У -14 Клітина як основна структурно-функціональна одиниця живої природи

Тема:

Історія вивчення клітини. Методи цитологічних досліджень.

Живі істоти складаються з клітин, виняток становлять віруси.

План:

§  поняття про клітинний рівень життя;

§  етапи розвитку цитології та методи цитологічних досліджень;

§  основні положення клітинної теорії;

§  методи цитологічних досліджень;

§  самовіддана праця вчених при вивченні клітини.

Словник:

Клітина - основна одиниця будови і функцій живої природи,

Цитологія - наука про клітину,

Методи цитологічних досліджень.

а) Самостійна робота (виконання тесту). Виберіть вірні твердження із поданих:

1.       Жири - це гідрофільні речовини.

2.       Денатурація - це порушення тільки первинної структури білка.

3.       Аденін завжди комплементарний тиміну.

4.       Вторинна структура білків має вигляд глобули.

5.       Найбільше енергії виділяється при розщепленні вуглеводів.

6.       Урацил входить до складу РНК.

7.       Спадкову інформацію з ядра до місця синтезу білків передає тРНК.

8.       Полімер складається з мономерів.

9.       До складу ДНК входять 5 різних нуклеотидів.

10.    Прискорення біохімічних реакцій забезпечують ферменти.

11.    Вода, яка утворюється при окисленні жиру, називається ендогенною.

12.    Всі ферменти - білки.

13.    Всі білки - ферменти.

14.    До органогенних хімічних елементів належить: фтор, ферум, нітроген, фосфор.

15.    Вторинну структуру білка підтримують водневі зв'язки.

16.    До біополімерів належить вода.

17.    Сахароза - це дисахарид.

18.    Рибоза, дезоксирибоза - моносахариди.

19.    Амінокислотні залишки сполучаються у поліпептидний ланцюг завдяки водневим зв'язкам.

20.    Процес відновлення природної структури білка після її порушення називають деструкцією.

Вірні твердження: … ?

б) Бесіда за питаннями:

1.       Які ви знаєте рівні організації живої матерії?

2.       У чому проявляється безперервність рівнів один щодо одного?

3.       Що ви знаєте про будову клітин?

4.       Що спільного та відмінного в одноклітинних, колоніальних і багатоклітинних організмів?

Клітина - основна одиниця будови і функцій живої природи

Протягом багатьох століть учені намагалися з'ясувати, з чого "складаються" людина, тварини, рослини. В чому суть тієї загадкової матерії, яка "живе"? З попередніх уроків ми дізналися, що існує декілька рівнів організації живої матерії і основою основ їх усіх (за винятком вірусів) є клітина - як одиниця живого, найменша структура, яка виконує функції, які і визначають стан, який має назву - життя. До таких функцій відносяться: поглинання речовин і енергії, використання енергії для побудови складних сполук із більш простих, ріст і розмноження. Деякі організми, наприклад бактерії або амеби, побудовані всього тільки з однієї клітини, інші - із мільярдів клітин. Однак, хоч різні організми дуже сильно відрізняються один від одного і за розмірами, і за способом життя, між їхніми клітинами багато спільного: всі клітини складаються з хімічних речовин одного і того ж типу і ці речовини підлягають в клітинах однаковим перетворенням.

У багатоклітинних організмів клітини відрізняються за особливостями будови та виконуваними функціями; утворюють тканини, органи та їхні системи. Отже, багатоклітинний організм функціонує як цілісна система, а клітини є його елементарними структурними складовими частинами.

Цитологія - наука про клітину. Історія вивчення клітини

Цитологія (від грец. Kytos - клітина) - наука про клітину. Сучасна цитологія вивчає будову клітин, їх функціонування як елементарних живих систем; досліджує функції окремих клітинних компонентів, процеси відтворення клітин, їх репарацію, пристосування до умов середовища та інші процеси, які дозволяють судити про загальні для всіх клітин властивості і функції. Цитологія розглядає також особливості спеціалізованих клітин, етапи становлення їх особливих функцій і розвиток специфічних клітинних структур.

За останні 50 років цитологія із описово-морфологічної переросла в експериментальну науку, яка ставить перед собою завдання вивчення фізіології клітини, її основних життєвих функцій і властивостей, її біології. Іншими словами, сучасна цитологія - це фізіологія клітини. Можливість такого переключення інтересів дослідників виникла в зв'язку з тим, що цитологія тісно пов'язана з науковими і методичними досягненнями біохімії, біофізики, молекулярної біології і генетики.

