Jak zidentyfikować struktury komórkowe Cell

Żywe komórki obejmują zarówno komórki jednokomórkowych alg i bakterii, jak i organizmy wielokomórkowe, takie jak mech i robaki, aż po złożone rośliny i zwierzęta, w tym ludzi. Pewne struktury znajdują się we wszystkich żywych komórkach, ale organizmy jednokomórkowe oraz komórki wyższych roślin i zwierząt również różnią się pod wieloma względami. Mikroskopy świetlne mogą powiększać komórki, aby można było zobaczyć większe, bardziej zdefiniowane struktury, ale transmisyjne mikroskopy elektronowe (TEM) są potrzebne, aby zobaczyć najmniejsze struktury komórkowe.

Komórki i ich struktury są często trudne do zidentyfikowania, ponieważ ściany są dość cienkie, a różne komórki mogą mieć zupełnie inny wygląd. Każdy z komórek i ich organelli ma cechy, które można wykorzystać do ich identyfikacji, a użycie wystarczająco dużego powiększenia, które pokazuje te szczegóły, pomaga.

Na przykład mikroskop świetlny z powiększeniem 300X pokaże komórki i niektóre szczegóły, ale nie małe organelle w komórce. Do tego potrzebny jest TEM. TEM wykorzystują elektrony do tworzenia szczegółowych obrazów maleńkich struktur, przepuszczając elektrony przez próbkę tkanki i analizując wzory, gdy elektrony wychodzą z drugiej strony. Obrazy z TEM są zwykle oznaczone typem komórki i powiększeniem – obraz oznaczony „tem człowieka komórki nabłonkowe oznaczone jako 7900X są powiększone 7900 razy i mogą pokazać szczegóły komórek, jądro i inne Struktury. Korzystanie z mikroskopów świetlnych dla całych komórek i TEM dla mniejszych funkcji pozwala na niezawodną i dokładną identyfikację nawet najbardziej nieuchwytnych struktur komórkowych.

Mikrografy to powiększone obrazy uzyskane z mikroskopów świetlnych i TEM. Często wykonuje się mikrofotografie komórkowe z próbek tkanek i wykazują ciągłą masę komórek i struktur wewnętrznych, które są trudne do zidentyfikowania indywidualnie. Zazwyczaj takie mikrofotografie pokazują wiele linii, kropek, plam i skupisk, które tworzą komórkę i jej organelle. Potrzebne jest systematyczne podejście do identyfikacji różnych części.

Pomaga wiedzieć, co odróżnia różne struktury komórkowe. Same komórki są największym zamkniętym ciałem na mikrofotografii, ale wewnątrz komórek znajduje się wiele różnych struktur, z których każda ma swój własny zestaw cech identyfikujących. Podejście wysokiego poziomu, w którym identyfikowane są zamknięte granice i znajdują zamknięte kształty, pomaga wyizolować komponenty na obrazie. Następnie można zidentyfikować każdą oddzielną część, szukając unikalnych cech.

Wśród najtrudniejszych do prawidłowej identyfikacji struktur komórkowych znajdują się maleńkie organelle związane z błoną w każdej komórce. Struktury te są ważne dla funkcji komórki, a większość z nich to małe woreczki materii komórkowej, takie jak białka, enzymy, węglowodany i tłuszcze. Wszystkie mają do odegrania swoje role w komórce i stanowią ważną część badania komórki i identyfikacji struktury komórki.

Nie wszystkie komórki mają wszystkie rodzaje organelli, a ich liczba jest bardzo zróżnicowana. Większość organelli jest tak małych, że można je zidentyfikować tylko na obrazach organelli TEM. Chociaż kształt i rozmiar pomagają odróżnić niektóre organelle, zwykle konieczne jest obejrzenie struktury wewnętrznej, aby mieć pewność, jaki rodzaj organelli jest pokazany. Podobnie jak w przypadku innych struktur komórkowych i komórki jako całości, szczególne cechy każdej organelli ułatwiają identyfikację.

