როგორ ამოვიცნოთ უჯრედების სტრუქტურები

ცოცხალი უჯრედები ერთუჯრედიანი წყალმცენარეებისა და ბაქტერიებისგან, მრავალუჯრედიანი ორგანიზმების საშუალებით, როგორიცაა ხავსი და ჭიები, კომპლექსურ მცენარეებამდე და ცხოველებამდე, მათ შორის ადამიანებამდე. გარკვეული სტრუქტურები გვხვდება ყველა ცოცხალ უჯრედში, მაგრამ ერთუჯრედიანი ორგანიზმები და უმაღლესი მცენარეებისა და ცხოველების უჯრედები ასევე მრავალფეროვანია. სინათლის მიკროსკოპებს შეუძლიათ გაადიდონ უჯრედები ისე, რომ უფრო დიდი, უფრო განსაზღვრული სტრუქტურები ჩანს, მაგრამ გადაცემის ელექტრონული მიკროსკოპები (TEM) საჭიროა უჯრედისის უწვრილესი სტრუქტურების სანახავად.

უჯრედების და მათი სტრუქტურების ამოცნობა ხშირად ძნელია, რადგან კედლები საკმაოდ თხელია და სხვადასხვა უჯრედს შეიძლება სულ სხვა გარეგნობა ჰქონდეს. უჯრედებსა და მათ ორგანელებს აქვთ მახასიათებლები, რომელთა საშუალებითაც შესაძლებელია მათი იდენტიფიკაცია, და ეს ხელს უწყობს საკმარისად გადიდების გამოყენებას, რომელიც აჩვენებს ამ დეტალებს.

მაგალითად, სინათლის მიკროსკოპი 300X გადიდებით აჩვენებს უჯრედებს და ზოგიერთ დეტალს, მაგრამ არა უჯრედში არსებულ მცირე ორგანულებს. ამისათვის საჭიროა TEM. TEM- ები იყენებენ ელექტრონებს მცირე ზომის სტრუქტურების დეტალური სურათების შესაქმნელად, ელექტრონების გადაღებით ქსოვილის ნიმუშის საშუალებით და შაბლონების ანალიზით, როდესაც ელექტრონები გადიან მეორე მხრიდან. TEM– ების სურათებს, როგორც წესი, აწერია უჯრედის ტიპი და გადიდება - გამოსახულება, რომელსაც აღნიშნავს "ადამიანის ტემპერატურა" ეპითელური უჯრედები ეტიკეტირებული 7900X "გადიდებულია 7,900 ჯერ და შეუძლია აჩვენოს უჯრედის დეტალები, ბირთვი და სხვა სტრუქტურები. მთლიანი უჯრედების და მცირე ზომის თვისებებისათვის მსუბუქი მიკროსკოპების გამოყენება საშუალებას იძლევა საიმედო და ზუსტი იდენტიფიკაცია უჯრედული უჯრედების სტრუქტურების თუნდაც.

მიკროგრაფია წარმოადგენს სინათლის მიკროსკოპებისა და TEM– ებისგან მიღებულ გადიდებულ სურათებს. ხშირად იღებენ უჯრედის მიკროგრაფიებს ქსოვილის ნიმუშებიდან და აჩვენებენ უჯრედების და შინაგანი სტრუქტურების უწყვეტ მასას, რომელთა ამოცნობა ძნელია ინდივიდუალურად როგორც წესი, ასეთ მიკროგრაფიებში ნაჩვენებია უამრავი სტრიქონი, წერტილები, ლაქები და მტევანი, რომლებიც ქმნიან უჯრედსა და მის ორგანელებს. საჭიროა სისტემური მიდგომა სხვადასხვა ნაწილის იდენტიფიკაციისთვის.

