช้วิธีนี้ พวกเขาศึกษาโครงสร้างของโครงสร้างที่เล็กที่สุดของเซลล์ รวมทั้ง แต่ละออร์แกเนลล์และเยื่อหุ้มเซลล์
3. อัตชีวประวัติ- วิธีการที่ช่วยให้คุณวิเคราะห์การแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในเซลล์ของสารที่ติดฉลากด้วยไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี นี่คือวิธีเปิดเผยตำแหน่งของการสังเคราะห์สาร องค์ประกอบของโปรตีน และวิธีการขนส่งภายในเซลล์
4. กล้องจุลทรรศน์เฟสคอนทราสต์- ใช้ศึกษาวัตถุไม่มีสีโปร่งใส (เซลล์ที่มีชีวิต) เมื่อผ่านตัวกลางดังกล่าว คลื่นแสงจะถูกแทนที่ด้วยปริมาณที่กำหนดโดยความหนาของวัสดุและความเร็วของแสงที่ผ่านเข้าไป กล้องจุลทรรศน์แบบเฟสคอนทราสต์จะแปลงการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เป็นภาพขาวดำ
5. การวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์- การศึกษาเซลล์ด้วยความช่วยเหลือของรังสีเอกซ์

ในปี พ.ศ. 2381-2482 นักพฤกษศาสตร์ Matthias Schleiden และนักสรีรวิทยา Theodor Schwann สร้างขึ้น ทฤษฎีเซลล์. สาระสำคัญของมันคือองค์ประกอบโครงสร้างหลักของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด (พืชและสัตว์) คือเซลล์

1. เซลล์ - ระดับประถมศึกษา ระบบชีวิต; พื้นฐานของโครงสร้าง ชีวิต การสืบพันธุ์ และการพัฒนาบุคคลของสิ่งมีชีวิต
2. เซลล์ของเนื้อเยื่อต่างๆ ของร่างกาย และเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทุกชนิดมีโครงสร้างและองค์ประกอบทางเคมีคล้ายคลึงกัน
3. เซลล์ใหม่เกิดขึ้นโดยการแบ่งเซลล์ที่มีอยู่ก่อนเท่านั้น
4. การเจริญเติบโตและการพัฒนาของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์เป็นผลมาจากการเติบโตและการสืบพันธุ์ของเซลล์เริ่มต้นตั้งแต่หนึ่งเซลล์ขึ้นไป

องค์ประกอบโมเลกุลของเซลล์

องค์ประกอบทางเคมีที่ประกอบเป็นเซลล์และทำหน้าที่ใด ๆ เรียกว่า ชีวภาพ. ตามเนื้อหาขององค์ประกอบที่ประกอบขึ้นเป็นเซลล์พวกเขาจะแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม:

1. ธาตุอาหารหลัก- ประกอบขึ้นเป็นกลุ่มของเซลล์ - 99% ในจำนวนนี้ 98% ตกอยู่ใน 4 องค์ประกอบ: C, O, H และ N กลุ่มนี้ยังรวมถึง K, Mg, Ca, P, C1, S, Na, Fe
2. ธาตุ- ซึ่งรวมถึงไอออนส่วนใหญ่ที่เป็นส่วนหนึ่งของเอนไซม์ ฮอร์โมน และสารอื่นๆ ความเข้มข้นอยู่ระหว่าง 0.001 ถึง 0.000001% (B, Cu, Zn. Br, I, Mo, ฯลฯ )
3. ultramicroelements- ความเข้มข้นไม่เกิน 10 -6% และไม่เปิดเผยบทบาททางสรีรวิทยา (Au, Ag, U, Ra)

องค์ประกอบทางเคมีของสิ่งมีชีวิตแบ่งออกเป็น อนินทรีย์(น้ำ เกลือแร่) และ โดยธรรมชาติ(โปรตีน คาร์โบไฮเดรต ไขมัน กรดนิวคลีอิก วิตามิน)

น้ำ.มีข้อยกเว้นบางประการ (เคลือบฟันและกระดูกและฟัน) น้ำเป็นองค์ประกอบหลักของเซลล์ - โดยเฉลี่ย 75-85% ในเซลล์ น้ำอยู่ในสถานะอิสระและถูกผูกไว้ โมเลกุลของน้ำคือ ไดโพล- ที่ปลายด้านหนึ่งมีประจุลบ อีกด้านหนึ่งเป็นบวก แต่โดยทั่วไปแล้ว โมเลกุลจะเป็นกลางทางไฟฟ้า น้ำมีความจุความร้อนสูงและมีค่าการนำความร้อนค่อนข้างสูงสำหรับของเหลว

ความสำคัญทางชีวภาพของน้ำ: ตัวทำละลายสากล (สำหรับสารที่มีขั้ว, สารที่ไม่มีขั้วไม่ละลายในน้ำ); สภาพแวดล้อมสำหรับปฏิกิริยาผู้เข้าร่วมในปฏิกิริยา (การสลายตัวของโปรตีน) มีส่วนร่วมในการรักษาสมดุลความร้อนของเซลล์ แหล่งที่มาของออกซิเจนและไฮโดรเจนระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง วิธีหลักในการขนส่งสารในร่างกาย

ไอออนและเกลือเกลือเป็นส่วนหนึ่งของกระดูก เปลือก เปลือกหอย ฯลฯ เช่น ทำหน้าที่สนับสนุนและป้องกันและยังมีส่วนร่วมในการเผาผลาญแร่ธาตุ ไอออนเป็นส่วนหนึ่งของสารต่างๆ (เหล็ก - เฮโมโกลบิน, คลอรีน - กรดไฮโดรคลอริกในกระเพาะอาหาร, แมกนีเซียม - คลอโรฟิลล์) และเกี่ยวข้องกับกระบวนการกำกับดูแลและกระบวนการอื่น ๆ รวมถึงการรักษาสภาวะสมดุล

กระรอกตามเนื้อหาในเซลล์ พวกเขาอันดับแรกในหมู่ อินทรียฺวัตถุ. โปรตีนเป็นโพลีเมอร์ที่ผิดปกติซึ่งประกอบด้วยกรดอะมิโน โปรตีนประกอบด้วยกรดอะมิโน 20 ชนิด กรดอะมิโน:

NH2-CH-COOH | R

การเชื่อมต่อของกรดอะมิโนเกิดขึ้นดังนี้: กลุ่มอะมิโนของกรดหนึ่งรวมกับกลุ่มคาร์บอกซิลของอีกกลุ่มหนึ่งและโมเลกุลของน้ำจะถูกปล่อยออกมา การเชื่อมต่อที่เกิดขึ้นเรียกว่า เปปไทด์(เป็นโควาเลนต์ชนิดหนึ่ง) และตัวประกอบเอง - เปปไทด์. สารประกอบของกรดอะมิโนหลายชนิดเรียกว่า โพลีเปปไทด์. หากโปรตีนประกอบด้วยกรดอะมิโนเท่านั้นจะเรียกว่าง่าย ( โปรตีน) หากมีสารอื่นรวมอยู่ด้วยแล้ว คอมเพล็กซ์ ( โปรตีน).

โครงสร้างเชิงพื้นที่ของโปรตีนประกอบด้วย 4 โครงสร้าง:

1. หลัก(เชิงเส้น) - สายโซ่โพลีเปปไทด์เช่น กรดอะมิโนที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์
2. รอง- เกลียวโปรตีนบิดเป็นเกลียว มันสร้างพันธะไฮโดรเจน
3. ระดับอุดมศึกษา- เกลียวต่อไปขด ก่อรูปทรงกลม (ขดลวด) หรือไฟบริล (โครงสร้างยาว) ปฏิกิริยาไม่ชอบน้ำและไฟฟ้าสถิตเกิดขึ้นในนั้นรวมถึงพันธะโควาเลนต์ไดซัลไฟด์ -S-S-
4. ควอเตอร์นารี- การเชื่อมต่อของโมเลกุลโปรตีนหลายโมเลกุลเข้าด้วยกัน

การสลายตัวของโครงสร้างโปรตีนเรียกว่า การทำให้เสียสภาพ. สามารถเปลี่ยนกลับไม่ได้ (หากโครงสร้างหลักเสียหาย) หรือย้อนกลับได้ (หากโครงสร้างอื่นเสียหาย)

หน้าที่ของโปรตีน:

1. เอนไซม์เป็นสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ พวกมันกระตุ้นปฏิกิริยาเคมี รู้จักเอนไซม์มากกว่า 2,000 ตัว คุณสมบัติของเอนไซม์: ความจำเพาะของการกระทำ (แต่ละตัวทำหน้าที่เฉพาะกับสารบางชนิด - สารตั้งต้น) กิจกรรมในสภาพแวดล้อมที่แน่นอนเท่านั้น (เอนไซม์แต่ละตัวมีช่วง pH ที่เหมาะสมที่สุด) และที่อุณหภูมิหนึ่ง (เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น เพิ่มขึ้นดังนั้นกิจกรรมของเอนไซม์จึงลดลง) การกระทำที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยมีเนื้อหาเพียงเล็กน้อย เอนไซม์ใด ๆ ที่มี แอคทีฟเซ็นเตอร์- นี่เป็นไซต์พิเศษในโครงสร้างของเอนไซม์ซึ่งติดโมเลกุลของสารตั้งต้น ปัจจุบันตามโครงสร้าง เอ็นไซม์แบ่งออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ๆ คือ เอ็นไซม์โปรตีนครบ และเอ็นไซม์ที่ประกอบด้วย 2 ส่วน คือ อะพอเอนไซม์ (ส่วนโปรตีน) และโคเอ็นไซม์ (ส่วนที่ไม่มีโปรตีน คือ ไอออนหรือโมเลกุลที่จับกับส่วนโปรตีน ทำให้เกิดสารเชิงซ้อนเชิงเร่งปฏิกิริยา) โคเอ็นไซม์เป็นไอออนของโลหะวิตามิน หากไม่มีโคเอ็นไซม์ อะพอเอนไซม์ก็จะไม่ทำงาน
2. กฎระเบียบ - ฮอร์โมน
3. การขนส่ง - เฮโมโกลบิน
4. ป้องกัน - อิมมูโนโกลบูลิน (แอนติบอดี)
5. การเคลื่อนไหว - แอคติน, ไมโอซิน
6. อาคาร (โครงสร้าง)
7. พลังงาน - ไม่ค่อยมากนักหลังจากคาร์โบไฮเดรตและไขมันหมดลงเท่านั้น

คาร์โบไฮเดรต- สารอินทรีย์ ได้แก่ C, O และ H. สูตรทั่วไป: C n (H 2 O) n โดยที่ n มีค่าอย่างน้อย 3 แบ่งออกเป็น 3 ประเภท ได้แก่ โมโนแซ็กคาไรด์ ไดแซ็กคาไรด์ (โอลิโกแซ็กคาไรด์) และโพลีแซ็กคาไรด์

โมโนแซ็กคาไรด์(คาร์โบไฮเดรตอย่างง่าย) - ประกอบด้วยหนึ่งโมเลกุลซึ่งเป็นสารผลึกที่เป็นของแข็งละลายได้ดีในน้ำมีรสหวาน ไรโบสและ ดีออกซีไรโบส(C 5) - เป็นส่วนหนึ่งของ DNA และ RNA กลูโคส(C 6 H 12 O 6) - เป็นส่วนหนึ่งของโพลีแซคคาไรด์ แหล่งพลังงานหลักหลักในเซลล์ ฟรุกโตสและ กาแลคโตสไอโซเมอร์ของกลูโคส

โอลิโกแซ็กคาไรด์- ประกอบด้วยโมโนแซ็กคาไรด์ 2, 3 หรือ 4 เรซิดิว สำคัญที่สุด ไดแซ็กคาไรด์- ประกอบด้วย 2 สารตกค้าง ละลายได้ดีในน้ำมีรสหวาน ซูโครส(C 12 H 22 O 11) - ประกอบด้วยกลูโคสและฟรุกโตสตกค้าง กระจายอยู่ทั่วไปในพืช แลคโตส (น้ำตาลนม)- ประกอบด้วยกลูโคสและกาแลคโตส แหล่งพลังงานที่สำคัญที่สุดสำหรับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอายุน้อย มอลโตส- ประกอบด้วยกลูโคส 2 โมเลกุล เป็นองค์ประกอบโครงสร้างหลักของแป้งและไกลโคเจน

โพลีแซ็กคาไรด์- สารโมเลกุลขนาดใหญ่ประกอบด้วยโมโนแซ็กคาไรด์ตกค้างจำนวนมาก ละลายได้ไม่ดีในน้ำไม่มีรสหวาน แป้ง- แสดงโดยสองรูปแบบ: อะมิโลส (ประกอบด้วยกากน้ำตาลที่เชื่อมต่อกันเป็นสายโซ่ที่ไม่แตกแขนง) และอะมิโลเพกติน (ประกอบด้วยกลูโคสตกค้าง สายโซ่แบบเส้นตรงและแบบแยกแขนง) ไกลโคเจน- พอลิแซ็กคาไรด์ของสัตว์และเห็ด โครงสร้างคล้ายแป้งแต่แตกแขนงมากกว่า ไฟเบอร์ (เซลลูโลส)- โพลีแซ็กคาไรด์ที่มีโครงสร้างหลักของพืช เป็นส่วนหนึ่งของผนังเซลล์ เป็นพอลิเมอร์เชิงเส้น

หน้าที่ของคาร์โบไฮเดรต:

1. พลังงาน - 1 กรัมพร้อมการสลายตัวอย่างสมบูรณ์ให้ 17.6 kJ
2. โครงสร้าง.
3. สนับสนุน (ในพืช)
4. การจัดหาสารอาหาร (แป้งและไกลโคเจน)
5. ป้องกัน - ความลับหนืด (เมือก) อุดมไปด้วยคาร์โบไฮเดรตและปกป้องผนังของอวัยวะกลวง

ไขมัน- รวมไขมันและสารคล้ายไขมัน - ไขมัน. ไขมันคือเอสเทอร์ของกรดไขมันและกลีเซอรอล กรดไขมัน: ปาล์มมิติ, สเตียริก (อิ่มตัว), โอเลอิก (ไม่อิ่มตัว) ไขมันพืชอุดมไปด้วยกรดไม่อิ่มตัว จึงหลอมละลายได้ เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง ไขมันสัตว์มีกรดอิ่มตัวเป็นส่วนใหญ่ ดังนั้นจึงเป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง - แข็ง ไขมันทั้งหมดไม่ละลายในน้ำ แต่สามารถละลายได้ง่ายในตัวทำละลายที่ไม่มีขั้ว นำความร้อนได้ไม่ดี อ้วนคือ ฟอสโฟลิปิด(ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของเยื่อหุ้มเซลล์) - ประกอบด้วยกรดฟอสฟอริกตกค้าง Lipoids ได้แก่ สเตียรอยด์ แว็กซ์ ฯลฯ

หน้าที่ของไขมัน:

1. โครงสร้าง
2. พลังงาน - 1 กรัมพร้อมการสลายตัวอย่างสมบูรณ์ให้ 38.9 kJ
3. การจัดเก็บสารอาหาร (เนื้อเยื่อไขมัน)
4. การควบคุมอุณหภูมิ (ไขมันใต้ผิวหนัง)
5. ซัพพลายเออร์น้ำภายนอก - เมื่อไขมัน 100 กรัมถูกออกซิไดซ์ น้ำ 107 มล. จะถูกปล่อยออกมา (หลักการอูฐ)
6. ปกป้องอวัยวะภายในไม่ให้ถูกทำลาย
7. ฮอร์โมน (เอสโตรเจน แอนโดรเจน ฮอร์โมนสเตียรอยด์)
8. พรอสตาแกลนดินเป็นสารควบคุมที่ช่วยรักษากล้ามเนื้อของหลอดเลือดและเรียบ และเกี่ยวข้องกับการตอบสนองทางภูมิคุ้มกัน

เอทีพี (อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต)พลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการแตกตัวของสารอินทรีย์ไม่ได้ถูกใช้ในทันทีสำหรับการทำงานในเซลล์ เอทีพีประกอบด้วยกรดฟอสฟอริกสามชนิด ไรโบส (โมโนแซ็กคาไรด์) และอะดีนีน (สารตกค้างจากไนโตรเจน) เมื่อกรดฟอสฟอริกตกค้างหนึ่งตัวถูกแยกออก ADP จะก่อตัวขึ้น และหากแยกเศษสองส่วนออกจากกัน ก็จะเกิด AMP ปฏิกิริยาการตัดแยกของเรซิดิวแต่ละตัวมาพร้อมกับการปลดปล่อย 419 กิโลจูล/โมล พันธะฟอสฟอรัส-ออกซิเจนใน ATP นี้เรียกว่า macroergic. ATP มีพันธะมหภาคสองพันธะ ATP ก่อตัวขึ้นในไมโตคอนเดรียจาก AMP ซึ่งติดครั้งแรกแล้วตามด้วยกรดฟอสฟอริกตัวที่สองที่มีการดูดซึมพลังงาน 419 kJ / โมล (หรือจาก ADP ด้วยการเติมกรดฟอสฟอริกหนึ่งตัว)

ตัวอย่างกระบวนการที่ใช้พลังงานมาก: การสังเคราะห์โปรตีน

กรดนิวคลีอิก- เหล่านี้เป็นสารประกอบอินทรีย์โมเลกุลสูงที่ให้การจัดเก็บและการส่งข้อมูลทางพันธุกรรม. อธิบายครั้งแรกในศตวรรษที่ 19 (1869) โดย Swiss Friedrich Miescher กรดนิวคลีอิกมีสองประเภท

ดีเอ็นเอ (กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก)

เนื้อหาในกรงคงที่อย่างเคร่งครัด ส่วนใหญ่ตั้งอยู่ในนิวเคลียส (ซึ่งสร้างโครโมโซมที่ประกอบด้วย DNA และโปรตีนสองประเภท) ดีเอ็นเอเป็นไบโอโพลีเมอร์ที่ผิดปกติซึ่งมีโมโนเมอร์เป็นนิวคลีโอไทด์ที่ประกอบด้วยฐานไนโตรเจน กรดฟอสฟอริกตกค้าง และโมโนแซ็กคาไรด์ดีออกซีไรโบส DNA มีนิวคลีโอไทด์อยู่ 4 ชนิด: A (อะดีนีน), T (ไทมีน), G (กัวนีน) และซี (ไซโตซีน) A และ G คือเบสพิวรีน C และ T คือเบสไพริมิดีน ในเวลาเดียวกัน ใน DNA จำนวน purine base จะเท่ากับจำนวนของ pyrimidine base เช่นเดียวกับ A \u003d T และ C \u003d G (กฎของ Chargaff)

ในปี 1953 J. Watson และ F. Crick ค้นพบว่าโมเลกุล DNA เป็นเกลียวคู่ เกลียวแต่ละอันประกอบด้วยสายโซ่โพลีนิวคลีโอไทด์ โซ่พันกันพันรอบแกนทั่วไป เกลียวแต่ละรอบประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 10 คู่ โซ่ถูกยึดเข้าด้วยกันโดยพันธะไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นระหว่างเบส (ระหว่าง A และ T - สอง, ระหว่าง C และ G - พันธะสามพันธะ) โซ่โพลีนิวคลีโอไทด์เป็นส่วนเสริมซึ่งกันและกัน: ตรงข้ามกับอะดีนีนในสายหนึ่งจะมีไทมีนอยู่ในสายอื่นเสมอและในทางกลับกัน (A-T และ T-A); ตรงข้าม cytosine - guanine (C-G และ G-C) หลักการของโครงสร้างดีเอ็นเอนี้เรียกว่าหลักการของส่วนประกอบหรือส่วนเติมเต็ม

DNA แต่ละสายมีทิศทางเฉพาะ สองสายในโมเลกุลดีเอ็นเอจะอยู่ในทิศทางตรงกันข้าม กล่าวคือ ตรงกันข้าม

หน้าที่หลักของ DNA คือการจัดเก็บและการส่งข้อมูลทางพันธุกรรม

RNA (กรดไรโบนิวคลีอิก)

1. i-RNA (messenger RNA) - มีอยู่ในนิวเคลียสและไซโตพลาสซึม หน้าที่ของมันคือการถ่ายโอนข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีนจาก DNA ไปยังเว็บไซต์ของการสังเคราะห์โปรตีน
2. t-RNA (ถ่ายโอน RNA) - ส่วนใหญ่อยู่ในไซโตพลาสซึมของเซลล์ หน้าที่: ขนส่งโมเลกุลของกรดอะมิโนไปยังบริเวณที่สังเคราะห์โปรตีน นี่คือ RNA ที่เล็กที่สุด
3. r-RNA (ribosomal RNA) - เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของไรโบโซม นี่คือ RNA ที่ใหญ่ที่สุด

โครงสร้างเซลล์

ส่วนประกอบหลักของเซลล์ ได้แก่ เยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอก ไซโทพลาซึมและนิวเคลียส

เมมเบรนในองค์ประกอบของเมมเบรนชีวภาพ ( พลาสมาเลมมา) รวมถึงลิปิดที่สร้างพื้นฐานของเมมเบรนและโปรตีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง โมเลกุลของไขมันมีขั้วและประกอบด้วยหัวขั้วที่ชอบน้ำที่มีประจุและหางไม่ชอบน้ำที่ไม่มีขั้ว (กรดไขมัน) เมมเบรนประกอบด้วยส่วนใหญ่ ฟอสโฟลิปิด(มีกรดฟอสฟอริกตกค้างอยู่ในองค์ประกอบ) โปรตีนเมมเบรนสามารถ ผิวเผิน, อินทิกรัล(ซึมผ่านเมมเบรน) และ กึ่งปริพันธ์(แช่อยู่ในเมมเบรน)

แบบจำลองที่ทันสมัยของเยื่อหุ้มชีวภาพเรียกว่า "แบบจำลองโมเสกของไหลสากล"ตามที่โปรตีนทรงกลมถูกแช่อยู่ในชั้นไขมันสองเท่าในขณะที่โปรตีนบางชนิดแทรกซึมผ่านเข้าไปบางส่วน เชื่อกันว่าโปรตีนที่เป็นส่วนประกอบเป็นสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ บริเวณที่ไม่มีขั้วของพวกมันถูกแช่อยู่ในลิปิดไบเลเยอร์ และโปรตีนที่มีขั้วยื่นออกมาด้านนอก ก่อตัวเป็นพื้นผิวที่ชอบน้ำ

ระบบเซลล์ซับเมมเบรน (ซับเมมเบรนคอมเพล็กซ์)มันเป็นส่วนต่อพ่วงเฉพาะของไซโตพลาสซึมและตรงบริเวณตำแหน่งชายแดนระหว่างเครื่องมือเมตาบอลิซึมที่ใช้งานได้ของเซลล์และพลาสมาเมมเบรน ในระบบซับเมมเบรนของอุปกรณ์พื้นผิว สามารถแยกแยะได้สองส่วน: อุปกรณ์ต่อพ่วง ไฮยาโลพลาสซึมโดยที่ระบบเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการขนส่งและรับเมมเบรนมีความเข้มข้นและมีโครงสร้าง ระบบกล้ามเนื้อและกระดูก. ระบบกล้ามเนื้อและกระดูกประกอบด้วยไมโครไฟบริล ไมโครทูบูล และโครงสร้างไฟบริลโครงร่าง