W porównaniu z innymi obiektami znalezionymi na mikrofotografii komórek, komórki są zdecydowanie największe, ale ich granice są często zaskakująco trudne do znalezienia. Komórki bakteryjne są niezależne i mają stosunkowo grubą ścianę komórkową, więc zwykle można je łatwo zobaczyć. Wszystkie inne komórki, zwłaszcza te znajdujące się w tkankach zwierząt wyższych, mają tylko cienką błonę komórkową i nie mają ściany komórkowej. Na mikrofotografii tkanki często widać tylko słabe linie pokazujące błony komórkowe i granice każdej komórki.

Komórki mają dwie cechy, które ułatwiają identyfikację. Wszystkie komórki mają ciągłą błonę komórkową, która je otacza, a błona komórkowa zawiera szereg innych maleńkich struktur. Po znalezieniu takiej ciągłej błony, która obejmuje wiele innych ciał, z których każde ma swoją własną wewnętrzną strukturę, ten zamknięty obszar można zidentyfikować jako komórkę. Gdy tożsamość komórki jest jasna, można przystąpić do identyfikacji struktur wewnętrznych.

Nie wszystkie komórki mają jądro, ale większość komórek w tkankach zwierzęcych i roślinnych tak. Organizmy jednokomórkowe, takie jak bakterie, nie mają jądra, a niektóre komórki zwierzęce, takie jak ludzkie dojrzałe czerwone krwinki, również go nie mają. Inne powszechne komórki, takie jak komórki wątroby, komórki mięśniowe i komórki skóry, mają wyraźnie określone jądro wewnątrz błony komórkowej.

Jądro jest największym ciałem wewnątrz komórki i zwykle ma mniej więcej okrągły kształt. W przeciwieństwie do komórki, nie ma w niej wielu struktur. Największym obiektem w jądrze jest okrągłe jąderko odpowiedzialne za wytwarzanie rybosomów. Jeśli powiększenie jest wystarczająco duże, można zobaczyć przypominające robaki struktury chromosomów wewnątrz jądra, zwłaszcza gdy komórka przygotowuje się do podziału.

Rybosomy to maleńkie grudki białka i rybosomalnego RNA, kodu, według którego wytwarzane są białka. Można je rozpoznać po braku membrany i niewielkim rozmiarze. Na mikrografach organelli komórkowych wyglądają one jak małe ziarna materii stałej, a wiele z tych ziaren jest rozsianych po całej komórce.

Niektóre rybosomy są przyczepione do retikulum endoplazmatycznego, szeregu fałd i kanalików w pobliżu jądra. Te rybosomy pomagają komórce wytwarzać wyspecjalizowane białka. Przy bardzo dużym powiększeniu można zaobserwować, że rybosomy składają się z dwóch części, większa część składa się z RNA, a mniejsza grupa składa się z wytworzonych białek.

Retikulum endoplazmatyczne, występujące tylko w komórkach z jądrem, jest strukturą składającą się ze złożonych worków i rurek znajdujących się między jądrem a błoną komórkową. Pomaga komórce zarządzać wymianą białek między komórką a jądrem i ma rybosomy przyłączone do części zwanej szorstką siateczką endoplazmatyczną.

Szorstka retikulum endoplazmatyczne i jego rybosomy wytwarzają enzymy swoiste dla komórek, takie jak insulina w komórkach trzustki i przeciwciała dla białych krwinek. Gładka siateczka śródplazmatyczna nie ma przyłączonych rybosomów i wytwarza węglowodany i lipidy, które pomagają utrzymać błony komórkowe w stanie nienaruszonym. Obie części retikulum endoplazmatycznego można zidentyfikować na podstawie ich połączenia z jądrem komórki.

Mitochondria to elektrownie komórki, trawiące glukozę w celu wytworzenia cząsteczki magazynującej ATP, którą komórki wykorzystują jako energię. Organella składa się z gładkiej błony zewnętrznej i złożonej błony wewnętrznej. Produkcja energii odbywa się poprzez transfer cząsteczek przez błonę wewnętrzną. Liczba mitochondriów w komórce zależy od funkcji komórki. Na przykład komórki mięśniowe mają wiele mitochondriów, ponieważ zużywają dużo energii.

Mitochondria można zidentyfikować jako gładkie, wydłużone ciała, które są drugą co do wielkości organellą po jądrze. Ich cechą wyróżniającą jest pofałdowana błona wewnętrzna, która nadaje strukturę wnętrzu mitochondriów. Na mikrofotografii komórkowej fałdy błony wewnętrznej wyglądają jak palce wystające do wnętrza mitochondriów.

