Čitava plejada izuzetnih naučnika prošlosti - Robert Hooke, Anthony van Leeuwenhoek, Theodor Schwann, Mathias Schleiden, svojim otkrićima u oblasti proučavanja prirode utrli su put za formiranje najvažnije grane moderna biološka nauka - citologija. Proučava strukturu i svojstva ćelije, koja je osnovni nosilac života na Zemlji. Osnovno znanje stečeno kao rezultat razvoja nauke o ćelijama inspirisalo je istraživače da stvore discipline kao što su genetika, molekularna biologija i biohemija.
Naučna otkrića napravljena u njima potpuno su promijenila lice planete i dovela do pojave klonova, genetski modificiranih organizama i umjetne inteligencije. Naš članak će vam pomoći da shvatite osnovne metode citoloških eksperimenata i saznate strukturu i funkcije stanica.
Kako se proučava ćelija
Kao i prije 500 godina, svjetlosni mikroskop je glavni instrument koji pomaže u proučavanju strukture i svojstava ćelije. Naravno, njegov izgled i optičkikarakteristike se ne mogu porediti sa prvim mikroskopima koje su stvorili otac i sin Jansens ili Robert Huk sredinom 16. veka. Moć razlučivanja modernih svjetlosnih mikroskopa povećava veličinu ćelijskih struktura za 3000 puta. Rasterski skeneri mogu snimiti slike submikroskopskih objekata kao što su bakterije ili virusi, koji su tako mali da čak i nisu ćelije. U citologiji se aktivno koristi metoda označenih atoma, kao i in vivo proučavanje ćelija, zahvaljujući čemu se razjašnjavaju karakteristike ćelijskih procesa.
Centrifugacija
Za odvajanje sadržaja ćelije u frakcije i proučavanje svojstava i funkcija ćelije, citologija koristi centrifugu. Radi na istom principu kao i istoimeni dio u mašinama za pranje rublja. Stvaranjem centrifugalnog ubrzanja uređaj ubrzava staničnu suspenziju, a kako organele imaju različite gustine, talože se u slojevima. Na dnu su veliki dijelovi, poput jezgara, mitohondrija ili plastida, a u gornjim mlaznicama destilacijske rešetke centrifuge nalaze se mikrofilamenti citoskeleta, ribozomi i peroksizomi. Dobijeni slojevi su razdvojeni, pa je pogodnije proučavati karakteristike biohemijskog sastava organela.
Ćelijska struktura biljaka
Svojstva biljne ćelije su na mnogo načina slična funkcijama životinjskih ćelija. Međutim, čak i školarac, ispitujući fiksne preparate biljnih, životinjskih ili ljudskih ćelija kroz okular mikroskopa, naći će karakteristike razlike. Geometrijski jepravilne konture, prisustvo guste celulozne membrane i velikih vakuola, karakterističnih za biljne ćelije. I još jedna razlika koja u potpunosti izdvaja biljke u skupini autotrofnih organizama je prisutnost u citoplazmi jasno vidljivih ovalnih zelenih tijela. To su hloroplasti - vizit karta biljaka. Uostalom, oni su ti koji su u stanju uhvatiti svjetlosnu energiju, pretvoriti je u energiju makroergijskih veza ATP-a, a također formirati organska jedinjenja: škrob, proteine i masti. Fotosinteza tako određuje autotrofna svojstva biljne ćelije.
Nezavisna sinteza trofičkih supstanci
Zadržimo se na procesu zbog kojeg, prema istaknutom ruskom naučniku K. A. Timirjazevu, biljke igraju kosmičku ulogu u evoluciji. Na Zemlji postoji oko 350 hiljada biljnih vrsta, u rasponu od jednoćelijskih algi poput hlorele ili hlamidomonas do džinovskih stabala - sekvoje, koje dostižu visinu od 115 metara. Svi oni apsorbiraju ugljični dioksid pretvarajući ga u glukozu, aminokiseline, glicerol i masne kiseline. Ove tvari služe kao hrana ne samo za samu biljku, već ih koriste i organizmi zvani heterotrofi: gljive, životinje i ljudi. Takve osobine biljnih ćelija kao što je sposobnost da sintetiziraju organska jedinjenja i formiraju vitalnu supstancu - kiseonik, potvrđuju činjenicu isključive uloge autotrofa za život na Zemlji.
