La struttura, l'ultrastruttura e il funzionamento degli organelli cellulari sono attualmente studiati utilizzando i seguenti metodi principali: luce ed elettroni, campo scuro, contrasto di fase, polarizzazione, microscopia a fluorescenza, utilizzata per studiare la struttura, ultrastruttura di cellule fissate e centrifugazione differenziale , che consente di isolare singoli organelli e analizzarli utilizzando metodi citochimici, biochimici, biofisici e di altro tipo.
Microscopia ottica.
Il principio del metodo è che un raggio di luce, passando attraverso un oggetto, entra nel sistema di lenti dell'obiettivo e costruisce un'immagine primaria, che viene ingrandita utilizzando le lenti dell'oculare. La parte ottica principale del microscopio, che ne determina le capacità principali, è l'obiettivo.
Nei microscopi moderni le lenti sono intercambiabili, il che rende possibile studiare le cellule a diversi ingrandimenti. La caratteristica principale di un microscopio come sistema ottico è la risoluzione, cioè la capacità di dare un'immagine separata di due oggetti vicini l'uno all'altro.
Le immagini prodotte dall'obiettivo possono essere ingrandite molte volte, utilizzando un potente oculare o, ad esempio, proiettandole su uno schermo (fino a 10 5 volte). Il potere risolutivo di un microscopio ottico è limitato dalla lunghezza d'onda della luce: quanto più corta è la lunghezza d'onda, tanto maggiore è il potere risolutivo. Tipicamente, i microscopi ottici utilizzano sorgenti luminose nella regione visibile dello spettro (400-700 nm), quindi la risoluzione massima del microscopio in questo caso non può essere superiore a 200-350 nm (0,2-0,35 µm). Se utilizzi la luce viola (260-280 nm), puoi aumentare la risoluzione a 130 - 140 nm (0,13-0,14 micron). Questo sarà il limite della risoluzione teorica di un microscopio ottico, determinato dalla natura ondulatoria della luce.
Pertanto, tutto ciò che un microscopio ottico può fornire come dispositivo ausiliario al nostro occhio è aumentare la sua risoluzione di circa 1000 volte (l'occhio umano nudo ha una risoluzione di circa 0,1 mm, che equivale a 100 micron). Questo è l'ingrandimento “utile” del microscopio, al di sopra del quale aumenteremo solo i contorni dell'immagine senza rivelare nuovi dettagli in essa. Pertanto, quando si utilizza la luce visibile, 0,2-0,3 µm è il limite di risoluzione finale di un microscopio ottico.
Microscopio elettronico.
Per la microscopia elettronica a scansione, il materiale viene spesso congelato per produrre una superficie ricoperta di ghiaccio. In questo caso, la perdita di acqua e sostanze idrosolubili viene eliminata e anche i cambiamenti chimici nelle strutture sono minori. Quando si analizzano i dati ottenuti utilizzando un microscopio elettronico, è necessario ricordare che questo metodo esamina gli stati statici della cellula al momento del rapido arresto del movimento del citoplasma causato dall'influenza delle sostanze chimiche fissatrici.
Microscopia in campo oscuro.
La sua essenza è che, come le particelle di polvere in un raggio di luce (effetto Tyndall), minuscole particelle (meno di 0,2 micron) brillano in una cella sotto illuminazione laterale, la cui luce riflessa entra nella lente del microscopio. Questo metodo è stato utilizzato con successo nello studio delle cellule viventi.
Sono ampiamente utilizzati per determinare la localizzazione dei siti di sintesi dei biopolimeri, per determinare il trasporto di sostanze in una cellula, per monitorare la migrazione o le proprietà delle singole cellule. metodo dell'autoradiografia- registrazione delle sostanze marcate con isotopi. Ad esempio, utilizzando questo metodo, utilizzando precursori di RNA marcati, è stato dimostrato che tutto l'RNA è sintetizzato solo nel nucleo interfase e la presenza di RNA citoplasmatico è il risultato della migrazione delle molecole sintetizzate dal nucleo.
In citologia, vari metodi analitici e preparativi biochimica. In quest'ultimo caso è possibile ottenere vari componenti cellulari sotto forma di frazioni separate e studiarne la chimica, l'ultrastruttura e le proprietà. Attualmente, quasi tutti gli organelli e le strutture cellulari sono ottenuti sotto forma di frazioni pure.
Uno dei modi principali per isolare le strutture cellulari è centrifugazione differenziale (separazione). Il principio della sua applicazione è che il tempo impiegato dalle particelle per depositarsi in un omogeneizzato dipende dalla loro dimensione e densità: più la particella è grande o pesante, più velocemente si depositerà sul fondo della provetta. Per accelerare questo processo di sedimentazione vengono utilizzate le accelerazioni create da una centrifuga.
