Для чего изучают клетки

Краткое введение в Клеточную биологию

Последние пару лет я занимаюсь исследованиями в области биологии растительной клетки, в частности, я занимаюсь вопросом сигналинга и регуляции клеточных процессов. В свободное время балуюсь биоинформатикой, классическими ML задачами, и спортивной биомеханикой. Этой весной я, по счастливой случайности выплыл в реальный мир и пообщался с реальными людьми, что позволило мне понять, как мало обычный человек знает о том, как устроен его организм и мир вокруг. Это и натолкнуло меня на мысль написать цикл статей о том как устроен наш организм, как работают клетки и как наконец хранится информация в ДНК (подробные описания встречаются, увы, крайне редко, а ведь для понимания работы ДНК не хватает знания о 4 нуклеотидах). Но начну я пожалуй с самого простого, с состава клеток (для начала в очень упрощенной форме).

Ни для кого не секрет, что почти все живое в этом мире состоит из клеток, будь то мы с вами, любимый кот, водоросли, или бактерии помогающие переваривать все то, чем современный человек загружает свой желудок. Однако большинство людей почти ничего не знает о том, как устроены клетки и как они работают. Многие из вас могут возразить, что их работа не связанна с биологией и эти знания им не нужны, и это ваше право. Однако в большинстве насущных проблем биологическое знание может нам помочь (например понять абсурдность рекламы большинства омолаживающих кремов, важности антибиотиков и их правильного приема, всю абсурдность споров на тему ГМО и т.д.).

Для начала, в каких пределах варьируют размеры клеток? Одной из самых маленьких клеток является Mycoplasma genitalium. По сути это мелкий паразит, живущий на слизистой приматов (половые + дыхательные путей). И она по-настоящему маленькая, примерно 300 нанометров в диаметре (кто забыл, нанометр это 0.000000001 метра). Самой большой клеткой является страусовое яйцо. Да! Это всего одна клетка, просто непривычно большая. Средняя же клетка нашего тела примерно 5-20 мкм в диаметре. Что бы было понятней, сравним с простым листом A4.

Собственно клеток в нашем организме довольно много, и по разным оценкам много это от 1 до 100 триллионов. Последнее время я сталкивался с цифрой в 37 триллионов, остановимся на ней. Клетка состоит из мембраны, различных «органов», называемых органоидами. Все остальное пространство в ней заполнено цитоплазмой.

Клеточное ядро

Мы привыкли, что в одной клетке одно ядро, максимум 2. На самом деле существуют заметные выбросы из этих данных. Так у инфузории туфельки 2 ядра, а в некрофагах их может быть до сотни. Ядро относится к двумембранным органоидам, то есть окружена двумя мембранами, контролирующими транспорт веществ в него и наружу. Именно в нем хранится почти 99,9% всей ДНК клетки и именно оно содержит всю необходимую клетке наследственную информацию. Хранение ДНК не единственная задача ядра, в нем так же осуществляется синтез рибосом, о которых я расскажу чуть позже.

Митохондрия

В клетках эукариот именно они отвечают за производство энергии (помимо еще парочки путей производства энергии о которых мы пока говорить не будем). Обычно в клетке несколько митохондрий и их совокупность называется митохондрионом. Как и ядро, митохондрия так же является двумембранным органоидом. Однако структура мембран отличается от ядерной, но не будем усложнять. Митохондрии часто называют полуавтономными органоидами. Почему? Потому что внутри митохондрии содержится собственная ДНК, кодирующая часть собственных ферментов и участвующая в регуляции работы органоида. Также у них имеется собственная система синтеза белка. По своим размерам митохондрии напоминают бактерии. И стоит отметить, что существует теория их бактериального происхождения. Предполагается, что древние предки современных эукариотических клеток вступили в симбиоз с древними бактериями, «переехавшими» жить внутрь клеток. Клетки обеспечивали им постоянную среду и приток всех необходимых элементов, в связи с чем бактериальные клетки, в процессе эволюции, утратили уже ненужные гены для выживания в суровых условиях окружающей среды. В свою очередь они стали своего рода фабриками по трансформации соединений вроде глюкозы в АТФ (форму энергии, в основном используемую клеткой).