ეს ეხმარება იცოდეს რა განასხვავებს უჯრედის სხვადასხვა სტრუქტურას. უჯრედები თვითონ არის მიკროგრაფიის ყველაზე დიდი დახურული სხეული, მაგრამ უჯრედების შიგნით მრავალი სხვადასხვა სტრუქტურაა, რომელთაგან თითოეულს აქვს საკუთარი საიდენტიფიკაციო თავისებურებები. მაღალი დონის მიდგომა, სადაც ხდება დახურული საზღვრების დადგენა და დახურული ფორმების აღმოჩენა, ხელს უწყობს კომპონენტების იზოლირებას გამოსახულებაზე. ამის შემდეგ შესაძლებელია თითოეული ცალკეული ნაწილის იდენტიფიცირება უნიკალური მახასიათებლების ძიებით.

სწორად ამოსაცნობი უჯრედის სტრუქტურებს შორის არის უჯრედისში შემავალი პატარა გარსით შეკრული ორგანზელები. ეს სტრუქტურები მნიშვნელოვანია უჯრედების ფუნქციონირებისთვის და უმეტესობა წარმოადგენს უჯრედული ნივთიერებების მცირე ზომის ტომრებს, როგორიცაა ცილები, ფერმენტები, ნახშირწყლები და ცხიმები. მათ ყველას თავიანთი როლი აქვთ საკანში და წარმოადგენს უჯრედების შესწავლისა და უჯრედის სტრუქტურის იდენტიფიკაციის მნიშვნელოვან ნაწილს.

ყველა უჯრედს არ აქვს ყველა ტიპის ორგანელი და მათი რიცხვი ძალიან განსხვავდება. ორგანელეთა უმეტესობა იმდენად მცირეა, რომ მათი იდენტიფიცირება მხოლოდ ორგანულთა TEM სურათებზეა შესაძლებელი. მიუხედავად იმისა, რომ ფორმა და ზომა ხელს უწყობს ზოგიერთი ორგანელის განასხვავებას, ჩვეულებრივ, აუცილებელია ინტერიერის სტრუქტურის დანახვა, რომ დარწმუნდეთ, თუ რა ტიპის ორგანოს ნაჩვენებია. როგორც უჯრედის სხვა სტრუქტურებთან, ისე მთლიან უჯრედთან მიმართებაში, თითოეული ორგანოს განსაკუთრებული თვისებები იოლდება იდენტიფიკაციას.

უჯრედის მიკროგრაფიაში ნაპოვნი სხვა საგნებთან შედარებით, უჯრედები გაცილებით დიდია, მაგრამ მათი საზღვრები ხშირად საოცრად რთულია. ბაქტერიული უჯრედები დამოუკიდებელია და აქვთ შედარებით სქელი უჯრედის კედელი, ამიტომ ისინი ჩვეულებრივ ადვილად ჩანს. ყველა სხვა უჯრედს, განსაკუთრებით კი უმაღლესი ცხოველების ქსოვილებში, მხოლოდ თხელი უჯრედის მემბრანაა და არ აქვთ უჯრედის კედელი. ქსოვილის მიკროგრაფიებზე ხშირად მხოლოდ სუსტი ხაზებია, რომლებიც აჩვენებს უჯრედის მემბრანებს და თითოეული უჯრედის საზღვრებს.

უჯრედებს აქვთ ორი მახასიათებელი, რაც იდენტიფიკაციას უმარტივებს. ყველა უჯრედს აქვს უწყვეტი უჯრედის მემბრანა, რომელიც მათ გარს აკრავს და უჯრედის მემბრანა თან ახლავს რიგ სხვა პაწაწინა სტრუქტურებს. მას შემდეგ, რაც ასეთი უწყვეტი მემბრანა მოიძებნება და იგი მოიცავს სხვა მრავალ სხეულს, რომელთაგან თითოეულს აქვს საკუთარი შინაგანი სტრუქტურა, ეს დახურული უბანი შეიძლება განისაზღვროს, როგორც უჯრედი. მას შემდეგ რაც გაირკვევა უჯრედის ვინაობა, შეიძლება გაგრძელდეს შინაგანი სტრუქტურების იდენტიფიკაცია.