Mediante ripetuta centrifugazione frazionata di sottofrazioni miste, si possono ottenere frazioni pure. Nei casi di separazione più fine delle frazioni, viene utilizzata la centrifugazione in gradiente di densità di saccarosio, che consente di separare bene componenti che differiscono anche leggermente tra loro per gravità specifica. Le frazioni risultanti, prima di essere analizzate con metodi biochimici, devono essere controllate per la purezza utilizzando un microscopio elettronico.
Domande di controllo:
1. Livelli di organizzazione della materia vivente
2. Teoria cellulare dell'organizzazione degli organismi
3. Metodi di ricerca in citologia
4. Obiettivi e oggetto della citologia
5. Progettazione del microscopio ottico
6. Struttura del microscopio elettronico
7. Precauzioni di sicurezza durante il lavoro citologico
8. Requisiti per la preparazione del materiale biologico per la ricerca citologica
9. Sostanze fissatrici, meccanismo d'azione
10. Citochimica, requisiti dei materiali e capacità
11. Analisi quantitativa (morfometria), requisiti e capacità
12. Artefatti in citologia, modi per oggettivare i risultati
1. Zavarzin A.A., Kharazova A.D. Fondamenti di citologia generale. - L., 1982.
2. Chentsov Yu.S. Nozioni di base di citologia. - M., 1984.
3. Shubnikova E.A. Morfologia funzionale dei tessuti. - M., Casa editrice dell'Università statale di Mosca, 1981.
Attualmente ampiamente utilizzato in medicina metodi di ricerca citologica E diagnostica citologica per riconoscere molte malattie.
La diagnosi citologica si basa sullo studio dell'immagine microscopica di un campione contenente sia singole cellule che cellule all'interno del tessuto, nonché l'ambiente cellulare in condizioni normali e in vari processi patologici.
I citologi conducono studi preventivi, fanno diagnosi preliminari e valutano i risultati del trattamento.
Gli studi citologici vengono utilizzati in oncologia per riconoscere i tumori; in ematologia - per diagnosticare malattie e valutare l'efficacia del loro trattamento; in ginecologia - allo scopo di diagnosticare il cancro e i disturbi ormonali; per riconoscere molte malattie dell'apparato respiratorio, della digestione, della minzione, del sistema nervoso, ecc.
Valery Ivanovich Klyuchnikov lavora come citologo presso il Centro medico e chirurgico nazionale da cui prende il nome. N.I. Pirogova.
"Conduco principalmente ricerche utilizzando la microscopia di strisci citologici, impronte, raschiature, materiale ottenuto durante la biopsia e la puntura", riferisce Valery Ivanovich, fornendo parte dei risultati del suo lavoro quotidiano. "Faccio microfotografie utilizzando il trinoculare Mikromed-1, una fotocamera Altami USB 3150 R6 1/2 CMOS (3 Mpix) e il programma 2.0.0, che è comodo per misurare gli elementi."
Fig. 1. Epitelio ghiandolare
SU Figura 1 Viene presentata una micrografia dell'epitelio ghiandolare del canale ecclesiastico. Le cellule epiteliali ghiandolari sono delineate in forme ellittiche.
“Gli studi citologici del canale cervicale, cioè del canale cervicale dell'utero, vengono effettuati per prevenire il cancro precanceroso e cervicale. Questa micrografia mostra un normale epitelio ghiandolare del canale cervicale, ma credo che questo sia un esempio di striscio scarsamente colorato. È impossibile trarne conclusioni a causa della presenza di artefatti. Gli artefatti qui sono accumuli sciolti di vernice (difetti nella colorazione della pennellata). Questi sono oggetti che interferiscono e talvolta distorcono il quadro generale dell’analisi”, spiega Valery Ivanovich.
Viene mostrato uno studio del normale tipo proliferativo di striscio figura 2. È stato prelevato uno striscio dalla superficie esterna della cervice e dal canale cervicale (CC). “Qui vediamo cellule superficiali di epitelio squamoso multistrato (MSE) con piccoli nuclei e un accumulo di cellule epiteliali ghiandolari dal CC sotto forma di una struttura ghiandolare (striscia) con grandi nuclei ipercromici (densi). In un programma Studio Altamiè stato prodotto: è stato misurato il diametro di un tale nucleo e il suo valore è risultato pari a 11,46 micron", commenta V.I.
Riso. 2. Misurazione del diametro del nucleo dell'epitelio ghiandolare
Micrografia accesa Figura 3 con un'immagine di uno striscio di tipo proliferativo dalla superficie esterna della cervice. “Questo è un normale striscio di una donna in età riproduttiva (fertile). Nella prima fase del ciclo è caratterizzata da un'abbondanza di cellule MSE superficiali mature. In altri casi, questo tipo di striscio può essere un segno di patologia. La microfotografia mostra cellule MSE con piccoli nuclei ed è presente anche una microflora a bastoncini", afferma il citologo Valery Ivanovich.
