Биология_с_основами_экологии. Уч. пос. Верхошенцева, 2013

Механическая система служит для фиксации и перемещения различных приспособлений. В ее состав входит несколько частей. Массивное основание микроскопа 1 (рисунок 1), или подставка, имеющее подковообразную форму,

обеспечивает прибору необходимую устойчивость на поверхности рабочего стола. К основанию прикреплена коробка с микрометрическим механизмом

2, с которой подвижно соединен тубусодержатель 3. К тубусодержателю присоединяется головка 8, в гнезде которой с помощью стопорного винта 9

подвижно фиксирована бинокулярная насадка 7 с тубусами 6. Снизу головки

8 прикреплена револьверная пластинка 10, или револьвер, в гнезда которой ввинчиваются объективы.

Столик микроскопа 13, или предметный столик, имеющий круглую форму и отверстие 12 в середине, служит для размещения изучаемого объекта — микропрепарата, который фиксируется с помощью зажима и перемещается с помощью рукоятки препаратоводителя 15. Верхняя часть столика представляет собой вращающийся диск, который с помощью рукоятки 14, можно плавно передвигать в горизонтальной плоскости. Однако пользоваться этим механизмом следует лишь при работе с объективами большого увеличения. Кроме того, при обычной работе следует избегать вращения диска, поэтому его закрепляют с помощью специального стопорного винта столика 19. На боковой поверхности тубусодержателя 3

находится рукоятка макрометрического винта 4, вращая которую можно быстро опускать и поднимать тубусодержатель (вместе с тубусами) и таким образом осуществлять грубую фокусировку. Рядом с этой рукояткой (на боковой поверхности коробки 2) находится рукоятка микрометрического винта 22, при вращении которой можно плавно поднимать и опускать предметный столик и таким образом осуществлять точную фокусировку.

Микрометрическим механизмом следует пользоваться лишь при работе с сильными объективами. Ближе к передней поверхности коробки 2 находится рукоятка конденсатора 20, с помощью которой опускают и поднимают

11

конденсор, имеющий отношение к осветительной системе микроскопа.

Оптическая система служит для получения увеличенного изображения исследуемого материала и состоит из окуляров 5, вставленных в отверстия тубусов, и объективов 11, ввинченных в гнезда револьверной пластинки. В

практической работе студентов обычно используются окуляры, дающие увеличение в 7, 10, 15 раз (х 7, х 10, х 15), а также объектив малого увеличения (х 8), большого увеличения (х 40) и иммерсионный объектив (х 90). Общее увеличение микроскопа при той или иной комбинации окуляра и объектива равно произведению увеличений каждого из них. Например,

комбинация окуляра х 10 и объектива х 40 дает общее увеличение микроскопа в 400 раз.

Осветительная система служит для направления световых лучей на исследуемый объект и состоит из подвижного зеркала 21 и конденсора 17,

который фиксируется с помощью винта 16. Вращением зеркала, имеющего две поверхности (плоскую и вогнутую), световые лучи направляются в конденсор, представляющий собой систему линз, собирающих лучи и направляющих их в объектив (через отверстие в предметном столике и исследуемый объект). При недостаточно ярком источнике освещения

(например, применяя искусственный свет) следует пользоваться вогнутой поверхностью зеркала, которая сильнее концентрирует лучи света.

Конденсор снабжен апертурной диафрагмой 18, вмонтированной в его нижнюю часть, которая также помогает регулировать освещенность объекта исследования. Это достигается перемещением специальной ручки, меняющей величину отверстия диафрагмы и таким образом регулирующей величину проходящего через нее светового потока. Кроме того, интенсивность освещенности объекта можно регулировать перемещением конденсора вверх и вниз с помощью рукоятки 20. При перемещении конденсора вверх освещенность объекта увеличивается, при перемещении вниз — уменьшается

[1, 7, 12].

12

1.2 Установка микроскопа в рабочее положение

Установите микроскоп на поверхности рабочего стола против своего левого плеча (тубусами к себе, предметным столиком от себя). Поворотом револьверной пластинки поставьте объектив малого увеличения (х 8) над отверстием предметного столика таким образом, чтобы он занимал срединное (центрированное) положение по отношению к тубусам (при этом срабатывает защелкивающий механизм). С помощью рукоятки макрометрического винта столика около 1 см. Следует помнить, что изучение любого препарата начинается с использования объектива малого увеличения.