Klasifikacija plastida
Teško je ostati ravnodušan, razmišljajući o ekstravaganciji boja rascvjetanih ruža ili jesenje šume. Boja biljaka je zbog posebnih organela - plastida, karakterističnih samo za biljne ćelije. Može se tvrditi da prisustvo posebnih pigmenata u njihovom sastavu utiče na funkcije hloroplasta, hromoplasta i leukoplasta u metabolizmu. Organele koje sadrže zeleni pigment hlorofil određuju bitna svojstva ćelije i odgovorne su za proces fotosinteze. Takođe se mogu transformisati u hromoplaste. Ovu pojavu promatramo, na primjer, u jesen, kada zeleno lišće drveća postane zlatno, ljubičasto ili grimizno. Leukoplasti se mogu transformirati u hromoplaste, na primjer mliječni paradajz sazrijeva u narandžastu ili crvenu boju. Oni su takođe u stanju da pređu u hloroplaste, na primer, pojava zelene boje na kori gomolja krompira nastaje kada se dugo čuvaju na svetlu.
Mehanizam formiranja biljnog tkiva
Jedna od karakterističnih karakteristika viših biljnih ćelija je prisustvo tvrde i jake ljuske. Obično sadrži makromolekule celuloze, lignina ili pektina. Stabilnost i otpornost na kompresiju i druge mehaničke deformacije izdvajaju biljna tkiva u skupinu najkrutijih prirodnih struktura koje mogu izdržati velika opterećenja (podsjetimo, na primjer, svojstva drveta). Između njegovih ćelija nastaje mnogo citoplazmatskih niti, prolazeći kroz rupe u membranama, koje ih, poput elastičnih niti, spajaju.između sebe. Stoga su snaga i tvrdoća glavna svojstva ćelije biljnog organizma.
Plazmoliza i deplazmoliza
Prisustvo perforiranih zidova odgovornih za kretanje vode, mineralnih soli i fitohormona može se otkriti zbog fenomena plazmolize. Stavite biljnu ćeliju u hipertonični fiziološki rastvor. Voda iz njegove citoplazme će difundirati prema van, a pod mikroskopom ćemo vidjeti proces ljuštenja parijetalnog sloja hijaloplazme. Ćelija se smanjuje, njen volumen se smanjuje, tj. dolazi do plazmolize. Možete vratiti izvorni oblik dodavanjem nekoliko kapi vode na staklo i stvaranjem koncentracije otopine niže nego u citoplazmi ćelije. H2O molekuli će ući unutra kroz pore u ljusci, volumen i intracelularni pritisak ćelije će se povećati. Ovaj proces je nazvan deplazmoliza.
Specifična struktura i funkcije životinjskih ćelija
Odsutnost hloroplasta u citoplazmi, tanke membrane lišene vanjske ljuske, male vakuole koje obavljaju uglavnom funkcije probave ili izlučivanja - sve se to odnosi na životinjske i ljudske stanice. Njihov raznovrstan izgled i heterotrofne navike u ishrani su još jedna prepoznatljiva karakteristika.
Mnoge ćelije, koje su zasebni organizmi, ili su deo tkiva, sposobne su za aktivno kretanje. To su fagociti i spermatozoidi sisara, ameba, infuzorija-cipela itd. Životinjske ćelije se spajaju u tkiva zahvaljujući supramembranskom kompleksu - glikokaliksu. Onsastoji se od glikolipida i proteina povezanih s ugljikohidratima, te pospješuje adheziju - adheziju staničnih membrana jedna na drugu, što dovodi do stvaranja tkiva. Ekstracelularna probava se također događa u glikokaliksu. Heterotrofni način ishrane određuje prisustvo u ćelijama čitavog arsenala probavnih enzima, koncentrisanih u posebnim organelama - lizosomima, koji se formiraju u Golgijevom aparatu - obaveznoj jednomembranskoj strukturi citoplazme.
U životinjskim ćelijama ova organela je predstavljena zajedničkom mrežom kanala i cisterni, dok kod biljaka izgleda kao brojne različite strukturne jedinice. I biljne i životinjske somatske ćelije dijele se mitozom, dok se gamete dijele mejozom.
Dakle, ustanovili smo da će svojstva ćelija različitih grupa živih organizama zavisiti od karakteristika mikroskopske strukture i funkcija organela.
