Τρόπος αναγνώρισης των κυτταρικών δομών

Τα ζωντανά κύτταρα κυμαίνονται από εκείνα των μονοκύτταρων φυκών και βακτηρίων, μέσω πολυκυτταρικών οργανισμών όπως βρύα και σκουλήκια, έως και σύνθετα φυτά και ζώα, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων. Ορισμένες δομές βρίσκονται σε όλα τα ζωντανά κύτταρα, αλλά οι μονοκύτταροι οργανισμοί και τα κύτταρα ανώτερων φυτών και ζώων είναι επίσης διαφορετικά με πολλούς τρόπους. Τα ελαφριά μικροσκόπια μπορούν να μεγεθύνουν τα κύτταρα έτσι ώστε να φαίνονται οι μεγαλύτερες, πιο καθορισμένες δομές, αλλά ηλεκτρονικά μικροσκόπια μετάδοσης (TEMs) απαιτούνται για να δείτε τις μικρότερες δομές κυττάρων.

Τα κύτταρα και οι δομές τους είναι συχνά δύσκολο να εντοπιστούν επειδή τα τοιχώματα είναι αρκετά λεπτά και διαφορετικά κύτταρα μπορεί να έχουν εντελώς διαφορετική εμφάνιση. Τα κύτταρα και τα οργανίδια τους το καθένα έχουν χαρακτηριστικά που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ταυτοποίησή τους και βοηθά στη χρήση μιας αρκετά μεγάλης μεγέθυνσης που δείχνει αυτές τις λεπτομέρειες.

Για παράδειγμα, ένα ελαφρύ μικροσκόπιο με μεγέθυνση 300Χ θα δείξει κύτταρα και μερικές λεπτομέρειες, αλλά όχι τα μικρά οργανίδια εντός του κελιού. Για αυτό, απαιτείται ένα TEM. Τα TEM χρησιμοποιούν ηλεκτρόνια για να δημιουργήσουν λεπτομερείς εικόνες μικροσκοπικών δομών πυροβολώντας ηλεκτρόνια μέσω του δείγματος ιστού και αναλύοντας τα μοτίβα καθώς τα ηλεκτρόνια εξέρχονται από την άλλη πλευρά. Οι εικόνες από TEMs συνήθως επισημαίνονται με τον τύπο και τη μεγέθυνση του κελιού - μια εικόνα με την ένδειξη "tem of human" τα επιθηλιακά κύτταρα με την ένδειξη 7900Χ "μεγεθύνονται 7.900 φορές και μπορούν να δείξουν τις λεπτομέρειες των κυττάρων, τον πυρήνα και άλλα δομές. Η χρήση ελαφρών μικροσκοπίων για ολόκληρα κύτταρα και TEM για μικρότερα χαρακτηριστικά επιτρέπει την αξιόπιστη και ακριβή αναγνώριση ακόμη και των πιο αόριστων κυτταρικών δομών.

Οι μικρογραφίες είναι οι μεγεθυνμένες εικόνες που λαμβάνονται από μικροσκόπια φωτός και TEM. Συχνά λαμβάνονται μικρογραφίες κυττάρων από δείγματα ιστών και δείχνουν μια συνεχή μάζα κυττάρων και εσωτερικών δομών που είναι δύσκολο να αναγνωριστούν ατομικά. Συνήθως τέτοιες μικρογραφίες δείχνουν πολλές γραμμές, τελείες, μπαλώματα και συστάδες που συνθέτουν το κύτταρο και τα οργανίδια του. Απαιτείται συστηματική προσέγγιση για τον προσδιορισμό των διαφόρων μερών.