Riso. 3. Striscio di tipo proliferativo
L'esame microscopico di uno striscio di tipo proliferativo talvolta consente di diagnosticare la natura virale della patologia cervicale ( Riso. 4). “In questa micrografia osservo la normale microflora dei bastoncini vaginali, ma un aumento dei nuclei delle singole cellule con la formazione di una zona perinucleare di schiarimento (coilocitosi). Ciò indica un danno alle cellule epiteliali causato dall’infezione da papillomavirus umano”, osserva V. I. Klyuchnikov.
Riso. 4. Infezione da papillomavirus umano (PVI)
SU Figura 5 Viene presentata una microfotografia di uno striscio prelevato dalla superficie esterna della cervice di una donna in menopausa. “Qui posso confermare la diagnosi di infiammazione acuta, vale a dire colpite atrofica (vaginite). Ciò è indicato da un abbondante accumulo di leucociti e da un aumento del nucleo cellulare. Nello Studio Altami è stato misurato il diametro di un nucleo scelto casualmente dalla microfotografia. Il diametro era di 14,71 micron”, risponde il nostro intervistato.
La colpite atrofica è un complesso di sintomi causato da una significativa diminuzione del contenuto di estrogeni, che porta all'assottigliamento dell'epitelio squamoso stratificato.
"L'esame citologico è uno dei metodi principali per la diagnosi obiettiva della colpite atrofica", afferma Valery Ivanovich.
Riso. 5. Colpite atrofica
Oltre agli esami ginecologici, Valery Ivanovich diagnostica i noduli tiroidei ( Riso. 6). “In questa microfotografia possiamo osservare le cellule normali dell'epitelio della tiroide (TG) nella massa di colloide solubile da esse prodotto (una sostanza compattata simile al muco). Lo striscio prelevato evidenzia una vacuolizzazione, cioè un tipo di degenerazione cellulare caratterizzata dalla formazione di vacuoli nel citoplasma. Ciò indica vari disturbi nel metabolismo delle cellule, nella loro funzione e struttura", riferisce Valery Ivanovich.
Il gozzo colloidale della ghiandola tiroidea è una malattia che si sviluppa a causa della carenza di iodio. Come misura preventiva per prevenire la formazione di noduli, è sufficiente consumare iodio e vitamine.
Riso. 6. Gozzo prevalentemente colloidale
“Esamino anche gli strisci preparati dal punteggiato. Un punto è una piccola quantità di tessuto o fluido rimossa mediante puntura con un ago sottile. La seguente microfotografia mostra l'esame del puntato di un nodulo tiroideo ( Riso. 7).
In questo caso, rappresenta piccole cellule tiroidee di tipo A monomorfe (che mantengono la stessa forma durante l'intero periodo dello sviluppo) in piccoli grappoli. C'è la tendenza a formare strutture microfollicolari (strisce, rosette), cioè si sospetta un adenoma.
Un adenoma monomorfo è, in poche parole, un singolo nodo denso che si trova in profondità nella ghiandola.
Ma non bisogna aver paura di questa diagnosi; l’adenoma tiroideo è un tumore benigno e raramente diventa maligno”.
Riso. 7. Adenoma tiroideo
La citologia viene utilizzata anche per esaminare lo stomaco, sulla base dei materiali ottenuti durante l'endoscopia ( Riso. 8). Il diametro del nucleo delle cellule epiteliali gastriche è stato misurato nel programma Altami Studio. "Queste sono cellule epiteliali normali, il diametro di uno dei nuclei più grandi è di 54,7449 micron", osserva V. I. Klyuchnikov.
Riso. 8. Materiale endoscopico dallo stomaco
“Per contare gli elementi del sangue, la loro concentrazione e determinare la mobilità, utilizzo La macchina fotografica di Goryaev(Fig. 9). È calibrato nel programma Altami Studio. Usando la fotocamera di Goryaev mi è conveniente determinare l'ingrandimento del microscopio. Lo utilizzo esclusivamente come calibratore.”
Riso. 9. La macchina fotografica di Goryaev
“La citologia è una scienza piuttosto complessa e, inoltre, soggettiva. Per questo motivo il citologo non deve solo avere le qualifiche adeguate, ma anche una vasta esperienza nel campo della citologia”, condivide Valery Ivanovich. “Gli studi citologici sono necessari per diagnosticare varie condizioni della cervice, per studiare i tumori della tiroide e per altri esami preventivi. Attualmente, gli studi citologici, che hanno ricevuto riconoscimenti e un ampio utilizzo, stanno ottenendo un grande successo nel garantire la salute della popolazione”, afferma il citologo Valery Ivanovich Klyuchnikov.
