ЦИТОЛОГИЯ И ВИРУСОЛОГИЯ КАК НАУКА Лекция к.б.н. Тазабаевой К.А.. - презентация

1 Лекция к.б.н. Тазабаевой К.А.

2 1 вопрос. Краткая история развития цитологии. Он предположил, что весь мир построен из мельчайших «кирпичиков» - атомов. Демокрит ( гг до н.э.) – древнегреческий философ Лейбниц В.Г. ( )- немецкий философ, логик,математик, механик, физик, юрист, историк, дипломат, изобретатель и языковед Создал учение о монадах. Монада – это мельчайшая частица, отражающая все свойства це- лого. Таким образом, Лейбниц предсказал существование элементарной биологической системы, обладающей всеми свойствами жизни.

3 Открытие и дальнейшее изучение клетки стало возможным только после изобретения микроскопа. Первые оптические приборы (простые линзы, очки, лупы) были созданы еще в XII веке. Но сложные оптические трубки, состоящие из двух и более линз, появляются только в конце XVI века. В изобретении светового микроскопа принимали участие Галилео Галилей, отец и сын Янсены, физик Дрюбель и другие ученые. В 1609 – 1610 г.г. Галилео Галилей сконструировал первый микроскоп, однако лишь в 1624 г. он его усовершенствовал так, что им можно было пользоваться. Этот микроскоп увеличивал в 35 – 40 раз. Микроскоп Галилея

4 В середине XVII в. выдающийся английский ученый Роберт Гук, изучая микроскопическое строение пробки, установил, что она состоит из замкнутых пузырьков, или ячеек, разделенных общими перегородками – стенками. Р. Гук назвал эти ячейки клетками (лат. – cellula). В дальнейшем Р. Гук изучал срезы живых стеблей и обнаружил в них аналогичные ячейки, которые, в отличие от мертвых клеток пробки, были заполнены «питательным соком». Свои наблюдения Р. Гук изложил в своем труде «Микрография» (1665). Роберт Гук ( ) Усовершенствованный микроскоп Р. Гука

5 Однако голландский ученый Антонио ван Левенгук наблюдал одноклеточные организмы – «анималькули» (инфузории, саркодовые, бактерии) и др. формы одиночных клеток (форменные элементы крови, сперматозоиды). В 1671 г. Марчелло Мальпиги (Италия)и Неемия Грю (Англия) изучая анатомическое строение растений, пришли к выводу, что все растительные ткани состоят из пузырьков-клеток. Термин «ткань» (tissue- «кружево») впервые употребил Н. Грю. В работах Р. Гука, М. Мальпиги и Н. Грю клетка рассматривается как элемент, как составная часть ткани. Клетки разделены между собой общими перегородками и поэтому не могут быть мыслимы вне ткани, вне организма.

6 Антонио ван Левенгук ( ) - голландский микроскопист–любитель Благодаря линзам микроскопа Левенгука (увеличение в 207 раз) появилась возможность изучать клетки и детальное строение органов и тканей. В 1696 г. была опубликована его книга «Тайны природы, открытые с помощью совершеннейших микроскопов».

7 Микроскоп Левенгука

8 1715 г. Х. Гертель впервые использовал зеркало для освещения микроскопических объектов. В 1865 г. Э. Аббе создал систему осветительных линз для микроскопа 1781 г. Ф. Фонтана первый увидел и зарисовал животные клетки с их ядрами. В первой половине 19 в. Ян Пуркинье далее усовершенствовал микро- скопическую технику, что позволило ему описать клеточное ядро («зародышевый пузырек») и клетки в различных органах животных. Ян Пуркинье впервые употребил термин «протоплазма». В 1831 г. Р. Браун описал ядро как постоянную структуру и предложил термин «nucleus» - ядро В 1830 г. немецкий ботаник Франц Мейен предсказал существование клеточных мембран: «клетка есть пространство, отграниченное вполне замкнутое мембраной» г. М. Шлейден создает теорию цитогенеза (клеткообразования). Его основная заслуга – постановка вопроса о возникновении клеток в организме. В последней четверти 19 в. был обнаружен ряд постоянных составных частей протоплазмы органоидов: центросомы (1876, бельгийский учёный Э. ван Бенеден), митохондрии (в гг. у животных - немецкий учёный К. Бенда,; в 1904 г. у растений - немецкий учёный Ф. Мевес,), сетчатый аппарат или комплекс Гольджи (1898, итальянский учёный К. Гольджи). Цитология окончательно оформляется как самостоятельная наука.