Βοηθά να μάθουμε τι διακρίνει τις διάφορες κυτταρικές δομές. Τα ίδια τα κύτταρα είναι το μεγαλύτερο κλειστό σώμα στη μικρογραφία, αλλά μέσα στα κελιά υπάρχουν πολλές διαφορετικές δομές, καθεμία με το δικό της σύνολο χαρακτηριστικών αναγνώρισης. Μια προσέγγιση υψηλού επιπέδου όπου εντοπίζονται κλειστά όρια και εντοπίζονται κλειστά σχήματα βοηθά στην απομόνωση των στοιχείων της εικόνας. Τότε είναι δυνατό να προσδιοριστεί κάθε ξεχωριστό μέρος αναζητώντας μοναδικά χαρακτηριστικά.

Μεταξύ των πιο δύσκολων κυτταρικών δομών που μπορούν να αναγνωριστούν σωστά είναι τα μικροσκοπικά μεμβράνες που είναι συνδεδεμένα με οργανικά μέσα σε κάθε κύτταρο. Αυτές οι δομές είναι σημαντικές για τις κυτταρικές λειτουργίες και οι περισσότεροι είναι μικροί σάκοι κυτταρικής ύλης όπως πρωτεΐνες, ένζυμα, υδατάνθρακες και λίπη. Όλοι έχουν τους δικούς τους ρόλους για να παίξουν στο κελί και αντιπροσωπεύουν ένα σημαντικό μέρος της μελέτης των κυττάρων και της ταυτοποίησης της δομής των κυττάρων.

Δεν έχουν όλα τα κύτταρα όλα τα είδη οργανιδίων και ο αριθμός τους ποικίλλει πολύ. Τα περισσότερα από τα οργανίδια είναι τόσο μικρά που μπορούν να ταυτοποιηθούν μόνο σε εικόνες ΤΕΜ των οργανιδίων. Ενώ το σχήμα και το μέγεθος συμβάλλουν στη διάκριση ορισμένων οργανιδίων, είναι συνήθως απαραίτητο να δούμε την εσωτερική δομή για να βεβαιωθούμε ποιος τύπος οργανιδίου εμφανίζεται. Όπως και με τις υπόλοιπες κυτταρικές δομές και για το κύτταρο στο σύνολό του, τα ειδικά χαρακτηριστικά κάθε οργανιδίου διευκολύνουν την αναγνώριση.

Σε σύγκριση με τα άλλα θέματα που βρέθηκαν σε μικρογραφίες κυττάρων, τα κύτταρα είναι μακράν το μεγαλύτερο, αλλά τα όριά τους συχνά είναι εκπληκτικά δύσκολο να βρεθούν. Τα βακτηριακά κύτταρα είναι ανεξάρτητα και έχουν ένα σχετικά χοντρό κυτταρικό τοίχωμα, έτσι μπορούν συνήθως να φανούν εύκολα. Όλα τα άλλα κύτταρα, ειδικά εκείνα στους ιστούς ανώτερων ζώων, έχουν μόνο μια λεπτή κυτταρική μεμβράνη και κανένα κυτταρικό τοίχωμα. Σε μικρογραφίες ιστού υπάρχουν συχνά μόνο αχνές γραμμές που δείχνουν τις κυτταρικές μεμβράνες και τα όρια κάθε κυττάρου.

Τα κελιά έχουν δύο χαρακτηριστικά που διευκολύνουν την αναγνώριση. Όλα τα κύτταρα έχουν μια συνεχή κυτταρική μεμβράνη που τα περιβάλλει και η κυτταρική μεμβράνη περικλείει έναν αριθμό άλλων μικροσκοπικών δομών. Μόλις βρεθεί μια τέτοια συνεχής μεμβράνη και περικλείει πολλά άλλα σώματα που το καθένα έχει τη δική του εσωτερική δομή, αυτή η κλειστή περιοχή μπορεί να αναγνωριστεί ως κελί. Μόλις η ταυτότητα ενός κελιού είναι σαφής, μπορεί να προχωρήσει η αναγνώριση των εσωτερικών δομών.