Durante uno studio citologico, la struttura delle cellule viene studiata per identificare tumori maligni, benigni e lesioni di natura non tumorale. Lo scopo principale dello studio è confermare o confutare il fatto di malignità delle cellule prelevate per l'analisi.
I metodi di ricerca citologica si basano sullo studio della struttura delle cellule, della composizione cellulare dei fluidi e dei tessuti al microscopio.
Esistono i seguenti metodi di ricerca citologica:
- microscopia ottica;
- microscopio elettronico;
- metodo di centrifugazione. Viene utilizzato quando è necessario separare le membrane cellulari dalla struttura generale;
- metodo dell'atomo taggato. Sono utilizzati per studiare i processi biochimici nelle cellule: a questo scopo viene introdotto in essi un isotopo radioattivo marcato;
- studio per tutta la vita. Questo metodo di ricerca consente di studiare i processi dinamici che si verificano nella cellula.
La conclusione di uno studio citologico si basa sulle caratteristiche dei cambiamenti nel citoplasma, nel nucleo cellulare, nel rapporto nucleo-citoplasma, nella formazione di complessi e nelle strutture cellulari.
L'analisi citologica viene utilizzata durante un esame preventivo, per chiarire la diagnosi, durante l'intervento chirurgico, per individuare tempestivamente le recidive e per monitorare l'avanzamento del trattamento.
Esame citologico degli strisci
Per l'analisi vengono utilizzati i seguenti materiali:
- liquidi: urina, secrezioni prostatiche, espettorato, tamponi ottenuti durante endoscopia di vari organi, secrezioni da capezzoli, impronte e raschiature da superfici ulcerate ed erose, ferite e fistole, liquidi da cavità sierose e articolari;
- punteggia: materiali biologici ottenuti durante una puntura diagnostica eseguita con un ago sottile;
- strisci dalla cavità e dalla cervice.
La maggior parte di questi studi citologici su strisci vengono eseguiti se necessario, per stabilire e chiarire la diagnosi. Ma si raccomanda un esame citologico di uno striscio cervicale (Pap test): una volta all'anno - per le donne di età superiore ai 19 anni che sono sessualmente attive; due volte l'anno - per le donne che assumono contraccettivi ormonali e hanno avuto l'herpes genitale; più di due volte l'anno - per le donne che soffrono di infertilità, sanguinamento uterino, obesità, che cambiano spesso partner sessuale, che assumono estrogeni, che hanno verruche sui genitali e a cui è stato diagnosticato l'herpes genitale.
Esame citologico della cervice
Per l'esame citologico della cervice si preleva uno striscio dalle parti esterne ed interne della cervice e dalla volta vaginale utilizzando una speciale spatola di legno. Quindi viene trasferito sul vetro e fissato.
Viene effettuato un esame citologico della cervice per identificare i cambiamenti cancerosi nelle cellule e, in conclusione, il medico indica uno dei cinque stadi della condizione delle cellule:
- stadio 1. Non vengono trovate cellule con anomalie;
- stadio 2. Ci sono piccoli cambiamenti nella struttura delle cellule causati dall'infiammazione degli organi genitali interni. Questa condizione delle cellule non causa preoccupazione, ma si consiglia alla donna di sottoporsi a ulteriori esami e trattamenti;
- stadio 3. È stato trovato un piccolo numero di cellule con anomalie nella struttura. In questo caso, si consiglia di ripetere lo striscio o di condurre un esame istologico del tessuto modificato;
- stadio 4. Vengono trovate singole cellule con alterazioni maligne. Non viene fatta una diagnosi finale, viene prescritto un esame aggiuntivo;
- stadio 5. Nello striscio si trova un gran numero di cellule tumorali.
L'affidabilità di tale studio citologico è elevata, ma può fornire solo informazioni sull'area da cui sono state prelevate le cellule per l'analisi. Per valutare le condizioni delle tube di Falloppio, delle ovaie e dell'utero, dovresti sottoporsi a un esame completo.
Non solo le vittime di queste malattie, ma anche le loro famiglie soffrono molto di malattie ereditarie (genetiche). I genitori a volte sono tormentati da un senso di colpa che li spinge all'alcol, alla droga e porta al divorzio. Prendersi cura di un bambino malato consuma tempo, energia e risorse, a volte privando gli altri bambini di un normale ambiente domestico.
Allo stesso tempo, utilizzando metodi genetici è possibile determinare quanto è grande il rischio di avere un figlio malato. Esistono diversi metodi per studiare l'ereditarietà umana.
Metodo genetico
La base di questo metodo è lo studio del pedigree di una particolare famiglia. Questo metodo aiuta a stabilire modelli di ereditarietà di vari tratti umani, sia normali che associati a malattie ereditarie.