Предмет цитології, вивчення і зміст досліджень

Предмет цитології	Зміст вивчення й експериментального дослідження
Клітини живих організмів - одноклітинних і багатоклітинних	§  Будова і хімічний склад клітин. §  Функції внутрішньоклітинних структур. §  Функції клітин у живих організмах. §  Розмноження і розвиток клітин. §  Пристосування клітин до умов навколишнього середовища

Світ клітин невидимий неозброєним оком. Він залишався повністю невідомим до середин ХVII ст., поки люди не навчилися шліфувати лінзи і використовувати їх для розширення можливостей зору.

Одним із перших творців мікроскопа був англієць Роберт Гук - фізик, метеоролог, біолог, інженер, архітектор, один із найвизначніших представників свого часу. У 1665 р. він опублікував чудовий альбом малюнків під назвою "Мікрографія", що зображують його спостереження під мікроскопом. Серед них був і тонкий зріз пробкової тканини дерева, структура якого нагадувала маленькі камери на зразок приміщень, у яких знаходяться в'язні. Р. Гук дав цим структурам назву "клітина". Так це слово і закріпилось у науці.

"Подивитися в мікроскоп здатен кожний, однак тільки деякі можуть судити про побачене", - цілком справедливо висловився італієць Ф. Фонтен.

Отак і буде надалі. Мікроскоп даватиме людини можливість зазирнути у святая святих життя, його ж вабливі таємниці спонукатимуть вдосконалювати мікроскоп.

На тих, хто вибрав у науці шлях, відкритий винахідниками мікроскопа, чекали на цьому шляху величезні відкриття.

Пройдемо і ми цей шлях, відкриємо для себе світ цитологічних досліджень. Спробуємо узагальнити основні знання про клітину як одиницю життя, що нагромадило людство.

Історія вивчення клітини (заповнити таблицю)

Учений	Внесок у дослідження клітин
Роберт Гук - англійський природодослідник (1665 р.)	Ввів поняття "клітина" для характеристики виявлених порожнистих утворень корка
Маргелло Мальчіні - італійський лікар, біолог (1675 р.), Н. Грю - англійський дослідник (1682 р.)	Узагальнили і поглибили уявлення про анатомічну будову рослин (вивчили будову провідних елементів, різні тканини)
Антоні ван Левенгук - голландський учений (1675 р.)	Удосконалення мікроскопа; вперше описав мікроскопічну будову інфузорій, бактерій, сперматозоїдів тварин, еритроцитів крові
Ш. Брісс-Мірбе - французький учений (1802 р.)	Встановив, що всі рослинні організми утворені тканинами, які, в свою чергу, складаються з клітин
Жан-Батіст Ламарк - французький учений (1808 р.)	Поширив ідею Ш. Брісс-Мірбе про клітинну будову рослин на тваринні організми
Ян Пуркіне - чеський учений, гістолог (1825 р.)	Відкрив ядро в яйцеклітині птахів
Карл Бер - російський природодослідник (1827 р.)	Відкрив яйцеклітину в ссавців; встановив, що всі багатоклітинні організми починають свій розвиток з однієї клітини
Роберт Броун - англійський учений, ботанік, один із засновників ембріології рослин (1831 р.)	Уперше описав ядро в рослинних клітинах
Горянінов П.Ф. - російський учений (1834 р.)	Висловив положення про єдність рослин і тварин на підставі спільності для них клітинної будови
Маттіас Шлейден - німецький учений ботанік, Теодор Шванн - німецький учений, зоолог (1839 р.)	Основоположники клітинної теорії
Рудольф Вірхов - німецький учений, патолог (1859 р.)	Доповнив клітинну теорію важливим положенням про те, що всяка клітина утворюється з існуючої клітини в результаті її поділу

3. Основні положення клітинної теорії, сформульовані Т. Шванном і М. Шлейденом у 1839 р. і подальший її розвиток (основні положення сучасної клітинної теорії)

Положення клітинної теорії Т. Шванна, М. Шлейдена (1839 р.)	Положення сучасної клітинної теорії
1) "Всі організми складаються з клітин; клітини ці утворюються і ростуть за однаковими законами"	1) Визначення поняття "клітина". Клітина - елементарна жива система, основа будови, життєдіяльності, розмноження та індивідуального розвитку прокаріот і еукаріот
2) Загальний принцип розвитку для елементарних частин організму - клітиноутворення... Клітини утворюються із безструктурної субстанції..."	2) Утворення клітин у процесі індивідуального розвитку. Нові клітини утворюються тільки шляхом поділу інших клітин
3) "Кожна клітина в певних межах є індивід, самостійне ціле... Всі тканини складаються з клітин..."	3) Клітина і організм. Клітини можуть бути самостійними організмами. Ріст і розвиток багатоклітинного організму - наслідок росту і розмноження однієї або декількох клітин
4) "Процеси в клітинах можна поділити на: а) утворення нових клітин; б) ріст клітин; в) перетворення клітинного вмісту; г) виділення"	4) Функції клітин. У клітинах здійснюється: а) обмін речовин; б) подразливість; в) рух; г) розвиток і спеціалізація
5) Доповнення до Положення клітинної теорії, яке сформулював Р. Вірхов (1859 р.): "Будь-яка клітина походить від іншої клітини. Там, де з'являється клітина, повинна бути клітина-попередник"	5) Еволюція клітини. Клітинна організація виникла дуже рано і пройшла довгий шлях еволюційного розвитку від прокаріот до еукаріот