Δεν έχουν όλα τα κύτταρα έναν πυρήνα, αλλά τα περισσότερα από αυτά σε ζωικούς και φυτικούς ιστούς έχουν. Μονοκύτταροι οργανισμοί όπως βακτήρια δεν έχουν πυρήνα, και ορισμένα ζωικά κύτταρα όπως ανθρώπινα ώριμα ερυθρά αιμοσφαίρια δεν έχουν ούτε ένα. Άλλα κοινά κύτταρα όπως κύτταρα του ήπατος, μυϊκά κύτταρα και κύτταρα δέρματος έχουν όλα έναν σαφώς καθορισμένο πυρήνα εντός της κυτταρικής μεμβράνης.

Ο πυρήνας είναι το μεγαλύτερο σώμα μέσα στο κύτταρο και συνήθως είναι λίγο πολύ στρογγυλό. Σε αντίθεση με το κελί, δεν έχει πολλές δομές μέσα σε αυτό. Το μεγαλύτερο αντικείμενο στον πυρήνα είναι ο στρογγυλός πυρήνας που είναι υπεύθυνος για την παραγωγή ριβοσωμάτων. Εάν η μεγέθυνση είναι αρκετά υψηλή, μπορεί να παρατηρηθεί η δομή των χρωμοσωμάτων που μοιάζουν με σκουλήκια μέσα στον πυρήνα, ειδικά όταν το κύτταρο ετοιμάζεται να διαιρεθεί.

Τα ριβοσώματα είναι μικροσκοπικές συστάδες πρωτεϊνών και ριβοσωματικού RNA, ο κώδικας σύμφωνα με τον οποίο κατασκευάζονται οι πρωτεΐνες. Μπορούν να αναγνωριστούν από την έλλειψη μεμβράνης και από το μικρό τους μέγεθος. Σε μικρογραφίες κυτταρικών οργανιδίων, μοιάζουν με μικρούς κόκκους στερεάς ύλης και υπάρχουν πολλοί από αυτούς τους κόκκους διασκορπισμένους σε όλο το κύτταρο.

Μερικά ριβοσώματα συνδέονται με το ενδοπλασματικό δίκτυο, μια σειρά πτυχών και σωληναρίων κοντά στον πυρήνα. Αυτά τα ριβοσώματα βοηθούν το κύτταρο να παράγει εξειδικευμένες πρωτεΐνες. Σε πολύ υψηλή μεγέθυνση μπορεί να είναι δυνατόν να δούμε ότι τα ριβοσώματα αποτελούνται από δύο τομές, το μεγαλύτερο μέρος αποτελείται από RNA και ένα μικρότερο σύμπλεγμα αποτελούσαν τις κατασκευασμένες πρωτεΐνες.

Βρίσκεται μόνο σε κύτταρα που έχουν πυρήνα, το ενδοπλασματικό δίκτυο είναι μια δομή που αποτελείται από διπλωμένους σάκους και σωλήνες που βρίσκονται μεταξύ του πυρήνα και της κυτταρικής μεμβράνης. Βοηθά το κύτταρο να διαχειριστεί την ανταλλαγή πρωτεϊνών μεταξύ του κυττάρου και του πυρήνα και έχει ριβοσώματα συνδεδεμένα σε μια τομή που ονομάζεται τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο.

Το τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο και τα ριβοσώματά του παράγουν ειδικά κύτταρα για ένζυμα όπως ινσουλίνη στα κύτταρα του παγκρέατος και αντισώματα για τα λευκά αιμοσφαίρια. Το λείο ενδοπλασματικό δίκτυο δεν έχει ριβοσώματα συνδεδεμένα και παράγει υδατάνθρακες και λιπίδια που βοηθούν στη διατήρηση των κυτταρικών μεμβρανών άθικτες. Και τα δύο μέρη του ενδοπλασμικού δικτύου μπορεί να αναγνωριστούν από τη σύνδεσή τους με τον πυρήνα του κυττάρου.

