Цитология – одна из самых молодых наук. Возникновение цитологии определено созданием и развитием оптических линз и сконструированного на базе этих линз микроскопа. Цитология изучает клетки многоклеточных организмов, ядерно-цитоплазматические комплексы, которые не расчленены на клетки, симпласты, плазмодии, синтеции, а так же одноклеточных животных, растений и бактерий. В развитии цитологии выделяют три этапа: 1) XVII – конец XIX в. Период накопления фактов клеточного строения. 1665 год.Р. Гук вводит термин «клетка». 1672 год. Грю, Мальпиги на различных объектах повторяют опыты Гука. В конце XVII века цитология начала становиться. Антон ван Левенгук сконструировал примитивный микроскоп, дававший увеличение в 40 раз. Открыл в 1674 году эритроциты в клетках крови земноводных. 1675 год – одноклеточные растительные организмы. 1683 год – описал бактерии. «Пустота или воздушное пространство в оболочке» - первое определение клетки. Во второй половине XVII века Левенгук подарил Петру Iдва микроскопа. Тот заинтересовался и в 1698 году собрал русских мастеров для конструирования своего микроскопа. Этим занимался в основном род Беляевых. В результате исследований в начале XIX века ряда ученых (Линк, Мондельхавер, Ламарк, Нербель, Курпена, Расспая, Пуркинье) утвердился взгляд на клетки как структурные единицы живого организма. В 1838 году ботаник Шлейден и зоолог Шванн в 1839 году сформулировали первую клеточную теорию. Благодаря этой теории сформулировалось представление, что функции организма в целом слагаются из активностей и взаимодействия отдельных клеточных единиц. В 1858 году немец Вихров, патологоанатом, применил клеточную теорию на своих объектах и доказал, что каждая клетка образуется в результате деления исходной клетки, а организмы образуются в результате слияния двух клеток, мужской и женской. Было описано ядро, как важнейший и неизменный компонент клетки. Была изучена протоплазма клетки, и первоначальное понятие о клетке превратилось в представление о массе протоплазмы, ограниченной в пространстве клеточной оболочкой и содержащей ядро. 1858 – масляный имерсионный объектив 1873 год – линза-конденсор, собирающая и направляющая линза микроскопа. 1876 год – апохроматические объективы, устраняющие расслоение света. Были предложены (усовершенствованы?) Кулибиным. Были открыты органоиды: 1876 год – клеточный центр (Бенеден, Бовери); 1897-98 – митохондрии (Бенда и <…>); 1898 – аппарат Гольджи, открыл сами знайте кто. Были открыты явления: амитоз, прямое деление клетки (Ремак); митоз,непрямое деление (Флеминг; Страсбургер). Описаны главные особенности митоза – формирования хромосом (1890, Вальдейвен) и создана теория индивидуальности хромосом. Гертвиг опубликовал монографию «Клетка и ткани» (1892).В ней были обобщены все биологические деления, исходя из характерных свойств, строения и функций клетки . Монография подвела черту первому этапу развития цитологии. 2) Конец XIX века – 20-е годы XX века. Дальнейшее совершенствование техники. Кроме светлопольного конденсора был предложен темнопольный конденсор. С помощью этого прибора можно было исследовать объекты при боковом освещении. Эффект Тендаля – видим пылинкив луче света. Был также сконструирован поляризационный микроскоп, который позволял определять ориентацию частиц клетки. 1903 год – сконструирован ультрафиолетовый микроскоп. 1932 год – фазово-контрастный микроскоп и интерференционный микроскоп. Метод выявления ДНК. Классическая реакция Фельгина. 1924 год Создаются микроманипуляторы, с помощью которых можно было производить разнообразные операции. В 1909 году Гаррисон положил начало создания метода культуры ткани. 3)В первые два десятилетия 20-го века все усилия были направлены на выяснения функций клеточных структур. Но это стало возможным только тогда, когда в 20-х годах сконструировали электронный микроскоп и появились методы рентгеноскопного анализа.