Откройте полностью апертурную диафрагму под конденсором и равномерного освещения всего поля зрения. Установленное освещение должно сохраняться до конца работы с микроскопом. Если же оно случайно будет нарушено, то всю процедуру наведения света нужно повторить с самого начала, используя объектив малого увеличения.

Обратите внимание на ошибки, возникающие при самостоятельной работе с микроскопом:

а) все поле зрения затемнено, причиной чего является недостаточный световой поток, поступающий в объектив (это легко устраняется максимальным открытием диафрагмы и вращением вогнутого зеркала до появления яркого освещения);

б) часть поля затемнена, а часть — освещена, т.е. объектив не занял фиксированного положения в гнезде (для исправления нужно повернуть револьвер до упора, после легкого щелчка объектив займет фиксированное положение).

Помните, что микроскоп является точным прибором и требует бережного отношения. При работе с ним необходимо соблюдать

13

определенные правила:

-при переносе микроскопа с одного места на другое следует держать его одной рукой за тубусодержатель, а другой — за основание;

-рукоятку микрометрического винта нельзя грубо вращать (при одном обороте винта столик перемещается на 0,1 мм, что вполне достаточно для точной фокусировки);

-при переводе объектива револьверную пластинку следует вращать плавно, не допуская повреждения защелкивающего механизма,

обеспечивающего центрированное положение объектива.

1.3 Техника исследования с помощью микроскопа МБР-3

1 Установите микроскоп в рабочее положение.

2 Приготовьте временный препарат клеток эпидермиса лука и рассмотрите его с использованием малого и большого увеличения микроскопа.

3 При изучении наиболее мелких объектов используется иммерсионный объектив (х 90). При работе следует помнить, что иммерсионный объектив, маркированный черной полоской, работает лишь при его погружении в каплю иммерсионного масла.

Порядок работы с иммерсионным объективом:

-поместите препарат на предметный столик микроскопа и изучите его

спомощью объектива малого увеличения (х 8), проделав все необходимые этапы работы, описанные выше. Выбрав необходимый объект, поставьте его точно в центр поля зрения;

-приподняв тубус, осторожным вращением револьверной пластинки поставьте в рабочее положение объектив х 90. Поднимите конденсор вверх

14

до упора. С помощью стеклянной палочки нанесите на покровное стекло каплю иммерсионного масла;

- глядя на препарат сбоку (чтобы не раздавить его), опустите тубус так,

чтобы нижняя линза объектива погрузилась в каплю иммерсионного масла

(до соприкосновения с покровным стеклом);

-глядя в окуляры, очень медленно и плавно поднимайте тубус вращением рукоятки макрометрического винта на себя. Добившись появления изображения объекта, установите более точную фокусировку вращением рукоятки микрометрического винта. Если после прохождения фокусного расстояния (оно измеряется в долях миллиметра) не удалось увидеть изучаемый объект, работу следует повторить, начиная с предыдущего пункта. При безуспешном повторении попыток обнаружить объект убедитесь в его строго центрированном положении, используя объектив малого увеличения, а затем вновь перейдите к работе с иммерсионным объективом;

-закончив изучение препарата, вращением рукоятки макрометрического винта поднимите тубус микроскопа, а затем вращением револьверной пластинки вверните объектив малого увеличения. Лишь после этого препарат можно снять с предметного столика. С помощью марлевой салфетки снимите масло с иммерсионного объектива и препарата.

Во избежание повреждений линз объектива и микропрепарата не следует опускать тубус, глядя в окуляры. Оптические стекла микроскопа протирают специальной фланелевой тряпочкой либо чистой марлевой салфеткой без какого-либо нажима (перед протиранием можно подышать на линзы). Сильно загрязненные линзы протирают салфеткой, слегка смоченной в бензине, а затем чистой сухой салфеткой. Ни в коем случае нельзя развинчивать объективы (это заканчивается их порчей).