Τα μιτοχόνδρια είναι οι πυξίδες του κυττάρου, χωνεύουν γλυκόζη για να παράγουν το μόριο αποθήκευσης ATP που τα κύτταρα χρησιμοποιούν για ενέργεια. Το οργανικό αποτελείται από μια λεία εξωτερική μεμβράνη και μια διπλωμένη εσωτερική μεμβράνη. Η παραγωγή ενέργειας πραγματοποιείται μέσω μεταφοράς μορίων μέσω της εσωτερικής μεμβράνης. Ο αριθμός των μιτοχονδρίων σε ένα κύτταρο εξαρτάται από τη λειτουργία του κυττάρου. Τα μυϊκά κύτταρα, για παράδειγμα, έχουν πολλά μιτοχόνδρια επειδή καταναλώνουν πολλή ενέργεια.

Τα μιτοχόνδρια μπορούν να αναγνωριστούν ως λεία, επιμήκη σώματα που είναι το δεύτερο μεγαλύτερο οργανίδιο μετά τον πυρήνα. Το χαρακτηριστικό τους είναι η διπλωμένη εσωτερική μεμβράνη που δίνει στο εσωτερικό των μιτοχονδρίων τη δομή του. Σε μια μικρογραφία κυττάρου, οι πτυχές της εσωτερικής μεμβράνης μοιάζουν με δάχτυλα που προεξέχουν στο εσωτερικό των μιτοχονδρίων.

Τα λυσοσώματα είναι μικρότερα από τα μιτοχόνδρια, οπότε μπορούν να φανούν μόνο σε εικόνες με μεγάλα μεγέθη TEM. Διακρίνονται από τα ριβοσώματα από τη μεμβράνη που περιέχει τα πεπτικά ένζυμα τους. Μπορούν συχνά να θεωρηθούν ως στρογγυλεμένα ή σφαιρικά σχήματα, αλλά μπορεί επίσης να έχουν ακανόνιστα σχήματα όταν έχουν περιβάλει ένα κομμάτι απόβλητα κυττάρων.

Η λειτουργία των λυσοσωμάτων είναι η πέψη της κυτταρικής ύλης που δεν απαιτείται πλέον. Τα κυτταρικά θραύσματα διασπώνται και αποβάλλονται από το κελί. Τα λυσοσώματα προσβάλλουν επίσης ξένες ουσίες που εισέρχονται στο κύτταρο και ως τέτοια αποτελούν άμυνα κατά των βακτηρίων και των ιών.

Τα σώματα Golgi ή οι δομές Golgi είναι στοίβες πεπλατυσμένων σάκων και σωλήνων που μοιάζουν να έχουν συσσωρευτεί στη μέση. Κάθε σάκος περιβάλλεται από μια μεμβράνη που μπορεί να φανεί υπό επαρκή μεγέθυνση. Μερικές φορές μοιάζουν με μια μικρότερη εκδοχή του ενδοπλασματικού προγράμματος, αλλά είναι ξεχωριστά σώματα που είναι πιο κανονικά και δεν συνδέονται με τον πυρήνα. Τα σώματα Golgi βοηθούν στην παραγωγή λυσοσωμάτων και μετατρέπουν τις πρωτεΐνες σε ένζυμα και ορμόνες.

Το Centrioles έρχεται σε ζεύγη και συνήθως βρίσκεται κοντά στον πυρήνα. Είναι μικροσκοπικές κυλινδρικές δέσμες πρωτεϊνών και αποτελούν κλειδί για την κυτταρική διαίρεση. Όταν βλέπετε πολλά κελιά, ορισμένα μπορεί να βρίσκονται στη διαδικασία διαίρεσης και τα centrioles να γίνονται πολύ εμφανή.