9 Для решения этих задач в цитологии используются различные методы. 2 вопрос. Предмет и методы исследования цитологии и гистологии. Цитология наука, изучающая строение, химический состав и функции клеток, их размножение, развитие и взаимодействие в многоклеточном организме Предметом исследования цитологии является клетка А объектом исследования - являются как одноклеточные организмы (бактерии, простейшие, многие водоросли и грибы), так и клетки многоклеточных (растений, животных, грибов). Гистология наука, изучающая строение, жизнедеятельность и развитие тканей живых организмов. В задачи цитологии входит изучение: строения и функционирования клеток, химического состава клеток, функций отдельных клеточных компонентов, процессов воспроизведения клеток, приспособления к условиям окружающей среды, особенностей строения специализированных клеток, этапов развития их особых функций, развития специфических клеточных структур и др.

10 Методы цитологии и гистологии 1. Основным методом изучения клеток является микроскопия. Световой микроскоп Микмед 5 (увеличение в аз) Электронный микроскоп (увеличение в 1 млн. раз)

11 2. Цито- и гистохимические методы. Для исследования химического состава, выяснения локализации отдельных химических веществ в клетке широко используются методы, основанные на избирательном воздействии реактивов и красителей на определенные химические вещества цитоплазмы. Определение активности пероксидазы в клетках крови (коричневый цвет)

12 3 Метод - Центрифугирование. Настольная центрифуга Ультрацентрифуга Центрифугирование разделение неоднородных систем (напр., жидкость- твердые частицы) на фракции по плотности при помощи центробежных сил. Центрифугирование осуществляется в аппаратах, называемых центрифугами Центрифуга – прибор, создающий высокие центробежные силы за счет вращения ротора от 200 об/мин до об/мин. Центрифугирование в биологии применяется для отделения осадка клеточных структур от раствора. Скорость вращения ротора до 6000 об/мин (100 – сек) Скорость вращения ротора до об/мин (2500 об/сек)

13 4. Метод рентгеноструктурного анализа дает возможность определять пространственное расположение и физические свойства молекул (например, ДНК, белков), входящих в состав клеточных структур. Кристалл белка под микроскопом 5. Метод авторадиографии используется для выявления локализации мест синтеза биополимеров, определения путей переноса веществ в клетке с помощью веществ, меченых радиоактивными изотопами. Авторадиограмма (отпечаток), показывающая распре- деление фосфора ( 32 Р) в листьях помидора. Светлые участки соответствуют повышенным концентрациям радиоактивного изотопа; можно видеть, что фосфор сконцентрировался у стебля и в сосудистых частях листьев.

14 6. Метод клеточных культур - выращивание клеток (и целых организмов из отдельных клеток) на питательных средах в стерильных контролируемых условиях.

15 7. Метод кино-и фотосъемки помогают зафиксировать многие процессы жизнедеятельности клеток, в частности деление клетки. 8. Метод микрохирургии - оперативное воздействие на клетку, связанное с удалением или имплантированные отдельных органелл, их пересаживанием из клетки в клетку, введением в клетку крупных макромолекул и т. д.