Лизосомы

В отличие от ранее описанных органоидов лизосомы имеют лишь одну мембрану, да и как можно заметить они намного меньше чем ядро, или митохондрии. Под липидной оболочкой лизосомы содержится пуль гидролитических ферментов. Не смотря на свой размер она участвует в целом ряде процессов. Так она переваривает крупные полимеры белков и углеводов, попавших в клетку; может также переваривать старые (сломавшиеся) клеточные органеллы; участвует в иммунных ответах (с их помощью макрофаги переваривают вредные бактерии); регулирует процессы роста и наконец участвует в ряде сигнальных путей. Но мы пока запомним, что они участвуют в переваривании различных веществ, попавших в клетку, для дальнейшего их использования при биосинтезе клеточных структур, или выработке энергии митохондриями.

Рибосомы

На них я сегодня планирую закончить свой рассказ. Данные органеллы являются безмембранными. Да и сами по себе они самые маленькие (если не считать отдельных элементов клеточного скелета и одиночных ферментов). Созданные в ядре и питаемые АТФ произведенной митохондриями они усиленно синтезируют клеточные белки (начиная от мелких сигнальных белков, заканчивая ферментами и крупными клеточными структурами типа ионных каналов и т.д.). В клетке их огромное множество, по разным оценкам от 1 до 5 миллионов. Так же стоит отметить, что существует два типа рибосом, первый, более крупный располагается в цитоплазме клеток, второй же характерен для внутреннего содержимого митохондрий.

Я все еще не рассказал о таких важных компонентах, как комплекс Гольджи и эндоплазматический ретикулум. Но об этом потом.

Давайте подытожим и сформируем логическую цепочку происходящего.

Ядро содержит информацию, регулирующую работу всей клетки. Поступающие извне вещества, при необходимости, перевариваются в лизосомах, а продукты распада используются для синтеза компонентов клетки и производства энергии, за которое отвечают митохондрии. Потраченная энергия используется для синтеза белков рибосомами, находящимися как внутри митохондрий, так и в клеточной цитоплазме.

Источник

Что изучает клеточная биология?

Клеточная биология, или цитология – раздел биологии, которая изучает главные единицы жизни – клетки. Эта субдисциплина затрагивает все аспекты клетки, включая анатомию, деление (митоз и мейоз) и различные клеточные процессы (например, клеточное дыхание и гибель клеток). Клеточная биология не является самостоятельной дисциплиной, но тесно связана с другими областями биологии, такими как генетика, молекулярная биология и биохимия.

Основываясь на одном из основных принципов биологии – клеточной теории, исследование клеток было бы невозможно без изобретения микроскопа. В современных современных микроскопах, таких как сканирующий (растровый) электронный микроскоп и просвечивающий (трансмиссионный) электронный микроскоп, клеточные биологи могут получить подробные изображения наименьшей из клеточных структур и органелл.

Что такое клетка?

Все живые организмы состоят из клеток. В некоторых организмах их число может насчитывать триллионы. Существует два основных типа клеток: эукариотические и прокариотические клетки. Эукариотические клетки имеют выраженное ядро, тогда как ядро у прокариот не выражено или не окружено ядерной мембраной. Хотя все живые существа состоят из клеток, эти клетки различаются среди разных организмов. Некоторые из отличительных характеристик включают структуру клеток, размер, форму и содержание органелл. Например, клетки животных, растений и бактерий имеют сходство, они также заметно отличаются.

Клетки имеют разные способы деления. Некоторые из этих методов включают: бинарное деление, митоз и мейоз. Клетки содержат генетический материал организма (ДНК), который дает инструкции для всей клеточной активности.

Почему клетки движутся?

