Биология 10 класс (угл.) §5 «Методы изучения клетки«. Конспект по учебнику (УМК Теремов, Петросова). Цитаты из учебника использованы в учебных целях для семейного, заочного и дистанционного обучения. Ключевые слова: Микроскопия, хроматография, электрофорез, метод меченых атомов, центрифугирование, метод культуры клеток и тканей, метод рекомбинантных ДНК.
ОГЛАВЛЕНИЕ вернуться к списку конспектов
ВОПРОС в начале параграфа (стр. 28): Рассмотрите рис. 19, 21—23. На чём основаны методы изучения клеток? Сравните между собой изображения клеток на рис. 18, 20, полученные с помощью различных микроскопов.
Конспект §5. Методы изучения клетки
Параграф 5 учебника посвящен методам изучения клеток в биологии. В нем рассматриваются различные подходы и инструменты, используемые для исследования клеточной структуры и процессов жизнедеятельности клеток. Основные методы включают:
- Микроскопия: описывается использование световых и электронных микроскопов для изучения морфологии клеток и их ультраструктуры.
- Физико-химические методы: такие как хроматография, электрофорез и метод меченых атомов, применяются для изучения химического состава и жизнедеятельности клеток.
- Фракционирование клеточного содержимого: метод центрифугирования используется для разделения клеточных структур и макромолекул.
- Методы разделения клеток и их культивирования: позволяют изучать живые клетки под микроскопом, наблюдать за их ростом и размножением вне организма.
- Метод рекомбинантных ДНК: применяется в генной инженерии для изучения механизма наследственности и мутагенеза.
Микроскопия
• Световой микроскоп: первый метод исследования клеточной структуры, разрешающая способность 0,25 мкм.
• Электронный микроскоп: увеличение разрешающей способности до 2 нм, использование потока электронов для создания изображения.
• Флуоресцентный, фазово-контрастный и интерференционный микроскопы для изучения живых клеток.
Физико-химические методы
• Хроматография: разделение веществ по скорости движения через адсорбент.
• Электрофорез: разделение веществ с помощью электрического тока.
• Метод меченых атомов: использование радиоактивных изотопов для отслеживания превращений веществ в клетке.
Фракционирование клеточного содержимого
• Центрифугирование: разделение клеточных структур и макромолекул на фракции.
• Разрушение и измельчение клетки, разделение смеси на фракции с помощью центрифуги.
Методы разделения клеток и их культивирования
• Культура клеток и тканей: изучение живых клеток под микроскопом, наблюдение за ростом и размножением.
• Выделение факторов роста, изучение влияния веществ, получение клеточных гибридов.
Метод рекомбинантных ДНК
• Вырезание ДНК из клетки и встраивание в генетический аппарат бактерий или вирусов.
• Изучение структуры ДНК, синтез новых генов, перенос генов между клетками.
Вопросы и задания
№ 1. Какие микроскопы вам известны? Опишите принцип их действия.
ОТВЕТ: Световой микроскоп: использует свет для изучения объектов. С его помощью можно увидеть бактериальные клетки, митохондрии и другие структуры размером от 0,25 мкм.
Электронный микроскоп: вместо света использует поток электронов, что позволяет достичь более высокой разрешающей способности (до 2 нм). Это даёт возможность рассмотреть ультраструктуру клетки.
№ 2. Сравните строение электронного и светового микроскопов (см. рис. 19). Что выполняет роль светового пучка в электронном микроскопе? Какой части светового микроскопа соответствуют проекционные линзы электронного микроскопа? В чём преимущества электронного микроскопа по сравнению со световым?
ОТВЕТ: В электронном микроскопе роль светового пучка выполняет поток электронов. Проекционные линзы в электронном микроскопе соответствуют частям светового микроскопа, отвечающим за фокусировку изображения. Преимущества электронного микроскопа по сравнению со световым: более высокая разрешающая способность, что позволяет изучать более мелкие структуры.
№ 3. Что такое разрешающая способность оптического прибора? От чего она зависит?
ОТВЕТ: Разрешающая способность — это минимальная дистанция между двумя точками, при которой они воспринимаются раздельно. Она зависит от длины волны используемого излучения и числовой апертуры оптической системы.
№ 4. Чем обусловлено количество клеточных структур, выявленных с помощью микроскопа: степенью увеличения, создаваемого микроскопом, или разрешающей способностью оптического прибора? Ответ поясните.
ОТВЕТ: Количество клеточных структур, которые можно выявить с помощью микроскопа, обусловлено в большей степени разрешающей способностью оптического прибора, а не степенью увеличения. Разрешающая способность определяет минимальную дистанцию между двумя точками, при которой они воспринимаются раздельно. Чем выше разрешающая способность, тем более мелкие детали можно различить.
№ 5. На чём основаны методы хроматографии и электрофореза, используемые для изучения клетки? В чём их сходство? Каково их значение?
ОТВЕТ: Методы хроматографии и электрофореза:
— Хроматография основана на разной скорости движения растворённых веществ через адсорбент. Каждое вещество из смеси передвигается на определённое расстояние в зависимости от своей молекулярной массы.
— Электрофорез использует электрический ток для разделения смеси веществ в растворе.
Сходство методов заключается в том, что они позволяют разделить смеси веществ, выделенные из клетки, определить их качественный и количественный состав.
Значение методов: они помогают изучать химический состав и жизнедеятельность клеток, выявлять функции веществ и прослеживать пути их превращения в клетке.
№ 6. Какими методами можно выделить органоиды клетки и изучить их строение? На каких свойствах основано фракционирование клеточных структур центрифугированием? Для ответа используйте рис. 23.