โครงสร้าง Supramembraneเซลล์ยูคาริโอตสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทกว้างๆ

1. คอมเพล็กซ์ Supramembrane เหมาะสม, หรือ ไกลโคคาไลซ์หนา 10-20 นาโนเมตร ประกอบด้วยโปรตีนเมมเบรนส่วนปลาย ส่วนคาร์โบไฮเดรตของไกลโคลิปิด และไกลโคโปรตีน Glycocalyx เล่น บทบาทสำคัญในการทำงานของตัวรับ ให้ "การแบ่งแยก" ของเซลล์ - ประกอบด้วยตัวรับที่เข้ากันได้ของเนื้อเยื่อ
2. อนุพันธ์ของโครงสร้างซูปราเมมเบรน. ซึ่งรวมถึงสารประกอบทางเคมีเฉพาะที่เซลล์ไม่ได้ผลิตขึ้นเอง พวกมันได้รับการศึกษาอย่างดีที่สุดเกี่ยวกับ microvilli ของเซลล์เยื่อบุผิวในลำไส้ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม นี่คือเอนไซม์ไฮโดรไลติกที่ดูดซับจากโพรงลำไส้ การเปลี่ยนจากสถานะระงับไปเป็นสถานะคงที่สร้างพื้นฐานสำหรับการย่อยที่แตกต่างกันในเชิงคุณภาพซึ่งเรียกว่าการย่อยทางข้างขม่อม ในสาระสำคัญหลังตรงบริเวณตำแหน่งกลางระหว่างโพรงและภายในเซลล์

หน้าที่ของเมมเบรนชีวภาพ:

1. อุปสรรค;
2. ตัวรับ;
3. ปฏิสัมพันธ์ของเซลล์
4. รักษารูปร่างของเซลล์
5. กิจกรรมของเอนไซม์
6. การลำเลียงสารเข้าและออกจากเซลล์

การขนส่งเมมเบรน:

1. สำหรับไมโครโมเลกุล แยกแยะระหว่างการขนส่งแบบแอคทีฟและพาสซีฟ

   ถึง เฉยๆได้แก่ ออสโมซิส การแพร่กระจาย การกรอง การแพร่กระจาย- การขนส่งสารไปสู่ความเข้มข้นที่ต่ำกว่า ออสโมซิส- การเคลื่อนที่ของน้ำไปสู่สารละลายที่มีความเข้มข้นสูง ด้วยความช่วยเหลือของการขนส่งแบบพาสซีฟ น้ำและสารที่ละลายในไขมันจะเคลื่อนที่

   ถึง คล่องแคล่วการขนส่งรวมถึง: การถ่ายโอนสารโดยมีส่วนร่วมของเอนไซม์ตัวพาและปั๊มไอออน เอนไซม์พาหะจับสารที่ถ่ายโอนแล้ว "ลาก" เข้าไปในเซลล์ กลไกของปั๊มไอออนพิจารณาจากตัวอย่างการทำงาน ปั๊มโพแทสเซียมโซเดียม: ระหว่างการดำเนินการ สาม Na + จะถูกถ่ายโอนจากเซลล์สำหรับทุก ๆ สอง K + เข้าสู่เซลล์ ปั๊มทำงานบนหลักการของการเปิดและปิดช่อง และโดยลักษณะทางเคมีของปั๊ม จะเป็นโปรตีน-เอนไซม์ (สลาย ATP) โปรตีนจับกับโซเดียมไอออน เปลี่ยนรูปร่าง และเกิดช่องภายในเพื่อให้โซเดียมไอออนผ่านไป หลังจากผ่านไอออนเหล่านี้ โปรตีนจะเปลี่ยนรูปร่างอีกครั้ง และช่องเปิดผ่านที่โพแทสเซียมไอออนผ่านไป กระบวนการทั้งหมดขึ้นอยู่กับพลังงาน

   ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างการขนส่งแบบแอ็คทีฟและการขนส่งแบบพาสซีฟคือมันมาพร้อมกับต้นทุนด้านพลังงาน ในขณะที่การขนส่งแบบพาสซีฟไม่เป็นเช่นนั้น

2. สำหรับโมเลกุลขนาดใหญ่ เกิดขึ้นด้วยความช่วยเหลือของการจับที่ใช้งานโดยเยื่อหุ้มเซลล์ของสาร: phagocytosis และ pinocytosis ฟาโกไซโตซิส- จับและดูดซับอนุภาคขนาดใหญ่โดยเซลล์ (เช่น การทำลายจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรคโดยมาโครฟาจในร่างกายมนุษย์) อธิบายครั้งแรกโดย I.I. เมคนิคอฟ. พิโนไซโตซิส- กระบวนการดักจับและดูดซับโดยเซลล์ของหยดของเหลวที่มีสารที่ละลายอยู่ในนั้น กระบวนการทั้งสองเกิดขึ้นตามหลักการที่คล้ายคลึงกัน: บนพื้นผิวของเซลล์ สารถูกล้อมรอบด้วยเมมเบรนในรูปของแวคิวโอลซึ่งเคลื่อนที่เข้าด้านใน กระบวนการทั้งสองเกี่ยวข้องกับการใช้พลังงาน

ไซโตพลาสซึมในไซโตพลาสซึม สารหลัก (ไฮยาโลพลาสซึม เมทริกซ์), ออร์แกเนลล์ (ออร์แกเนลล์) และการรวมเข้าด้วยกัน

สารพื้นฐานเติมช่องว่างระหว่างพลาสมาเล็มมา เยื่อหุ้มนิวเคลียส และโครงสร้างภายในเซลล์อื่นๆ มันสร้างสภาพแวดล้อมภายในของเซลล์ซึ่งรวมโครงสร้างภายในเซลล์ทั้งหมดเข้าด้วยกันและทำให้มั่นใจว่ามีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ไซโตพลาสซึมมีลักษณะเหมือนคอลลอยด์ที่สามารถเปลี่ยนจากสถานะเจลเป็นโซลและในทางกลับกัน โซล- เป็นสถานะของสสารที่มีความหนืดต่ำและไม่มีการเชื่อมขวางระหว่างไมโครฟิลาเมนต์ เจล- เป็นสถานะของสสารที่มีความหนืดสูงและมีพันธะระหว่างไมโครฟิลาเมนต์ ชั้นนอกของไซโตพลาสซึมหรือ ectoplasm มีความหนาแน่นสูงกว่าและไม่มีแกรนูล ตัวอย่างกระบวนการที่เกิดขึ้นในเมทริกซ์: ไกลโคไลซิส การสลายตัวของสารให้เป็นโมโนเมอร์

ออร์แกเนลล์- โครงสร้างของไซโตพลาสซึมที่ทำหน้าที่เฉพาะในเซลล์

ออร์แกเนลล์คือ:

1. เมมเบรน (หนึ่งและสองเมมเบรน (ไมโทคอนเดรียและพลาสติด)) และไม่ใช่เมมเบรน
2. ออร์แกเนลล์ที่มีความสำคัญทั่วไปและพิเศษ อดีตรวมถึง: ER, เครื่องมือ Golgi, ไมโตคอนเดรีย, ไรโบโซมและโพลีโซม, ไลโซโซม, ศูนย์เซลล์, ไมโครบอดี้, ไมโครทูบูล, ไมโครฟิลาเมนต์ ออร์แกเนลล์วัตถุประสงค์พิเศษ (มีอยู่ในเซลล์ที่ทำหน้าที่พิเศษ): ตาและแฟลกเจลลา (การเคลื่อนไหวของเซลล์), microvilli, ถุง synaptic, myofibrils

การรวมเซลล์- สิ่งเหล่านี้คือการก่อตัวที่ไม่ถาวรไม่ว่าจะเกิดขึ้นหรือหายไปในกระบวนการของชีวิตเซลล์เช่น เป็นผลิตภัณฑ์จากการเผาผลาญของเซลล์ ส่วนใหญ่มักพบในไซโตพลาสซึม ไม่บ่อยในออร์แกเนลล์หรือในนิวเคลียส การรวมเข้าด้วยกันส่วนใหญ่แสดงด้วยเม็ด (โพลีแซ็กคาไรด์: ไกลโคเจนในสัตว์, แป้งในพืช; โปรตีนน้อยกว่า - ในไซโตพลาสซึมของไข่), หยด (ลิปิด) และคริสตัล (แคลเซียมออกซาเลต) การรวมเซลล์ยังรวมถึงสารสีบางชนิด - ไลโปฟุสซินสีเหลืองและสีน้ำตาล (สะสมในช่วงอายุของเซลล์), เรตินิน (ส่วนหนึ่งของเม็ดสีที่มองเห็น), เฮโมโกลบิน, เมลานิน ฯลฯ

แกนหน้าที่หลักของนิวเคลียสคือการจัดเก็บข้อมูลทางพันธุกรรม ส่วนประกอบของนิวเคลียสคือเยื่อหุ้มนิวเคลียส, นิวคลีโอพลาสซึม (น้ำนิวเคลียร์), นิวเคลียส (หนึ่งหรือสอง), กระจุกของโครมาติน (โครโมโซม) เยื่อหุ้มนิวเคลียสของเซลล์ยูคาริโอตแยกสารพันธุกรรม (โครโมโซม) ออกจากไซโตพลาสซึม ซึ่งเกิดปฏิกิริยาเมตาบอลิซึมต่างๆ เยื่อหุ้มนิวเคลียสประกอบด้วยเยื่อหุ้มชีวภาพ 2 แผ่น ในช่วงเวลาหนึ่ง เยื่อหุ้มทั้งสองจะรวมกันก่อตัวขึ้น รูขุมขนคือรูในเยื่อหุ้มนิวเคลียส เมแทบอลิซึมของไซโตพลาสซึมเกิดขึ้นผ่านพวกมัน

พื้นฐาน นิวคลีโอพลาสซึมประกอบเป็นโปรตีน รวมทั้งโปรตีนไฟบริลลาร์ ประกอบด้วยเอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์กรดนิวคลีอิกและไรโบโซม น้ำนมนิวเคลียร์ยังมีอาร์เอ็นเอ

นิวคลีโอลี- นี่คือสถานที่ประกอบไรโบโซมซึ่งเป็นโครงสร้างไม่ถาวรของนิวเคลียส พวกมันหายไปในช่วงเริ่มต้นของการแบ่งเซลล์และปรากฏขึ้นอีกครั้งในตอนท้าย ในนิวเคลียสนั้น แยกส่วนอสัณฐานและไส้หลอดนิวเคลียสออก ส่วนประกอบทั้งสองถูกสร้างขึ้นจากเส้นใยและแกรนูล ซึ่งประกอบด้วยโปรตีนและอาร์เอ็นเอ

โครโมโซม.โครโมโซมประกอบด้วย DNA ที่ล้อมรอบด้วยโปรตีนสองประเภท: ฮิสโตน(หลัก) และ ไม่ใช่ฮิสโตน(เปรี้ยว). โครโมโซมสามารถอยู่ในสถานะโครงสร้างและหน้าที่ได้สองสถานะ: เป็นเกลียวและ หมดหวัง. สถานะ decondensed บางส่วนหรือทั้งหมดเรียกว่าสถานะการทำงานเพราะ ในสถานะนี้ กระบวนการของการถอดความและการทำซ้ำเกิดขึ้น สถานะไม่ทำงาน - อยู่ในสถานะของการเผาผลาญส่วนที่เหลือที่การควบแน่นสูงสุดเมื่อพวกเขาทำหน้าที่กระจายและถ่ายโอนสารพันธุกรรมไปยังเซลล์ลูกสาว

ที่ อินเตอร์เฟสโครโมโซมแสดงด้วยลูกบอลเส้นเล็ก ๆ ซึ่งแยกความแตกต่างได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเท่านั้น ในระหว่างการแบ่งตัว โครโมโซมจะสั้นลงและหนาขึ้น พวกมันจะถูกทำให้เป็นเกลียวและมองเห็นได้ชัดเจนภายใต้กล้องจุลทรรศน์ (ดีที่สุดคือในระยะเมตาเฟส) ในเวลานี้ โครโมโซมประกอบด้วยโครมาทิดสองอันที่เชื่อมต่อกันด้วยการรัดหลัก ซึ่งแบ่งโครมาทิดแต่ละอันออกเป็นสองส่วน - ไหล่

ตามตำแหน่งของการหดตัวหลักโครโมโซมหลายประเภทมีความโดดเด่น:

1. metacentricหรือแขนเท่ากัน (แขนทั้งสองของโครโมโซมมีความยาวเท่ากัน);
2. submetacentricหรือแขนไม่เท่ากัน (แขนของโครโมโซมมีขนาดแตกต่างกันบ้าง);
3. acrocentric(แขนข้างหนึ่งสั้นมาก).

เมแทบอลิซึมของเซลล์

นี่เป็นหนึ่งในคุณสมบัติพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต การเผาผลาญเป็นไปได้เนื่องจากสิ่งมีชีวิตเป็นระบบเปิดเช่น มีการแลกเปลี่ยนสสารและพลังงานระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมอย่างต่อเนื่อง เมแทบอลิซึมเกิดขึ้นในอวัยวะ เนื้อเยื่อ และเซลล์ทั้งหมด ทำให้โครงสร้างทางสัณฐานวิทยาและองค์ประกอบทางเคมีของไซโตพลาสซึมได้รับการต่ออายุด้วยตนเอง

เมแทบอลิซึมประกอบด้วยสองกระบวนการ: การดูดซึม (หรือการแลกเปลี่ยนพลาสติก) และการสลายตัว (หรือการแลกเปลี่ยนพลังงาน) การดูดซึม(การแลกเปลี่ยนพลาสติก) - ผลรวมของกระบวนการสังเคราะห์ทางชีวภาพทั้งหมดที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิต การสลายตัว(เมแทบอลิซึมของพลังงาน) - ผลรวมของกระบวนการทั้งหมดของการสลายตัวของสารที่ซับซ้อนให้กลายเป็นง่ายด้วยการปล่อยพลังงานที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิต

ตามวิธีการดูดกลืนและขึ้นอยู่กับชนิดของพลังงานที่ใช้และวัสดุเริ่มต้น สิ่งมีชีวิตแบ่งออกเป็น autotrophs (การสังเคราะห์แสงและเคมีสังเคราะห์) และ heterotrophs ออโตโทรฟ- สิ่งเหล่านี้คือสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์สารอินทรีย์อย่างอิสระโดยใช้พลังงานของดวงอาทิตย์เพื่อสิ่งนี้ ( photoautotrophs) หรือพลังงานออกซิเดชันของสารอนินทรีย์ ( คีโมออโตโทรฟ). ออโตโทรฟ ได้แก่ พืช แบคทีเรีย สีเขียวอมฟ้า Heterotrophs- เป็นสิ่งมีชีวิตที่ได้รับสารอินทรีย์สำเร็จรูปควบคู่ไปกับอาหาร ได้แก่ สัตว์ เชื้อรา แบคทีเรีย

บทบาทของออโตโทรฟในการไหลเวียนของสารนั้นมีมากมาย: 1) พวกมันเปลี่ยนพลังงานของดวงอาทิตย์เป็นพลังงานของพันธะเคมีของสารอินทรีย์ซึ่งสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ในโลกของเราใช้; 2) ทำให้บรรยากาศอิ่มตัวด้วยออกซิเจน (photoautotrophs) ซึ่งจำเป็นสำหรับ heterotrophs ส่วนใหญ่เพื่อให้ได้พลังงานโดยการออกซิไดซ์สารอินทรีย์ Heterotrophs ยังมีบทบาทสำคัญในวัฏจักรของสาร: พวกเขาปล่อยสารอนินทรีย์ (คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ) ที่ใช้โดย autotrophs

การสลายตัวสิ่งมีชีวิต heterotrophic ทั้งหมดได้รับพลังงานอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยารีดอกซ์เช่น ที่ซึ่งอิเล็กตรอนถูกถ่ายโอนจากตัวลดอิเล็กตรอนไปยังตัวรับอิเล็กตรอน - ตัวออกซิไดเซอร์

การแลกเปลี่ยนพลังงาน สิ่งมีชีวิตแอโรบิกประกอบด้วยสามขั้นตอน:

1. เตรียมความพร้อมซึ่งผ่านในทางเดินอาหารหรือในเซลล์ภายใต้การกระทำของเอนไซม์ไลโซโซม ในระหว่างขั้นตอนนี้ ไบโอโพลีเมอร์ทั้งหมดจะสลายตัวเป็นโมโนเมอร์: โปรตีนจะสลายตัวก่อนเป็นเปปไทด์ จากนั้นเปลี่ยนเป็นกรดอะมิโน ไขมัน - ถึงกลีเซอรอลและกรดไขมัน คาร์โบไฮเดรต - เป็นโมโนแซ็กคาไรด์ (เป็นกลูโคสและไอโซเมอร์)
2. พิษ(หรือไม่ใช้ออกซิเจน) ซึ่งเกิดขึ้นในเมทริกซ์ของไซโตพลาสซึม ขั้นตอนนี้เรียกว่า ไกลโคไลซิส. ภายใต้การกระทำของเอ็นไซม์ กลูโคสจะถูกย่อยสลายเป็นโมเลกุลพีวีซีสองโมเลกุล ในกรณีนี้จะมีการปล่อยอะตอม 4 H ซึ่งเป็นที่ยอมรับโดยสารที่เรียกว่า NAD + (nicotinamide adenine dinucleotide) ในเวลาเดียวกัน NAD + จะถูกกู้คืนเป็น NAD * H (พลังงานที่เก็บไว้นี้จะถูกใช้สำหรับการสังเคราะห์ ATP ในภายหลัง) นอกจากนี้ เนื่องจากการสลายตัวของกลูโคส โมเลกุล ATP 4 ตัวจึงถูกสร้างขึ้นจาก ADP ในเวลาเดียวกัน มีการใช้โมเลกุล ATP 2 ตัวในระหว่างปฏิกิริยาเคมีของไกลโคไลซิส ดังนั้นผลผลิต ATP ทั้งหมดหลังจากไกลโคไลซิสคือ 2 โมเลกุล ATP
3. ออกซิเจนที่เกิดขึ้นในไมโตคอนเดรีย พีวีซีสองโมเลกุลเข้าสู่ "สายพานลำเลียง" ของวงแหวนเอนไซม์ซึ่งเรียกว่าวัฏจักรเครบส์หรือวัฏจักรกรดไตรคาร์บอกซิลิก เอ็นไซม์ทั้งหมดของวัฏจักรนี้อยู่ในไมโตคอนเดรีย

เมื่ออยู่ในไมโตคอนเดรีย พีวีซีจะถูกออกซิไดซ์และเปลี่ยนเป็นสารที่อุดมด้วยพลังงาน - อะเซทิลโคเอ็นไซม์ A(เป็นอนุพันธ์ของกรดอะซิติก). นอกจากนี้ สารนี้ทำปฏิกิริยากับ Pike ทำให้เกิดกรดซิตริก (ซิเตรต) โคเอ็นไซม์ A โปรตอน (ยอมรับโดย NAD + ซึ่งจะกลายเป็น NAD * H) และคาร์บอนไดออกไซด์ ต่อจากนั้นกรดซิตริกจะถูกออกซิไดซ์และเปลี่ยนเป็นกฟภ. อีกครั้งซึ่งทำปฏิกิริยากับโมเลกุลใหม่ของอะซิติลโคเอ็นไซม์ A และวงจรทั้งหมดจะถูกทำซ้ำอีกครั้ง ในระหว่างกระบวนการนี้ พลังงานจะถูกเก็บไว้ในรูปของ ATP และ NAD*H

ขั้นต่อไปคือการแปลงพลังงานที่เก็บไว้ใน NAD * H เป็นพลังงานของพันธะ ATP ในระหว่างกระบวนการนี้ อิเล็กตรอนจาก NAD*H จะเคลื่อนที่ไปตามห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนแบบหลายขั้นตอนไปยังตัวรับขั้นสุดท้าย นั่นคือ โมเลกุลออกซิเจน เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากขั้นตอนหนึ่งไปอีกขั้นหนึ่ง พลังงานจะถูกปลดปล่อยออกมา ซึ่งจะใช้เพื่อแปลง ADP เป็น ATP เนื่องจากในกระบวนการนี้ การเกิดออกซิเดชันเกี่ยวข้องกับฟอสโฟรีเลชัน จึงเรียกว่ากระบวนการทั้งหมด ออกซิเดชันฟอสโฟรีเลชั่น(กระบวนการนี้ถูกค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย V.A. Engelhardt เกิดขึ้นที่เยื่อหุ้มชั้นในของไมโตคอนเดรีย) เมื่อสิ้นสุดกระบวนการนี้ น้ำจะก่อตัวขึ้น ในช่วงออกซิเจนจะเกิดโมเลกุล ATP จำนวน 36 โมเลกุล

ดังนั้นผลิตภัณฑ์สุดท้ายของการสลายกลูโคสจึงเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ด้วยการสลายตัวของโมเลกุลกลูโคสหนึ่งโมเลกุลอย่างสมบูรณ์ โมเลกุลเอทีพี 38 ตัวจะถูกปลดปล่อยออกมา ด้วยการขาดออกซิเจนในเซลล์ กลูโคสจะถูกออกซิไดซ์ด้วยการก่อตัวของกรดแลคติก (เช่น ด้วยการทำงานของกล้ามเนื้ออย่างเข้มข้น - การวิ่ง เป็นต้น) เป็นผลให้เกิดโมเลกุล ATP เพียงสองโมเลกุลเท่านั้น

ควรสังเกตว่าไม่เพียง แต่โมเลกุลของกลูโคสเท่านั้นที่สามารถทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานได้ กรดไขมันยังถูกออกซิไดซ์ในเซลล์ไปเป็นอะเซทิลโคเอ็นไซม์ A ซึ่งเข้าสู่วัฏจักรเครบส์ ในเวลาเดียวกัน NAD + จะถูกคืนค่าเป็น NAD * H ซึ่งเกี่ยวข้องกับการออกซิเดชั่นฟอสโฟรีเลชั่น ด้วยการขาดแคลนกลูโคสและกรดไขมันในเซลล์อย่างเฉียบพลัน กรดอะมิโนจำนวนมากจึงเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน พวกเขายังสร้าง acetyl coenzyme A หรือกรดอินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับวงจร Krebs

