§ 10. Методы изучения клетки

Для изучения строения и жизнедеятельности клеток применяют самые разнообразные методы. Исторически пер­вым таким методом стала световая микроскопия. Световая микроскопия основана на том, что через прозрачный или полупрозрачный объект исследования проходят лучи света, попадающие затем в систему линз объектива и окуляра (рис. ). Эти линзы увеличивают объект исследований. С помощью световых микроско­пов была открыта клетка и неко­торые ее структуры (пластиды, митохондрии, обо­лочка, вакуоли, комплекс Гольджи, клеточный центр). Но многие клеточные структуры или детали их строения невозможно было рассмотреть из-за их прозрачности. Поэтому были разработаны специальные методы фиксации и окрашивания, позволяю­щие получить препараты, на кото­рых хорошо видны окрашенные структуры клетки (рис. ).

Световые микроскопы широко применяются и в настоящее время, однако с их помощью невозможно изучать объекты, размер которых меньше половины длины световой волны. Длина световых волн видимой части спектра света составляет 400—700 нм. Дело в том, что свето­вая волна не может быть отражена очень маленьким предметом, она просто обогнет его. Поэтому у физиков возникла идея использовать вместо луча света пучок электронов, дли­на волны которых значительно меньше длины волны света, и они способны отражаться от мельчайших объектов. Так, в начале 30-х годов XX в. был создан электронный микроскоп, который дал биологам возможность увидеть составные части клеток размером всего 0,1 нм. В электронном микроско­пе видны биологические мембраны (толщина 6—10 нм), рибосомы (ди­аметр около 20 нм) и другие струк­туры клетки.

Для выделения и изучения отдельных органоидов клетки исполь­зуется метод улътрацентрифугирования: разрушенные клетки в пробирках вращают с очень большой скоростью в особых приборах — центрифугах. Так как разные составные части клеток имеют различ­ные массу, размеры и плотность, то они под действием центробежной силы оседают на дно пробирки с разными скоростями. Таким методом выделяют митохондрии, рибосомы и другие органоиды клетки.

В распоряжении ученых сейчас имеется целый ряд хи­мических и физических методов, позволяющих исследо­вать различные виды молекул, входящих в состав клетки. Для изучения локализации от­дельных химических веществ в клетке широко используются мето­ды цито- и гистохимии, основан­ные на избирательном действии реактивов и красителей на опреде­ленные химические вещества ци­топлазмы.

Если требуется проследить за судьбой какого-либо химического со­единения в клетке, то можно заменить один из атомов в его молекуле на радиоактивный изотоп. Тогда эта молекула будет иметь радиоак­тивную метку, по которой ее можно обнаружить с помощью счет­чика радиоактивных частиц или по ее способности засвечивать фото­пленку. Чаще всего в качестве радиоактивной метки используют изо­топы водорода (³Н), углерода (¹⁴С) и фосфора (³²Р).

Метод рентгеноструктурного анализа дает возможность определять простран­ственное расположение атомов и группировок атомов, например, в молекулах ДНК, белков, входящих в состав клеточных структур.

Для изучения процессов деления клеток, их дифференцировки и специализации используют метод клеточных культур — выращивание отдель­ных клеток многоклеточных орга­низмов на питательных средах в стерильных условиях.

При исследовании живых клеток, выяснении функций отдельных органоидов применяют метод микрургии, т.е. оперативное воздействие на клетку: удаление или имплантирование отдельных органоидов, пересаживание их из клетки в клетку, микроинъекции различных веществ и т.д.

Проследить за процессами, происходящими в живой клетке в течение длительного времени, позволяет замедленная киносъемка, либо фотосъемка через мощные световые микроскопы.

1. Любую ли клетку можно рассмотреть в световой микроскоп? 2. Чем электронный микроскоп отличается от светового? 3. Можно ли с помощью электронного микроскопа увидеть бак­терию диаметром 20 мкм? 4. Для чего проводят ультрацентрифугирование и на каких закономерностях оно основано? В каких целях его проводят? 5. В чем состоит сущность методов цито- и гистохимии? 6. Разрешающая способность световых мик­роскопов равна приблизительно половине дли­ны волны света, используемого для освеще­ния объекта. Как вы думаете, можно ли в световой мик­роскоп наблюдать рибосомы, микротрубочки (толщина около 25 нм), эндоплазматическую сеть (толщина мембраны около 6 нм)? Почему вы так решили?