ყველა უჯრედს არ აქვს ბირთვი, მაგრამ ცხოველებისა და მცენარეების ქსოვილებში უმეტესობა არსებობს. ერთუჯრედიან ორგანიზმებს, როგორიცაა ბაქტერიები, არ აქვთ ბირთვი და ზოგიერთ ცხოველურ უჯრედს, მაგალითად ადამიანის სექსუალურ წითელ უჯრედებს. სხვა საერთო უჯრედებს, როგორიცაა ღვიძლის უჯრედები, კუნთების უჯრედები და კანის უჯრედები, მკაფიოდ განსაზღვრული ბირთვია უჯრედის მემბრანის შიგნით.

ბირთვი უჯრედის შიგნით ყველაზე დიდი სხეულია და ის, ჩვეულებრივ, მეტნაკლებად მრგვალი ფორმისაა. უჯრედისგან განსხვავებით, მას არ აქვს ბევრი სტრუქტურა. ბირთვში ყველაზე დიდი ობიექტია მრგვალი ბირთვი, რომელიც პასუხისმგებელია რიბოსომების წარმოებაზე. თუ გადიდება საკმარისად მაღალია, ბირთვს შიგნით ქრომოსომების ჭიის მსგავსი სტრუქტურები ჩანს, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც უჯრედი გაყოფისთვის ემზადება.

რიბოსომები არის ცილების და რიბოსომული RNA- ს პაწაწინა მტევანი, კოდი, რომლის მიხედვითაც ხდება ცილების წარმოება. მათი დადგენა შესაძლებელია მათი მემბრანის ნაკლებობითა და მცირე ზომის მიხედვით. უჯრედის ორგანელების მიკროგრაფიებში ისინი მყარი ნივთიერების მცირე მარცვლებს ჰგვანან და ამ მარცვლებიდან ბევრია მიმოფანტული მთელ უჯრედში.

ზოგიერთი რიბოსომა ერთვის ენდოპლაზმურ ბადეს, რიგ ნაოჭებსა და მილაკებს ბირთვთან. ეს რიბოსომები ეხმარება უჯრედს სპეციალიზებული ცილების გამომუშავებაში. ძალზე მაღალი გადიდებისას შეიძლება იმის დანახვა, რომ რიბოსომები შედგება ორი განყოფილებისგან, უფრო დიდი ნაწილი შედგება RNA– სგან და პატარა მტევანი - წარმოებული ცილები.

მხოლოდ უჯრედებში, რომლებსაც აქვთ ბირთვი, ენდოპლაზმური ბადე წარმოადგენს სტრუქტურას, რომელიც შედგება დაკეცილი ტომრებისა და მილებისგან, რომლებიც ბირთვს და უჯრედულ მემბრანს შორის მდებარეობს. ის ეხმარება უჯრედს მართოს ცილების გაცვლა უჯრედსა და ბირთვს შორის და მას აქვს რიბოსომები, რომლებიც ერთვის განყოფილებას, რომელსაც უხეში ენდოპლაზმური ბადე უწოდებენ.

უხეში ენდოპლაზმური ბადე და მისი რიბოსომები წარმოქმნიან უჯრედის სპეციფიკურ ფერმენტებს, როგორიცაა ინსულინი პანკრეასის უჯრედებში და ანტისხეულები სისხლის თეთრი უჯრედებისათვის. გლუვ ენდოპლაზმურ ბადეს არ აქვს მიბმული რიბოსომები და წარმოქმნის ნახშირწყლებს და ლიპიდებს, რომლებიც უჯრედის მემბრანის უცვლელად შენარჩუნებას უწყობს ხელს. ენდოპლაზმური ბადის ორივე ნაწილის იდენტიფიკაცია შესაძლებელია უჯრედის ბირთვთან მათი კავშირით.