Metodo gemellare
È noto che le differenze tra gemelli fraterni sono determinate dal genotipo e tra gemelli identici da fattori ambientali. Pertanto, attraverso studi sui gemelli, è possibile stabilire l'influenza dell'ambiente e dell'ereditarietà sullo sviluppo di vari tratti, comprese le malattie. Ad esempio, sia i gemelli identici che quelli fraterni soffrono di morbillo, il che conferma la dipendenza della malattia da fattori ambientali, dall'ingresso dell'agente patogeno nel corpo.
La difterite o la tubercolosi sono causate dai loro agenti patogeni, ma il genotipo gioca un ruolo nel rischio di contrarre queste malattie. E se uno dei gemelli identici contrae questa malattia, è probabile che anche l’altro la contragga.
Metodo citologico
Il metodo citologico si basa sull'esame microscopico della struttura dei cromosomi nelle persone sane e malate. Un numero anormale di cromosomi sessuali (più o meno di 46) si verifica nei casi in cui la divergenza dei cromosomi nella meiosi viene interrotta e un cromosoma in più o in meno finisce nei gameti (sindrome di Down, sindrome di Shereshevsky-Turner, ecc.).
Metodo biochimico
Il metodo biochimico si basa sullo studio dei processi biochimici che si verificano nel corpo, chiamati metabolismo (metabolismo). Sono note molte malattie ereditarie associate a disturbi metabolici (disturbi congeniti), tra cui l'albinismo.
L'uso dei metodi descritti in genetica e medicina consente di identificare tempestivamente alcuni disturbi che si verificano nel corpo a livello cellulare. Pertanto, un esame del sangue consente di determinare anomalie genetiche come la malattia di Tay-Sachs, l'anemia falciforme, l'emofilia, la fibrosi cistica, causate da alcuni disturbi genetici (mutazioni).
Altre anomalie genetiche sono causate non dalla presenza di geni mutanti, ma da una violazione del comportamento dei cromosomi durante la meiosi (sindrome di Down), vale a dire: mancata disgiunzione della 21a o 22a coppia di cromosomi durante la meiosi. Gli individui con questa malattia si distinguono per una serie di tratti caratteristici: ritardo mentale, presenza di una piega cutanea all'angolo degli occhi, fisico tozzo e allegria.
Attualmente la genetica e la medicina dispongono di una tecnica che permette di individuare un numero anomalo di cromosomi nel feto alla 16a settimana di gravidanza. Per fare questo, un campione di liquido amniotico viene prelevato mediante puntura del sacco amniotico, le sue cellule vengono esaminate e viene determinato se sono presenti anomalie cromosomiche.
Recentemente alcuni ricercatori sono riusciti a ridurre l'incidenza di alcune malattie ereditarie negli animali da laboratorio. Ciò fa sperare che col tempo sarà possibile individuare e curare alcune malattie genetiche umane anche allo stadio fetale.
Livello cellulare dell'organizzazione della vita
§ 16. Storia dello studio delle cellule. Metodi di ricerca citologica.
Storia dello studio delle cellule.
Il mondo delle cellule rimase completamente sconosciuto fino alla metà del XVII secolo, quando gli uomini impararono a molare le lenti e ad usarle per migliorare la vista.
Uno dei primi creatori del microscopio fu Robert Hooke fisico, meteorologo, biologo, ingegnere, architetto. IN 1665 pubblicò un album di disegni chiamato "macrografia", che presentava le sue osservazioni al microscopio.
Uno dei contemporanei più dotati di Hooke era l'olandese Anthony van Leeuwenhoek, che ha creato 200 microscopi di sua progettazione speciale. Leeuwenhoek riuscì ad aumentare di 270 volte il numero degli oggetti e fece scoperte eccezionali.
Roberto Brown nel 1833 scoprì il nucleo di una cellula. Dopo 1825 gennaio Purkinje sviluppato metodi efficaci per preparare e colorare preparati per apparecchiature microscopiche.
Teoria cellulare proposta per le piante in 1837 Botanico tedesco Mattia Schleiden, e fu esteso al mondo animale dal suo amico fisiologo Theodor Schwann. Poco dopo è stato integrato Rudolf Virchow, in cui 1885 formulò la proposizione “Ogni cellula deriva da una cellula”.
A metà del XIX secolo. la teoria cellulare divenne generalmente accettata e la base per la scienza cellulare - citologia. Entro la fine del 19 ° secolo. sono stati scoperti molti componenti delle cellule. Gli scienziati li hanno descritti e hanno dato loro dei nomi.
Ma in 1945 I citologi hanno esaminato le cellule per la prima volta utilizzando un microscopio elettronico e hanno visto molte strutture precedentemente sconosciute. Quindi, il ruolo decisivo nello sviluppo della citologia appartiene alle nuove scoperte in altre scienze, in particolare nella fisica.
Metodi di ricerca citologica.
Il metodo principale è metodo della microscopia ottica. Prevede l'uso di un microscopio ottico, ma solo i preparati citologici appositamente preparati possono essere esaminati al microscopio ottico.
