- •Общая организация митотических хромосом
- •Часть I. Введение. Предмет клеточной биологии
- •Глава 1. Клеточная теория
- •1. Клетка – элементарная единица живого
- •2. Клетка – единая система сопряженных функциональных единиц
- •3. Гомологичность клеток
- •4. Клетка от клетки
- •5. Клетки и многоклеточный организм
- •6. Тотипотентность клеток
- •Глава 2. Методы клеточной биологии
- •Световая микроскопия
- •Витальное (прижизненное) изучение клеток
- •Изучение фиксированных клеток
- •Электронная микроскопия
- •Контрастирование корпускулярных объектов
- •Ультрамикротомия
- •Фракционирование клеток
- •Часть II. Строение и химия клеточного ядра Глава 3. Центральная догма молекулярной биологии
- •Глава 4. Морфология ядерных структур Роль ядерных структур в жизнедеятельности клетки
- •Ядерные компоненты прокариот
- •Ядро эукариотических клеток
- •Эухроматин и гетерохроматин
- •Хромосомный цикл
- •Общая морфология митотических хромосом
- •Клеточный цикл эукариот
- •Эндорепродукция и полиплоидия
- •Глава 5. Структура и химия хроматина
- •Основные белки хроматина - гистоны
- •Нуклеосомы при репликации и транскрипции
- •Второй уровень компактизациии – 30 нм фибрилла
- •Негистоновые белки
- •Глава 6. Ядерный белковый матрикс Общий состав ядерного матрикса
- •Днк ядерного белкового матрикса
- •Четвертый – хромонемный уровень упаковки хроматина
- •Глава 7. Общая организация митотических хромосом
- •Часть III
- •Глава 8. Ядрышко – источник рибосом
- •Ядрышко во время митоза: периферический хромосомный материал
- •Глава 9. Нерибосомные продукты клеточного ядра Транскрипция нерибосмных генов
- •Морфология рнп-компонентов в ядре
- •Глава 10. Ядерная оболочка
- •Часть IV. Цитоплазма
- •Глава 11. Гиалоплазма и органеллы
- •Глава 12. Общие свойства биологических мембран
- •Глава 13. Плазматическая мембрана
- •Клеточная стенка (оболочка) растений
- •Глава 14. Вакуолярная система внутриклеточного транспорта
- •Глава 15. Аппарат (комплекс) Гольджи
- •Глава 16. Лизосомы
- •Глава 17. Гладкий ретикулум и другие мембранные вакуоли
- •Часть V. Цитоплазма: системы энергообеспечения клеток
- •Глава 18. Митохондрии – строение и функции
- •Глава 19. Пластиды
- •Часть VI. Цитоплазма: Опорно-двигательная система (цитоскелет)
- •Глава 20. Промежуточные филаменты
- •Глава 21.Микрофиламенты
- •Глава 21. Микротрубочки
- •Глава 23. Клеточный центр
- •Двигательный аппарат бактерий
- •Часть VII. Механизмы клеточного деления. Глава 24. Митотическое деление клеток. Общая организация митоза
- •Различные типы митоза эукариот
- •Центромеры и кинетохоры
- •Длительность фаз митоза
- •Глава 25. Мейоз
- •Глава 26. Регуляция клеточного цикла
- •Фактор стимуляции митоза
- •Циклины
- •Регуляция клеточного цикла у млекопитающих
- •Глава 27. Гибель клеток: некроз и апоптоз
- •Апоптоз
Электронная микроскопия
Рассматривая характеристики светового микроскопа, можно убедиться, что единственным путем увеличения разрешения оптической системы будет использование источника освещения, испускающего волны с наименьшей длиной. Таким источником может быть раскаленная нить, которая в электрическом поле выбрасывает поток электронов, последний можно фокусировать, пропуская через магнитное поле. Это послужило основой для создания электронного микроскопа, в котором уже сейчас достигнуто разрешение в 1 А (0,1 нм). По принципу конструкции электронный микроскоп очень сходен с оптическим: в нем есть источник освещения (катод электронной пушки), конденсорная система (конденсорная магнитная линза), объектив (объективная магнитная линза), окуляр (проекционные магнитные линзы), только вместо сетчатки глаза электроны попадают на люминесцирующий экран или на фотопластинку (рис. 7).