Lizosomy są mniejsze niż mitochondria, więc można je zobaczyć tylko na bardzo powiększonych obrazach TEM. Od rybosomów odróżnia je błona zawierająca ich enzymy trawienne. Często mogą być postrzegane jako zaokrąglone lub kuliste kształty, ale mogą również mieć nieregularne kształty, gdy otoczą fragment odpadów komórkowych.

Zadaniem lizosomów jest trawienie materii komórkowej, która nie jest już potrzebna. Fragmenty komórek są rozkładane i wydalane z komórki. Lizosomy atakują również obce substancje, które dostają się do komórki i jako takie stanowią ochronę przed bakteriami i wirusami.

Ciała Golgiego lub struktury Golgiego to stosy spłaszczonych worków i rurek, które wyglądają, jakby zostały ściśnięte w środku. Każdy worek jest otoczony membraną, którą można zobaczyć przy wystarczającym powiększeniu. Czasami wyglądają jak mniejsza wersja retikulum endoplazmatycznego, ale są oddzielnymi ciałami, które są bardziej regularne i nie są przyczepione do jądra. Ciała Golgiego pomagają wytwarzać lizosomy i przekształcać białka w enzymy i hormony.

Centriole występują parami i zwykle znajdują się w pobliżu jądra. Są to maleńkie cylindryczne wiązki białka i są kluczem do podziału komórek. Podczas oglądania wielu komórek, niektóre mogą się dzielić, a centriole stają się wtedy bardzo widoczne.

Podczas podziału jądro komórkowe rozpuszcza się, a DNA znajdujące się w chromosomach jest duplikowane. Centriole tworzą następnie wrzeciono z włókien, wzdłuż którego chromosomy migrują do przeciwległych końców komórki. Komórka może następnie podzielić się z każdą komórką potomną otrzymującą pełny zestaw chromosomów. Podczas tego procesu centriole znajdują się na obu końcach wrzeciona włókien.

Wszystkie komórki muszą zachować określony kształt, ale niektóre muszą pozostać sztywne, podczas gdy inne mogą być bardziej elastyczne. Komórka zachowuje swój kształt za pomocą cytoszkieletu złożonego z różnych elementów strukturalnych w zależności od funkcji komórki. Jeśli komórka jest częścią większej struktury, takiej jak narząd, który musi zachować swój kształt, cytoszkielet składa się ze sztywnych kanalików. Jeśli komórka może ustąpić pod naciskiem i nie musi całkowicie zachowywać swojego kształtu, cytoszkielet jest lżejszy, bardziej elastyczny i zbudowany z włókien białkowych.

Podczas oglądania komórki na mikrofotografii cytoszkielet ukazuje się jako grube podwójne linie w przypadku kanalików i cienkie pojedyncze linie w przypadku włókien. Niektóre komórki mogą nie mieć prawie żadnych takich linii, ale w innych otwarte przestrzenie mogą być wypełnione cytoszkieletem. Podczas identyfikacji struktur komórkowych ważne jest, aby oddzielić błony organelli, śledząc ich zamknięty obwód, podczas gdy linie cytoszkieletu są otwarte i przecinają komórkę.

Do pełnej identyfikacji wszystkich struktur komórkowych potrzebnych jest kilka mikrofotografii. Te pokazujące całą komórkę lub kilka komórek nie będą miały wystarczająco dużo szczegółów dla najmniejszych struktur, takich jak chromosomy. Kilka mikrofotografii organelli w coraz większym powiększeniu pokaże większe struktury, takie jak mitochondria, a następnie najmniejsze ciała, takie jak centriole.

Podczas pierwszego badania powiększonej próbki tkanki może być trudno od razu zobaczyć różne struktury komórkowe, ale śledzenie błon komórkowych jest dobrym początkiem. Często kolejnym krokiem jest identyfikacja jądra i większych organelli, takich jak mitochondria. Na zdjęciach o większym powiększeniu inne organelle często można zidentyfikować w procesie eliminacji, w poszukiwaniu kluczowych cech wyróżniających. Liczby każdej organelli i struktury dają wskazówkę dotyczącą funkcji komórki i jej tkanek.