ОТВЕТ: Для выделения органоидов клетки и изучения их строения используется метод центрифугирования. Он позволяет очистить макромолекулы, выделенные из клетки, и разделить органоиды. Фракционирование клеточных структур центрифугированием основано на разнице в массе и плотности органоидов и других клеточных компонентов. При центрифугировании более тяжёлые фракции оседают на дно пробирки, а более лёгкие собираются на поверхности.
№ 7. Какое значение для цитологии имеет метод культуры клеток и тканей?
ОТВЕТ: Метод культуры клеток и тканей позволяет изучать живые клетки под микроскопом, наблюдать за их ростом и размножением вне организма. С его помощью можно выделять факторы роста, устанавливать влияние на клетки различных веществ, получать клеточные гибриды путём слияния целых клеток или их отдельных компонентов.
Дополнительная информация
Таблица 1. Из истории цитологии
| Дата | Изобретения и открытия в цитологии |
| 1590 г. | Братья Ганс и Захария Янсен (Jansen) изобрели микроскоп, в котором увеличение обеспечивалось соединением двух линз |
| 1665 г. | Роберт Гук (Hook), пользуясь усовершенствованным микроскопом, изучал строение пробки и впервые в труде «Микрография» употребил термин «клетка» (cellula) для описания структурных единиц, из которых состоит эта ткань. Он считал, что клетки пустые, а живое вещество — это клеточные стенки |
| 1650—1700 гг. | Антони ван Левенгук (Leeuwenhoek) при помощи простых, хорошо отшлифованных линз (х 300) наблюдал «зародыши» и различные одноклеточные организмы, в том числе бактерии. Впервые бактерии были описаны в 1676 г. |
| 1700—1800 гг. | Опубликовано много новых описаний и рисунков различных тканей, преимущественно растительных (впрочем, микроскоп в это время рассматривался главным образом как игрушка) |
| 1827 г. | Джон Долланд (Dolland) резко улучшил качество линз. После этого интерес к световой микроскопии как методу исследования клеток быстро возрос |
| 1831 г. | Роберт Броун (Brown) описал ядро как характерное сферическое тельце, обнаруживаемое в растительных клетках |
| 1838—1839 гг. | Теодор Шванн (Schwann) на основе своих исследований и работ Маттиаса Шлейдена (Schleiden) сформулировал клеточную теорию, которая постулировала, что основной структурно-функциональной единицей живого является клетка |
| 1840 г. | Ян Пуркинье (Purkinje) предложил название протоплазма для клеточного содержимого, убедившись в том, что именно оно (а не клеточные стенки) представляет собой живое вещество. Позднее был введён термин цитоплазма (цитоплазма + ядро = = протоплазма) |
| 1855 г. | Рудольф Вирхов (Virchow) показал, что все клетки образуются из других клеток путём клеточного деления |
| 1866 г. | Эрнст Геккель (Haeckel) установил, что хранение и передачу наследственных признаков осуществляет ядро |
| 1866—1888 гг. | Подробно изучено клеточное деление и описаны хромосомы |
| 1880—1883 гг. | Открыты пластиды, в частности хлоропласты |
| 1890 г. | Открыты митохондрии |
| 1898 г. | Открыт аппарат Гольджи |
| 1887—1900 гг. | Усовершенствован световой микроскоп, а также методы фиксации, окрашивания препаратов и приготовления срезов. Цитология приобретает экспериментальный характер. Ведутся эмбриологические исследования, чтобы выяснить, каким образом клетки взаимодействуют друг с другом в процессе роста многоклеточного организма. Одной из отраслей цитологии становится цитогенетика, занимающаяся изучением роли ядра в передаче наследственных признаков |
| 1900 г. | Вновь открыты законы Грегора Менделя (Mendel), что дало толчок развитию цитогенетики. Световой микроскоп почти достиг теоретического предела разрешения, в связи с чем развитие цитологии замедлилось |
| 1930-е гг. | Изобретён электронный микроскоп, обеспечивающий более высокое разрешение |
| с 1946 г. по настоящее время | Электронный микроскоп получил широкое распространение в биологии, предоставив возможность исследовать строение клетки гораздо более подробно. Это «тонкое» строение стали называть ультраструктурой клетки |
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2
Открытие клеточного строения организмов связано с изобретением светового микроскопа.
Данные о клеточном строении организмов обобщены в клеточной теории, согласно которой клетка является структурно-функциональной единицей живого и представляет собой элементарную биологическую систему.
Клетка может существовать в качестве отдельного одноклеточного организма, а также входить в состав тканей многоклеточных организмов. Клетки различны по форме, размеру, функциям, типу обмена веществ, вместе с тем между всеми клетками много общего.
Развитие науки о клетке — цитологии — связано с совершенствованием техники, оптической, люминесцентной, фазово-контрастной, электронной микроскопии, методов хроматографии, электрофореза, меченых атомов, дифференциального центрифугирования, культуры клеток и тканей и рекомбинантных ДНК, которые используют для изучения не только строения самой клетки, но и ультраструктуры её органоидов.
Темы докладов, рефератов и проектов
- История светового микроскопа.
- Современные методы электронной микроскопии.
- Техника приготовления микропрепаратов для работы с микроскопом.
- Физико-химические методы цитологических исследований.
- Метод культуры клеток и тканей и его значение для цитологии.
Вы смотрели: Биология 10 класс (Теремов). Конспекты по учебнику. Цитаты использованы в учебных целях.
Биология §5 Методы изучения клетки.