Основная часть такого микроскопа представляет собой полый цилиндр (колонка микроскопа), из которого откачан воздух для того, чтобы не было взаимодействия электронов с молекулами газов и окисления вольфрамовой нити накаливания в катоде электронной пушки. Между катодом и анодом подается высокое напряжение (от 50 до 200-5000 кВ), что служит причиной ускорения электронов. В центре анода есть отверстие, проходя через которое электроны формируют пучок, идущий вниз по колонке микроскопа. Линзы электронного микроскопа представляют собой электромагниты, поле которых может изменять путь электронов (как стеклянные линзы изменяют путь фотонов). В конденсорной линзе пучок электронов фиксируется и попадает на объект, с которым электроны взаимодействуют, отклоняются, рассеиваются, поглощаются или проходят без изменения. Электроны, прошедшие через объект, фокусируются объективной линзой, которая формирует увеличенное первичное изображение объекта. Так же как в световом микроскопе, объективная линза определяет его основные показатели. Первичное изображение увеличивается проекционной линзой и проецируется на экран, покрытый люминесцентным слоем, светящимся при попадании на него электронов. Вместо светящегося экрана изображение можно поместить на фотопластинку и получить снимок.
Напряжение, которое используется для ускорения электронов в большинстве просвечивающих (трансмиссионных) электронных микроскопов, достигает 50-150 кВ. При напряжении в 50 кВ электрон обладает длиной волны в 0,05 А, и в этом случае теоретически можно было бы получить разрешение в 0,025 А (d ~ 0,5 ). Однако в современных конструкциях электронных микроскопов достигается разрешение около 1 А из-за недостаточной стабильности напряжения, стабильности тока линз, неоднородности металла магнитных линз и других несовершенств прибора (теоретически возможно еще повысить разрешение электронного микроскопа в 100 раз). Но и достигнутое разрешение огромно (вспомним, что величина О-Н связи в молекуле воды равна 0,99 А): оно сейчас уже в 106 раз выше разрешающей способности глаза!
На экранах и фотопластинках электронных микроскопов можно получить увеличение до 50 000 раз, в дальнейшем при фотопечати можно получить еще 10-кратное увеличение, так что конечное увеличение, при котором максимально реализуется разрешение, может достигать 106 раз (например, если 1 мм увеличить в 106 раз, то он достигнет длины в 1 км).
В настоящее время электронно-микроскопическое изображение с флуоресцирующего экрана с помощью цифровой телекамеры передается прямо в компьютер, где на экране монитора его можно обрабатывать различным образом (изменять увеличение, контрастность изображения, применять денситометрию, плани- и морфометрию отдельных компонентов). Используя принтер можно получить отпечатки полученных изображений.
Максимальное разрешение электронного микроскопа (ЭМ) реализуется сейчас только при исследовании металлов или кристаллических решеток. На биологических объектах такого разрешения получить пока не удается из-за низкой контрастности объекта. Биологические объекты для исследования в ЭМ помещаются на медные сеточки, покрытые тонкими пленками – подложками (формвар, коллодий, углерод), состоящими в основном из углерода. Биологические объекты также в основном содержат углерод и, следовательно, мало по плотности будут отличаться от фона, будут мало контрастны. Показано, что минимальная толщина биологического объекта с плотностью около 1 г/см3, выявляемого при ускоряющем напряжении в электронном микроскопе 50 кВ, равна 50 А. Вирусы, расположенные на поддерживающей пленке, будут видны в этом случае в виде бесструктурных пятен, а молекулы нуклеиновых кислот (толщина ДНК равна 20 А ) вообще не видны из-за низкого контраста. Контраст биологических объектов можно повысить, используя тяжелые металлы или их соли.