მიტოქონდრია წარმოადგენს უჯრედის ცენტრალურ სადგურს, შთანთქავს გლუკოზას და წარმოქმნის შენახვის მოლეკულას ATP, რომელსაც უჯრედები იყენებენ ენერგიის მისაღებად. ორგანელი შედგება გლუვი გარსისა და დაკეცილი შიდა გარსისგან. ენერგიის წარმოება ხდება შიდა გარსის მოლეკულების გადატანის გზით. უჯრედში მიტოქონდრიების რაოდენობა დამოკიდებულია უჯრედის ფუნქციაზე. მაგალითად, კუნთის უჯრედებს ბევრი მიტოქონდრია, რადგან ისინი დიდ ენერგიას ხარჯავენ.

მიტოქონდრიის იდენტიფიცირება შესაძლებელია როგორც გლუვი, მოგრძო სხეულები, რომლებიც სიდიდით მეორე ორგანოს წარმოადგენს ბირთვის შემდეგ. მათი გამორჩეული თვისება არის დაკეცილი შიდა გარსი, რომელიც მიტოქონდრიის ინტერიერს აძლევს მის სტრუქტურას. უჯრედის მიკროგრაფიაზე, შიდა გარსის ნაკეცები ჰგავს თითებს, რომლებიც მიტოქონდრიის ინტერიერშია მოქცეული.

ლიზოსომები უფრო მცირეა, ვიდრე მიტოქონდრიები, ამიტომ მათი დანახვა შესაძლებელია მხოლოდ ძალიან გადიდებულ TEM სურათებზე. ისინი რიბოსომებისაგან გამოირჩევიან მემბრანით, რომელიც შეიცავს მათ საჭმლის მომნელებელ ფერმენტებს. ისინი ხშირად შეიძლება განიხილებოდეს როგორც მომრგვალო ან სფერული ფორმები, მაგრამ მათ შეიძლება ასევე ჰქონდეთ არარეგულარული ფორმები, როდესაც ისინი გარს აკრავენ უჯრედის ნარჩენებს.

ლიზოსომების ფუნქციაა უჯრედისის ნივთიერების მონელება, რომელიც აღარ არის საჭირო. უჯრედის ფრაგმენტები იშლება და გამოიდევნება უჯრედიდან. ლიზოსომები ასევე ესხმიან უჯრედში მოხვედრილ უცხო ნივთიერებებს და, როგორც ასეთი, იცავს ბაქტერიებისა და ვირუსებისგან.

გოლჯის სხეულები ან გოლჯის სტრუქტურები არის გაბრტყელებული ტომრებისა და მილების დასტა, რომლებიც ჰგავს, რომ შუაზე აქვთ გაჭედილი. თითოეული ტომარა გარშემორტყმულია მემბრანით, რომელიც ჩანს საკმარისად გადიდებით. ისინი ზოგჯერ ენდოპლაზმური ბადის მცირე ვერსიას ჰგვანან, მაგრამ ისინი ცალკეული სხეულებია, რომლებიც უფრო რეგულარულია და ბირთვს არ ერთვის. გოლჯის სხეულები ხელს უწყობენ ლიზოსომების გამომუშავებას და ცილების ფერმენტებად და ჰორმონებად გადაქცევას.

ცენტრიოლები წყვილია და, ჩვეულებრივ, ბირთვთან გვხვდება. ისინი ცილის ცილინდრული პაკეტებია და უჯრედების გაყოფის გასაღებია. მრავალი უჯრედის დათვალიერებისას, ზოგი შეიძლება გაყოფის პროცესში იყოს, შემდეგ კი ცენტრიოლები ძალიან გამოირჩევიან.

