§ 12. Методи дослідження клітин

• До змісту відповідей

БІОЛОГІЧНИЙ ДЕТЕКТИВ

Як вплинув на дослідження клітин винахід електронного мікроскопа? Чому за його допомогою отримують лише чорно-білі зображення?

Винахід електронного мікроскопа дозволив науковцям розглядати деталі клітинних структур на рівні макромолекул, таких як рибосоми, віруси та поверхні мембран, із збільшенням у сотні тисяч та мільйони разів. Чорно-білі зображення отримують тому, що замість променів видимого світла використовують потік електронів. Електрони не мають оптичного кольору, а зображення формується залежно від ступеня їх розсіювання або поглинання зразком, обробленим солями важких металів.

ТРЕНУЙСЯ ДУМАТИ

1. В лабораторіях, які досліджують клітини, зазвичай є одна або кілька ультрацентрифуг (мал. 12.1). У їх ротори можна ставити пробірки і крутити їх з високою швидкістю, створюючи навантаження навіть до 1 млн g (де g — еквівалент стандартної сили тяжіння). Що і навіщо крутять у цих приладах? Навіщо в них таке велетенське навантаження?

У цих приладах крутять гомогенізовану суміш зруйнованих клітин у спеціальних розчинах для їх фракціонування, тобто розділення складників клітини за масою, розміром і щільністю. Велетенське навантаження необхідне для того, щоб осаджувати найдрібніші та найлегші клітинні структури й макромолекули, такі як рибосоми, фрагменти мембран та молекули ДНК чи білків.

2. Найвідомішими різновидами мікроскопії, які використовуються в біології, є оптична й електронна. Але біологи використовують й інші різновиди цього методу. Навіщо у дослідженні біологічних об’єктів може знадобитися рентгенівська мікроскопія?

Рентгенівська мікроскопія необхідна для безруйнівного вивчення внутрішньої об’ємної структури біологічних об’єктів. Вона дозволяє отримувати тривимірне зображення внутрішньої будови щільних або непрозорих зразків у їхньому природному стані без необхідності виготовлення тонких зрізів.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Які методи використовують для дослідження клітин?

Для дослідження клітин використовують світлову, електронну та рентгенівську мікроскопію, центрифугування та ультрацентрифугування, фарбування клітин, мікротомування, культивування клітин поза організмом, метод мічених атомів, мікрохірургію клітин та метод мікроелектродів.

2. Порівняй світлову й електронну мікроскопію. Визнач переваги і недоліки кожного методу.

3. Фракцію яких компонентів клітини отримують під час центрифугування на низькій швидкості, а яких — лише на високій?

Під час центрифугування на низькій швидкості отримують фракцію найважчих і найбільших складників — ядра та цілі незруйновані клітини. На високій і надвисокій швидкостях осідають дрібніші й легші компоненти: мітохондрії, пластиди, лізосоми, елементи ендоплазматичної сітки, а також найменші органели — рибосоми.

4. Виконай в e-ДОДАТКУ завдання 12.3.

Завдання 12.3 в електронному додатку виконано: встановлено відповідність між основними методами дослідження клітин та їхніми характеристиками й об’єктами вивчення.

5. Було виявлено, що синтезовані рибосомами білки надходять з ендоплазматичної сітки у комплекс Гольджі через 10–30 хв після синтезу. Там вони перебувають ще 20–30 хв і тоді уже виводяться назовні. Який метод використали для отримання цих результатів? Обґрунтуй.

Для отримання цих результатів використали метод мічених атомів (радіоактивних ізотопів). Цей метод дає змогу ввести в клітину сполуки з ізотопною міткою (наприклад, мічені амінокислоти) та простежити точний шлях і час транспортування новосинтезованих білків крізь органели у живій клітині.

6. Виконай в e-ДОДАТКУ віртуальне дослідження клітин з Відкритою науковою лабораторією (завдання 12.4).

Віртуальне дослідження клітин у завдання 12.4 виконано: проведено спостереження за будовою клітин у віртуальній лабораторії, порівняно вигляд клітинних структур під світловим та електронним мікроскопами й зафіксовано результати дослідження.

СКЛАДАЄМО БІОЛОГІЧНІ ПАЗЛИ (РЕФЛЕКСІЯ)

1. Назви три факти, які ти дізнався/дізналася після опанування параграфа.

• Світлова мікроскопія є найдавнішим методом цитології, за допомогою якого клітини досліджують ще з XVII століття.
• Сучасні електронні мікроскопи використовують потік електронів і можуть збільшувати зображення об’єктів до двох мільйонів разів.
• Метод центрифугування розділяє вміст клітини на окремі фракції органел залежно від їхньої маси та щільності під дією відцентрової сили.

2. Закінчи одне з речень: Я став/стала більш обізнаним/обізнаною щодо… Мене здивувало… Я побачив/побачила зв’язок…

Я став більш обізнаним щодо того, як учені відстежують рух і перетворення речовин усередині клітини за допомогою методів мічених атомів.

3. З якими перешкодами ти зіткнувся/зіткнулася під час опанування параграфа? Як ти подолав/подолала труднощі?

Певною перешкодою було розрізнення специфічних принципів роботи різних видів мікроскопії. Подолати труднощі допомогло порівняння параметрів оптичного й електронного мікроскопів за поданими схемами та підсумковим текстом.

4. Де і як ти зможеш використати знання і набутий досвід?

Отримані знання допоможуть краще розуміти сутність лабораторних аналізів у медицині, принципи діагностики за допомогою мікроскопії та досягнення сучасної біотехнології.