ที่ วิธีการสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจนไม่มีระยะของออกซิเจน และเมแทบอลิซึมของพลังงานในสภาวะไร้อากาศเรียกว่า "การหมัก" ผลิตภัณฑ์สุดท้ายของการสลายตัวระหว่างการหมักคือกรดแลคติก (แบคทีเรียกรดแลคติก) หรือเอทิลแอลกอฮอล์ (ยีสต์) ด้วยการเผาผลาญประเภทนี้ โมเลกุล ATP 2 ตัวจะถูกปลดปล่อยออกจากโมเลกุลกลูโคสหนึ่งโมเลกุล

ดังนั้นการหายใจแบบใช้ออกซิเจนจึงมีประโยชน์อย่างกระฉับกระเฉงกว่าการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนเกือบ 20 เท่า

การสังเคราะห์ด้วยแสงสิ่งมีชีวิตบนโลกขึ้นอยู่กับการสังเคราะห์แสงของพืชโดยสมบูรณ์ ซึ่งให้อินทรียวัตถุและ O 2 แก่สิ่งมีชีวิตทั้งหมด การสังเคราะห์ด้วยแสงแปลงพลังงานแสงเป็นพลังงานพันธะเคมี

การสังเคราะห์ด้วยแสง- นี่คือการก่อตัวของสารอินทรีย์จากอนินทรีย์โดยมีส่วนร่วมของพลังงานแสงอาทิตย์ กระบวนการนี้ถูกค้นพบโดย K.A. Timiryazev ในศตวรรษที่ 19 สมการการสังเคราะห์ด้วยแสงทั้งหมด: 6CO 2 + 6H 2 O \u003d C 6 H 12 O 6 + 6O 2

การสังเคราะห์ด้วยแสงจะดำเนินการในพืชที่มีพลาสติด - คลอโรพลาสต์. คลอโรพลาสต์มีเยื่อหุ้ม 2 ชั้น ด้านในเป็นเมทริกซ์ พวกเขามีเยื่อหุ้มชั้นในที่พัฒนามาอย่างดีซึ่งมีรอยพับระหว่างที่มีฟองอากาศ - ไทลาคอยด์. ไทลาคอยด์บางชนิดจะเรียงซ้อนกันเป็นกลุ่มที่เรียกว่า ธัญพืช. Granas มีโครงสร้างสังเคราะห์แสงทั้งหมด ในสโตรมารอบๆ ไทลาคอยด์ มีเอ็นไซม์ที่ลดคาร์บอนไดออกไซด์เป็นกลูโคส เม็ดสีหลักของคลอโรพลาสต์คือ คลอโรฟิลล์มีโครงสร้างคล้ายกับฮีมมนุษย์ คลอโรฟิลล์ประกอบด้วยอะตอมของแมกนีเซียม คลอโรฟิลล์ดูดซับรังสีสีน้ำเงินและสีแดงของสเปกตรัมและสะท้อนรังสีสีเขียว อาจมีสารสีอื่น ๆ ได้แก่ แคโรทีนอยด์สีเหลืองและไฟโคบิลลินสีแดงหรือสีน้ำเงิน แคโรทีนอยด์ถูกปิดบังด้วยคลอโรฟิลล์ ดูดซับแสงที่ไม่สามารถใช้ได้กับเม็ดสีอื่น ๆ และถ่ายโอนไปยังคลอโรฟิลล์

คลอโรพลาสต์ประกอบด้วยระบบภาพถ่ายสองระบบที่มีโครงสร้างและองค์ประกอบต่างกัน: ระบบภาพถ่าย I และ II Photosystem I มีศูนย์ปฏิกิริยาซึ่งเป็นโมเลกุลของคลอโรฟิลล์ที่ซับซ้อนด้วยโปรตีนจำเพาะ คอมเพล็กซ์นี้ดูดซับแสงที่มีความยาวคลื่น 700 นาโนเมตร (ซึ่งเป็นสาเหตุที่เรียกว่าศูนย์โฟโตเคมี P700) Photosystem II ยังมีศูนย์ปฏิกิริยา, ศูนย์โฟโตเคมี P680

การสังเคราะห์ด้วยแสงมีสองขั้นตอน: แสงและความมืด

เวทีแสงพลังงานของแสงจะถูกดูดซับโดยคลอโรฟิลล์และทำให้อยู่ในสภาวะตื่นเต้น อิเล็กตรอนในศูนย์เคมีโฟโตเคมี P700 จะดูดซับแสง เคลื่อนที่ไปยังระดับพลังงานที่สูงขึ้น และถ่ายโอนไปยัง NADP + (นิโคตินาไมด์ อะดีนีน ไดนิวคลีโอไทด์ ฟอสเฟต) ลดลงเป็น NADP*H ในโมเลกุลคลอโรฟิลล์ของระบบภาพถ่าย I "รู" ยังคงอยู่ - ที่ว่างสำหรับอิเล็กตรอน "รู" เหล่านี้เต็มไปด้วยอิเล็กตรอนที่มาจากระบบภาพถ่าย II ภายใต้การกระทำของแสง คลอโรฟิลล์อิเล็กตรอนในศูนย์เคมีแสง P680 ก็เข้าสู่สภาวะตื่นเต้นและเริ่มเคลื่อนที่ไปตามสายโซ่ของตัวพาอิเล็กตรอน ในที่สุด อิเล็กตรอนตัวนี้ก็มาถึงระบบภาพถ่าย I เติมพื้นที่ว่างในนั้น ในกรณีนี้ อิเล็กตรอนจะสูญเสียพลังงานส่วนหนึ่งที่ใช้ไปกับการก่อตัวของ ATP จาก ADP

นอกจากนี้ในคลอโรพลาสต์ภายใต้การกระทำของแสงแดด น้ำจะถูกแยกออก - โฟโตไลซิสที่เกิดอิเล็กตรอนขึ้น (พวกมันเข้าสู่ระบบโฟโตซิสเต็ม II และเข้าแทนที่อิเล็กตรอนที่เข้าไปในสายโซ่พาหะ) โปรตอน (NADP + เป็นที่ยอมรับ) และออกซิเจน (เป็นผลพลอยได้):

2H 2 O \u003d 4H + + 4e - + O 2

ดังนั้นจากระยะแสงพลังงานจึงสะสมในรูปของ ATP และ NADP * H รวมถึงการก่อตัวของออกซิเจน

เวทีมืดไม่ต้องการแสง โมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์ทำปฏิกิริยากับ 1,5 ไรบูโลสไดฟอสเฟต (นี่คืออนุพันธ์ของไรโบส) ด้วยความช่วยเหลือของเอนไซม์ สารประกอบขั้นกลาง C 6 ก่อตัวขึ้นซึ่งถูกย่อยสลายโดยน้ำเป็นสองโมเลกุลของกรดฟอสโฟกลีเซอริก (C 3) จากสารเหล่านี้ ฟรุกโตสถูกสังเคราะห์โดยปฏิกิริยาที่ซับซ้อน ซึ่งจะถูกแปลงเป็นกลูโคส ปฏิกิริยาเหล่านี้ต้องการ 18 โมเลกุล ATP และ 12 NADP*H โมเลกุล พืชผลิตแป้งและเซลลูโลสจากกลูโคส การตรึง CO 2 และการแปลงเป็นคาร์โบไฮเดรตเป็นวัฏจักรและเรียกว่า วัฏจักรคาลวิน.

ความสำคัญของการสังเคราะห์แสงสำหรับ เกษตรกรรมใหญ่ - ผลผลิตขึ้นอยู่กับมัน ในการสังเคราะห์แสง พืชใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพียง 1-2% ดังนั้นจึงมีความเป็นไปได้สูงที่จะให้ผลผลิตเพิ่มขึ้นจากการเลือกพันธุ์ที่มีประสิทธิภาพในการสังเคราะห์แสงที่สูงขึ้น เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการสังเคราะห์แสง มีการใช้แสงต่อไปนี้: แสงประดิษฐ์ (การส่องสว่างเพิ่มเติมด้วยหลอดฟลูออเรสเซนต์ในวันที่มีเมฆมากหรือในฤดูใบไม้ผลิและฤดูใบไม้ร่วง) ในเรือนกระจก ขาดการแรเงาของพืชที่ปลูก การรักษาระยะห่างที่จำเป็นระหว่างพืช ฯลฯ

การสังเคราะห์ทางเคมี. เป็นกระบวนการสร้างสารอินทรีย์จากสารอนินทรีย์โดยใช้พลังงานที่ได้จากการออกซิเดชั่นของสารอนินทรีย์ พลังงานนี้ถูกเก็บอยู่ในรูปของเอทีพี การสังเคราะห์ทางเคมีถูกค้นพบโดยนักจุลชีววิทยาชาวรัสเซีย S.N. Vinogradsky ในศตวรรษที่ 19 (2432-2433) กระบวนการนี้เป็นไปได้ในแบคทีเรีย: แบคทีเรียกำมะถัน (ออกซิไดซ์ไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นกำมะถันและแม้กระทั่งกรดซัลฟิวริก); แบคทีเรียไนตริไฟดิ้ง (ออกซิไดซ์แอมโมเนียเป็นกรดไนตริก)

การจำลองดีเอ็นเอ(การเสแสร้งของ DNA) อันเป็นผลมาจากกระบวนการนี้ ดีเอ็นเอเกลียวคู่สองอันจึงก่อตัวขึ้น ซึ่งไม่ต่างจากอันเดิม (ของมารดา) ขั้นแรกด้วยความช่วยเหลือของเอ็นไซม์พิเศษ (เฮลิเคส) เกลียวคู่ของดีเอ็นเอจะไม่บิดเบี้ยวที่จุดกำเนิดของการจำลองแบบ จากนั้นด้วยการมีส่วนร่วมของเอนไซม์ DNA polymerase การสังเคราะห์ DNA chain ของลูกสาวก็เกิดขึ้น ที่หนึ่งในห่วงโซ่ กระบวนการดำเนินไปอย่างต่อเนื่อง - ห่วงโซ่นี้เรียกว่าผู้นำ DNA สายที่สองถูกสังเคราะห์เป็นชิ้นสั้น ( ชิ้นส่วนของโอคาซากิ) ซึ่ง "เย็บ" ร่วมกับเอนไซม์พิเศษ ห่วงโซ่นี้เรียกว่าล้าหลังหรือล้าหลัง

บริเวณระหว่างจุดสองจุดที่เริ่มการสังเคราะห์โซ่ลูกสาวเรียกว่า ตัวจำลอง. ยูคาริโอตมีดีเอ็นเอจำลองจำนวนมาก ในขณะที่โปรคาริโอตมีการจำลองเพียงตัวเดียว ในแต่ละแบบจำลองคุณจะเห็น ส้อมจำลอง- ส่วนนั้นของโมเลกุล DNA ที่แตกออกแล้ว

การจำลองแบบขึ้นอยู่กับหลักการหลายประการ:

1. การเสริมแรง (A-T, C-G) การต่อต้านการขนานกัน DNA แต่ละเส้นมีทิศทางเฉพาะ: ปลายด้านหนึ่งมีหมู่ OH ที่ติดอยู่กับคาร์บอนขนาด 3 นิ้วในน้ำตาลดีออกซีไรโบส ที่ปลายอีกด้านของสายโซ่จะมีกรดฟอสฟอริกตกค้างอยู่ในตำแหน่ง 5" ของน้ำตาล สาย DNA สองสายมีทิศทางตรงกันข้าม กล่าวคือ ตรงกันข้าม เอนไซม์ DNA polymerase สามารถเคลื่อนที่ไปตามสายแม่แบบได้เพียงทิศทางเดียว: จากปลาย 3' ถึง 5' ดังนั้นในกระบวนการจำลองแบบ การสังเคราะห์สายโซ่ใหม่พร้อมกันจึงดำเนินไปแบบตรงกันข้าม
2. กึ่งอนุรักษ์นิยม สร้างเกลียวลูกสาวสองคนซึ่งแต่ละอันเก็บรักษา (เก็บรักษา) หนึ่งในครึ่งหนึ่งของ DNA ของมารดาไม่เปลี่ยนแปลง
3. ความไม่ต่อเนื่อง เพื่อให้ DNA สายใหม่ก่อตัวขึ้น สายหลักจะต้องไม่บิดงอและยืดออกจนสุด ซึ่งเป็นไปไม่ได้ ดังนั้นการจำลองแบบจึงเริ่มต้นพร้อมกันในหลายๆ ที่

การสังเคราะห์โปรตีนตัวอย่างของเมแทบอลิซึมของพลาสติกในสิ่งมีชีวิต heterotrophic คือการสังเคราะห์โปรตีน กระบวนการหลักทั้งหมดในร่างกายเกี่ยวข้องกับโปรตีน และในแต่ละเซลล์จะมีการสังเคราะห์โปรตีนอย่างต่อเนื่องซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของเซลล์นี้ และจำเป็นในช่วงเวลาที่กำหนดของชีวิตเซลล์ ข้อมูลเกี่ยวกับโมเลกุลโปรตีนถูกเข้ารหัสในโมเลกุลดีเอ็นเอโดยใช้ทริปเพล็ตหรือโคดอน

รหัสพันธุกรรมเป็นระบบสำหรับบันทึกข้อมูลเกี่ยวกับลำดับของกรดอะมิโนในโปรตีนโดยใช้ลำดับของนิวคลีโอไทด์ใน mRNA

คุณสมบัติของรหัส:

1. Tripletity - กรดอะมิโนแต่ละชนิดถูกเข้ารหัสโดยลำดับของนิวคลีโอไทด์สามตัว ลำดับนี้เรียกว่าทริปเปิ้ลหรือโคดอน
2. ความเสื่อมหรือความซ้ำซ้อน - กรดอะมิโนแต่ละตัวถูกเข้ารหัสโดย codon มากกว่าหนึ่งตัว (จาก 2 ถึง 6) ข้อยกเว้นคือเมไทโอนีนและทริปโตเฟน - แต่ละรายการถูกเข้ารหัสโดยแฝดสามตัว
3. ชัดเจน - แต่ละรหัส codon สำหรับกรดอะมิโนเพียงตัวเดียว
4. ระหว่างยีนมี "เครื่องหมายวรรคตอน" ซึ่งเป็นแฝดสามพิเศษ (UAA, UAG, UGA) ซึ่งแต่ละอันไม่ได้เข้ารหัสกรดอะมิโน แฝดสามเหล่านี้พบที่ส่วนท้ายของยีนแต่ละตัว ไม่มี "เครื่องหมายวรรคตอน" ภายในยีน
5. ความเป็นสากล - รหัสพันธุกรรมเหมือนกันสำหรับสิ่งมีชีวิตทั้งหมดในโลก

ในการสังเคราะห์โปรตีนทางชีวภาพ มีสามขั้นตอนที่แตกต่างกัน - การถอดความ กระบวนการหลังการถอดเสียง และการแปล

การถอดความ- นี่คือกระบวนการสังเคราะห์ mRNA ที่ดำเนินการโดยเอนไซม์ RNA polymerase เกิดขึ้นในนิวเคลียส การถอดความจะดำเนินการตามกฎของการเสริม ความยาวของ mRNA สอดคล้องกับยีนตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไป มี 4 ขั้นตอนในกระบวนการถอดความ:

1. การจับกันของ RNA polymerase กับโปรโมเตอร์ (นี่คือไซต์สำหรับแนบเอ็นไซม์)
2. การเริ่มต้น - จุดเริ่มต้นของการสังเคราะห์
3. การยืดตัว - การเติบโตของสายโซ่ RNA การยึดติดตามลำดับของนิวคลีโอไทด์ซึ่งกันและกันในลำดับที่นิวคลีโอไทด์เสริมของสายดีเอ็นเออยู่ ความเร็วของมันอยู่ที่ 50 นิวคลีโอไทด์ต่อวินาที
4. การสิ้นสุด - เสร็จสิ้นการสังเคราะห์ pre-i-RNA

กระบวนการหลังการถอดเสียงหลังจากการก่อตัวของ pre-mRNA การสุกหรือการประมวลผลของ mRNA จะเริ่มขึ้น ในกรณีนี้ บริเวณอินตรอนจะถูกลบออกจากโมเลกุล RNA ตามด้วยการเชื่อมต่อของบริเวณ exonic (กระบวนการนี้เรียกว่า ประกบ). หลังจากนั้น mRNA ที่โตเต็มที่จะออกจากนิวเคลียสและไปยังบริเวณที่สังเคราะห์โปรตีน (ไปยังไรโบโซม)

ออกอากาศ- นี่คือการสังเคราะห์สายโซ่โพลีเปปไทด์ของโปรตีน ดำเนินการโดยเทมเพลต mRNA ในไรโบโซม

กรดอะมิโนที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์โปรตีนจะถูกส่งไปยังไรโบโซมผ่านทาง tRNA โมเลกุลทรานสเฟอร์ RNA มีรูปร่างเหมือนใบโคลเวอร์ ด้านบนมีลำดับของนิวคลีโอไทด์สามลำดับที่ประกอบกับนิวคลีโอไทด์ของโคดอนใน mRNA ลำดับนี้เรียกว่า แอนติโคดอน. เอนไซม์ (codase) รู้จัก tRNA และยึดกรดอะมิโนที่สอดคล้องกันไว้ (พลังงานของโมเลกุล ATP หนึ่งตัวถูกใช้ไป)

การสังเคราะห์โปรตีนเริ่มต้นด้วยความจริง (ในแบคทีเรีย) ที่โคดอน AUG ซึ่งอยู่ในตำแหน่งแรกในการคัดลอกจากยีนแต่ละตัว ตรงบริเวณที่ไรโบโซมในไซต์ผู้บริจาค และ t-RNA ที่มีฟอร์มิลเมไทโอนีน (นี่คือการเปลี่ยนแปลง รูปแบบของกรดอะมิโนเมไทโอนีน) ติดอยู่กับมัน หลังจากการสังเคราะห์โปรตีนเสร็จสิ้น ฟอร์มิลเมไทโอนีนจะถูกแยกออกจากสายพอลิเปปไทด์

ไรโบโซมมีสองตำแหน่งสำหรับจับโมเลกุล tRNA สองตัว: ผู้บริจาคและ ตัวรับ. tRNA ที่มีกรดอะมิโนเข้าสู่ไซต์ตัวรับและยึดติดกับโคดอน mRNA กรดอะมิโนของ t-RNA นี้ยึดสายโปรตีนที่กำลังเติบโตไว้กับตัวมันเอง และพันธะเปปไทด์เกิดขึ้นระหว่างพวกมัน tRNA ซึ่งติดโปรตีนที่กำลังเติบโต จะเคลื่อนที่ไปพร้อมกับโคดอน mRNA ไปยังตำแหน่งผู้ให้ของไรโบโซม t-RNA ใหม่ที่มีกรดอะมิโนมาถึงไซต์ตัวรับที่ว่างและทุกอย่างก็เกิดขึ้นใหม่อีกครั้ง เมื่อเครื่องหมายวรรคตอนปรากฏขึ้นบนไรโบโซม ไม่มี tRNA ของกรดอะมิโนใดสามารถครอบครองไซต์ตัวรับได้ สายโพลีเปปไทด์จะแตกออกและออกจากไรโบโซม

เซลล์ของเนื้อเยื่อต่างๆ ของร่างกายผลิตโปรตีนต่างกัน (อะไมเลส - เซลล์ของต่อมน้ำลาย อินซูลิน - เซลล์ของตับอ่อน ฯลฯ) ในเวลาเดียวกัน เซลล์ทั้งหมดของร่างกายถูกสร้างขึ้นจากไข่ที่ปฏิสนธิแล้วหนึ่งฟองโดยการแบ่งเซลล์ซ้ำๆ โดยใช้ไมโทซิส กล่าวคือ มีองค์ประกอบทางพันธุกรรมเหมือนกัน ความแตกต่างเหล่านี้เกี่ยวข้องกับความจริงที่ว่าบริเวณ DNA ที่ต่างกันนั้นถูกถ่ายทอดในเซลล์ที่ต่างกัน mRNAs ที่แตกต่างกันถูกสร้างขึ้นตามที่โปรตีนสังเคราะห์ขึ้น ความเชี่ยวชาญพิเศษของเซลล์ไม่ได้ถูกกำหนดโดยยีนทั้งหมด แต่เฉพาะจากยีนที่อ่านข้อมูลและนำไปใช้ในโปรตีนเท่านั้น ดังนั้นในแต่ละเซลล์จะมีการรับรู้ข้อมูลทางพันธุกรรมเพียงบางส่วนเท่านั้นและไม่ใช่ข้อมูลทั้งหมด

ระเบียบของกิจกรรมของยีนในการสังเคราะห์โปรตีนแต่ละตัวในตัวอย่างของแบคทีเรีย (โครงการของ F. Jacob และ Zh Monod)

เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าจนกว่าน้ำตาลจะถูกเติมลงในสารอาหารที่มีแบคทีเรียอาศัยอยู่ ไม่มีเอนไซม์ในเซลล์แบคทีเรียที่จำเป็นสำหรับการสลายตัว แต่ไม่กี่วินาทีหลังจากเติมน้ำตาล เอนไซม์ที่จำเป็นทั้งหมดจะถูกสังเคราะห์ในเซลล์

เอ็นไซม์ที่เกี่ยวข้องในสายโซ่เดียวกันของการเปลี่ยนแปลงของซับสเตรตไปเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายจะถูกเข้ารหัสในลำดับต่อๆ ไป ยีนโครงสร้างหนึ่งโอเปอเรเตอร์ โอเปร่า- นี่คือกลุ่มของยีนที่มีข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีนที่จำเป็นต่อการทำงานอย่างใดอย่างหนึ่ง. ระหว่างยีนโครงสร้างและโปรโมเตอร์ (ไซต์เชื่อมโยงไปถึงสำหรับ RNA polymerase) มีไซต์ที่เรียกว่า โอเปอเรเตอร์. มันถูกเรียกอย่างนั้นเพราะมันมาจากการสังเคราะห์ mRNA โปรตีนพิเศษโต้ตอบกับผู้ปฏิบัติงาน - ปราบปราม (ปราบปราม). ขณะที่ตัวยับยั้งอยู่บนตัวดำเนินการ การสังเคราะห์ mRNA จะไม่สามารถเริ่มต้นได้

เมื่อสารตั้งต้นเข้าสู่เซลล์ ความแตกแยกซึ่งต้องการโปรตีนที่เข้ารหัสในยีนโครงสร้างของโอเปอรอนที่กำหนด หนึ่งในโมเลกุลของสารตั้งต้นจะมีปฏิสัมพันธ์กับตัวยับยั้ง ผู้กดขี่สูญเสียความสามารถในการโต้ตอบกับผู้ปฏิบัติงานและถอยห่างจากเขา การสังเคราะห์ i-RNA เริ่มต้นขึ้นและการก่อตัวของโปรตีนที่สอดคล้องกันบนไรโบโซม ทันทีที่โมเลกุลของสารตั้งต้นสุดท้ายถูกแปลงเป็นสารสุดท้าย ตัวยับยั้งที่ปล่อยออกมาจะกลับสู่ตัวดำเนินการและขัดขวางการสังเคราะห์ mRNA

ข้อมูลอ้างอิง:

1. Y. Chentsov "ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับชีววิทยาของเซลล์" (2006)
2. ว.น. Yarygin (บรรณาธิการ) "ชีววิทยา" (ในสองเล่ม, 2549)
3. โอ.วี. Alexandrovskaya et al. "เซลล์วิทยา, มิญชวิทยาและคัพภวิทยา" (1987)
4. เอ.โอ. Ruvimsky (บรรณาธิการ) "ชีววิทยาทั่วไป" (ตำราเรียนสำหรับเกรด 10-11 ด้วย ศึกษาเชิงลึกชีววิทยา) - ในความคิดของฉัน นี่เป็นหนึ่งในตำราเรียนวิชาชีววิทยาทั่วไปที่ดีที่สุดเล่มหนึ่งสำหรับผู้สมัคร แม้ว่าจะไม่มีข้อบกพร่องก็ตาม

สำหรับความก้าวหน้าของจุลกายวิภาคศาสตร์ เซลล์วิทยา และเอ็มบริโอวิทยา การแนะนำความสำเร็จของฟิสิกส์และเคมี วิธีการใหม่ของวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้อง - ชีวเคมี ชีววิทยาระดับโมเลกุล พันธุวิศวกรรมมีความสำคัญอย่างยิ่ง

วิธีการที่ทันสมัยการศึกษาช่วยให้การศึกษาเนื้อเยื่อไม่เพียงแต่โดยรวมเท่านั้น แต่ยังแยกเซลล์แต่ละประเภทออกจากเนื้อเยื่อเพื่อศึกษากิจกรรมที่สำคัญเป็นเวลานาน แยกอวัยวะแต่ละเซลล์และโมเลกุลของพวกมัน (เช่น DNA) และศึกษาลักษณะการทำงานของพวกมัน

โอกาสดังกล่าวเปิดกว้างขึ้นเกี่ยวกับการสร้างเครื่องมือและเทคโนโลยีใหม่ - กล้องจุลทรรศน์ประเภทต่างๆ เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ การวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ การใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านิวเคลียร์ (NMR) ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีและการถ่ายภาพรังสีอัตโนมัติ อิเล็กโตรโฟรีซิสและโครมาโตกราฟี การแยกส่วน ของเนื้อหาเซลล์โดยใช้การหมุนเหวี่ยงพิเศษ การแยกและการเพาะเลี้ยงเซลล์ การได้มาซึ่งลูกผสม การใช้วิธีการทางเทคโนโลยีชีวภาพ - รับไฮบริโดมาและโมโนโคลนอลแอนติบอดี, DNA ลูกผสม ฯลฯ

ดังนั้นวัตถุทางชีววิทยาสามารถศึกษาได้ที่ระดับเนื้อเยื่อ เซลล์ เซลล์ย่อย และระดับโมเลกุล แม้จะมีการแนะนำในวิทยาศาสตร์ธรรมชาติของวิธีการทางชีวเคมี ชีวฟิสิกส์ กายภาพ และเทคโนโลยีต่างๆ ที่จำเป็นในการแก้ปัญหามากมายที่เกี่ยวข้องกับกิจกรรมที่สำคัญของเซลล์และเนื้อเยื่อ แต่เนื้อเยื่อวิทยาโดยพื้นฐานแล้วยังคงเป็นวิทยาศาสตร์ทางสัณฐานวิทยาด้วยชุดวิธีการของตัวเอง หลังทำให้สามารถกำหนดลักษณะกระบวนการที่เกิดขึ้นในเซลล์และเนื้อเยื่อลักษณะโครงสร้างของมัน

ขั้นตอนหลักของการวิเคราะห์ทางเซลล์วิทยาและเนื้อเยื่อวิทยาคือการเลือกวัตถุประสงค์ของการศึกษา การเตรียมตัวสำหรับการตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์ การใช้วิธีการทางกล้องจุลทรรศน์ และการวิเคราะห์ภาพเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ

วัตถุของการศึกษาคือเซลล์และเนื้อเยื่อที่มีชีวิตและตรึงอยู่กับที่ รูปภาพที่ได้จากกล้องจุลทรรศน์แสงและอิเล็กตรอนหรือบนจอโทรทัศน์ มีหลายวิธีที่ช่วยให้วิเคราะห์วัตถุเหล่านี้ได้

วิธีการตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์ของการเตรียมเนื้อเยื่อ

วิธีหลักในการศึกษาจุลชีววิทยาคือกล้องจุลทรรศน์แสงและอิเล็กตรอน ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการทดลองและการปฏิบัติทางคลินิก

กล้องจุลทรรศน์เป็นวิธีหลักในการศึกษาจุลชีววิทยาที่ใช้ในชีววิทยามานานกว่า 300 ปี นับตั้งแต่การสร้างและการใช้ไมโครสโคปตัวแรก พวกมันก็ได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง กล้องจุลทรรศน์สมัยใหม่เป็นระบบออปติคัลที่ซับซ้อนหลากหลายและมีความละเอียดสูง ขนาดของโครงสร้างที่เล็กที่สุดที่สามารถมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์จะกำหนดโดยระยะห่างที่เล็กที่สุดที่แก้ไขได้ (d o ) ซึ่งส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของแสง (\) และความยาวคลื่นของการแกว่งของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของการไหลของอิเล็กตรอน เป็นต้น การพึ่งพาอาศัยกันนี้ถูกกำหนดโดยสูตร d 0 = 1 / 2 \. ดังนั้น ยิ่งความยาวคลื่นเล็กลง ระยะทางที่แก้ไขได้ก็จะยิ่งเล็กลง และโครงสร้างจุลภาคก็จะยิ่งเล็กลงซึ่งสามารถมองเห็นได้ในการเตรียมการ กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบต่างๆ ใช้สำหรับศึกษาการเตรียมเนื้อเยื่อ

ข้าว. 1. กล้องจุลทรรศน์เพื่อการวิจัยทางชีววิทยา

เอ - กล้องจุลทรรศน์ชีวภาพแบบเบา "Biolam-S": 1 - ฐาน; 2 - ที่ยึดท่อ; 3 - ท่อเอียง; 4 - ช่องมองภาพ 5 - ปืนพกลูก; 6 - เลนส์; 7 - ตาราง; 8 - คอนเดนเซอร์พร้อมไดอะแฟรมไอริส; 9 - สกรูคอนเดนเซอร์; 10 - กระจกเงา; 11 - สกรูไมโครเมตริก 12 - สกรูมาโครเมตริก B - กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน EMV-100AK พร้อมระบบประมวลผลภาพอัตโนมัติ: 1 - คอลัมน์กล้องจุลทรรศน์ (พร้อมระบบอิเล็กตรอน - ออปติคัลและกล้องสำหรับตัวอย่าง); 2 - แผงควบคุม; 3 - กล้องพร้อมหน้าจอเรืองแสง; 4 - บล็อกการวิเคราะห์ภาพ 5 - เซ็นเซอร์สัญญาณวิดีโอ

กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงในการศึกษาจุลกายวิภาคศาสตร์นั้นใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงธรรมดาและพันธุ์ต่าง ๆ ซึ่งใช้แหล่งกำเนิดแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกัน ในกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงทั่วไป แหล่งกำเนิดแสงคือแสงธรรมชาติหรือแสงประดิษฐ์ (รูปที่ 1, A) ความยาวคลื่นต่ำสุดของส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัมคือประมาณ 0.4 µm ดังนั้นสำหรับกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงทั่วไป ขนาดเล็กที่สุด ระยะความละเอียดประมาณ 0.2 µm (ทำ = "/, - 0.4 µm = 0.2 µm) และกำลังขยายทั้งหมด (ผลคูณของกำลังขยายของเลนส์และกำลังขยายของเลนส์ใกล้ตา) ได้ 1,500-2500

ดังนั้นในกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง เราไม่เพียงสามารถมองเห็นเซลล์แต่ละเซลล์ที่มีขนาดตั้งแต่ 4 ถึง 150 ไมครอนเท่านั้น แต่ยังมองเห็นโครงสร้างภายในเซลล์ของพวกมันด้วย เช่น ออร์แกเนลล์ การรวมตัว เพื่อเพิ่มคอนทราสต์ของไมโครออบเจ็กต์ จะใช้การย้อมสี

กล้องจุลทรรศน์อัลตราไวโอเลต. นี่คือกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงชนิดหนึ่ง กล้องจุลทรรศน์อัลตราไวโอเลตใช้รังสีอัลตราไวโอเลตที่สั้นกว่าซึ่งมีความยาวคลื่นประมาณ 0.2 µm ระยะห่างที่แก้ไขที่นี่น้อยกว่าในกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงทั่วไป 2 เท่า และอยู่ที่ประมาณ 0.1 ไมโครเมตร (d o = V 2 - 0.2 ไมโครเมตร = 0.1 ไมโครเมตร) ภาพที่ได้จากรังสีอัลตราไวโอเลตซึ่งมองไม่เห็นด้วยตาจะถูกแปลงเป็นภาพที่มองเห็นได้โดยการลงทะเบียนบนจานภาพถ่ายหรือโดยการใช้อุปกรณ์พิเศษ (หน้าจอเรืองแสง ตัวแปลงแสงอิเล็กตรอน)

กล้องจุลทรรศน์เรืองแสง (เรืองแสง)ปรากฏการณ์ของการเรืองแสงอยู่ในความจริงที่ว่าอะตอมและโมเลกุลของสารจำนวนหนึ่งที่ดูดซับรังสีความยาวคลื่นสั้นเข้าสู่สภาวะตื่นเต้น การเปลี่ยนสถานะย้อนกลับจากสถานะตื่นเต้นไปเป็นสถานะปกติเกิดขึ้นจากการเปล่งแสง แต่มีความยาวคลื่นที่ยาวกว่า ในกล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนต์ หลอดปรอทหรือหลอดซีนอนความดันสูงพิเศษถูกใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงเพื่อกระตุ้นการเรืองแสงซึ่งมีความสว่างสูงในบริเวณสเปกตรัม 0.25-0.4 ไมโครเมตร (ใกล้รังสีอัลตราไวโอเลต) และ 0.4-0.5 ไมโครเมตร (รังสีสีน้ำเงิน-ม่วง ). ความยาวคลื่นของคลื่นแสงเรืองแสงจะมากกว่าความยาวคลื่นของแสงที่น่าตื่นเต้นเสมอ ดังนั้นพวกมันจึงถูกแยกโดยใช้ฟิลเตอร์แสง และภาพของวัตถุจะถูกศึกษาในแสงของการเรืองแสงเท่านั้น แยกแยะความแตกต่างระหว่างการเรืองแสงของตัวเองหรือปฐมภูมิและเหนี่ยวนำหรือทุติยภูมิ เซลล์ของสิ่งมีชีวิตใดๆ มีการเรืองแสงของตัวเอง แต่มักจะอ่อนแออย่างยิ่ง

Serotonin, catecholamines (adrenaline, noradrenaline) ที่มีอยู่ในเส้นประสาท, เสาและเซลล์อื่น ๆ มีการเรืองแสงหลักหลังจากการตรึงเนื้อเยื่อในไอฟอร์มัลดีไฮด์ที่อุณหภูมิ 60-80 °C (วิธี Falk)

การเรืองแสงทุติยภูมิเกิดขึ้นเมื่อการเตรียมการด้วยสีย้อมพิเศษ - ฟลูออโรโครม

มีฟลูออโรโครมหลายชนิดที่จับกับโมเลกุลขนาดใหญ่โดยเฉพาะ (ส้มอะคริดีน โรดามีน ฟลูออเรสซีน เป็นต้น) ตัวอย่างเช่น ในการประมวลผลการเตรียมการ มักใช้ฟลูออโรโครมอะคริดีนออเรนจ์ ในกรณีนี้ DNA และสารประกอบในเซลล์จะมีสีเขียวสดใส และ RNAและอนุพันธ์ของมัน - เรืองแสงสีแดงสด ดังนั้นองค์ประกอบสเปกตรัมของรังสีจึงมีข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างภายในของวัตถุและองค์ประกอบทางเคมีของวัตถุ ความแตกต่างของวิธีการของกล้องจุลทรรศน์เรืองแสงซึ่งทั้งการกระตุ้นและการปล่อยแสงเรืองแสงเกิดขึ้นในบริเวณอัลตราไวโอเลตของสเปกตรัมเรียกว่าวิธีการ กล้องจุลทรรศน์เรืองแสงอัลตราไวโอเลต.

กล้องจุลทรรศน์เฟสคอนทราสต์วิธีนี้ใช้เพื่อให้ได้ภาพที่มีคอนทราสต์สูงของสิ่งมีชีวิตที่โปร่งใสและไม่มีสีซึ่งมองไม่เห็นด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบธรรมดา ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ในกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงทั่วไป ความคมชัดที่จำเป็นของโครงสร้างทำได้โดยการย้อมสี วิธีคอนทราสต์เฟสให้คอนทราสต์ของโครงสร้างที่ไม่มีสีที่ศึกษาเนื่องจากไดอะแฟรมวงแหวนแบบพิเศษที่วางอยู่ในคอนเดนเซอร์และแผ่นเฟสที่เรียกว่าที่อยู่ในวัตถุประสงค์ การออกแบบเลนส์ไมโครสโคปนี้ทำให้สามารถเปลี่ยนเฟสการเปลี่ยนแปลงของแสงที่ส่องผ่านชิ้นงานที่ไม่ผ่านการย้อมสี ซึ่งมองไม่เห็นด้วยตาเป็นการเปลี่ยนแปลงในแอมพลิจูด กล่าวคือ ความสว่างของภาพที่ได้ การเพิ่มคอนทราสต์ช่วยให้คุณเห็นโครงสร้างทั้งหมดที่แตกต่างกันในดัชนีการหักเหของแสง รูปแบบของเฟสคอนทราสต์คือวิธีการ คอนทราสต์เฟสมืดให้ภาพคอนทราสต์เฟสลบกับบวก

กล้องจุลทรรศน์สนามมืดในกล้องจุลทรรศน์สนามมืด เฉพาะแสงที่กระจายโครงสร้างในการเตรียมการเท่านั้นที่จะบรรลุวัตถุประสงค์ สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการมีคอนเดนเซอร์พิเศษในกล้องจุลทรรศน์ซึ่งส่องสว่างการเตรียมการด้วยแสงเฉียงอย่างเคร่งครัด รังสีจากไฟส่องตรงจากด้านข้าง ดังนั้น สนามจึงดูมืด และอนุภาคขนาดเล็กในการเตรียมการสะท้อนแสง ซึ่งจะเข้าสู่เลนส์ ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์นี้ไม่สามารถดีไปกว่ากล้องจุลทรรศน์แบบไบร์ทฟิลด์ได้ เนื่องจากใช้ความยาวคลื่นเท่ากัน แต่มีความคมชัดมากขึ้นที่นี่ มันถูกใช้เพื่อศึกษาวัตถุที่มีชีวิต วัตถุ autoradiographic เช่นเม็ดเงินที่ปรากฏสว่างในทุ่งมืด ในคลินิกจะใช้เพื่อศึกษาผลึกในปัสสาวะ (กรดยูริก ออกซาเลต) เพื่อแสดงให้เห็นสไปโรเชต โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Treponema pallidum ซึ่งเป็นสาเหตุของซิฟิลิส เป็นต้น

กล้องจุลทรรศน์รบกวนกล้องจุลทรรศน์แบบเฟสคอนทราสต์แบบต่างๆ ได้แก่ กล้องจุลทรรศน์การรบกวน ซึ่งออกแบบมาเพื่อหาปริมาณมวลเนื้อเยื่อ และกล้องจุลทรรศน์การรบกวนแบบดิฟเฟอเรนเชียล (ด้วยเลนส์ Nomarsky) ซึ่งใช้เฉพาะเพื่อศึกษาการบรรเทาพื้นผิวของเซลล์และวัตถุทางชีววิทยาอื่นๆ

ในกล้องจุลทรรศน์การรบกวน ลำแสงจากไฟส่องถูกแบ่งออกเป็นสองกระแส: หนึ่งผ่านวัตถุและเปลี่ยนเฟสของการสั่น ที่สองจะข้ามวัตถุ ในปริซึมของวัตถุประสงค์ ลำแสงทั้งสองเชื่อมต่อกันและรบกวนซึ่งกันและกัน ด้วยเหตุนี้ รูปภาพจึงถูกสร้างขึ้นโดยส่วนต่างๆ ของไมโครออบเจ็กต์ที่มีความหนาและความหนาแน่นต่างกันจะมีคอนทราสต์ต่างกัน หลังจากหาปริมาณการเปลี่ยนแปลงแล้ว ให้กำหนดความเข้มข้นและมวลของวัตถุแห้ง

กล้องจุลทรรศน์แบบเฟสคอนทราสต์และการรบกวนทำให้สามารถศึกษาเซลล์ที่มีชีวิตได้ พวกเขาใช้เอฟเฟกต์การรบกวนที่เกิดขึ้นเมื่อคลื่นสองชุดรวมกันเพื่อสร้างภาพโครงสร้างจุลภาค ข้อดีของการใช้ Phase-Contrast, Intervention และ Dark-Field Microscopy คือความสามารถในการสังเกตเซลล์ในกระบวนการเคลื่อนไหวและการแบ่งเซลล์ ในกรณีนี้ สามารถบันทึกการเคลื่อนไหวของเซลล์โดยใช้ไมโครฟิล์มเหลื่อมเวลา (เฟรมต่อเฟรม)

กล้องจุลทรรศน์โพลาไรซ์กล้องจุลทรรศน์โพลาไรซ์เป็นการดัดแปลงของกล้องจุลทรรศน์แสงซึ่งมีการติดตั้งฟิลเตอร์โพลาไรซ์สองตัว - อันแรก (โพลาไรเซอร์) ระหว่างลำแสงแสงกับวัตถุ และอันที่สอง (ตัววิเคราะห์) ระหว่างเลนส์ใกล้วัตถุกับตา แสงลอดผ่านฟิลเตอร์แรกในทิศทางเดียวเท่านั้น ฟิลเตอร์ที่สองมีแกนหลักที่ตั้งฉากกับฟิลเตอร์แรก และไม่ส่งแสง สิ่งนี้สร้างเอฟเฟกต์ฟิลด์มืด ฟิลเตอร์ทั้งสองสามารถหมุนเพื่อเปลี่ยนทิศทางของลำแสงได้ หากเครื่องวิเคราะห์หมุน 90° เมื่อเทียบกับโพลาไรเซอร์ จะไม่มีแสงส่องผ่าน โครงสร้างที่มีโมเลกุลในแนวยาว (คอลลาเจน ไมโครทูบูล ไมโครฟิลาเมนต์) และโครงสร้างผลึก (ในเซลล์เลย์ดิก 1) จะปรากฏเป็นแสงเมื่อแกนหมุนเปลี่ยนแปลง ความสามารถของผลึกหรือการก่อตัวพาราคริสตัลไลน์ในการแยกคลื่นแสงออกเป็นคลื่นธรรมดาและคลื่นตั้งฉากเรียกว่า birefringence ความสามารถนี้ครอบครองโดยเส้นใยของกล้ามเนื้อลาย

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนก้าวสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีกล้องจุลทรรศน์คือการสร้างและการใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (ดูรูปที่ 1, B) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนใช้กระแสอิเล็กตรอนที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่ากล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ที่แรงดันไฟฟ้า 50,000 V ความยาวคลื่นของการสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของกระแสอิเล็กตรอนในสุญญากาศคือ 0.0056 นาโนเมตร มีการคำนวณทางทฤษฎีว่าระยะทางที่แก้ไขได้ภายใต้สภาวะเหล่านี้สามารถอยู่ที่ประมาณ 0.002 นาโนเมตร หรือ 0.000002 ไมโครเมตร กล่าวคือ น้อยกว่า 100,000 เท่า; มากกว่าในกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ในทางปฏิบัติ ในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสมัยใหม่ ระยะที่แก้ไขได้คือประมาณ 0.1-0.7 นาโนเมตร

ปัจจุบันกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (ส่ง) (TEM) และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (สแกน) มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย ด้วยความช่วยเหลือของ TEM สามารถรับได้เฉพาะภาพระนาบของจุลภาคที่อยู่ระหว่างการศึกษาเท่านั้น เพื่อให้ได้โครงสร้างเชิงพื้นที่ จะใช้ SEM ที่สามารถสร้างภาพสามมิติได้ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดทำงานบนหลักการของการสแกนวัตถุภายใต้การศึกษาโดยใช้ไมโครโพรบอิเล็กตรอน กล่าวคือ จะ "รู้สึก" จุดแต่ละจุดของพื้นผิวตามลำดับด้วยลำแสงอิเล็กตรอนที่โฟกัสอย่างแหลมคม เพื่อศึกษาบริเวณที่เลือก ไมโครโพรบเคลื่อนที่ไปตามพื้นผิวภายใต้การกระทำของการเบี่ยงเบนของคอยล์ (หลักการสแกนโทรทัศน์) การตรวจสอบวัตถุดังกล่าวเรียกว่าการสแกน (การอ่าน) และรูปแบบที่ไมโครโพรบเคลื่อนที่เรียกว่าแรสเตอร์ ภาพที่ได้จะแสดงบนหน้าจอโทรทัศน์ โดยลำแสงอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่พร้อมกันกับไมโครโพรบ

ข้อได้เปรียบหลักของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดคือความชัดลึกที่มาก การเปลี่ยนแปลงการขยายอย่างต่อเนื่องในวงกว้าง (จากหลายสิบถึงหมื่นครั้ง) และความละเอียดสูง

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบแช่แข็ง- บิ่นใช้เพื่อศึกษารายละเอียดของโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์และการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ เซลล์ถูกแช่แข็งที่อุณหภูมิต่ำ (-160°C) เพื่อทำเป็นมันฝรั่งแผ่น เมื่อตรวจสอบเมมเบรน ระนาบความแตกแยกจะเคลื่อนผ่านตรงกลางของลิปิดไบเลเยอร์ ต่อไป พื้นผิวภายในโลหะ (แพลตตินั่ม, แพลเลเดียม, ยูเรเนียม) ถูกสะสมไว้ที่ครึ่งหนึ่งของเมมเบรน ศึกษาโดยใช้ TEM และไมโครโฟโต้

วิธีการของกล้องจุลทรรศน์ไครโออิเล็กตรอนตัวอย่างเนื้อเยื่อชั้นบางที่แช่แข็งอย่างรวดเร็ว (ประมาณ 100 นาโนเมตร) ถูกวางบนกริดด้วยกล้องจุลทรรศน์ และตรวจสอบภายใต้สุญญากาศด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่ -160°C

วิธีการของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน "แช่แข็ง- แกะสลัก"ใช้ศึกษาพื้นผิวด้านนอกของเยื่อหุ้มเซลล์ หลังจากแช่แข็งเซลล์อย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิต่ำมาก บล็อกจะถูกเปิดออกด้วยใบมีด ผลึกน้ำแข็งที่เกิดขึ้นจะถูกลบออกโดยการระเหิดของน้ำในสุญญากาศ จากนั้นพื้นที่ของเซลล์จะถูกแรเงาโดยการพ่นฟิล์มบาง ๆ ของโลหะหนัก (เช่น แพลตตินัม) วิธีนี้ทำให้สามารถเปิดเผยโครงสร้างสามมิติได้