Per preparare i preparativi, i citologi utilizzano vetrini e oggetti appositamente preparati che possono essere esaminati.
Molto spesso, queste strutture sono incolori, quindi devono essere verniciate con coloranti speciali, ogni volta diversi, a seconda delle strutture che si desidera vedere.
Esistono due metodi: un metodo per preparare preparati a pressione: l'oggetto in studio viene semplicemente frantumato in uno strato tra un vetrino e un vetrino coprioggetto, e un metodo per preparare sezioni sottili costituite da un singolo strato di cellule.
Utilizzato per studiare le cellule viventi Metodo della microscopia a contrasto di fase. Si basa sul fatto che le singole sezioni di una cella trasparente differiscono l'una dall'altra per densità e rifrazione della luce.
Quando studiano le cellule viventi, usano anche Metodo della microscopia a fluorescenza. Il suo significato sta nel fatto che un certo numero di sostanze hanno la capacità di brillare quando assorbono l'energia luminosa. Ad esempio, se guardi le cellule vegetali attraverso un microscopio a fluorescenza, sul corpo blu scuro vedrai grani rossi che brillano intensamente: questi sono cloroplasti.
Esiste un metodo che utilizza isotopi etichettati - metodo dell'autoradiografia- registrazione delle sostanze marcate con isotopi. Usando questo metodo, puoi vedere quali parti della cellula ricevono sostanze marcate con isotopi radioattivi.
Metodo della microscopia elettronica Il citologo ha scoperto quelle strutture cellulari che hanno dimensioni inferiori alla lunghezza d'onda della luce. Grazie a questo metodo è stato possibile esaminare virus e organelli su cui avviene la sintesi proteica (ribosomi).
I citologi possono anche ottenere e studiare vari componenti delle cellule utilizzando frazionamento cellulare. La cellula viene prima distrutta e quindi le strutture cellulari vengono isolate utilizzando un dispositivo speciale: una centrifuga.
Metodo di utilizzo della coltura cellulareè un metodo di conservazione e coltivazione a lungo termine in speciali mezzi nutritivi di cellule, tessuti, piccoli organi o loro parti isolate dal corpo umano, animale o vegetale. Un vantaggio importante di questo metodo è la capacità di osservare l'attività vitale delle cellule utilizzando un microscopio.
L'importanza dei metodi citologici nella diagnosi e nel trattamento delle malattie umane.
1) Metodi citologici sono utilizzati in medicina per studiare lo stato fisiologico del corpo umano basato sullo studio della struttura delle cellule. Sono utilizzati per identificare le malattie del sangue, riconoscere tumori maligni e benigni, molte malattie dell'apparato respiratorio, della digestione, della minzione, del sistema nervoso e il loro trattamento.
2) Cellula staminaleè una cellula immatura capace di autorinnovarsi e svilupparsi in cellule specializzate del corpo. Nel corpo adulto le cellule staminali si trovano principalmente nel midollo osseo e in piccolissime quantità in tutti gli organi e tessuti. Possono essere usati per trattare molte malattie.
§ 17. Struttura delle cellule dei procarioti e degli eucarioti.
Unità della struttura cellulare.
Il contenuto di qualsiasi cella è separato dall'ambiente esterno da una struttura speciale - membrana plasmatica (plasmalemma). Questo isolamento permette di creare un ambiente molto particolare all'interno della cellula, a differenza di quello che la circonda. Pertanto, nella cella possono verificarsi processi che non si verificano altrove; processi vitali.
Viene chiamato l'ambiente interno di una cellula vivente, delimitato dalla membrana plasmatica citoplasma. Include ialoplasma(sostanza trasparente di base) e organelli cellulari, nonché varie strutture non permanenti - inclusioni. Includono anche gli organelli presenti in qualsiasi cellula ribosomi, dove succede sintesi proteica.
La struttura delle cellule eucariotiche.
Eucarioti- Questi sono organismi le cui cellule hanno un nucleo. Nucleo- questo è l'organello stesso della cellula eucariotica in cui sono immagazzinate le informazioni ereditarie registrate nei cromosomi e da cui vengono trascritte le informazioni ereditarie. Cromosomaè una molecola di DNA integrata con proteine. Il nucleo contiene nucleolo- il luogo in cui si formano altri importanti organelli coinvolti nella sintesi proteica - ribosomi. Ma i ribosomi si formano solo nel nucleo e funzionano (cioè sintetizzano le proteine) nel citoplasma. Alcuni di essi sono liberi nel citoplasma e altri sono attaccati alle membrane, formando una rete chiamata endoplasmatico.
Ribosomi- organelli non di membrana.