Движение клеток необходимо для выполнения ряда функций. Некоторые из этих функций включают деление клеток, определение формы клетки, борьбу с инфекционными агентами и восстановление тканей. Передвижение внутренних клеток необходимо для траспортировки веществ в клетку и из нее, а также для перемещения органелл во время деления клеток.

Карьера в клеточной биологии

Исследование в области клеточной биологии может привести к различным карьерным путям. Многие клеточные биологи являются учеными-исследователями, которые работают в промышленных или академических лабораториях. Другие возможности для клеточного биолога включают:

Знаменательные события в клеточной биологии

На протяжении истории было несколько значительных открытий, которые привели к развитию области клеточной биологии, как она существует сегодня. Ниже приведены некоторые из этих основных событий:

Типы клеток

Человеческое тело имеет множество различных типов клеток. Эти клетки различаются по своей структуре и роли, а также подходят для тех функций, которые они выполняют в организме. Примеры клеток в организме включают: стволовые клетки, половые клетки, клетки крови, жировые клетки и раковые клетки.

Источник

Цитология и ее методология

Цитология начала свой путь развития относительно недавно, в этой статье мы обсудим клеточную теорию и методы, которые используются в цитологии для изучения клеток (методологию).

Клеточная теория

В 1665 году Роберт Гук, используя микроскоп собственного изобретения, смог различить ячеистые структуры пробки ветки бузины. Эти ячеистые структуры напомнили Роберту Гуку монашеские кельи, он ввел термин клетка (от лат. сеllа — комната, келья).

На самом деле Роберт Гук увидел не живые клетки, как он предполагал, а оставшиеся от них плотные клеточные стенки, которые и представляли собой ячеистую структуру.

В 70-х годах XVII века нидерландский натуралист Антони ван Левенгук открыл целый мир, невидимый невооруженным глазом. Он увидел в микроскопе простейшие организмы: инфузорий, сперматозоидов, а также дрожжи, бактерии, эпидермис кожи.

В течение 50 лет он отсылал результаты своих наблюдений в Лондонское королевское общество. Поначалу они были встречены со скептицизмом, но когда комиссия ученых лично во всем убедилась и подтвердила подлинность его исследований, Антони ван Левенгук был избран действительным членом Лондонского королевского общества.

В последующее время было много описаний самых разных клеток, однако обобщить накопленный материал оказалось не легкой задачей. С ней в 1839-1840 годах справились немецкий ботаник Маттиас Шлейден и немецкий зоолог Теодор Шванн.

Допустили ли Шлейден и Шванн ошибки? Да, они были. Ошибочно предположение о том, что клетка может образоваться из неклеточного вещества.

Важное дополнение в 1855 в клеточную теорию внес Рудольф Вирхов, который утверждал, что любая клетка может образоваться только путем деления материнской клетки.

XX век несомненно стал веком биологических наук: цитологии, генетики. Это произошло во многом благодаря клеточной теории.

Микроскопия

Некоторое внимание уделим направлениям в биологии, которые необходимо знать на современном этапе технического прогресса.

Биоинженерия

То есть биоинженерия занимается преимущественно технической частью. Медицинское направление в биоинженерии ищет замену органам и тканям человека, которые утратили свою функциональную активность и требуют «замены».

Биотехнология

Это разительно отличается от задач биоинженерии, хотя безусловно, эти дисциплины смежные. Все-таки в биотехнологии происходит большее вторжение в живой мир, по сути человек выступает эксплуататором, достигая с помощью животных, растений и грибов своих целей. Человек проводит искусственный отбор, отделяя особей, которые продолжат род, от других, «менее перспективных».

Представляет собой совокупность методов и технологий, которые приводят к получению рекомбинантных РНК и ДНК, выделению генов из клеток и внедрения их в другие организмы.

Изменив молекулу ДНК или РНК, человек добивается своей цели: клетка начинает синтезировать с нее белок. Он то и нужен человеку, такие продукты жизнедеятельности активно используются в медицине, к примеру, при изготовлении антибиотиков.