После работы с иммерсионным объективом (х 90) с него удаляют иммерсионное масло (сначала чистой фильтровальной бумагой, а затем

15

марлевой салфеткой, слегка смоченной в бензине). Если масло осталось на объективе и засохло, удалить его сможет только специалист. Ни в коем случае нельзя наносить масло на не иммерсионные объективы (х 8, х 40).

Если по ошибке это все же произошло, следует немедленно удалить масло с линзы объектива салфеткой, смоченной в бензине, а затем тщательно протереть сухой чистой салфеткой.

После окончания работы микроскоп необходимо закрыть специальным чехлом. Микроскопы хранят в закрытых от пыли шкафах [1, 12].

2 Химический состав клетки

Основные вопросы темы

1 Химические элементы, входящие в состав клетки.

2 Микроэлементы и их роль в организме.

3 Группы элементов в зависимости от их содержания в организмах.

4Роль воды в клетке.

5Роль солей в жизнедеятельности клеток.

6Неорганические вещества клетки, их значение.

7Органические вещества, входящие в состав клетки.

Организмы животных и растений получают все необходимые элементы из окружающей природы. В клетках содержится около 90 химических элементов, 24 из них имеют известное ученым предназначение. В

зависимости от содержания в организмах элементы делят на три группы.

В первую группу входят О (от 65 % до 70 %), C (от 15% до 18 %),Н (от

8 % до 10 %) и N (от 1,5 % до 3 %). Эти элементы составляют около 97 %

массы клетки, поэтому их называют макроэлементами.

16

Вторую группу составляют Р, S, Cl и металлы: К, Са, Mg, Na и Fe. На их долю приходится около 3 % вещества клетки: Mg входит в состав хлорофилла, от содержания Ca зависит свертываемость крови, Ca и P

участвуют в формировании костной ткани, Fe является необходимой составляющей гемоглобина — белка, участвующего в переносе кислорода к тканям, Na, K, Cl обеспечивают транспорт веществ через клеточную мембрану.

Основной вклад в построение молекул жизненно важных соединений вносят макроэлементы вместе с S и P, поэтому их называют биогенными, или

биоэлементами. Макроэлементы вместе с S входят в состав белков, а вместе с P — в состав нуклеиновых кислот; О, Н, С образуют липиды (с S и P) и

углеводы.

Третья группа объединяет остальные элементы. Их не более 0,01 %

вещества клетки, однако, это не значит, что без них организм может легко обойтись. Элементы третьей группы подразделяют на микро (от 10-12 % до

10-3 %) и ультрамикроэлементы (не более 10-12 %). К последним относят Ag, Au, Hg, Be, U, As и др. Биологическая роль многих из них не выявлена.

Все химические соединения образуют два больших класса:

неорганические и органические. Органические соединения содержат углерод,

его наличие является их отличительным признаком. Из всего многообразия органических соединений особое биологическое значение имеют нуклеиновые кислоты, белки, углеводы и липиды (жиры).

Неорганические вещества. Вода — самое распространенное вещество в живых существах. В многоклеточных организмах вода составляет до 80 %

массы. У человека содержание воды в различных органах колеблется от 10 % (в клетках эмали зубов) до 85 % (в клетках головного мозга). Вода в клетках присутствует в двух формах: свободной (95 % всей воды в клетках) и

связанной (от 4 % до 5 % связана с белками).

17

Молекула воды полярна (диполь). Центры ее положительного (у атомов водорода) и отрицательного (у кислорода) зарядов разнесены. Атом кислорода молекулы воды притягивается к атому водорода другой молекулы с образованием так называемой водородной связи (рисунок 1).

Рисунок 1 – Образование водородной связи между молекулами воды

Значительное сцепление молекул воды между собой и с молекулами других веществ позволяет воде легко перемещаться вверх по сосудам растений и переносить питательные вещества.

Соли. Большая часть неорганических веществ находится в клетке в виде солей. Они образованы катионами К+, Na+, Mg2+, Са2+ и анионами соляной, серной, фосфорной и угольной кислот. Катионы К+, Na+, Са2+

обеспечивают раздражимость клетки. Различное их количество на внешней и внутренней стороне мембраны создает разность потенциалов, позволяющую передавать возбуждение по нерву и мышце. Содержание К+ в мышечных клетках в 30 раз выше, чем в крови; Na+ участвует в транспорте глюкозы,

других сахаров, аминокислот; Ca2+ и Mg2+ активируют ряд ферментов.