Reticolo endoplasmaticoè una rete di tubuli delimitati da membrana. Ne esistono di due tipi: lisci e granulari. I ribosomi si trovano sulle membrane del reticolo endoplasmatico granulare, quindi le proteine vengono sintetizzate e trasportate lì. E il reticolo endoplasmatico liscio è il sito di sintesi e trasporto di carboidrati e lipidi. Non ci sono ribosomi su di esso.
La sintesi di proteine, carboidrati e grassi richiede energia, che viene prodotta nella cellula eucariotica dalle “stazioni energetiche” della cellula - mitocondri.
Mitocondri- organelli a doppia membrana in cui avviene il processo di respirazione cellulare. I composti organici vengono ossidati sulle membrane mitocondriali e l'energia chimica viene accumulata sotto forma di speciali molecole energetiche (ATP).
C'è anche un posto nella cellula dove i composti organici possono accumularsi e da dove possono essere trasportati: questo è Apparato del Golgi, sistema di sacchi a membrana piatta. È coinvolto nel trasporto di proteine, lipidi e carboidrati. L'apparato del Golgi produce anche organelli per la digestione intracellulare - lisosomi.
Lisosomi- Gli organelli a membrana singola, caratteristici delle cellule animali, contengono enzimi in grado di scomporre proteine, carboidrati, acidi nucleici e lipidi.
Una cellula può contenere organelli che non hanno una struttura a membrana, come ribosomi e citoscheletro.
Citoscheletro- questo è il sistema muscolo-scheletrico della cellula, comprende microfilamenti, ciglia, flagelli, il centro della cellula, che produce microtubuli e centrioli.
Ci sono organelli caratteristici solo delle cellule vegetali - plastidi. Ci sono: cloroplasti, cromoplasti e leucoplasti. Il processo di fotosintesi avviene nei cloroplasti.
Anche nelle cellule vegetali vacuoli- prodotti di scarto della cellula, che sono serbatoi di acqua e di composti in essa disciolti. Gli organismi eucarioti comprendono piante, animali e funghi.
La struttura delle cellule procariotiche.
Procarioti- organismi unicellulari le cui cellule non hanno un nucleo.
Le cellule procariotiche sono di piccole dimensioni e immagazzinano materiale genetico sotto forma di una molecola di DNA circolare (nucleoide). Gli organismi procarioti includono batteri e cianobatteri, precedentemente chiamati alghe blu-verdi.
Se il processo di respirazione aerobica si verifica nei procarioti, per questo vengono utilizzate speciali sporgenze della membrana plasmatica - mesosomi. Se i batteri sono fotosintetici, il processo di fotosintesi avviene sulle membrane fotosintetiche - tilacoidi.
La sintesi proteica nei procarioti avviene a ribosomi. Le cellule procariotiche hanno pochi organelli.
Ipotesi sull'origine degli organelli delle cellule eucariotiche.
Le cellule procariotiche sono apparse sulla Terra prima di quelle eucariotiche.
1) ipotesi simbiotica spiega il meccanismo di comparsa di alcuni organelli della cellula eucariotica: mitocondri e plastidi fotosintetici.
2) Ipotesi di intussuscezione- afferma che l'origine della cellula eucariotica deriva dal fatto che la forma ancestrale era un procariota aerobico. Gli organelli in esso contenuti sono nati a seguito dell'invaginazione e del distacco di parti del guscio, seguito dalla specializzazione funzionale nel nucleo, nei mitocondri, nei cloroplasti di altri organelli.
§ 18. Membrane cellulari. Trasporto di sostanze attraverso le membrane. L'apparato superficiale della cellula, le sue funzioni.
Membrane cellulari.
Membrane biologiche- si tratta di sottili strutture adiacenti di dimensioni molecolari situate sulla superficie delle cellule e delle parti subcellulari, nonché di tubuli e vescicole che penetrano nel protoplasma. La funzione delle membrane biologiche è quella di regolare il trasporto di ioni, zuccheri, aminoacidi e altri prodotti metabolici.
La base di ogni membrana è un doppio strato di fosfolipidi.
Tuttavia, lo strato bilipidico non è una membrana già pronta, ma solo la sua base. Proteine chiamate proteine di membrana. Sono le proteine di membrana che determinano molte delle proprietà delle membrane. Anche i carboidrati fanno parte delle membrane e formano complessi con proteine o lipidi. La membrana è costituita da uno strato bilipidico in cui galleggiano (o sono fissate) le molecole proteiche, formando al suo interno una sorta di mosaico.
La struttura della membrana corrisponde alle sue funzioni: trasporto, barriera e recettore.
1) Funzione barriera. La membrana è una barriera che impedisce l'ingresso di varie sostanze chimiche e altri agenti nelle cellule.
2) Funzioni dei recettori. La superficie della membrana ha un ampio insieme di recettori che rendono possibili reazioni specifiche con vari agenti.
3) Funzione di trasporto. Il trasporto di ioni e sostanze avviene attraverso la membrana.