ดังนั้น วิธีการของการเยือกแข็ง-ความแตกแยกและการกัดเซาะเยือกแข็งทำให้สามารถศึกษาเซลล์ที่ไม่ตายตัวโดยปราศจากการก่อตัวของสิ่งประดิษฐ์ที่เหนี่ยวนำให้เกิดการตรึงในเซลล์เหล่านั้น

วิธีการตัดกันกับเกลือของโลหะหนักทำให้สามารถศึกษาโมเลกุลขนาดใหญ่ - DNA, โปรตีนขนาดใหญ่ (เช่น myosin) ในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ด้วยคอนทราสต์เชิงลบ จะทำการศึกษาการรวมกลุ่มของโมเลกุลขนาดใหญ่ (ไรโบโซม ไวรัส) หรือเส้นใยโปรตีน (เส้นใยแอคติน)

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนของส่วน ultrathin ที่ได้จาก cryoultra-microtomyด้วยวิธีนี้ ชิ้นเนื้อเยื่อที่ไม่มีการตรึงและเทลงในสื่อที่เป็นของแข็งจะถูกทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วในไนโตรเจนเหลวที่อุณหภูมิ -196 °C สิ่งนี้ให้การยับยั้งกระบวนการเมแทบอลิซึมของเซลล์และการเปลี่ยนแปลงของน้ำจากเฟสของเหลวไปเป็นของแข็ง ถัดไป บล็อกจะถูกตัดบน ultramicrotome ที่อุณหภูมิต่ำ วิธีการแบ่งส่วนนี้มักใช้เพื่อกำหนดกิจกรรมของเอนไซม์ เช่นเดียวกับการทำปฏิกิริยาอิมมูโนเคมี ในการตรวจจับแอนติเจนนั้นจะใช้แอนติบอดีที่เกี่ยวข้องกับอนุภาคของทองคำคอลลอยด์ซึ่งง่ายต่อการตรวจจับในการเตรียมการ

วิธีการของกล้องจุลทรรศน์แรงดันสูงพิเศษใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่มีแรงดันไฟฟ้าเร่งสูงถึง 3,000,000 V ข้อดีของกล้องจุลทรรศน์เหล่านี้คือช่วยให้คุณศึกษาวัตถุที่มีความหนามาก (1-10 ไมครอน) เนื่องจากวัตถุดูดซับพลังงานอิเล็กตรอนสูง การถ่ายภาพสามมิติช่วยให้ได้รับข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างสามมิติของโครงสร้างภายในเซลล์ที่มีความละเอียดสูง (ประมาณ 0.5 นาโนเมตร)

การวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์เพื่อศึกษาโครงสร้างของโมเลกุลขนาดใหญ่ในระดับอะตอม ใช้วิธีการโดยใช้รังสีเอกซ์ที่มีความยาวคลื่นประมาณ 0.1 นาโนเมตร (เส้นผ่านศูนย์กลางอะตอมของไฮโดรเจน) โมเลกุลที่ก่อตัวเป็นผลึกขัดแตะได้รับการศึกษาโดยใช้รูปแบบการเลี้ยวเบนซึ่งบันทึกไว้บนแผ่นภาพถ่ายในรูปแบบของจุดต่างๆ ที่มีความเข้มต่างกัน ความเข้มของจุดขึ้นอยู่กับความสามารถของวัตถุต่าง ๆ ในอาร์เรย์ที่จะกระจายรังสี ตำแหน่งของจุดในรูปแบบการเลี้ยวเบนขึ้นอยู่กับตำแหน่งของวัตถุในระบบ และความเข้มของจุดนั้นบ่งชี้โครงสร้างอะตอมภายใน

วิธีการศึกษาเซลล์และเนื้อเยื่อตายตัว

การศึกษาเซลล์และเนื้อเยื่อตายตัววัตถุประสงค์หลักของการวิจัยคือ การเตรียมเนื้อเยื่อทำจากโครงสร้างคงที่ ยาอาจเป็นรอยเปื้อน (เช่น รอยเปื้อนเลือด ไขกระดูก น้ำลาย น้ำไขสันหลัง ฯลฯ ) รอยประทับ (เช่น ของม้าม ต่อมไทมัส ตับ) ฟิล์มของเนื้อเยื่อ (เช่น เกี่ยวพันหรือเยื่อบุช่องท้อง, เยื่อหุ้มปอด, เยื่อเพีย) , ตัดบาง ส่วนใหญ่มักใช้ส่วนของเนื้อเยื่อหรืออวัยวะเพื่อการศึกษา การเตรียมเนื้อเยื่อสามารถศึกษาได้โดยไม่ต้องผ่านกระบวนการพิเศษ ตัวอย่างเช่น การตรวจเลือด รอยเปื้อน การพิมพ์ ฟิล์ม หรือส่วนของอวัยวะที่เตรียมไว้ สามารถดูได้ทันทีภายใต้กล้องจุลทรรศน์ แต่เนื่องจากโครงสร้างมี "คอนทราสต์อ่อน" จึงตรวจพบได้ไม่ดีในกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงแบบธรรมดาและต้องใช้กล้องจุลทรรศน์พิเศษ (เช่น เฟสคอนทราสต์ ฯลฯ) ดังนั้นจึงมักใช้การเตรียมการที่ผ่านกระบวนการพิเศษ

กระบวนการผลิตการเตรียมเนื้อเยื่อวิทยาสำหรับกล้องจุลทรรศน์แสงและอิเล็กตรอนประกอบด้วยขั้นตอนหลักดังต่อไปนี้: 1) การนำวัสดุและแก้ไข 2) การบดอัดวัสดุ 3) การเตรียมส่วน 4) ส่วนการย้อมสีหรือการตัดกัน สำหรับกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงจำเป็นต้องมีอีกหนึ่งขั้นตอน - บทสรุปของส่วนต่างๆในยาหม่องหรือสื่อโปร่งใสอื่น ๆ (5) การตรึงป้องกันกระบวนการย่อยสลายซึ่งช่วยรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้าง สิ่งนี้ทำได้โดยข้อเท็จจริงที่ว่าตัวอย่างเล็กๆ ที่นำมาจากอวัยวะนั้นจุ่มลงในสารตรึง (แอลกอฮอล์ ฟอร์มาลิน สารละลายของเกลือของโลหะหนัก กรดออสมิก สารผสมตรึงแบบพิเศษ) หรือผ่านการอบชุบด้วยความร้อน ภายใต้การกระทำของการตรึง การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพและเคมีที่ซับซ้อนเกิดขึ้นในเนื้อเยื่อและอวัยวะ ที่สำคัญที่สุดของพวกเขาคือกระบวนการของการแข็งตัวของโปรตีนที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ซึ่งเป็นผลมาจากกิจกรรมที่สำคัญสิ้นสุดลงและโครงสร้างตายแล้วคงที่ การตรึงจะทำให้เกิดการบดอัดและลดปริมาตรของชิ้นงาน รวมทั้งปรับปรุงการย้อมสีของเซลล์และเนื้อเยื่อในภายหลัง

ชิ้นส่วนปิดผนึก,จำเป็นสำหรับการเตรียมชิ้นส่วนทำโดยการชุบวัสดุที่แห้งก่อนหน้านี้ด้วยพาราฟิน, เซลลอยด์, เรซินอินทรีย์ การบดอัดที่เร็วขึ้นทำได้โดยใช้วิธีการแช่แข็งชิ้นงาน เช่น ในกรดคาร์บอนิกเหลว

การเตรียมมาตราผลิตบนอุปกรณ์พิเศษ - microtomes(สำหรับกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง) และ ultramicrotomes(สำหรับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน)

ส่วนการย้อมสี(ในกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง) หรือ ฉีดพ่นด้วยเกลือโลหะ(ในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน) ใช้เพื่อเพิ่มความคมชัดของภาพของแต่ละโครงสร้างเมื่อดูภายใต้กล้องจุลทรรศน์ วิธีการย้อมสีโครงสร้างทางจุลกายวิภาคนั้นมีความหลากหลายมาก และได้รับการคัดเลือกขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการศึกษาวิจัย คราบทางเนื้อเยื่อแบ่งออกเป็นกรด ด่าง และเป็นกลาง ตัวอย่าง ได้แก่ สีย้อมพื้นฐานที่รู้จักกันดีที่สุดคือ azure II ซึ่งย้อมนิวเคลียสสีม่วง และสีย้อมที่เป็นกรด อีโอซิน ซึ่งย้อมไซโทพลาสซึมสีส้มอมชมพู โครงสร้างที่เลือกได้สำหรับสีย้อมบางชนิดนั้นเกิดจากองค์ประกอบทางเคมีและคุณสมบัติทางกายภาพ โครงสร้างที่เปื้อนได้ดีกับสีย้อมที่เป็นกรดเรียกว่า ออกซิฟิลิก(acidophilic, eosinophilic) และการย้อมสีพื้นฐาน - เบสโซฟิลิกโครงสร้างที่รับทั้งสีที่เป็นกรดและสีเบสคือ นิวโทรฟิลิก(เฮเทอโรฟิลิก). การเตรียมสีมักจะถูกทำให้แห้งในแอลกอฮอล์ที่มีความแรงเพิ่มขึ้น และถูกชะล้างด้วยไซลีน เบนซีน โทลูอีน หรือน้ำมันบางชนิด สำหรับการเก็บรักษาในระยะยาว จะมีการปิดส่วนเนื้อเยื่อวิทยาที่ขาดน้ำไว้ระหว่างสไลด์และใบปิดในยาหม่องแคนาดาหรือสารอื่นๆ การเตรียมเนื้อเยื่อสำเร็จรูปสามารถใช้สำหรับการตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์เป็นเวลาหลายปี สำหรับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ส่วนที่ได้จาก ultramicrotome จะถูกวางไว้บนกริดพิเศษ ตรงกันข้ามกับเกลือของแมงกานีส โคบอลต์ ฯลฯ หลังจากนั้นจะดูภายใต้กล้องจุลทรรศน์และถ่ายภาพ ไมโครโฟโตกราฟที่ได้รับใช้เป็นเป้าหมายของการศึกษาควบคู่ไปกับการเตรียมเนื้อเยื่อ

วิธีการศึกษาเซลล์และเนื้อเยื่อที่มีชีวิต

การศึกษาเซลล์และเนื้อเยื่อที่มีชีวิตช่วยให้คุณได้รับข้อมูลที่สมบูรณ์ที่สุดเกี่ยวกับชีวิตของพวกมัน - เพื่อติดตามการเคลื่อนไหว กระบวนการของการแบ่งตัว การทำลาย การเติบโต ความแตกต่างและปฏิสัมพันธ์ของเซลล์ ระยะเวลาของวงจรชีวิต การเปลี่ยนแปลงเชิงปฏิกิริยาในการตอบสนอง ต่อการกระทำของปัจจัยต่างๆ

In vivo การศึกษาเซลล์ในร่างกาย (ในร่างกาย). วิธีการวิจัยที่สำคัญวิธีหนึ่งคือการสังเกตโครงสร้างในสิ่งมีชีวิต ด้วยความช่วยเหลือของไมโครสโคปแบบพิเศษ - illuminators โปร่งแสงตัวอย่างเช่นสามารถศึกษาพลวัตของการไหลเวียนโลหิตใน microvessels หลังจากการดมยาสลบในสัตว์แล้ว วัตถุของการศึกษา (เช่น น้ำเหลืองของลำไส้) จะถูกนำออกมาและตรวจสอบภายใต้กล้องจุลทรรศน์ในขณะที่เนื้อเยื่อจะต้องชุบสารละลายไอโซโทนิกโซเดียมคลอไรด์อย่างต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม ระยะเวลาของการสังเกตดังกล่าวมีจำกัด ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดคือการฝังช่องโปร่งใสเข้าไปในร่างกายของสัตว์

อวัยวะที่สะดวกที่สุดสำหรับการฝังกล้องดังกล่าวและการสังเกตภายหลังคือหูของสัตว์ (เช่น กระต่าย) ส่วนของหูที่มีช่องโปร่งแสงวางอยู่บนกล้องจุลทรรศน์ และภายใต้สภาวะเหล่านี้ พลวัตของการเปลี่ยนแปลงในเซลล์และเนื้อเยื่อจะได้รับการศึกษาเป็นระยะเวลานาน จึงสามารถศึกษากระบวนการขับเม็ดเลือดขาวออกจากหลอดเลือด ขั้นตอนต่างๆ ของการก่อตัวของเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน เส้นเลือดฝอย เส้นประสาท และกระบวนการอื่นๆ ตาของสัตว์ทดลองสามารถใช้เป็นกล้องโปร่งใสตามธรรมชาติได้ เซลล์ เนื้อเยื่อ หรือตัวอย่างอวัยวะจะวางอยู่ในของเหลวของช่องด้านหน้าของดวงตาที่มุมที่เกิดจากกระจกตาและม่านตา และสามารถสังเกตได้ผ่านกระจกตาที่โปร่งใส ด้วยวิธีนี้ ไข่ที่ปฏิสนธิถูกปลูกถ่ายและติดตามระยะแรกของการพัฒนาตัวอ่อน ลิงได้รับการปลูกถ่ายชิ้นเล็กๆ ของมดลูก และศึกษาการเปลี่ยนแปลงของเยื่อบุโพรงมดลูกในระยะต่างๆ ของรอบเดือน

วิธีการปลูกถ่ายเซลล์เม็ดเลือดและไขกระดูกจากสัตว์ผู้บริจาคที่มีสุขภาพดีไปยังสัตว์ที่ได้รับรังสีถึงชีวิต พบว่ามีการนำไปใช้อย่างกว้างขวาง สัตว์ผู้รับหลังการย้ายปลูกยังมีชีวิตอยู่เนื่องจากการฝังเข็ม เซลล์ผู้บริจาคที่ก่อตัวเป็นอาณานิคมของเซลล์เม็ดเลือดในม้าม การศึกษาจำนวนโคโลนีและองค์ประกอบเซลล์ทำให้สามารถระบุจำนวนเซลล์เม็ดเลือดของผู้ปกครองและระยะต่างๆ ของการสร้างความแตกต่างได้ การใช้วิธีการสร้างอาณานิคมเป็นแหล่งของการพัฒนาเซลล์เม็ดเลือดทั้งหมด

การย้อมสีที่สำคัญและเหนือกว่าในระหว่างการย้อมสีเซลล์และเนื้อเยื่อที่สำคัญ (ตลอดอายุขัย) สีย้อมจะถูกนำเข้าสู่ร่างกายของสัตว์ ในขณะที่จะทำการย้อมเซลล์บางชนิด ออร์แกเนลล์ หรือสารระหว่างเซลล์ ตัวอย่างเช่น การใช้ทริปแพนบลูหรือลิเธียมคาร์มีน ฟาโกไซต์จะถูกตรวจพบ และใช้ alizarin ซึ่งเป็นเมทริกซ์กระดูกที่สร้างขึ้นใหม่

การย้อมสี Supravital หมายถึงการย้อมสีเซลล์ที่มีชีวิตที่แยกได้จากร่างกาย ด้วยวิธีนี้จะตรวจพบเม็ดเลือดแดงรูปแบบเล็ก - reticulocytes เลือด (สีย้อมสีฟ้าสดใส), ไมโตคอนเดรียในเซลล์ (สีย้อมเจนัสสีเขียว), ไลโซโซม (สีย้อมสีแดงที่เป็นกลาง)

การศึกษาเซลล์และเนื้อเยื่อที่มีชีวิตในวัฒนธรรม (ในหลอดแก้ว). วิธีนี้เป็นวิธีที่พบได้บ่อยที่สุดวิธีหนึ่ง เซลล์ที่แยกได้จากร่างกายมนุษย์หรือสัตว์ ตัวอย่างเนื้อเยื่อหรืออวัยวะเล็กๆ จะถูกวางไว้ในภาชนะแก้วหรือพลาสติกที่มีสารอาหารพิเศษ เช่น พลาสมาในเลือด สารสกัดจากตัวอ่อน และสื่อเทียม มีการเพาะเลี้ยงแบบแขวนลอย (เซลล์ที่แขวนลอยในตัวกลาง) การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ อวัยวะ และการเพาะเลี้ยงแบบชั้นเดียว (เซลล์ที่ถูกแยกออกมาจะสร้างชั้นที่ต่อเนื่องกันบนกระจก) มั่นใจได้ถึงความเป็นหมันของตัวกลางและอุณหภูมิที่สอดคล้องกับอุณหภูมิของร่างกาย ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ เซลล์เป็นเวลานานจะรักษาตัวบ่งชี้หลักของกิจกรรมที่สำคัญ - ความสามารถในการเติบโต การสืบพันธุ์ ความแตกต่างและการเคลื่อนไหว วัฒนธรรมดังกล่าวสามารถดำรงอยู่ได้เป็นเวลาหลายวัน หลายเดือน หรือหลายปีหากอาหารเลี้ยงเชื้อได้รับการต่ออายุและย้ายเซลล์ที่มีชีวิตไปปลูกในภาชนะอื่น เซลล์บางชนิดเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของจีโนม สามารถคงอยู่และเพิ่มจำนวนในวัฒนธรรมได้ ทำให้เกิดเส้นเซลล์ที่ต่อเนื่องกัน A. A. Maksimov, A. V. Rumyantsev, N. G. Khlopin, A. D. Timofeevsky และ F. M. Lazarenko มีส่วนสนับสนุนอย่างมากในการพัฒนาวิธีการเพาะเลี้ยงเซลล์และเนื้อเยื่อ ปัจจุบันได้รับเซลล์ของไฟโบรบลาสต์, ไมโอไซต์, เซลล์เยื่อบุผิว, มาโครฟาจ ฯลฯ ซึ่งมีอยู่หลายปี

การใช้วิธีการเพาะเลี้ยงทำให้สามารถเปิดเผยรูปแบบการสร้างความแตกต่างได้หลายรูปแบบ การเปลี่ยนแปลงที่ร้ายแรงของเซลล์ ปฏิสัมพันธ์ของเซลล์ ปฏิสัมพันธ์ของเซลล์กับไวรัสและจุลินทรีย์ แสดงความสามารถของเซลล์กระดูกอ่อนในการสร้างสารระหว่างเซลล์ในการเพาะเลี้ยงและความสามารถของเซลล์ต่อมหมวกไตในการผลิตฮอร์โมน การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อและอวัยวะของตัวอ่อนทำให้สามารถติดตามพัฒนาการของกระดูก ผิวหนัง และอวัยวะอื่นๆ ได้มีการพัฒนาเทคนิคการเพาะเลี้ยงเซลล์ประสาท

วิธีการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อมีความสำคัญเป็นพิเศษสำหรับการทดลองสังเกตเซลล์และเนื้อเยื่อของมนุษย์ เซลล์ที่นำมาจากร่างกายมนุษย์ระหว่างการเจาะหรือการตรวจชิ้นเนื้อสามารถนำมาใช้ในการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อเพื่อระบุเพศ โรคทางพันธุกรรม ความเสื่อมของมะเร็ง และเพื่อระบุผลกระทบของสารพิษจำนวนหนึ่ง

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การเพาะเลี้ยงเซลล์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการผสมเซลล์แบบไฮบริด

มีการพัฒนาวิธีการเพื่อแยกเนื้อเยื่อออกเป็นเซลล์ แยกเซลล์แต่ละประเภทและเพาะเลี้ยงเซลล์เหล่านั้น

ขั้นแรก เนื้อเยื่อจะถูกแปลงเป็นสารแขวนลอยของเซลล์โดยทำลายการสัมผัสระหว่างเซลล์และเมทริกซ์ระหว่างเซลล์ด้วยความช่วยเหลือของเอนไซม์โปรตีโอไลติก (ทริปซิน คอลลาเจนเนส) และสารประกอบที่จับ Ca 2+ (โดยใช้ EDTA - กรดเอทิลีนไดเอมีนเตตระอะซิติก) นอกจากนี้ สารแขวนลอยที่เป็นผลลัพธ์จะถูกแยกออกเป็นเศษส่วนของเซลล์ประเภทต่างๆ ด้วยการหมุนเหวี่ยง ซึ่งช่วยให้สามารถแยกเซลล์ที่หนักกว่าออกจากเซลล์ที่เบากว่า ขนาดใหญ่จากเซลล์ขนาดเล็ก หรือโดยการเกาะเซลล์กับแก้วหรือพลาสติก ซึ่งความสามารถแตกต่างกันไปตามแต่ละประเภท เซลล์. เพื่อให้แน่ใจว่าเซลล์ยึดเกาะกับพื้นผิวแก้วอย่างเฉพาะเจาะจง แอนติบอดีจึงถูกนำมาใช้ซึ่งจับกับเซลล์ประเภทเดียวกันโดยเฉพาะ จากนั้นเซลล์ที่เกาะติดกันจะถูกแยกออกโดยการทำลายเมทริกซ์ด้วยเอ็นไซม์ ซึ่งจะทำให้เซลล์ที่เป็นเนื้อเดียวกันถูกระงับ วิธีการแยกเซลล์ที่ละเอียดยิ่งขึ้นคือการติดฉลากด้วยแอนติบอดีที่จับกับสีย้อมเรืองแสง เซลล์ที่ติดฉลากจะถูกแยกออกจากเซลล์ที่ไม่ได้ติดฉลากโดยใช้เครื่องคัดแยก (เครื่องวิเคราะห์เซลล์ที่เปิดใช้งานการเรืองแสงทางอิเล็กทรอนิกส์) ตัววิเคราะห์เซลล์จะเรียงลำดับใน 1 โดยมีประมาณ 5,000 เซลล์ สามารถศึกษาเซลล์ที่แยกได้ภายใต้สภาวะการเพาะเลี้ยง

วิธีการเพาะเลี้ยงเซลล์ทำให้สามารถศึกษากิจกรรมที่สำคัญ การสืบพันธุ์ ความแตกต่าง ปฏิสัมพันธ์กับเซลล์อื่นๆ อิทธิพลของฮอร์โมน ปัจจัยการเจริญเติบโต ฯลฯ