4. Методи цитологічних досліджень

Цитологія виникла як гілка мікроанатомії і тому основний метод, який використовують цитологи, - це метод світлової мікроскопії, за допомогою якого можна вивчати загальний план будови клітин та їхні органели, розміром не менш ніж 200 нм.

Революційним моментом у розвитку сучасної цитології і біології загалом було застосування електронної мікроскопії, яка відкрила надзвичайно широкі перспективи. Електронний мікроскоп здатний збільшувати зображення об'єктів дослідження до 500.000 разів і більше. Завдяки йому були відкриті ті структури клітини, які мають розміри, менші за довжину світлової хвилі; з'явилася можливість розглянути віруси і рибосоми - органели, на яких відбувається біосинтез білка.

Для вивчення живих клітин використовують метод прижиттєвого вивчення. За допомогою даного методу можна вивчати певні процеси життєдіяльності клітини (рух цитоплазми, процес поділу тощо).
Також при вивченні живих клітин широко використовують флуоресцентні барвники і метод флуоресцентної мікроскопії. Суть його полягає в тому, що ціла низка речовин має здатність світитися при поглинанні ними світлової енергії. Спектр флуоресценції завжди зміщений в бік довгих хвиль по відношенню до збуджуваного флуоресценцією опромінення. Так, наприклад, виділений хлорофіл при освітленні в ультрафіолетових променях буде світитися червоним кольором. Цей принцип використовується в флуоресцентній мікроскопії: розгляд флуоресцентних об'єктів у зоні короткохвильових хвиль. Зазвичай у таких мікроскопах застосовуються фільтри, які дають освітлення в синьо-фіолетовій гамі. Існують також ультрафіолетові люмінесцентні мікроскопи.

За допомогою методу фракціонування клітин цитологи можуть також отримувати і вивчати різні компоненти клітини. При цьому клітини попередньо подрібнюють і в особливих пробірках уміщують у центрифугу - прилад, здатний розвивати швидкі колові оберти. Оскільки різні клітинні структури мають неоднакову щільність, вони під час роботи центрифуги осідатимуть неодночасно й утворюватимуть шари: щільніші - швидше, і тому опиняться внизу, а менш щільні - повільніше, вони розташовуються зверху. Шари, що утворилися, розділяють і досліджують окремо.

Є метод, у якому використовуються мічені ізотопи - метод авторадіографії - реєстрації речовин, мічених ізотопами. За допомогою цього методу можна побачити, в які частини клітини потрапляють речовини, мічені радіоактивними ізотопами. Це важливо для з'ясування особливостей функціонування клітини. Даний метод - один із основних методів, який дає можливість вивчати динаміку синтетичних процесів, порівнювати їх інтенсивність у різних клітинах на одному і тому ж апараті. Так, наприклад, за допомогою даного методу при використанні мічених попередників РНК було показано, що вся РНК синтезується тільки в інтерфазному ядрі, а наявність цитоплазматичної РНК є результатом міграції синтезованих молекул із ядра.

Виходячи з вищесказаного, можна зробити висновок про багатство арсеналу методів у цитології, який дає можливість дати точний аналіз, починаючи від форми, загального вигляду і розміру клітини, закінчуючи молекулярною композицією її окремих частин.

Повторення:

1.       Яка наука вивчає будову та процеси життєдіяльності клітин?

2.       Хто і коли вперше запропонував поняття "клітина"?

3.       Чому клітину вважають елементарною структурно-функціональною одиницею всіх організмів?

4.       Який внесок зробив А. ван Левенгук у розвиток цитології?

5.       Який внесок зробили М. Шлейден і Т. Шванн у розвиток цитології?

6.       За допомогою яких методів вивчають клітини?

Ззавдання на закріплення:

Опрацювати § 8 підручника. Підготувати план для порівняння клітин різних царств живих організмів.