Coprendo la cellula e separandola dall'ambiente, le membrane biologiche garantiscono l'integrità delle cellule e degli organelli. Mantiene una distribuzione non uniforme di potassio, sodio, cloro e altri ioni tra il protoplasma e l'ambiente.
Una membrana particolarmente importante nella cellula è plasmalemma- membrana superficiale. Svolge funzioni di barriera, trasporto, recettore e segnalazione.
Trasporto di sostanze attraverso le membrane.
Ci sono due processi attivi: esocitosi ed endocitosi.
Le sostanze vengono rimosse dalla cella tramite esocitosi- fusione delle vescicole intracellulari con la membrana plasmatica. Le sostanze possono entrare nella cellula attraverso endocitosi. Durante il processo di endocitosi, la membrana plasmatica forma delle concavità e cresce, che poi si staccano e diventano vescicole o vacuoli.
Esistono due tipi di endocitosi:
- Pinocitosi- assorbimento di sostanze liquide e disciolte mediante piccole bolle;
- Fagocitosi- assorbimento di particelle di grandi dimensioni come microrganismi o detriti cellulari.
Nel caso della fagocitosi si formano grandi bolle, chiamate vacuoli.
Le molecole attraversano le membrane attraverso i processi: diffusione semplice, diffusione facilitata, trasporto attivo.
Diffusione semplice- Questo è un esempio di trasporto passivo, passando da una zona con una maggiore concentrazione di molecole ad una zona con una concentrazione minore. Per semplice diffusione, le sostanze non polari (idrofobe) solubili nei lipidi e piccole molecole scariche (ad esempio l'acqua) penetrano nella cellula. Tuttavia, la maggior parte delle sostanze viene trasportata attraverso la membrana utilizzando proteine di trasporto in essa incorporate. Esistono due forme di indirizzo: diffusione facilitata e trasporto attivo.
Diffusione facilitataè determinato da un gradiente di concentrazione e le molecole si muovono secondo questo gradiente. La molecola però è carica, il suo trasporto è influenzato sia dal gradiente di concentrazione che dal potenziale di membrana.
Trasporto attivoè il trasporto di soluti contro un gradiente di concentrazione utilizzando l'energia dell'ATP. L'energia è necessaria perché la materia deve muoversi, contrariamente alla sua naturale tendenza a muoversi per diffusione, nella direzione opposta. Un esempio è la pompa sodio-potassio. Secondo le leggi della diffusione, gli ioni Na si muovono costantemente nella cellula e gli ioni K+ escono dalla cellula. La violazione della concentrazione richiesta di questi ioni porta alla morte cellulare.
Apparato superficiale della cellula.
Una varietà di cellule procariotiche ed eucariotiche è costituita da parti: apparato superficiale, citoplasma, apparato nucleare.
Apparato di superficie le cellule svolgono tre funzioni universali per tutti i tipi di cellule: barriera, trasporto, recettore. Può anche svolgere una serie di funzioni specifiche (ad esempio, la funzione di turgore meccanico della parete cellulare nelle cellule vegetali). L'apparato superficiale delle cellule è costituito da sistemi: la membrana plasmatica, il complesso sopramembrana e l'apparato muscolo-scheletrico sottomembrana (cioè sottomembrana).
membrana plasmatica, o plasmalemma, è il sistema principale dell'apparato di superficie, universale per tutte le cellule. Al di sotto si trova un sistema sottomembrana, che è coinvolto nel trasporto e nella ricezione transmembrana e fa parte del citoplasma.
Struttura sopramembrana L'apparato di superficie interagisce tra le cellule e l'ambiente esterno o con altre cellule. Nelle cellule animali, il complesso sopramembrana, o glicocalice, svolge un ruolo importante nella funzione recettoriale delle cellule. Il glicocalice è costituito da carboidrati ed è relativamente sottile ed elastico.
Appartiene alle strutture sopramembrana derivate parete cellulare. Deve essere prodotto dalle cellule di piante, funghi e batteri. La parete cellulare delle piante contiene cellulosa, funghi - chitina, batteri - mureina. È abbastanza rigido e non si restringe. Acqua, sali e molecole di molte sostanze organiche passano attraverso la parete cellulare. Il fenomeno della plasmolisi e della deplasmolisi nelle cellule vegetali.
Plasmolisi- è la separazione del citoplasma dalla membrana quando la cellula è immersa in condizioni ipertoniche, cioè concentrato dall'esterno, soluzione. Se le cellule animali vengono immerse in una soluzione ipertonica, si restringono. A volte le cellule plasmolizzate rimangono vive. Se tali cellule vengono immerse in acqua in cui la concentrazione di sali è inferiore a quella della cellula, si verifica la deplasmolisi.
Deplasmolisi- questo è il ritorno del citoplasma delle cellule vegetali dallo stato di plasmolisi al suo stato originale.