การเพาะเลี้ยงมักจะเตรียมจากสารแขวนลอยของเซลล์ที่เตรียมโดยวิธีการแยกเนื้อเยื่อตามที่อธิบายข้างต้น เซลล์ส่วนใหญ่ไม่สามารถเจริญเติบโตได้ในแบบแขวนลอย พวกเขาต้องการพื้นผิวที่เป็นของแข็ง ซึ่งเป็นพื้นผิวของจานเพาะเลี้ยงพลาสติก ซึ่งบางครั้งมีส่วนประกอบของเมทริกซ์นอกเซลล์ เช่น คอลลาเจน พืชผลขั้นต้นเรียกว่าวัฒนธรรมที่เตรียมทันทีหลังจากขั้นตอนแรกของการแยกเซลล์ รอง- การเพาะเลี้ยงเซลล์ที่ปลูกถ่ายจากวัฒนธรรมปฐมภูมิไปสู่สื่อใหม่ เซลล์สามารถปลูกถ่ายได้ตามลำดับสัปดาห์และหลายเดือน ในขณะที่เซลล์ยังคงรักษาลักษณะเฉพาะของความแตกต่าง (ตัวอย่างเช่น เซลล์เยื่อบุผิวก่อตัวเป็นชั้นๆ) สารตั้งต้นสำหรับการเพาะเลี้ยงเซลล์มักเป็นเนื้อเยื่อของทารกในครรภ์และทารกแรกเกิด

ส่วนผสมของเกลือ กรดอะมิโน วิตามิน เซรั่มม้า สารสกัดจากตัวอ่อนไก่ เซรั่มตัวอ่อน ฯลฯ ใช้เป็นสารอาหาร พัฒนาสื่อพิเศษสำหรับการเพาะเลี้ยงเซลล์ชนิดต่างๆ ประกอบด้วยปัจจัยการเจริญเติบโตของโปรตีนอย่างน้อยหนึ่งอย่างที่จำเป็นสำหรับเซลล์ในการดำรงชีวิตและการสืบพันธุ์ ตัวอย่างเช่น ปัจจัยการเจริญเติบโตของเส้นประสาท (NGF) เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของเซลล์ประสาท

เซลล์ส่วนใหญ่ในวัฒนธรรมมีจำนวนดิวิชั่น (50-100) และตายไป บางครั้งเซลล์กลายพันธุ์ปรากฏในวัฒนธรรม ซึ่งเพิ่มจำนวนอย่างไม่รู้จบและก่อตัวเป็นสายเซลล์ (ไฟโบรบลาสต์, เซลล์เยื่อบุผิว, มัยโอบลาสต์ ฯลฯ) เซลล์กลายพันธุ์แตกต่างจากเซลล์มะเร็ง ซึ่งสามารถแบ่งตัวได้อย่างต่อเนื่องแต่สามารถเติบโตได้โดยไม่ต้องยึดติดกับพื้นผิวที่เป็นของแข็ง เซลล์มะเร็งในจานเพาะเลี้ยงมีประชากรหนาแน่นกว่าประชากรเซลล์ปกติ คุณสมบัติที่คล้ายคลึงกันสามารถเหนี่ยวนำให้เกิดการทดลองในเซลล์ปกติโดยการเปลี่ยนรูปพวกมันด้วยไวรัสที่มีลักษณะคล้ายเนื้องอกหรือสารประกอบทางเคมี ซึ่งส่งผลให้เกิดการก่อตัวของเส้นเซลล์ที่แปลงสภาพด้วยเนื้องอก สายเซลล์ของเซลล์ที่ไม่เปลี่ยนรูปและเซลล์ที่แปลงสภาพสามารถเก็บไว้ได้นานที่อุณหภูมิต่ำ (-70 °C) ความเป็นเนื้อเดียวกันทางพันธุกรรมของเซลล์จะเพิ่มขึ้นโดยการโคลน เมื่อได้เซลล์ที่เป็นเนื้อเดียวกันจำนวนมากจากเซลล์หนึ่งเซลล์ในระหว่างการแบ่งตัวที่ต่อเนื่องกัน โคลนคือประชากรของเซลล์ที่ได้มาจากเซลล์ต้นกำเนิดเดียว

เซลล์ลูกผสมเมื่อเซลล์สองเซลล์ที่มีประเภทต่างกันรวมกันจะเกิดเฮเทอโรคาริออน - เซลล์ที่มีนิวเคลียสสองนิวเคลียส เพื่อให้ได้เฮเทอโรคาริออน เซลล์แขวนลอยจะได้รับการบำบัดด้วยโพลีเอทิลีนไกลคอลหรือไวรัสที่ไม่ทำงานเพื่อทำลายเซลล์พลาสโมเลม หลังจากนั้นเซลล์จะสามารถหลอมรวมได้ ตัวอย่างเช่น นิวเคลียสที่ไม่ใช้งานของเม็ดเลือดแดงของไก่จะทำงาน (การสังเคราะห์อาร์เอ็นเอ การจำลองแบบดีเอ็นเอ) เมื่อเซลล์รวมกันและถูกถ่ายโอนไปยังไซโตพลาสซึมของเซลล์อื่นที่เติบโตในการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ heterokaryon สามารถแบ่งเซลล์ได้ ส่งผลให้เกิด เซลล์ไฮบริดเปลือกของนิวเคลียสของเฮเทอโรคาริออนจะถูกทำลาย และโครโมโซมของพวกมันจะรวมกันเป็นนิวเคลียสขนาดใหญ่เพียงอันเดียว

การโคลนเซลล์ลูกผสมนำไปสู่การก่อตัวของสายเซลล์ลูกผสมที่ใช้ในการศึกษาจีโนม ตัวอย่างเช่น ในสายเซลล์ลูกผสมระหว่างหนูกับมนุษย์ บทบาทของโครโมโซมมนุษย์ 11 ในการสังเคราะห์อินซูลินได้ถูกสร้างขึ้น

ไฮบริโดมาสายพันธุ์ของเซลล์ไฮบริโดมาถูกใช้เพื่อได้มาซึ่งโมโนโคลนัลแอนติบอดี แอนติบอดีผลิตโดยเซลล์พลาสมาซึ่งเกิดขึ้นจาก B-lymphocytes ระหว่างการสร้างภูมิคุ้มกัน แอนติบอดีจำเพาะได้มาจากการสร้างภูมิคุ้มกันให้หนูที่มีแอนติเจนจำเพาะ ถ้าเซลล์ลิมโฟไซต์ที่สร้างภูมิคุ้มกันโรคดังกล่าวถูกโคลน จะได้แอนติบอดีที่เป็นเนื้อเดียวกันจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม อายุขัยของ B-lymphocytes ในวัฒนธรรมมีจำกัด ดังนั้นพวกเขาจึงรวมเข้ากับเซลล์เนื้องอก "อมตะ" (B-lymphomas) เป็นผลให้เกิดลูกผสม (เซลล์ไฮบริดด้วยจีโนมจากสองเซลล์ที่ต่างกัน โอห์ม -ลงท้ายด้วยชื่อเนื้องอก) ไฮบริโดมาดังกล่าวสามารถขยายพันธุ์ได้เป็นเวลานานในการเพาะเลี้ยงและสังเคราะห์แอนติบอดีบางชนิด สำเนาพันธุ์ไฮบริโดมาแต่ละตัวเป็นแหล่งของโมโนโคลนัลแอนติบอดี โมเลกุลแอนติบอดีทั้งหมดของสปีชีส์ที่กำหนดมีความจำเพาะในการจับแอนติเจนเหมือนกัน เป็นไปได้ที่จะสร้างโมโนโคลนอลแอนติบอดีต่อโปรตีนใดๆ ที่มีอยู่ในเซลล์และใช้เพื่อจำกัดตำแหน่งโปรตีนในเซลล์ เช่นเดียวกับการแยกโปรตีนออกจากส่วนผสม (การทำให้บริสุทธิ์ของโปรตีน) ซึ่งช่วยให้สามารถศึกษาโครงสร้างและหน้าที่ของโปรตีน . โมโนโคลนอลแอนติบอดียังใช้ในเทคโนโลยีการโคลนนิ่งยีนอีกด้วย

แอนติบอดีสามารถใช้เพื่อศึกษาการทำงานของโมเลกุลต่างๆ ได้โดยการแนะนำพวกมันผ่านพลาสมาเลมมาโดยตรงไปยังไซโทพลาซึมของเซลล์ด้วยปิเปตแก้วแบบบาง ตัวอย่างเช่น การนำแอนติบอดีมาสู่ไมโอซินในไซโตพลาสซึมของไข่ที่ปฏิสนธิ เม่นทะเลหยุดการแบ่งตัวของไซโตพลาสซึม

เทคโนโลยีดีเอ็นเอลูกผสมวิธีการทางพันธุกรรมแบบคลาสสิกทำให้สามารถศึกษาการทำงานของยีนโดยการวิเคราะห์ฟีโนไทป์ของสิ่งมีชีวิตกลายพันธุ์และลูกหลานของพวกมัน เทคโนโลยี Recombinant DNA ช่วยเสริมวิธีการเหล่านี้ ทำให้สามารถวิเคราะห์ทางเคมีโดยละเอียดของสารพันธุกรรม และรับโปรตีนจากเซลล์ในปริมาณมาก

วิธีการไฮบริไดเซชันใช้กันอย่างแพร่หลายในชีววิทยาสมัยใหม่เพื่อศึกษาโครงสร้างของยีนและการแสดงออกของยีน

วิธีการศึกษาองค์ประกอบทางเคมีและเมแทบอลิซึมของเซลล์และเนื้อเยื่อ

เพื่อศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของโครงสร้างทางชีววิทยา - การแปลสารความเข้มข้นและการเปลี่ยนแปลงในกระบวนการเมตาบอลิซึมใช้วิธีการวิจัยพิเศษ

ไซโต-และ วิธีการทางฮิสโตเคมีวิธีการเหล่านี้ทำให้สามารถตรวจจับการแปลของสารเคมีต่างๆ ในโครงสร้างของเซลล์ เนื้อเยื่อ และอวัยวะ - DNA, RNA, โปรตีน, คาร์โบไฮเดรต, ไขมัน, กรดอะมิโน, แร่ธาตุ, วิตามิน, กิจกรรมของเอนไซม์ วิธีการเหล่านี้ขึ้นอยู่กับความจำเพาะของปฏิกิริยาระหว่างตัวทำปฏิกิริยาเคมีกับสารตั้งต้นที่เป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างเซลล์และเนื้อเยื่อ และการย้อมสีของผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาเคมี การควบคุมด้วยเอนไซม์มักใช้เพื่อเพิ่มความจำเพาะของปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น ในการตรวจจับกรดไรโบนิวคลีอิก (RNA) ในเซลล์ มักใช้ gallocyanin ซึ่งเป็นสีย้อมที่มีคุณสมบัติพื้นฐานและการมีอยู่ RNAยืนยันโดยการควบคุมการรักษาด้วยไรโบนิวคลีเอสซึ่งแยกอาร์เอ็นเอ คราบแกลโลไซยานิน RNAในสีน้ำเงินม่วง หากส่วนนี้ได้รับการบำบัดล่วงหน้าด้วยไรโบนิวคลีเอสแล้วย้อมด้วยแกลโลไซยานิน การไม่มีรอยเปื้อนจะยืนยันว่ามีกรดไรโบนิวคลีอิกอยู่ในโครงสร้าง วิธีการของเซลล์และฮิสโตเคมิคัลจำนวนมากได้อธิบายไว้ในคู่มือเฉพาะ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การผสมผสานระหว่างวิธีการทางฮิสโตเคมีกับวิธีการของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนได้นำไปสู่การพัฒนาพื้นที่ใหม่ที่มีแนวโน้มว่าจะเป็น - อิเล็กตรอนฮิสโตเคมี วิธีนี้ทำให้สามารถศึกษาการโลคัลไลซ์เซชันของสารเคมีต่างๆ ได้ ไม่เพียงแต่ในระดับเซลล์ แต่ยังรวมถึงในระดับย่อยและระดับโมเลกุลด้วย

ในการศึกษาโมเลกุลขนาดใหญ่ของเซลล์ ใช้วิธีการที่ละเอียดอ่อนมากโดยใช้ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีและแอนติบอดี ซึ่งทำให้สามารถตรวจจับโมเลกุลได้แม้เพียงเล็กน้อย (น้อยกว่า 1000)

ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีในช่วงการสลายตัวของนิวเคลียส พวกมันจะปล่อยอนุภาคที่มีประจุ (อิเล็กตรอน) หรือรังสี (เช่น รังสีแกมมา) ซึ่งสามารถลงทะเบียนในอุปกรณ์พิเศษได้ ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีใช้ในการถ่ายภาพรังสี ตัวอย่างเช่น ด้วยความช่วยเหลือของไอโซโทปรังสีของ 3 H-thymidine นั้น DNA นิวเคลียร์จะถูกตรวจสอบด้วยความช่วยเหลือของ 3 H-uridine - RNA

วิธีการถ่ายภาพรังสีวิธีนี้ทำให้สามารถศึกษาเมแทบอลิซึมในโครงสร้างต่างๆ ได้อย่างเต็มที่ วิธีการนี้ขึ้นอยู่กับการใช้ธาตุกัมมันตภาพรังสี (เช่น ฟอสฟอรัส - 32 P, คาร์บอน - 14 C, กำมะถัน - 35 S, ไฮโดรเจน - 3 H) หรือสารประกอบที่ติดฉลากไว้ สารกัมมันตภาพรังสีในส่วนเนื้อเยื่อจะถูกตรวจพบโดยใช้อิมัลชันถ่ายภาพซึ่งนำไปใช้กับการเตรียมการแล้วพัฒนา ในพื้นที่ของยาที่อิมัลชันการถ่ายภาพสัมผัสกับสารกัมมันตภาพรังสีจะเกิดปฏิกิริยาแสงซึ่งเป็นผลมาจากพื้นที่ที่ส่องสว่าง (แทร็ก) เกิดขึ้น วิธีการนี้สามารถใช้เพื่อกำหนด ตัวอย่างเช่น อัตราการรวมตัวของกรดอะมิโนที่ติดฉลากเข้ากับโปรตีน การก่อตัวของกรดนิวคลีอิก เมแทบอลิซึมของไอโอดีนในเซลล์ไทรอยด์ เป็นต้น

วิธีการวิเคราะห์อิมมูโนฟลูออเรสเซนต์ การใช้แอนติบอดีแอนติบอดีเป็นโปรตีนป้องกันที่ผลิตโดยเซลล์พลาสม่า (อนุพันธ์ของ B-lymphocytes) เพื่อตอบสนองต่อการกระทำของสารแปลกปลอม (แอนติเจน) จำนวนแอนติบอดีในรูปแบบต่างๆ ถึงล้าน แอนติบอดีแต่ละตัวมีตำแหน่งสำหรับ "การรับรู้" ของโมเลกุลที่ก่อให้เกิดการสังเคราะห์แอนติบอดีนี้ เนื่องจากแอนติบอดีมีความจำเพาะสูงสำหรับแอนติเจน จึงสามารถใช้ตรวจหาโปรตีนในเซลล์ได้ เพื่อระบุตำแหน่งของโปรตีน แอนติบอดีจะถูกย้อมด้วยสีย้อมเรืองแสง จากนั้นจึงตรวจเซลล์โดยใช้กล้องจุลทรรศน์เรืองแสง แอนติบอดียังสามารถใช้เพื่อศึกษาแอนติเจนที่ระดับโครงสร้างพิเศษโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน สำหรับสิ่งนี้ แอนติบอดีจะถูกติดฉลากด้วยอนุภาคที่มีอิเล็กตรอนหนาแน่น (ไมโครสเฟียร์ทองคำคอลลอยด์) เพื่อเพิ่มความจำเพาะของปฏิกิริยา โมโนโคลนัลแอนติบอดีถูกนำมาใช้ซึ่งเกิดขึ้นจากสายเซลล์ - สำเนาพันธุ์ที่ได้จากวิธีไฮบริโดมาจากเซลล์หนึ่งเซลล์ วิธีไฮบริโดมาทำให้ได้รับโมโนโคลนัลแอนติบอดีที่มีความจำเพาะเท่ากันและในปริมาณไม่จำกัด

วิธีการวิเคราะห์อิมมูโนฟลูออเรสเซนต์ใช้กันอย่างแพร่หลายและมีประสิทธิภาพในจุลกายวิภาคศาสตร์สมัยใหม่ วิธีการเหล่านี้ใช้เพื่อศึกษากระบวนการสร้างความแตกต่างของเซลล์ เพื่อระบุสารประกอบและโครงสร้างทางเคมีที่เฉพาะเจาะจง พวกมันขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาของแอนติเจนและแอนติบอดี แต่ละเซลล์ของร่างกายมีองค์ประกอบแอนติเจนจำเพาะ ซึ่งถูกกำหนดโดยโปรตีนเป็นหลัก ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาสามารถย้อมและตรวจพบได้ในกล้องจุลทรรศน์เรืองแสง ตัวอย่างเช่น การตรวจหาแอคตินและทูบูลินในเซลล์โดยใช้วิธีการวิเคราะห์อิมมูโนฟลูออเรสเซนต์ (ดูบทที่ IV)

วิธีการวิจัยสมัยใหม่ทำให้สามารถวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีของส่วนประกอบโครงสร้างต่างๆ ของเซลล์ ทั้งแบบตายตัวและมีชีวิต การศึกษาโครงสร้างภายในเซลล์ของแต่ละบุคคลเป็นไปได้หลังจากการพัฒนาเทคโนโลยีการแยกส่วนเนื้อหาของเซลล์

การแบ่งส่วนของเนื้อหาเซลลูลาร์

โครงสร้างเซลล์และโมเลกุลขนาดใหญ่สามารถแยกส่วนได้ด้วยวิธีต่างๆ เช่น การหมุนเหวี่ยงด้วยคลื่นความถี่สูง โครมาโตกราฟี อิเล็กโตรโฟรีซิส วิธีการเหล่านี้มีรายละเอียดเพิ่มเติมในตำราชีวเคมี

การหมุนเหวี่ยงด้วยคลื่นความถี่สูง ด้วยวิธีนี้ เซลล์สามารถแบ่งออกเป็นออร์แกเนลล์และโมเลกุลขนาดใหญ่ อย่างแรก เซลล์ถูกทำลายโดยออสโมติกช็อก อัลตราซาวนด์ หรือการกระทำทางกล ในกรณีนี้ เยื่อหุ้มเซลล์ (พลาสโมเลมมา เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม) จะสลายตัวเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย ซึ่งทำให้เกิดถุงน้ำที่เล็กที่สุด และนิวเคลียสและออร์แกเนลล์ (ไมโตคอนเดรีย อุปกรณ์โกลจิ ไลโซโซมและเปอร์รอกซิโซม) ยังคงไม่บุบสลายและอยู่ในสารแขวนลอยในการขึ้นรูป

เครื่องหมุนเหวี่ยงความเร็วสูง (80,000-150,000 รอบต่อนาที) ใช้เพื่อแยกส่วนประกอบเซลล์ด้านบน อย่างแรก ส่วนที่ใหญ่กว่า (นิวเคลียส โครงร่างโครงร่าง) จะตกตะกอน (ตะกอน) ที่ด้านล่างของท่อ ด้วยการเพิ่มความเร็วการหมุนเหวี่ยงของเศษส่วนเหนือตะกอนที่เพิ่มขึ้น อนุภาคขนาดเล็กลงตามลำดับ - ไมโทคอนเดรียตัวแรก ไลโซโซมและเปอร์รอกซิโซม ไมโครโซมและถุงน้ำที่เล็กที่สุด และสุดท้ายคือไรโบโซมและโมเลกุลขนาดใหญ่ ในระหว่างการหมุนเหวี่ยง เศษส่วนต่างๆ จะตกลงมาในอัตราที่แตกต่างกัน ทำให้เกิดแถบแยกในหลอดทดลอง ซึ่งสามารถแยกและตรวจสอบได้ สารสกัดจากเซลล์แบบแยกส่วน (ระบบปลอดเซลล์) มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการศึกษากระบวนการภายในเซลล์ เช่น เพื่อศึกษาการสังเคราะห์โปรตีน การถอดรหัสรหัสพันธุกรรม เป็นต้น

โครมาโตกราฟีใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการแยกโปรตีน

อิเล็กโตรโฟรีซิสทำให้สามารถแยกโมเลกุลโปรตีนที่มีประจุต่างกันได้โดยการวางสารละลายที่เป็นน้ำ (หรือในเมทริกซ์ที่มีรูพรุนที่เป็นของแข็ง) ในสนามไฟฟ้า

วิธีโครมาโตกราฟีและอิเล็กโตรโฟรีซิสใช้ในการวิเคราะห์เปปไทด์ที่ได้จากการแยกโมเลกุลโปรตีนและเพื่อให้ได้แผนที่เปปไทด์ของโปรตีนที่เรียกว่า วิธีการเหล่านี้อธิบายไว้อย่างละเอียดในตำราชีวเคมี

การศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของเซลล์ที่มีชีวิตเพื่อศึกษาการกระจายของสารและเมแทบอลิซึมของสารในเซลล์ที่มีชีวิต จะใช้เทคนิคนิวเคลียสเรโซแนนซ์เรโซแนนซ์และไมโครอิเล็กโทรด

Nuclear Magnetic Resonance (NMR) ทำให้สามารถศึกษาโมเลกุลขนาดเล็กของสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำได้ ตัวอย่างเนื้อเยื่อประกอบด้วยอะตอมในโมเลกุลต่างๆ และในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน ดังนั้นอะตอมจะดูดซับพลังงานที่ความถี่เรโซแนนซ์ที่ต่างกัน แผนภาพการดูดกลืนที่ความถี่เรโซแนนซ์สำหรับตัวอย่างที่กำหนดจะเป็นสเปกตรัม เอ็นเอ็มอาร์ในทางชีววิทยา สัญญาณ NMR จากโปรตอน (นิวเคลียสของไฮโดรเจน) ถูกใช้อย่างแพร่หลายในการศึกษาโปรตีน กรดนิวคลีอิก เป็นต้น เพื่อศึกษาโมเลกุลขนาดใหญ่ภายในเซลล์ที่มีชีวิต ไอโซโทป 3 H, 13 C, 35 K, 31 P มักใช้เพื่อให้ได้ สัญญาณ NMR และตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงในช่วงชีวิตของเซลล์ ดังนั้น 3| P ใช้เพื่อศึกษาการหดตัวของกล้ามเนื้อ - การเปลี่ยนแปลงเนื้อหาของ ATP และอนินทรีย์ฟอสเฟตในเนื้อเยื่อ ไอโซโทป 13 C ทำให้สามารถศึกษากระบวนการต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับกลูโคสโดยใช้ NMR การใช้ NMR ถูกจำกัดด้วยความไวต่ำ: เนื้อเยื่อที่มีชีวิต 1 กรัมต้องมีสารทดสอบอย่างน้อย 0.2 มม. ข้อดีของวิธีนี้คือไม่เป็นอันตรายต่อเซลล์ที่มีชีวิต