Создания этого микроскопа открыло третий этап в развитии цитологии – современный. Использование электронного микроскопа привело к создания субмикроскопической морфологии клетки. Разрешение микроскопов: Световой микроскоп – не менее 0,2мкм. Электронный – 0,2 нм Были обнаружены неизвестные детали строений клетки. Изучено строение плазматической мембраны. Изучено строение сети мембран – ЭПР.Были изучены лизосомы (гидролитические ферменты), пероксисомы, содержащие фермент каталазу и уринокиназу. Изучено строение рибосом. Открыт цитоскелет. Сформулировались первые задачи цитологии: 1) изучить субмикроскопическое строение органоидов клетки; 2) изучить функции клеточных структур и их взаимодействие; 3) изучить способы проникновения веществ в клетку, выведения их из клетки, роли мембран; 4) реакция клеток на нервные и гуморальные стимулы окружающей среды; 5) Изучить взаимодействие клеток; 6) изучить репродукцию клеток и клеточных структур. Современные положения клеточной теории: 1) Клетка - основная единица строения и развития всех живых организмов. Наименьшая единица живого. 2) Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ. 3) Размножение клеток происходит путем их деления. Каждая новая клетка образуются в результате деления исходной клетки. 4) В сложных многоклеточных организмах клетки специализированны ит образуют ткани. Из ткани состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным механизмам регуляции. Клетка – ограниченная активной мембраной, упорядоченная структурированная система биополимеров, участвующих в единой совокупности метаболических и энергетических процессов, осуществляющих поддерживание и воспроизведение всей системы. Методы цитологического исследования: 1) Непосредственное наблюдение живых клеток в организме (витальный) или в свежевыделенной ткани(суправитальный). 2) Наблюдение клеток убитых с помощью фиксации, которая сохраняет морфологическую и химическую структуру. После фиксации любой материал подвергают окрашиванию Красители – натуральные и синтетические. Натуральные: гематоксилин, кармин употребляют с окисями металлов, с которыми красители образуют комплексные соединения. Синтетические – кислые и основные. Основные - соли красящих оснований, содержащие аминогруппы, монометиламиногруппы, иминогруппы. Эти группы определяют щелочность красителей. Попадая внутрь клетки, эти группы образуют солевые связи с кислотами, находящимися в структуре клетки, что приводит к их окрашиванию. Кислотные группы клетки базофильные. Кислые красители – красящие кислоты или их соли (эозин, пикриновая кислота, азокармин и др.). Кислотные свойства придают нитрогруппы, гидроксильные, карбоксильные группы. Структурные компоненты – ацитофильные или оксифильные. Широкое распространение получило гистохимическое или цитохимическое окрашивание, которое подразделяется на прямое или косвенное. К прямым методам относят приемы, специфичные для вещества, которые хотят определить. Выявление ДНК – с реактивом Шиффа. Чтобы обнаружить активность фермента, используют непрямой гистохимический способ или метод ферментативного переваривания. Для этой цели клетки помещают в среду, содержащую субстрат для данной ферментативной реакции и реагенты, связывающие специфически с конечными продуктами реакций. Краситель Азу связывает и окрашивает цитоплазму, ядро и ядрышко. Предварительная обработка клетки ферментом РНК-азой приводит к тому, что цитоплазма и ядрышко будет окрашиваться слабо, а ядро не изменит в своей окраске. Если же клетку предварительно обработать ДНК-азой, то почти полностью исчезнет окрашивание структур ядра. На современном этапе особое значение имеют точные способы выявления структур – иммунохимические методы. Это реакции с использованием флуоресцентных антител (?). Для этого на белок, который хотят определить, получают специфическую сыворотку. В сыворотке содержатся антитела, их соединяют с красителями флуоресцентными. Затем, меченый белок вводят в клетку. Таким образом был открыт цитоскелет. Метод фракционирования или дифференциального замещения. Сначала получают чистые клетки, разрушая ткань в гомогенизаторах. Полученную суспензию (гомогенат) подвергают высокоскоростному центрифугированию. Крупные компоненты (ядра или неразрушенные мембранные структуры) оседают при низких скоростях 1-3 тыс.g. При более высоких скоростях (15-30 тыс.) оседают более мелкие частицы (макросомы). Более 50 тыс. – микросомы. 