გაყოფის დროს უჯრედის ბირთვი იხსნება და ქრომოსომებში ნაპოვნი დნმ დუბლირდება. შემდეგ ცენტრიოლები ქმნიან ბოჭკოების spindle- ს, რომლის დროსაც ქრომოსომები მიედინება უჯრედის საპირისპირო ბოლოებში. შემდეგ უჯრედს შეუძლია დაყოს თითოეულ ქალიშვილ უჯრედთან, რომელიც იღებს ქრომოსომების სრულ კომპლემენტს. ამ პროცესის დროს, ცენტრიოლები ბოჭკოების spindle- ის ორივე ბოლოშია.

ყველა უჯრედმა უნდა შეინარჩუნოს გარკვეული ფორმა, მაგრამ ზოგიერთმა უნდა დარჩეს მყარი, ზოგი კი შეიძლება იყოს უფრო მოქნილი. უჯრედი თავის ფორმას ინახავს ციტოსკლეტით, რომელიც შედგება სხვადასხვა სტრუქტურული ელემენტებისგან, რაც დამოკიდებულია უჯრედის ფუნქციონირებაზე. თუ უჯრედი არის უფრო დიდი სტრუქტურის ნაწილი, როგორიცაა ორგანო, რომელსაც უნდა შეინარჩუნოს ფორმა, ციტოსკლეტი შედგება მყარი მილაკებისგან. თუ უჯრედს მიეცემა წნევის ქვეშ მოსვლის საშუალება და მისი ფორმის სრული შენარჩუნება არ არის საჭირო, ციტოსკლეტი უფრო მსუბუქია, უფრო მოქნილი და ცილის ძაფებისგან შედგება.

მიკროგრაფიაზე უჯრედის დათვალიერებისას, ციტოსკლეტი გამოჩნდება როგორც სქელი ორმაგი ხაზები მილაკების შემთხვევაში და წვრილი ერთჯერადი ხაზები ძაფებისათვის. ზოგიერთ უჯრედს შეიძლება მსგავსი ხაზები თითქმის არ ჰქონდეს, მაგრამ ზოგიერთში, ღია სივრცეები შეიძლება შეივსოს ციტოსკლეტით. უჯრედის სტრუქტურების იდენტიფიკაციისას მნიშვნელოვანია, რომ ორგანულ მემბრანებს განვაცალკევოთ მათი დახურული მიკროსქემის მიკვლევა, როდესაც ციტოკონტროლის ხაზები ღიაა და უჯრედს გადაკვეთს.

უჯრედის ყველა სტრუქტურის სრული იდენტიფიკაციისთვის საჭიროა რამდენიმე მიკროგრაფი. მთლიანი უჯრედის ან რამდენიმე უჯრედის ჩვენებას არ ექნება საკმარისი დეტალები ყველაზე პატარა სტრუქტურებისთვის, როგორიცაა ქრომოსომები. ორგანელელების რამდენიმე მიკროგრაფია თანდათანობით უფრო დიდი გადიდებით აჩვენებს უფრო დიდ სტრუქტურებს, როგორიცაა მიტოქონდრია და შემდეგ ყველაზე პატარა სხეულები, როგორიცაა ცენტრიოლები.

ქსოვილის გადიდებული ნიმუშის პირველად გამოკვლევისას, შეიძლება ძნელი იყოს უჯრედის სხვადასხვა სტრუქტურის დაუყოვნებლად დანახვა, მაგრამ უჯრედის მემბრანის მიკვლევა კარგი დასაწყისია. ბირთვისა და უფრო მსხვილი ორგანელების იდენტიფიცირება, როგორიცაა მიტოქონდრია, ხშირად შემდეგი ნაბიჯია. უმაღლესი გადიდების მიკროგრაფიებში, სხვა ორგანელების ხშირად იდენტიფიცირება ხდება ელიმინაციის პროცესით, ძირითადი განმასხვავებელი მახასიათებლების ძიებით. თითოეული ორგანელისა და სტრუქტურის რიცხვი შემდეგ იძლევა ნახავს უჯრედისა და მისი ქსოვილების ფუნქციონირების შესახებ.