เทคโนโลยีไมโครอิเล็กโทรด ไมโครอิเล็กโทรดคือหลอดแก้วที่เต็มไปด้วยสารละลายนำไฟฟ้า (โดยปกติคือสารละลาย KC1 ในน้ำ) เส้นผ่านศูนย์กลางปลายจะวัดเป็นเศษส่วนของไมครอน ปลายของหลอดดังกล่าวสามารถนำเข้าสู่ไซโตพลาสซึมของเซลล์ผ่านพลาสมาเลมมาและกำหนดความเข้มข้นของ H + , Na + , K + , C1", Ca 2+ , Mg 2+ ไอออน ความต่างศักย์บนพลาสมา เมมเบรนและยังฉีดโมเลกุลเข้าไปในเซลล์เพื่อกำหนดความเข้มข้นของไอออนเฉพาะจะใช้อิเล็กโทรดแบบเลือกไอออนซึ่งเต็มไปด้วยเรซินแลกเปลี่ยนไอออนที่สามารถซึมผ่านได้เฉพาะไอออนนี้ในปีที่ผ่านมาเทคโนโลยีไมโครอิเล็กโทรด ถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาการขนส่งไอออนผ่านช่องไอออนพิเศษ (ช่องโปรตีนเฉพาะ) ในพลาสมาเมมเบรน ในกรณีนี้ ไมโครอิเล็กโทรดที่มีปลายที่หนากว่า ซึ่งถูกกดอย่างแน่นหนากับส่วนที่เกี่ยวข้องของพลาสมาเลมมา วิธีนี้ช่วยให้ ให้คุณศึกษาการทำงานของโมเลกุลโปรตีนตัวเดียว การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของไอออนภายในเซลล์สามารถกำหนดได้โดยใช้ตัวบ่งชี้การเรืองแสง ตัวอย่างเช่น เพื่อศึกษาความเข้มข้นของ Ca 2+ ภายในเซลล์ จะใช้โปรตีนเรืองแสง aquarin (แยกจากแมงกะพรุน) ที่ฉายแสง ต่อหน้า Ca 2+ ไอออนและตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของไอออนหลังในช่วง 0.5-10 ไมโครโมลาร์ ตัวบ่งชี้ฟลูออเรสเซนต์ยังได้รับการสังเคราะห์ที่ผูกมัดอย่างแน่นหนากับ Ca 2+ การสร้างตัวบ่งชี้ภายในเซลล์ชนิดใหม่และวิธีการวิเคราะห์ภาพที่ทันสมัยทำให้สามารถระบุความเข้มข้นภายในเซลล์ของสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำได้อย่างแม่นยำและรวดเร็ว

วิธีการเชิงปริมาณ

ในปัจจุบันควบคู่ไปกับวิธีการเชิงคุณภาพได้มีการพัฒนาและใช้วิธีฮิสโตเคมิคัลเชิงปริมาณเพื่อกำหนดเนื้อหาของสารต่างๆ ในเซลล์และเนื้อเยื่อ คุณลักษณะของวิธีการวิจัยเชิงปริมาณ-ฮิสโตเคมี (ตรงข้ามกับทางชีวเคมี) คือความเป็นไปได้ในการศึกษาความเข้มข้นและเนื้อหาขององค์ประกอบทางเคมีในโครงสร้างเซลล์และเนื้อเยื่อที่เฉพาะเจาะจง

ไซโตสเปกโตรโฟโตเมตรี- วิธีการศึกษาเชิงปริมาณของสารภายในเซลล์โดยสเปกตรัมการดูดกลืนแสง

ไซโตสเปกโตรฟลูออโรเมทรี- วิธีการศึกษาเชิงปริมาณของสารภายในเซลล์โดยใช้สเปกตรัมการเรืองแสงหรือโดยความเข้มของการเรืองแสงที่ความยาวคลื่นที่เลือกไว้ล่วงหน้าหนึ่งช่วง (cytofluorometry)

กล้องจุลทรรศน์สมัยใหม่ - ไซโตฟลูออโรมิเตอร์ทำให้สามารถตรวจจับสารจำนวนเล็กน้อยในโครงสร้างต่างๆ (สูงถึง 10-14 -10-16 กรัม) และเพื่อประเมินการแปลตำแหน่งของสารภายใต้การศึกษาในโครงสร้างจุลภาค

วิธีการวิเคราะห์ภาพโครงสร้างเซลล์และเนื้อเยื่อ

ภาพที่ได้มาของ microobjects ในกล้องจุลทรรศน์ บนหน้าจอโทรทัศน์ บน microphotographs อิเล็กตรอนสามารถอยู่ภายใต้การวิเคราะห์พิเศษ - การระบุพารามิเตอร์ morphometric densitometric และการประมวลผลทางสถิติ

วิธีการทางสัณฐานวิทยาทำให้สามารถตรวจสอบโดยใช้กริดพิเศษ (E. Veibel, A. A. Glagolev, S. B. Stefanova) จำนวนของโครงสร้างใด ๆ พื้นที่ของพวกเขาเส้นผ่านศูนย์กลาง ฯลฯ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเซลล์พื้นที่ของนิวเคลียส, ไซโตพลาสซึม, เส้นผ่านศูนย์กลาง, นิวเคลียร์- อัตราส่วนไซโตพลาสซึม ฯลฯ มีสัณฐานวิทยาแบบแมนนวลและสัณฐานอัตโนมัติ ซึ่งพารามิเตอร์ทั้งหมดจะถูกวัดและบันทึกในอุปกรณ์โดยอัตโนมัติ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แพร่หลายมากขึ้นเรื่อยๆ ระบบอัตโนมัติระบบประมวลผลภาพแบบบูรณาการ (ASOIS)ช่วยให้การนำวิธีการเชิงปริมาณข้างต้นไปใช้ในการศึกษาเซลล์และเนื้อเยื่อได้อย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุด ในเวลาเดียวกัน ความสามารถในการวิเคราะห์ของกล้องจุลทรรศน์เชิงปริมาณได้รับการเสริมด้วยวิธีการวิเคราะห์และการรับรู้ตัวอย่างตามการประมวลผลโดยใช้คอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ (คอมพิวเตอร์) ของข้อมูลที่ดึงมาจากภาพเซลล์และเนื้อเยื่อ โดยพื้นฐานแล้ว เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับอุปกรณ์ที่ไม่เพียงแต่เพิ่มขีดความสามารถด้านการมองเห็นของเครื่องวิเคราะห์ด้วยภาพของมนุษย์เท่านั้น แต่ยังขยายขีดความสามารถในการวิเคราะห์ได้อย่างมากอีกด้วย มีการแสดงความคิดเห็นว่า ASOIz ทำการปฏิวัติทางสัณฐานวิทยาแบบเดียวกันซึ่งเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 300 ปีที่แล้วเนื่องจากการประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์แสงและเมื่อประมาณ 50 ปีที่แล้ว - กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเนื่องจากไม่เพียงเพิ่มผลผลิตของผู้วิจัยและ ไม่เพียงแต่ทำให้การสังเกตดูเป็นวัตถุเท่านั้น แต่ยังช่วยให้ได้รับข้อมูลใหม่เกี่ยวกับกระบวนการที่ตรวจไม่พบก่อนหน้านี้ สร้างแบบจำลองเชิงตัวเลขและทำนายพัฒนาการในเซลล์และเนื้อเยื่อ

ในขณะเดียวกัน การมีส่วนร่วมในการทดลองทางคอมพิวเตอร์ต้องการให้ผู้วิจัยมีแนวทางใหม่ในการดำเนินการ มีทักษะในการเขียนอัลกอริธึมสำหรับกระบวนการวิจัย ความถูกต้องของการให้เหตุผล และท้ายที่สุด จะต้องเพิ่มระดับวิทยาศาสตร์และระเบียบวิธี ของการวิจัย

วิธีการหนึ่งที่ช่วยขยายจำนวนปัญหาทางสัณฐานวิทยาที่จะแก้ไขได้อย่างมากคือ การวิเคราะห์เครื่องโครงสร้างเชิงแสง (OSMA)เสนอในปี 2508 โดย K.M. Bogdanov ในปี 1978 ผู้เขียนวิธีการนี้ได้รับรางวัล State Prize of the USSR ด้วยการถือกำเนิดของ OSMA จึงมีการดำเนินการขั้นตอนใหม่เชิงคุณภาพในการพัฒนาวิธีการแบบครบวงจรสำหรับการวิเคราะห์เชิงปริมาณของโครงสร้างจุลภาคตามลักษณะทางสถิติ ล่าสุด OSMA ได้พบ แอปพลิเคชั่นที่มีประสิทธิภาพในการปฏิบัติวิจัยและเศรษฐกิจของประเทศ

ในรูป 2 แสดงระบบประมวลผลภาพอัตโนมัติ Protva-MP ที่สร้างขึ้นในประเทศของเราโดย LOMO ระบบได้รับการออกแบบสำหรับการศึกษาที่ซับซ้อนของเซลล์และเนื้อเยื่อโดยใช้การดูดกลืนแสง กล้องจุลทรรศน์เรืองแสง และการถ่ายภาพรังสีอัตโนมัติ

กล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลหรืออิเล็กตรอนแบบส่องกราดแบบพิเศษซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบจะสแกนรูปภาพของการเตรียมการในสองพิกัดตามลำดับ แปลงเป็นรูปแบบดิจิทัล และป้อนลงในคอมพิวเตอร์ ซึ่งในทางกลับกัน จะประมวลผลภาพแบบดิจิทัลและ ให้ข้อมูลเกี่ยวกับเรขาคณิตและลักษณะอื่นๆ ของวัตถุที่วิเคราะห์

ด้วยความช่วยเหลือของจอสี ผู้วิจัยสามารถ "ผ่า" รูปภาพ โดยเน้นเฉพาะส่วนประกอบโครงสร้างที่เขาสนใจเท่านั้น อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลขนาดใหญ่ที่รวมอยู่ในคอมพิวเตอร์บนดิสก์แม่เหล็กหรือเทปทำให้สามารถจัดเก็บทั้งภาพเองและผลการประมวลผลสำหรับการจัดเก็บและเอกสารในภายหลัง

เราจะพิจารณาการใช้วิธีการสำหรับการวิเคราะห์อัตโนมัติของวัตถุขนาดเล็กโดยใช้ตัวอย่างการประมวลผลภาพของเม็ดโลหิตขาวในเลือด (รูปที่ 3) กล้องจุลทรรศน์สแกน - โฟโตมิเตอร์แบบสแกนช่วยให้คุณสามารถ "ดู" ค่าความหนาแน่นของแสงทีละบรรทัด ด้วยขั้นตอนที่ผู้วิจัยกำหนด ส่งผลให้สัญญาณแสงที่สัมพันธ์กับความหนาแน่นของแสงของวัตถุถูกแปลงเป็นรูปแบบดิจิทัล ผลเมทริกซ์ดิจิทัลที่ได้ขึ้นอยู่กับการเตรียมการโดยใช้เครื่องมือทางคณิตศาสตร์พิเศษ

ขั้นแรก พื้นหลังจะถูกลบออกและวัตถุที่ "สะอาด" ถูกแยกออกจากกัน - ภาพของเซลล์ (1a) จากนั้นรายละเอียดที่น่าสนใจสำหรับผู้วิจัยจะถูกเลือกจากภาพของเซลล์ เช่น ไซโตพลาสซึม (16) และ นิวเคลียส (ฉันสั่งค่าเฉลี่ยและค่าปริพันธ์ของความหนาแน่นของแสง, การกระจาย, ความไม่สมดุล, ความโด่ง ฯลฯ ตามภาพของวัตถุจะได้รับพารามิเตอร์ทางสัณฐานวิทยา: พื้นที่ปริมณฑลเส้นผ่านศูนย์กลางอัตราส่วนนิวเคลียร์ - ไซโตพลาสซึมปัจจัยรูปร่าง ฯลฯ

ขั้นตอนต่อไปของการประมวลผลภาพคือการสร้างไดอะแกรมสองมิติของการพึ่งพาอาศัยกันของความหนาแน่นของแสงสำหรับทั้งเซลล์ (ดูรูปที่ 3), ไซโตพลาสซึม (Wb) และนิวเคลียส (Nm) และเมล็ด แผนภาพเหล่านี้ช่วยให้คุณคำนวณ พารามิเตอร์ฮิสโตแกรมของลำดับที่สอง - ความสม่ำเสมอ, ความคมชัดในท้องถิ่น, เอนโทรปี ฯลฯ

ข้าว. 3. การประมวลผลภาพเซลล์อัตโนมัติ (แผนภาพ)

รูปภาพของเม็ดเลือดขาว (a) ไซโตพลาสซึม (b) และนิวเคลียส (c) ฉัน - ภาพดิจิทัล II - ฮิสโตแกรมของความหนาแน่นของแสง III - ฮิสโทแกรมสองมิติของการพึ่งพาค่าความหนาแน่นของแสง

พารามิเตอร์ที่ได้รับในลักษณะนี้แสดงถึง "แนวตั้ง" หลายมิติของเซลล์และมีนิพจน์ตัวเลขเฉพาะ พวกเขาสามารถใช้วิธีการประมวลผลทางสถิติที่หลากหลาย อนุญาตให้จำแนกประเภทของวัตถุขนาดเล็กได้อย่างแม่นยำ เปิดเผยคุณสมบัติของโครงสร้างที่ไม่สามารถตรวจจับได้ด้วยตาเปล่า

วิธีหลักของการศึกษาทางเซลล์วิทยาคือกล้องจุลทรรศน์แสงและอิเล็กตรอนกล่าวคือการใช้กล้องจุลทรรศน์แสงและอิเล็กตรอนที่ช่วยให้คุณเห็นโครงสร้างภายนอกและภายในของเซลล์

กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงทำให้สามารถสังเกตเซลล์ที่มีชีวิตได้ (โดยปกติคือสิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์เดียว เซลล์เม็ดเลือดใช้สำหรับสิ่งนี้) อย่างไรก็ตาม ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์แสงไม่สูงเท่ากับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ความละเอียดของแว่นขยายคือระยะห่างขั้นต่ำระหว่างจุดสองจุดที่สามารถมองเห็นแยกกันได้ สำหรับกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ระยะนี้วัดเป็นร้อยนาโนเมตร และสำหรับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน มีหน่วยเป็นสิบและหน่วยของนาโนเมตร หากอดีตใช้ฟลักซ์การส่องสว่าง (ความละเอียดแปรผกผันกับความยาวคลื่น) แสดงว่าใช้ฟลักซ์ของอิเล็กตรอน

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนมีสองประเภท - การส่งผ่านและการสแกน ความละเอียดของภาพแรกนั้นค่อนข้างสูงขึ้น แต่ด้วยความช่วยเหลือของภาพหลังทำให้ได้ภาพสามมิติ สำหรับกล้องจุลทรรศน์แบบส่องผ่านจะมีการเตรียมส่วนที่บางมากซึ่งลำอิเล็กตรอนจะผ่านไป ในกล้องจุลทรรศน์สแกน ลำแสงอิเล็กตรอนจะสะท้อนจากวัตถุ

ยังใช้ในเซลล์วิทยา วิธีกล้องจุลทรรศน์เรืองแสงซึ่งอยู่ในความจริงที่ว่าสารสีบางชนิดถูกเติมลงในเซลล์ที่มีชีวิตซึ่งเมื่อรวมกับส่วนประกอบต่าง ๆ ของเซลล์จะเริ่มเรืองแสง ดังนั้นโครงสร้างเซลล์ (คลอโรพลาส ไมโครทูบูล ฯลฯ) สามารถสังเกตได้ในกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง

นอกจากการใช้กล้องจุลทรรศน์แล้ว วิธีการวิจัยอื่นๆ ยังใช้ในเซลล์วิทยาสมัยใหม่อีกด้วย วิธีไซโตเคมิคอลให้คุณได้เรียน องค์ประกอบทางเคมีเซลล์. วิธีนี้ขึ้นอยู่กับ ปฏิกริยาเคมีสารบางชนิด การเพิ่มสารรีเอเจนต์ลงในเซลล์ทำให้สามารถตรวจจับการมีอยู่ของ DNA, โปรตีนบางชนิด ฯลฯ ในเซลล์ได้ ตลอดจนกำหนดปริมาณของ DNA

วิธีการพิสูจน์อักษรทางวิทยุเกี่ยวข้องกับการแนะนำสารที่มีอะตอม (กัมมันตภาพรังสี) ที่ติดฉลาก หลังจากนั้นครู่หนึ่ง โมเลกุลที่ติดฉลากจะรวมอยู่ในไบโอโพลีเมอร์ของเซลล์ และสามารถใช้เพื่อติดตามกระบวนการเผาผลาญในเซลล์ได้

ตั้งแต่ยุค 20 ของศตวรรษที่ XX วิธีการวิจัยทางเซลล์เช่น การหมุนเหวี่ยง (หรือวิธีการแยกโครงสร้างเซลล์). มันขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าโครงสร้างเซลล์มีมวลต่างกันและถูกฝากไว้ที่อัตราที่ต่างกันในระหว่างการหมุนเหวี่ยง ดังนั้น หากเซลล์ถูกทำลาย หลังจากการปั่นแยก ส่วนผสมจะถูกแบ่งออกเป็นเศษส่วน โดยที่ด้านล่างจะมีโครงสร้างที่หนักกว่า (โดยปกติคือนิวเคลียสของเซลล์) และที่ด้านบน - เซลล์ที่เบากว่า

ค่อนข้างใหม่คือ วิธีการเพาะเลี้ยงเซลล์ซึ่งช่วยให้เซลล์ที่เหมือนกัน (อาณานิคม) เติบโตจากเซลล์เริ่มต้นตั้งแต่หนึ่งเซลล์ขึ้นไปนอกร่างกายภายใต้สภาวะที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษ วิธีนี้ทำให้สามารถศึกษาคุณสมบัติของเซลล์แยกจากร่างกาย เพื่อดำเนินการศึกษาทางเซลล์วิทยา พันธุกรรม และอื่นๆ

วิธีใหม่ในการวิจัยเซลล์คือ วิธีการผ่าตัดด้วยจุลภาค. ด้วยความช่วยเหลือของ micromanipulator ที่เชื่อมต่อกับกล้องจุลทรรศน์ส่วนประกอบต่าง ๆ จะถูกดึงหรือนำออกจากเซลล์และแนะนำสาร

มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งรัฐ Murmansk

ภาควิชาชีววิทยา

รายงานในหัวข้อ:

"วิธีการวิจัยทางเซลล์วิทยา"

สมบูรณ์:

นักศึกษาชั้นปีที่ 1

คณะเทคโนโลยี

ภาควิชาชีววิทยา

Serebryakova Lada Vyacheslavovna

ตรวจสอบแล้ว:

Murmansk2001

วางแผน:

1. เซลล์วิทยาศึกษาอะไร

2. แนวคิดที่ว่าสิ่งมีชีวิตประกอบด้วยเซลล์

3. วิธีการวิจัยที่ใช้ในเซลล์วิทยา

4. การแบ่งส่วนของเซลล์

5. ลายเซ็นวิทยุ

6. การกำหนดระยะเวลาของบางช่วงของวัฏจักรเซลล์โดยการตรวจด้วยรังสี

Cytology เป็นศาสตร์ของเซลล์ มันโดดเด่นจากสภาพแวดล้อมของวิทยาศาสตร์ชีวภาพอื่น ๆ เมื่อเกือบ 100 ปีที่แล้ว เป็นครั้งแรกที่ข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับโครงสร้างของเซลล์ถูกรวบรวมไว้ในหนังสือโดย J.-B. Carnoy's The Biology of the Cell ตีพิมพ์ในปี พ.ศ. 2427 เซลล์วิทยาสมัยใหม่ศึกษาโครงสร้างของเซลล์ การทำงานเป็นระบบสิ่งมีชีวิตเบื้องต้น: ศึกษาหน้าที่ของส่วนประกอบแต่ละเซลล์ กระบวนการสืบพันธุ์ของเซลล์ การซ่อมแซม การปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อม และกระบวนการอื่นๆ อีกมากมาย ซึ่งทำให้สามารถตัดสินได้ คุณสมบัติและหน้าที่ร่วมกันของทุกเซลล์ เซลล์วิทยายังพิจารณาคุณสมบัติโครงสร้างของเซลล์เฉพาะอีกด้วย กล่าวอีกนัยหนึ่ง เซลล์วิทยาสมัยใหม่คือสรีรวิทยาของเซลล์ เซลล์วิทยามีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์และระเบียบวิธีของชีวเคมี ชีวฟิสิกส์ ชีววิทยาระดับโมเลกุล และพันธุศาสตร์ สิ่งนี้เป็นพื้นฐานสำหรับการศึกษาเชิงลึกของเซลล์จากมุมมองของวิทยาศาสตร์เหล่านี้และการเกิดขึ้นของวิทยาศาสตร์สังเคราะห์บางอย่างของเซลล์ - ชีววิทยาของเซลล์หรือชีววิทยาของเซลล์ ในปัจจุบัน คำศัพท์ cytology และ ชีววิทยาของเซลล์ เกิดขึ้นพร้อมกัน เนื่องจากหัวข้อของการศึกษาคือเซลล์ที่มีรูปแบบการจัดระเบียบและการทำงานเป็นของตัวเอง สาขาวิชา "ชีววิทยาของเซลล์" หมายถึงส่วนพื้นฐานของชีววิทยา เพราะมันสำรวจและอธิบายหน่วยเดียวของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลก - เซลล์

การศึกษาเซลล์อย่างใกล้ชิดและยาวนานเช่นนี้นำไปสู่การกำหนดลักษณะทั่วไปตามทฤษฎีที่สำคัญของความสำคัญทางชีววิทยาทั่วไป กล่าวคือ การเกิดขึ้นของทฤษฎีเซลล์ ในศตวรรษที่ 17 Robert Hooke นักฟิสิกส์และนักชีววิทยาที่มีความเฉลียวฉลาด ได้สร้างกล้องจุลทรรศน์ ฮุกสำรวจส่วนบาง ๆ ของจุกภายใต้กล้องจุลทรรศน์ของเขาพบว่ามันถูกสร้างขึ้นจากเซลล์ว่างเล็ก ๆ คั่นด้วยผนังบาง ๆ ซึ่งอย่างที่เราทราบตอนนี้ประกอบด้วย เซลลูโลส. เขาเรียกเซลล์เล็กๆ เหล่านี้ว่า ต่อมาเมื่อนักชีววิทยาคนอื่นๆ เริ่มตรวจเนื้อเยื่อพืชภายใต้กล้องจุลทรรศน์ ปรากฏว่าเซลล์เล็กๆ ที่ฮุคพบในจุกไม้ก๊อกแห้งที่ตายแล้วก็พบในเนื้อเยื่อพืชที่มีชีวิตเช่นกันแต่ไม่ว่างเปล่าแต่แต่ละเซลล์มีเนื้อเจลาตินเล็กๆ . หลังจากที่เนื้อเยื่อของสัตว์ได้รับการตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์ก็พบว่าพวกมันยังประกอบด้วยเนื้อเจลาตินขนาดเล็ก แต่ร่างกายเหล่านี้แทบจะไม่ถูกแยกออกจากกันโดยผนัง จากการศึกษาทั้งหมดเหล่านี้ในปี พ.ศ. 2482 Schleiden และ Schwann กำหนดทฤษฎีเซลล์อย่างอิสระ ซึ่งระบุว่าเซลล์เป็นหน่วยพื้นฐานที่พืชและสัตว์ทั้งหมดถูกสร้างขึ้นในท้ายที่สุด ในบางครั้ง ความหมายสองประการของคำว่า เซลล์ ยังคงทำให้เกิดความเข้าใจผิดอยู่บ้าง แต่แล้วมันก็ฝังแน่นอยู่ในร่างเล็กๆ ที่ดูเหมือนเยลลี่เหล่านี้