Κατά τη διάρκεια της διαίρεσης, ο πυρήνας των κυττάρων διαλύεται και το DNA που βρίσκεται στα χρωμοσώματα επαναλαμβάνεται. Τα κεντρόλια δημιουργούν έπειτα έναν άξονα ινών κατά μήκος του οποίου τα χρωμοσώματα μεταναστεύουν στα αντίθετα άκρα του κυττάρου. Το κύτταρο μπορεί στη συνέχεια να διαιρεθεί με κάθε θυγατρικό κύτταρο λαμβάνοντας ένα πλήρες συμπλήρωμα χρωμοσωμάτων. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, τα κεντρόλια βρίσκονται και στα δύο άκρα του άξονα των ινών.

Όλα τα κύτταρα πρέπει να διατηρούν ένα συγκεκριμένο σχήμα, αλλά μερικά πρέπει να παραμείνουν άκαμπτα, ενώ άλλα μπορεί να είναι πιο ευέλικτα. Το κελί διατηρεί το σχήμα του με κυτταροσκελετό που αποτελείται από διαφορετικά δομικά στοιχεία ανάλογα με τη λειτουργία των κυττάρων. Εάν το κύτταρο είναι μέρος μιας μεγαλύτερης δομής, όπως ένα όργανο που πρέπει να διατηρήσει το σχήμα του, ο κυτταροσκελετός αποτελείται από άκαμπτα σωληνάρια. Εάν το κύτταρο αφήνεται να αποδώσει υπό πίεση και δεν χρειάζεται να διατηρήσει το σχήμα του πλήρως, ο κυτταροσκελετός είναι ελαφρύτερος, πιο εύκαμπτος και αποτελείται από πρωτεΐνες.

Κατά την προβολή του κελιού σε μικρογραφία, ο κυτταροσκελετός εμφανίζεται ως παχιά διπλή γραμμή στην περίπτωση σωληναρίων και λεπτές μονές γραμμές για νήματα. Ορισμένα κελιά μπορεί να έχουν σχεδόν καθόλου τέτοιες γραμμές, αλλά σε άλλα, οι ανοιχτοί χώροι μπορεί να γεμίζουν με τον κυτταροσκελετό. Κατά τον εντοπισμό των κυτταρικών δομών, είναι σημαντικό να διατηρήσετε τις μεμβράνες των οργανικών οργάνων ξεχωριστές εντοπίζοντας το κλειστό τους κύκλωμα ενώ οι γραμμές του κυτταροσκελετού είναι ανοιχτές και διασχίζουν το κελί.

Για πλήρη αναγνώριση όλων των κυτταρικών δομών, απαιτούνται αρκετές μικρογραφίες. Αυτά που δείχνουν ολόκληρο το κύτταρο, ή αρκετά κύτταρα, δεν θα έχουν αρκετή λεπτομέρεια για τις μικρότερες δομές όπως τα χρωμοσώματα. Αρκετές μικρογραφίες οργελίων με προοδευτικά μεγαλύτερη μεγέθυνση θα δείξουν τις μεγαλύτερες δομές όπως τα μιτοχόνδρια και έπειτα τα μικρότερα σώματα όπως τα κεντρόλια.

Κατά την πρώτη εξέταση ενός μεγεθυνμένου δείγματος ιστού, μπορεί να είναι δύσκολο να δείτε αμέσως τις διάφορες κυτταρικές δομές, αλλά η ανίχνευση των κυτταρικών μεμβρανών είναι μια καλή αρχή. Ο εντοπισμός του πυρήνα και των μεγαλύτερων οργανίων όπως τα μιτοχόνδρια είναι συχνά το επόμενο βήμα. Στις μικρογραφίες υψηλότερης μεγέθυνσης, τα άλλα οργανίδια μπορούν συχνά να αναγνωριστούν με μια διαδικασία απομάκρυνσης, αναζητώντας βασικά διακριτικά χαρακτηριστικά. Οι αριθμοί κάθε οργανιδίου και δομής δίνουν στη συνέχεια μια ένδειξη σχετικά με τη λειτουργία του κυττάρου και των ιστών του.