16 3 вопрос. Развитие клеточной теории и ее основные положения. М. Мальпиги и Н. Грю сформулировали первую пенисто-ячеистую клеточную теорию: как пена состоит из пузырьков, так и ткань состоит из пузырьков-клеток. Клетка рассматривалась как элемент, как составная часть ткани. Клетки разделены между собой общими перегородками и поэтому не могут быть мыслимы вне ткани, вне организма. Академик Российской АН Вольф К.Ф. (1759), изучая рост растений, установил, что клетка есть единица роста, то есть рост организмов сводит-ся к образованию новых клеток. По мнению К. Ф. Вольфа, клетки растений образуются из студневидной гомогенной массы в ходе органогенеза. Немецкий естествоиспытатель Лоренц Окен (1809) на основе натур- философских рассуждений пришел к выводу, что клетки одноклеточных и многоклеточных организмов гомологичны: «Первичный пузырек слизи в философском смысле может быть назван инфузорией... Растения и животные могут быть только лишь метаморфозами инфузорий...». В 1827 г. русский ученый П. Ф. Горянинов в книге «Начальные основания ботаники» впервые изложил клеточное строение растений. В 1834 г. он четко сформулировал представление о клеточном строении живой материи В 1830-е гг. чешский гистолог Я.Пуркинье, немецкий физиолог И. Мюллер и другие исследователи показали, что клеточная организация является универсальной и для животных тканей, а немецкий физиолог Т. Шванн доказал гомологичность растительных и животных клеток.

17 Хотя многие исследователи высказывали положение о клеточном строении организмов, только Т. Шванн в своей монографии "Микроскопическое исследование о соответствии в структуре и росте животных и растений" (1839) ясно сформулировал основные положения клеточной теории. Важнейший вывод данной теории состоял в том, что клетки представляют собой элементарные универсальные структурные единицы всех растений и животных. Русский ботаник П.Ф. Горянинов («Система природы», 1837) экспериментально установил, что цитогенез был возможен только в эволюционном прошлом, а в настоящее время клетки возникают или путем деления, или путем почкования, или путем слияния. Т. Шванн ( ) Окончательный ответ на вопрос о возникновении новых клеток дал Р. Вирхов. В работе «Целлюлярная патология...» (1858) он изложил, что любая клетка происходит только от клетки. Именно положение теории Р. Вирхова – каждая клетка от клетки – дополнило клеточную теорию Шванна–Шлейдена.

18 На основании своих данных и результатах других ученых в гг. немецкий цитолог, гистолог и физиолог Т. Шванн и немецкий ботаник М. Шлейден сформулировали основные положения современной клеточной теории М. Шлейден ( ) Основные положения клеточной теории Шванна–Шлейдена Клетка есть единица структуры. (Все живое состоит из клеток и их производных. Клетки всех организмов гомологичны). Клетка есть единица функции. (Функции целостного организма распреде- лены по его клеткам. Совокупная деятельность организма есть сумма жизнедеятельности отдельных клеток). Клетка есть единица роста и развития. (В основе роста и развития всех организмов лежит образование клеток).

19 Клеточная теория Шванна–Шлейдена принадлежит к величайшим научным открытиям XIX в. Она оказала огромное влияние на развитие мно- гих биологических наук эмбриологии, физиологии, ботаники и др. Ф. Энгельс ставил открытие клеточного строения живых существ в один ряд с такими величайшими открытиями естествознания XIX в., как за- кон превращения и сохранения энергии и эволюционное учение Ч.Дарвина. Со времени создания клеточной теории она непрерывно развивалась. В настоящее время современная клеточная теория включает следующие положения: 1. Клетка - основная единица строения и развития всех живых организмов (т.е. она является структурной и функциональной единицей живого); 2. Клетки всех организмов сходны по своему строению, химическому составу, обмену веществ; 3. Размножение клеток происходит путем их деления; 4. У многоклеточных организмов клетки специализированы по выполняе- мым ими функциям и образуют ткани; 5. Из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены системам регуляции.

20