การนำเสนอเซลล์สมัยใหม่มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับความก้าวหน้าทางเทคนิคและการปรับปรุงวิธีการวิจัย นอกเหนือจากกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงแบบธรรมดาซึ่งไม่ได้สูญเสียบทบาทไป โพลาไรเซชัน อัลตราไวโอเลต ฟลูออเรสเซนซ์ และไมโครสโคปแบบคอนทราสต์เฟสยังได้รับความสำคัญอย่างมากในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมา ในหมู่พวกเขาสถานที่พิเศษถูกครอบครองโดยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนความละเอียดซึ่งทำให้สามารถเจาะและศึกษาโครงสร้าง submicroscopic และโมเลกุลของเซลล์ได้ วิธีการวิจัยสมัยใหม่ทำให้สามารถเปิดเผยภาพที่มีรายละเอียดขององค์กรเซลลูลาร์ได้

แต่ละเซลล์ประกอบด้วยนิวเคลียสและไซโตพลาสซึม ซึ่งแยกจากกันและจากสภาพแวดล้อมภายนอกด้วยเยื่อหุ้มเซลล์ ส่วนประกอบของไซโตพลาสซึมคือ: เมมเบรน, ไฮยาโลพลาสซึม, เอนโดพลาสมิกเรติเคิลและไรโบโซม, อุปกรณ์กอลจิ, ไลโซโซม, ไมโทคอนเดรีย, การรวม, ศูนย์เซลล์, ออร์แกเนลล์พิเศษ

ส่วนหนึ่งของสิ่งมีชีวิตที่ทำหน้าที่เฉพาะเรียกว่าอวัยวะ อวัยวะใด ๆ - ปอด ตับ ไต เป็นต้น - อวัยวะแต่ละส่วนมีโครงสร้างพิเศษเป็นของตัวเอง ต้องขอบคุณมันที่มีบทบาทบางอย่างในร่างกาย ในทำนองเดียวกัน มีโครงสร้างพิเศษในไซโตพลาสซึม ซึ่งเป็นโครงสร้างที่แปลกประหลาดซึ่งทำให้พวกมันสามารถทำหน้าที่บางอย่างที่จำเป็นสำหรับการเผาผลาญของเซลล์ โครงสร้างเหล่านี้เรียกว่าออร์แกเนลล์ ("อวัยวะเล็ก")

การอธิบายลักษณะการทำงานและการกระจายของออร์แกเนลล์ไซโตพลาสซึมเป็นไปได้หลังจากการพัฒนาวิธีการทางชีววิทยาของเซลล์สมัยใหม่เท่านั้น ประโยชน์สูงสุดในเรื่องนี้คือ 1) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน; 2) การแยกเซลล์ โดยที่นักชีวเคมีสามารถแยกส่วนที่ค่อนข้างบริสุทธิ์ของเซลล์ที่มีออร์แกเนลล์บางชนิดได้ และด้วยเหตุนี้จึงศึกษาปฏิกิริยาเมตาบอลิซึมแต่ละส่วนที่น่าสนใจสำหรับพวกมัน 3) วิทยุอัตโนมัติซึ่งทำให้การศึกษาโดยตรงของปฏิกิริยาเมตาบอลิซึมที่เกิดขึ้นในออร์แกเนลล์

วิธีการแยกออร์แกเนลล์ออกจากเซลล์เรียกว่าการแยกส่วน วิธีนี้พิสูจน์แล้วว่าได้ผลมาก ทำให้นักชีวเคมีมีโอกาสแยกออร์แกเนลล์ของเซลล์ต่างๆ ออกมาในรูปแบบที่ค่อนข้างบริสุทธิ์ นอกจากนี้ยังทำให้สามารถกำหนดองค์ประกอบทางเคมีของออร์แกเนลล์และเอ็นไซม์ที่มีอยู่ในนั้นได้ และบนพื้นฐานของข้อมูลที่ได้รับ ให้ทำการสรุปเกี่ยวกับหน้าที่ของออร์แกเนลล์ในเซลล์ ในขั้นแรก เซลล์จะถูกทำลายโดยการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันในตัวกลางที่เหมาะสมบางตัวซึ่งจะช่วยรักษาออร์แกเนลล์และป้องกันการรวมตัวของพวกมัน บ่อยครั้ง สารละลายซูโครสถูกใช้สำหรับสิ่งนี้ แม้ว่าไมโตคอนเดรียและออร์แกเนลล์ของเซลล์อื่น ๆ จำนวนมากยังคงไม่บุบสลาย พังผืดพันกัน เช่น เอนโดพลาสมิกเรติคูลัมและเยื่อหุ้มพลาสมาจะแยกส่วน อย่างไรก็ตาม เศษเมมเบรนที่เกิดขึ้นมักจะปิดทับกันเอง ส่งผลให้เกิดฟองอากาศกลมมนขนาดต่างๆ

ในขั้นต่อไป เซลล์ที่เป็นเนื้อเดียวกันจะอยู่ภายใต้การหมุนเหวี่ยงหลายครั้ง ความเร็วและระยะเวลาที่เพิ่มขึ้นในแต่ละครั้ง กระบวนการนี้เรียกว่าการหมุนเหวี่ยงที่แตกต่างกัน ออร์แกเนลล์ของเซลล์ต่างๆ จะถูกวางบนหลอดสำหรับการปั่นแยกด้านล่างที่ความเร็วการหมุนเหวี่ยงที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับขนาด ความหนาแน่น และรูปร่างของออร์แกเนลล์ สามารถสุ่มตัวอย่างและตรวจสอบการตกตะกอนที่เกิดขึ้นได้ โครงสร้างขนาดใหญ่ที่มีความหนาแน่นสูง เช่น นิวเคลียสจะตกตะกอนได้เร็วที่สุด ในขณะที่โครงสร้างที่เล็กกว่าและมีความหนาแน่นน้อยกว่า เช่น ถุงน้ำย่อยเอนโดพลาสมิกเรติคิวลัม ต้องการอัตราที่สูงขึ้นและใช้เวลานานขึ้น ดังนั้น ที่ความเร็วการหมุนเหวี่ยงต่ำ นิวเคลียสจะหลุดออกไป ในขณะที่ออร์แกเนลล์ของเซลล์อื่นๆ ยังคงแขวนลอยอยู่ ที่ความเร็วสูงกว่า ไมโทคอนเดรียและไลโซโซมจะถูกตกตะกอน และการหมุนเหวี่ยงเป็นเวลานานและความเร็วสูงมาก แม้แต่อนุภาคขนาดเล็กเช่นไรโบโซมก็ตกตะกอน สามารถตรวจสอบตะกอนได้โดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเพื่อกำหนดความบริสุทธิ์ของเศษส่วนที่เกิดขึ้น เศษส่วนทั้งหมดปนเปื้อนกับออร์แกเนลล์อื่นในระดับหนึ่ง หากยังคงสามารถบรรลุความบริสุทธิ์เพียงพอของเศษส่วน จากนั้นพวกเขาก็จะได้รับการวิเคราะห์ทางชีวเคมีเพื่อกำหนดองค์ประกอบทางเคมีและกิจกรรมของเอนไซม์ของออร์แกเนลล์ที่แยกได้

ค่อนข้างเร็ว ๆ นี้ มีการสร้างวิธีการแยกเซลล์อีกวิธีหนึ่ง - การหมุนเหวี่ยงในการไล่ระดับความหนาแน่น ในเวลาเดียวกัน การหมุนเหวี่ยงจะดำเนินการในหลอดทดลอง ซึ่งสารละลายซูโครสที่มีความเข้มข้นที่เพิ่มมากขึ้นเรื่อย ๆ และด้วยเหตุนี้ ความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้นจึงถูกวางทับซ้อนกันเป็นชั้นแรก ในระหว่างการปั่นแยก ออร์แกเนลล์ที่มีอยู่ในโฮโมจีเนตจะอยู่ในหลอดสำหรับการปั่นแยกที่ระดับที่สารละลายซูโครสตั้งอยู่ ซึ่งสอดคล้องกับพวกมันในความหนาแน่น วิธีนี้เปิดโอกาสให้นักชีวเคมีแยกออร์แกเนลล์ที่มีขนาดเท่ากัน แต่มีความหนาแน่นต่างกัน (รูปที่ 1)

การทำ Autoradiography เป็นวิธีการที่ค่อนข้างใหม่ซึ่งขยายขอบเขตความเป็นไปได้ของกล้องจุลทรรศน์แสงและอิเล็กตรอนอย่างมาก นี่เป็นวิธีการที่ทันสมัยอย่างมาก เนื่องจากการพัฒนาของฟิสิกส์นิวเคลียร์ ซึ่งทำให้สามารถรับไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของธาตุต่างๆ ได้ สำหรับการถ่ายภาพรังสี โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ไอโซโทปขององค์ประกอบเหล่านั้นที่ใช้โดยเซลล์หรือสามารถจับกับสารที่ใช้โดยเซลล์ และสามารถถูกบริหารให้แก่สัตว์หรือเพิ่มไปยังวัฒนธรรมในปริมาณที่ไม่รบกวนเมแทบอลิซึมของเซลล์ปกติ เนื่องจากไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี (หรือสารที่ติดฉลากไว้) มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาทางชีวเคมีในลักษณะเดียวกับที่ไม่ใช่กัมมันตภาพรังสี และในขณะเดียวกันก็ปล่อยรังสี เส้นทางของไอโซโทปในร่างกายจึงสามารถตรวจสอบได้โดยใช้ วิธีการต่างๆการตรวจจับกัมมันตภาพรังสี วิธีหนึ่งในการตรวจจับกัมมันตภาพรังสีขึ้นอยู่กับความสามารถในการทำปฏิกิริยากับฟิล์มภาพถ่ายเช่นแสง แต่รังสีกัมมันตภาพรังสีแทรกซึมกระดาษสีดำที่ใช้ป้องกันฟิล์มจากแสง และมีผลเช่นเดียวกันกับฟิล์มเช่นเดียวกับแสง

เพื่อให้สามารถตรวจจับรังสีที่ปล่อยออกมาจากไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีในการเตรียมการสำหรับการศึกษาโดยใช้กล้องจุลทรรศน์แสงหรืออิเล็กตรอน การเตรียมการจะถูกปกคลุมในห้องมืดด้วยอิมัลชันการถ่ายภาพแบบพิเศษ หลังจากนั้นทิ้งไว้ในความมืดเป็นระยะเวลาหนึ่ง จากนั้นการเตรียมการก็ได้รับการพัฒนา (รวมถึงในความมืดด้วย) และแก้ไข พื้นที่ของยาที่มีไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีส่งผลกระทบต่ออิมัลชันที่อยู่เหนือพวกมันซึ่ง "เม็ด" สีเข้มปรากฏขึ้นภายใต้การกระทำของรังสีที่ปล่อยออกมา ดังนั้นพวกเขาจึงได้รับลายเซ็นวิทยุ (ก. วิทยุ- เปล่งปลั่ง รถยนต์- ตัวเองและ กราฟ- เขียน).

ในขั้นต้น นักจุลกายวิภาคศาสตร์มีไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีเพียงไม่กี่ตัว ยกตัวอย่างเช่น กัมมันตภาพรังสีฟอสฟอรัสถูกนำมาใช้ในการศึกษาในช่วงต้นจำนวนมากโดยใช้ autoradiography ต่อมา ใช้ไอโซโทปเหล่านี้มากขึ้น ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของไฮโดรเจน ทริเทียม พบว่ามีการนำไปใช้อย่างกว้างขวางโดยเฉพาะ

อัตลักษณ์ทางวิทยุมีและยังคงมีการประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางสำหรับการศึกษาว่าปฏิกิริยาทางชีวเคมีเกิดขึ้นที่ไหนและอย่างไรในร่างกาย

สารประกอบเคมีที่ติดฉลากด้วยไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีที่ใช้ในการศึกษากระบวนการทางชีววิทยาเรียกว่า สารตั้งต้น สารตั้งต้นมักเป็นสารที่คล้ายกับที่ร่างกายได้รับจากอาหาร พวกเขาทำหน้าที่เป็นหน่วยการสร้างสำหรับการสร้างเนื้อเยื่อและรวมอยู่ในส่วนประกอบที่ซับซ้อนของเซลล์และเนื้อเยื่อในลักษณะเดียวกับที่รวมหน่วยการสร้างที่ไม่มีป้ายกำกับเข้าไว้ด้วยกัน ส่วนประกอบของเนื้อเยื่อที่มีสารตั้งต้นที่ติดฉลากและที่ปล่อยรังสีเรียกว่าผลิตภัณฑ์

เซลล์ที่เติบโตในวัฒนธรรมแม้ว่าจะเป็นชนิดเดียวกัน แต่จะอยู่ในระยะต่างๆ ของวัฏจักรเซลล์ในช่วงเวลาใดก็ตาม เว้นแต่จะมีการใช้มาตรการพิเศษเพื่อทำให้วัฏจักรของพวกมันตรงกัน อย่างไรก็ตาม โดยการฉีดทริเทียม-ไทมิดีนเข้าไปในเซลล์แล้วทำการเซ็นลายเซ็น เป็นไปได้ที่จะกำหนดระยะเวลาของระยะต่างๆ ของวัฏจักร เวลาที่เริ่มมีอาการของระยะหนึ่ง - ไมโทซิส - สามารถกำหนดได้โดยไม่ต้องระบุไทมิดีน ในการทำเช่นนี้ ตัวอย่างของเซลล์จากการเพาะเลี้ยงจะถูกเก็บไว้ภายใต้การสังเกตในกล้องจุลทรรศน์แบบ phase-contrast ซึ่งทำให้สามารถตรวจสอบเส้นทางของไมโทซิสโดยตรงและตั้งเวลาได้ ระยะเวลาของการแบ่งเซลล์ปกติคือ 1 ชั่วโมง แม้ว่าในเซลล์บางประเภทอาจใช้เวลาถึง 1.5 ชั่วโมง

คำจำกัดความของระยะเวลาจี2 งวด.

เพื่อกำหนดระยะเวลาของคาบ G 2 วิธีการที่เรียกว่า ฉลากแรงกระตุ้น:ไทมิดีนที่ติดฉลากถูกเติมในการเพาะเลี้ยงเซลล์ และหลังจากนั้นไม่นาน อาหารเลี้ยงเชื้อจะถูกแทนที่ด้วยอันใหม่ เพื่อป้องกันการดูดซึมของไทมิดีนที่ติดฉลากโดยเซลล์ต่อไป ในกรณีนี้ ฉลากจะรวมไว้เฉพาะในเซลล์เหล่านั้นซึ่งในช่วงพักสั้นๆ ในตัวกลางที่มีทริเทียม-ไทมิดีน อยู่ในช่วง S ของวัฏจักรเซลล์ สัดส่วนของเซลล์ดังกล่าวมีขนาดเล็กและมีเพียงส่วนน้อยของเซลล์เท่านั้นที่จะได้รับฉลาก นอกจากนี้ เซลล์ทั้งหมดที่มีป้ายกำกับจะอยู่ในเฟสระหว่างเฟส - ตั้งแต่เซลล์ที่เพิ่งเข้าสู่ช่วง S ไปจนถึงเซลล์ที่เกือบจะเสร็จสมบูรณ์ในช่วงเวลาที่สัมผัสกับไอโซโทปไทมิดีน ในตัวอย่างที่ถ่ายทันทีหลังจากนำไทมิดีนที่ติดฉลากออก ฉลากจะมีเฉพาะในนิวเคลียสระหว่างเฟสที่เป็นของเซลล์ซึ่งอยู่ในช่วง S-period ระหว่างช่วงเวลาของการได้รับฉลาก เซลล์เดียวกันที่อยู่ในสถานะของไมโทซิสในช่วงเวลานี้ยังคงไม่มีป้ายกำกับ

หากเรายังคงเก็บตัวอย่างจากวัฒนธรรมในช่วงเวลาหนึ่งและผลิตภาพรังสีสำหรับตัวอย่างที่ต่อเนื่องกันแต่ละตัวอย่าง ช่วงเวลาที่ฉลากจะเริ่มปรากฏ ไมโทติคd-โครโมโซม. ฉลากจะรวมไว้ในเซลล์ทั้งหมดที่อยู่ในช่วง S ในช่วงที่มีทริเทียม-ไทมิดีนอยู่ในตัวกลาง และในเซลล์เหล่านี้จะมีทั้งเซลล์ที่เพิ่งเข้าสู่ช่วง S และเซลล์ที่มี เกือบเสร็จแล้ว เป็นที่แน่ชัดว่าเซลล์หลังเหล่านี้จะเป็นกลุ่มแรกในกลุ่มเซลล์ที่ติดฉลากที่ได้รับไมโทซิส และด้วยเหตุนี้ ฉลากจะพบในโครโมโซมแบบไมโทซิสของพวกมัน ดังนั้น ช่วงเวลาระหว่าง 1) เวลาที่ไทมิดีนที่ติดฉลากถูกลบออกจากการเพาะเลี้ยง และ 2) เวลาของการปรากฏตัวของโครโมโซมไมโทติคที่ติดฉลากจะสอดคล้องกับระยะเวลาของรอบระยะเวลา G 2 ของวัฏจักรเซลล์

คำจำกัดความของระยะเวลาส-ระยะเวลา.

เนื่องจากเซลล์ที่อยู่ปลายสุดของช่วง S ในขณะนี้ ฉลากถูกนำเข้าสู่ตัวกลางจะเป็นเซลล์แรกที่เข้าสู่ไมโทซิส ดังนั้นในเซลล์เหล่านั้นที่ช่วง S เริ่มต้นทันทีก่อนติดฉลาก จะถูกลบออก โครโมโซมไมโทติคที่ติดฉลากจะปรากฏสุดท้าย ดังนั้น หากเราสามารถกำหนดช่วงเวลาระหว่างการเข้าสู่ไมโทซิสของเซลล์ที่ติดป้ายกำกับก่อนและเซลล์ที่ติดป้ายกำกับสุดท้าย เราจะกำหนดระยะเวลาของช่วง S อย่างไรก็ตาม แม้ว่าจะเป็นเรื่องง่ายที่จะกำหนดเวลาเมื่อโครโมโซมของไมโทติคปรากฏขึ้นครั้งแรก แต่ก็ไม่สามารถระบุเวลาของการเข้าสู่ไมโทซิสของเซลล์ที่ติดฉลากล่าสุดได้ (สิ่งนี้สามารถป้องกันได้ด้วยเซลล์แบ่งที่มีป้ายกำกับจำนวนมากในตัวอย่างสุดท้าย) ดังนั้นจึงต้องกำหนดระยะเวลาของช่วง S ด้วยวิธีที่ต่างออกไป

ในการศึกษาภาพถ่ายรังสีของตัวอย่างเซลล์ที่ต่อเนื่องกันซึ่งถ่ายในช่วงเวลาสม่ำเสมอ พบว่าสัดส่วนของเซลล์ที่มีฉลากอยู่ในโครโมโซมแบบไมโทติคจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น จนกระทั่งมีการทำเครื่องหมายเซลล์ที่แบ่งตามตัวอักษรทั้งหมด อย่างไรก็ตาม เมื่อเซลล์แบ่งไมโทซีสเสร็จสิ้นทีละเซลล์ พวกมันจะกลายเป็นเซลล์ระหว่างเฟส ไมโทซิสแรกที่ทำให้ไมโทซิสสมบูรณ์คือเซลล์ที่ติดฉลากซึ่งเข้าไปก่อน และด้วยเหตุนี้ เซลล์ที่มีโครโมโซมแบบไมโทติคที่ติดฉลาก ไมโทซิสสุดท้ายที่เสร็จสมบูรณ์คือเซลล์ที่เข้าสู่เซลล์สุดท้าย เนื่องจากระยะเวลาของไมโทซิสจะเท่ากันเสมอ ดังนั้น หากเราสามารถกำหนดช่วงเวลาระหว่าง: 1) เวลาสิ้นสุดของไมโทซิสในเซลล์ที่เปิดฉลากก่อน และ 2) เวลาสิ้นสุดของไมโทซิส ไมโทซิสในเซลล์ที่ติดเครื่องหมายสุดท้ายเราจะกำหนดระยะเวลาของช่วง S การกำหนดช่วงเวลานั้นไม่ยากโดยกำหนดช่วงเวลาระหว่าง: 1) ช่วงเวลาที่เซลล์ไมโทติค 50% ในวัฒนธรรม มีการติดฉลาก และ 2) เวลาหลังจากนั้น วัฒนธรรมจะไม่มีเซลล์ที่ติดฉลากอีก 50% อีกต่อไป

การกำหนดเวลาสร้าง (ระยะเวลารวมของวัฏจักรเซลล์ทั้งหมด)

การเก็บตัวอย่างเซลล์จากการเพาะเลี้ยงอย่างต่อเนื่อง จะพบว่าตัวเลขไมโทติคที่ติดฉลากหายไปอย่างสมบูรณ์ในบางจุด และปรากฏขึ้นอีกครั้ง เซลล์ที่แบ่งตัวดังกล่าวเป็นเซลล์ลูกที่ได้มาจากเซลล์แม่เหล่านั้นซึ่งรวมฉลากไว้ในขณะที่อยู่ในช่วง S ในขณะที่สัมผัสกับทริเทียม-ไทมิดีน เซลล์แม่เหล่านี้เข้าสู่ช่วง S แบ่งออก จากนั้นจึงผ่านระหว่างเฟสที่สองและส่วนที่สอง กล่าวคือ เซลล์เหล่านี้ผ่านวัฏจักรที่สมบูรณ์หนึ่งรอบและอีกส่วนหนึ่งในวงจรถัดไป เวลาที่ใช้ในการทำให้วัฏจักรเซลล์สมบูรณ์เรียกว่าเวลา รุ่น.มันสอดคล้องกับช่วงเวลาระหว่างจุดสูงสุดที่ต่อเนื่องกันสองจุดของการรวมฉลาก และมักจะสอดคล้องกับส่วนระหว่างจุดเหล่านั้นของเส้นโค้งจากน้อยไปหามากที่ต่อเนื่องกัน ซึ่ง 50% ของตัวเลขไมโทติคมีฉลากอยู่

วรรณกรรม.

A. Ham, D. Kormak "Histology" เล่มที่ 1 มอสโก "MIR" 1982;

M.G. Abramov "Clinical Cytology" มอสโก "MEDICINE" 1974;

Yu.S. Chentsov "เซลล์วิทยาทั่วไป"