§ 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 дав змогу роздивлятися ультраструктуру клітини зі збільшенням у сотні тисяч і мільйони разів та відкрив будову мембран, рибосом і вірусів. Чорно-білі зображення отримують тому, що об’єкт опромінюють потоком електронів, а не світловими хвилями різної довжини, які створюють кольори для людського ока.

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 суміш зруйнованих клітин (клітинний гомогенат) у спеціальних розчинах для їхнього розділення на окремі фракції за масою та щільністю. Величезне навантаження потрібне для того, щоб змусити осісти найдрібніші й найлегші структури клітини — рибосоми, мембранні пухирці та окремі макромолекули.

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 потрібна для безруйнівного вивчення тривимірної внутрішньої структури щільних і непрозорих біологічних зразків. Вона дозволяє бачити внутрішню будову об’єкта без виготовлення надтонких зрізів.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Які методи використовують для дослідження клітин?

Для вивчення клітин застосовують світлову, електронну та рентгенівську мікроскопію, фарбування, мікротомування, центрифугування й ультрацентрифугування. Також вчені використовують культивування клітин на штучних середовищах, метод мічених атомів, мікрохірургію та мікроелектроди.

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 осідають найважчі компоненти — ядра та залишки незруйнованих клітин. На високій і надвисокій швидкості осаджуються легші та дрібніші структури: мітохондрії, пластиди, лізосоми, фрагменти ендоплазматичної сітки та рибосоми.

4. Виконай в e-ДОДАТКУ завдання 12.3.

Склади план експерименту з ацетабуляріями.

1. Взяти два різні види одноклітинної водорості ацетабулярії з різною формою «шапочки» — суцільною круглою та розсіченою.
2. Зрізати шапочки в обох клітин і відокремити їхні стебельця від основи з ризоїдами, де розташоване ядро.
3. Пересадити стебельце першого виду на основу з ядром другого виду, і навпаки.
4. Помістити отримані клітини в поживне середовище та спостерігати за відростанням нової шапочки.
5. Порівняти форму відновленої верхівки з вихідними батьківськими організмами та зробити висновок.

На підставі якого результату вчені зробили висновок про роль ядра у формуванні ознак?

Нова шапочка завжди виростала такої ж форми, як у виду, від якого взяли ризоїд із ядром, навіть якщо саме стебельце належало зовсім іншому виду.

Сформулюй власне припущення: які нові можливості для медицини чи біології можуть відкрити такі методи дослідження клітин?

Такі мікрохірургічні маніпуляції дозволяють лікувати важкі спадкові хвороби шляхом заміни уражених мітохондрій чи ядер у статевих клітинах. Крім того, пересадка клітинних структур допомагає успішно клонувати цінні організми, створювати стійкі гібридні клітини для біотехнологій та вирощувати штучні тканини для трансплантації.

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 цього використали метод мічених атомів (радіоактивних ізотопів). До клітини ввели радіоактивно мічені амінокислоти, завдяки чому прилади зафіксували випромінювання та точно відстежили переміщення новосинтезованого білка між органелами з плином часу.

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

Віртуальне дослідження клітин у завданні 12.4 виконано: у Відкритій науковій лабораторії досліджено будову мікропрепаратів, порівняно рівні деталізації світлової й електронної мікроскопії та зафіксовано результати спостережень.

СКЛАДАЄМО БІОЛОГІЧНІ ПАЗЛИ (РЕФЛЕКСІЯ)

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

• Світлова мікроскопія дає змогу спостерігати за живими клітинами, але має межу збільшення до кількох тисяч разів.
• Сучасний електронний мікроскоп збільшує об’єкт до двох мільйонів разів завдяки короткій довжині хвилі електронів.
• Метод центрифугування розділяє зруйновані клітини на окремі шари органел 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 метод мічених атомів допомагає вченим похвилинно простежувати маршрути білків усередині живої клітини.

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

Складність полягала в запам’ятовуванні послідовності осадження органел під час центрифугування. Труднощі вдалося подолати після з’ясування залежності швидкості осідання від маси та розміру компонентів.

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

Знання про методи досліджень клітин знадобляться під час вивчення медичної діагностики, проведення лабораторних аналізів та оцінки біотехнологічних розробок.