15-20% от общей массы. Имеют сложный химический состав. ЭПР, вакуоли. 150 тыс. – в осадок выпадают рибосомы. С помощью раствора сахарозы получают более высокую степень разделения. Плотность раствора постепенно увеличивается сверху вниз, образуя градиент плотности. Гомогенат клеток наслаивают поверх сахарозы, затем центрифугируют и органоиды клетки распределяются в зависимости от своей молекулярной массы по высоте градиента, образуя отдельные полосы, которые можно выделить и изучить. Химический состав клетки Всевещества делят на макроэлементы (98% H, O, C,N), микроэлементы (2-3% Mg, Na, Ca, Fe, S,P,Cl) и ультрамикроэлементы (0,1% Zn, Cu, I, F, Mn, Co, Si). Находятсяэлементы в виде ионов или компонентов молекул неорганических и органических веществ. Неорганические вещества – относительно простые соединения, которые встречаются как в живой, так и в неживой природе в минералах, водах и т.д. Органические вещества – многообразные соединения углерода, которые синтезируется живыми организмами. Воды везде довольно много. Находится в клетке в связанной и свободной формах.Свободная вода - 95%. Связанна с фибриллярными структурами из белка. Обладаетсвойствами, которые делают ее исключительно важными свойствами.Она является диполем. Молекула способна образовывать водородные связи.Из-за высокой полярности – лучший растворитель. Гидрофильные вещества – хорошо растворимые. Это кристаллические соли, ряд органических веществ, спирты, сахара, некоторые белки, например альбумины и гистоны. Гидрофобные вещества – плохо растворимы или вообще не растворимы. Жиры, нуклеиновые кислоты, некоторые белки. Физические свойства воды: 1) Высокая теплоемкость; 2) Высокая теплопроводностью; 3) Дисперсная среда (равномерное распределение компонентов). Является определяющей структурой макромолекул и играет важную роль в коллоидной системе цитоплазмы. Является местом протекания хим. реакций в клетки. Участвует в реакциях синтеза и расщепления орг. веществ. Обеспечивает транспортировку веществ в тканях и организме. Практически не сжимается, определяя объем и упругость. Жизнедеятельность клетки направлено на то, чтобы поддерживать неравновесное состояние.В клеткепреобладают ионы калия и органические ионы. А за клеткой преобладают ионы натрия и<…> На поверхностиклетки образуется потенциал разности (действия)-90мв. Он обеспечивает важнейшие жизненные процессы, такие как передача возбуждения и т.д. Все ионы в организме поддерживают определенное постоянство, которое называется гомеостаз. Фосфатная гомеостатическая система, состоит из гидрофосфат анионов и дигидрофосфат анионов и поддерживает рН 6,9 – 7,2 Вторая гомеостатическая система поликарбонатная система. Гидрокарбонат ионы. Поддерживает слабощелочную среду рН 7,4 (плазма крови). Некоторые неорганические ионы Кальция и магний – активаторы многих ферментов, гормонов и витаминов. При недостатке этих ионов все плохо и ужасно. Органические вещества в клетке подразделяются на углеводы, липиды и нуклеиновые кислоты. Основу органических веществ составляют атомы углерода, способные вступать друг с другом в ковалентные связи и образовывать самые разнообразные классы органических молекул. В зависимости от массы и структуры различают малые низкомолекулярные органические молекулы (мономер) и высокомолекулярные (полимер). Полимеры могут быть линейные или разветвленные. Если в их состав входят мономеры одного вида, то этогомополимеры. Если различные мономеры, то это гетерополимеры. Полимеры могут быть регулярными, если группа мономеров периодически повторяется. Или нерегулярными. Свойства биополимеров зависит от числа, порядка, и состава входящих в них мономеров.