Анионы угольной и фосфорной кислот обусловливают буферность клетки — свойство поддерживать необходимую для нормальной жизнедеятельности слабощелочную среду. Некоторые нерастворимые в воде соли входят в состав организмов в твердом виде. Прочность костной ткани придает содержащийся в ее межклеточном веществе фосфат кальция, а крепкие раковины моллюсков состоят из карбоната кальция.

18

Органические вещества. Углеводы - органические соединения с общей химической формулой Сn(H2О)m. Содержание углеводов в животных клетках составляет от 1 % до 5 %, а в клетках растений достигает 70 %.

Углеводы подразделяют на моносахариды (простые сахара),

дисахариды или олигосахариды (состоят из 2-10 молекул простых сахаров) и

полисахариды (сложные сахара).

Липиды — разнообразные по строению жироподобные вещества, почти нерастворимые в воде (гидрофобные), но хорошо растворимые в неполярных растворителях (хлороформе, метаноле). Наиболее распространенные липиды:

воски, нейтральные жиры, фосфолипиды и стероиды.

Белки – высокомолекулярные полимерные органические вещества,

определяющие структуру и жизнедеятельность клетки и организма в целом.

Структурной единицей, мономером их биополимерной молекулы является аминокислота. Все организмы для синтеза белков используют 20 одних и тех же аминокислот, 8 из них не могут синтезироваться организмом человека и должны поступать с пищей — их называют незаменимыми.

Выделяют четыре уровня организации белковых молекул: первичный,

вторичный, третичный и четвертичный (рисунок 2).

Ферменты - органические вещества белковой природы, которые синтезируются в клетках и во много раз ускоряют протекающие в них реакции, не подвергаясь при этом химическим превращениям.

Все ферменты помимо белка содержат небелковые компоненты.

Белковая часть называется апоферментом, а небелковая – кофактор (если это простое неорганическое вещество, например Zn2+) или кофермент

(коэнзим) (если это органическое соединение).

Нуклеиновые кислоты. Мононуклеотиды. Мононуклеотид состоит из одного пуринового (аденин – А, гуанин – Г) или пиримидинового (цитозин – Ц, тимин – Т, урацил – У) азотистого основания, сахара – пентозы и 1-3

остатков фосфорной кислоты.

19

Полинуклеотиды. Существует два типа нуклеиновых кислот: ДНК и РНК. Нуклеиновые кислоты – полимеры, мономерами которых служат нуклеотиды.

Нуклеотиды ДНК и РНК состоят из следующих компонентов:

1.Азотистое основание (в ДНК: аденин, гуанин, цитозин и тимин; в

РНК: аденин, гуанин, цитозин и урацил).

2.Сахар – пентоза (в ДНК – дезоксирибоза, в РНК – рибоза).

3.Остаток фосфорной кислоты.

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота длинноцепочечный неразветвленный полимер, состоящий из четырех типов мономеров – нуклеотидов А, Т, Г, Ц – связанных друг с другом ковалентной связью через остатки фосфорной кислоты (рисунок 3).

РНК – рибонуклеиновая кислота вместо дезоксирибозы содержит рибозу, а вместо тимина – урацил. РНК, как правило, имеют лишь одну цепь,

более короткую, чем цепи ДНК. Двуцепочечные РНК встречаются у некоторых вирусов.

Виды РНК: информационная (матричная) – и – РНК, транспортная – т-

РНК, рибосомная – р – РНК.

Аденозинтрифосфорная кислота – АТФ. Энергия, поступающая с пищей, запасается клеткой в виде химических связей органических молекул,

которые клетка синтезирует. Универсальным источником энергии в клетке являются молекулы глюкозы. Энергия, выделяющаяся при расщеплении глюкозы, запасается в молекулах АТФ — универсальном аккумуляторе энергии. У растений АТФ образуются в хлоропластах в процессе фотосинтеза и в митохондриях. Использование АТФ позволяет организму легко и быстро высвобождать и запасать энергию. По строению АТФ сходна с адениловым нуклеотидом, входящим в состав РНК, только вместо одного остатка фосфорной кислоты (фосфата) в состав АТФ входят три остатка

(рисунок 4).

20