Представляет собой совокупность методов и технологий, используемых для конструирования новых клеток. В основе лежит идея культивирования клеток тканей вне организма.

С помощью клеточной инженерии возможно бесполое размножение ценных форм растений. Часто получаются, так называемые, гибридные клетки, которые сочетают свойства, к примеру, раковых клеток и лимфоцитов, в результате становится возможно быстрое получение антител.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Методы изучения клетки: какие методы используются в цитологии

Содержание:

Методы изучения клетки. Таблица

Микроскопия

Информацию в таблице «Методы цитологии» рекомендуется дополнить рассказом о световом и электронном микроскопах. Начало изучения микромира связано с изобретением первого светового микроскопа в 1590 году (братьями Янсен). Первые исследования клеточного строения живых организмов с помощью микроскопа выполнили Р. Гук (1665 г.) и А. Левенгук (1696 г.).

Исторически первый метод исследования в цитологии не растерял своего значения до наших дней. Современные методы изучения клетки — фазово-контрастная и интерференционная микроскопия. Разновидности световых микроскопов позволяют различать тонкие детали в живой клетке без ее фиксации и окрашивания.

Особенности метода электронной микроскопии:

Какие методы используются в цитологии, во многих случаях зависит от особенностей объектов. Флуоресцентная микроскопия предназначена для изучения образцов с собственной флуоресценцией, таких как хлорофилл, который в синем свете флуоресцирует красным. Можно исследовать и другие объекты, предварительно окрасив их определенными флуоресцентными красителями.

Флуоресцентный и конфокальный микроскопы позволяют получать изображения некоторых объектов с максимальным разрешением. Трансмиссионный микроскоп дает изображение среза «на просвет». Сканирующий электронный микроскоп дает объемные изображения объектов.

В настоящее время жизнь клетки исследуют на уровне органелл, молекул и атомов. В цитологии используют методы молекулярной биологии, гистологии, микробиологии, биохимии, физиологии. Смежные науки развиваются в тесном контакте друг с другом. Подразделы биологии используют сходные методы исследования, а открытия в одной области оказывают влияние на развитие других дисциплин.

Источник

Что изучает цитология: цитология как наука, предмет изучения

Содержание:

Что изучает цитология — понятно из названия этого подраздела общей биологии. Слово «цитос» в переводе с греческого означает «клетка», «логос» — «учение», «смысл». Цитология — это наука о клетке. Основные вехи развития, положения клеточной теории изучают в курсе биологии в 9–11 классах, средних и высших учебных заведениях.

Цитология — это в биологии наука о клетке

Предметом изучения является элементарная единица строения живых организмов. Таким образом, цитология — это наука, изучающая строение и процессы жизнедеятельности клеток. Они способны расти, обмениваться веществами с окружающей средой, размножаться. Выяснение особенностей, условий протекания этих процессов, их роли в жизнедеятельности — таковы основные задачи цитологии.

Большое значение для первых цитологических открытий имело создание оптических приборов. Итальянский врач Дж. Фракасторо в 1538 году впервые предложил скомбинировать линзы для лучшего рассмотрения предметов. В 1590–1610 годах появились сведения о световых микроскопах.

Основные вехи зарождения и развития цитологии:

Какая наука изучает строение и функции клеток

Что такое цитология в биологии? Это раздел, изучающий строение отдельных органелл и всей клетки, процессы ее функционирования, деления, старения и смерти. Другое название науки о клетке — это «клеточная биология».

Знания о клетке как универсальном строительном блоке живой природы сформировались между 1830 и 1855 годами. С начала XX века новые разработки различных технологий помогли изучить тонкие структуры, химические и физические процессы жизнеобеспечения внутри клетки. Совершенствовался терминологический аппарат (система терминов) молодой науки.

К способам изучения клетки, известным ранее, добавились новые методы исследования:

Различные открытия, изобретения, теории в области строения клетки, взаимосвязь с биохимией и генетикой позволили цитологии стать одной из динамично развивающихся биологических наук.

Источник