Ako identifikovať bunkové štruktúry

Živé bunky siahajú od jednobunkových rias a baktérií, cez mnohobunkové organizmy, ako sú machy a červy, až po zložité rastliny a zvieratá vrátane ľudí. Určité štruktúry sa nachádzajú vo všetkých živých bunkách, ale jednobunkové organizmy a bunky vyšších rastlín a živočíchov sa tiež v mnohom líšia. Svetelné mikroskopy môžu zväčšiť bunky tak, aby bolo možné vidieť väčšie a viac definované štruktúry, ale transmisné elektrónové mikroskopy (TEM) sú potrebné na pozorovanie najmenších bunkových štruktúr.

Bunky a ich štruktúry sú často ťažko identifikovateľné, pretože steny sú dosť tenké a rôzne bunky môžu mať úplne odlišný vzhľad. Bunky a ich organely majú vlastnosti, ktoré je možné použiť na ich identifikáciu. Pomáha k tomu použiť dostatočne veľké zväčšenie, ktoré ukazuje tieto podrobnosti.

Napríklad svetelný mikroskop so zväčšením 300-krát ukáže bunky a niektoré podrobnosti, ale nie malé organely v bunke. Na to je potrebný TEM. TEM používajú elektróny na vytváranie podrobných obrazov drobných štruktúr strieľaním elektrónov cez vzorku tkaniva a analýzou vzorov, keď elektróny opúšťajú druhú stranu. Obrázky z TEM sú zvyčajne označené typom bunky a zväčšením - obrázok označený ako „ľudský“ epitelové bunky označené 7900X "sú zväčšené 7 900-krát a môžu zobrazovať podrobnosti bunky, jadro a ďalšie štruktúr. Použitie svetelných mikroskopov pre celé bunky a TEM pre menšie funkcie umožňuje spoľahlivú a presnú identifikáciu aj tých najnepolapiteľnejších bunkových štruktúr.

Mikrografy sú zväčšené obrázky získané zo svetelných mikroskopov a TEM. Často sa robia mikrofotografie zo vzoriek tkaniva a ukazujú súvislú masu buniek a vnútorných štruktúr, ktoré sa dajú ťažko identifikovať individuálne. Typicky také mikrofotografie ukazujú veľa čiar, bodiek, škvŕn a zhlukov, ktoré tvoria bunku a jej organely. Na identifikáciu rôznych častí je potrebný systematický prístup.

Pomáha vedieť, čo odlišuje rôzne bunkové štruktúry. Samotné bunky sú najväčším uzavretým telesom na mikrofotografii, ale vo vnútri buniek je veľa rôznych štruktúr, z ktorých každá má svoju vlastnú sadu identifikačných znakov. Prístup na vysokej úrovni, kde sú identifikované uzavreté hranice a nájdené uzavreté tvary, pomáha izolovať komponenty na obrázku. Potom je možné identifikovať každú samostatnú časť hľadaním jedinečných vlastností.

Medzi najťažšie bunkové štruktúry, ktoré sa dajú správne identifikovať, sú drobné organely viazané na membránu v každej bunke. Tieto štruktúry sú dôležité pre bunkové funkcie a väčšinou ide o malé vaky s bunkovou hmotou, ako sú bielkoviny, enzýmy, sacharidy a tuky. Všetci majú v bunke svoje vlastné úlohy a sú dôležitou súčasťou štúdia buniek a identifikácie bunkovej štruktúry.

Nie všetky bunky majú všetky typy organel a ich počet sa veľmi líši. Väčšina organel je taká malá, že ich možno identifikovať iba na TEM snímkach organel. Aj keď tvar a veľkosť pomáhajú rozlíšiť niektoré organely, je zvyčajne potrebné vidieť štruktúru interiéru, aby ste si boli istí, aký typ organely je zobrazený. Rovnako ako v prípade iných bunkových štruktúr, tak aj v prípade bunky ako celku je uľahčenie identifikácie uľahčené vďaka špeciálnym vlastnostiam každej organely.

V porovnaní s ostatnými subjektmi nájdenými na mikrofotografiách buniek sú bunky zďaleka najväčšie, ich limity sú však prekvapivo ťažké nájsť. Bakteriálne bunky sú nezávislé a majú porovnateľne silnú bunkovú stenu, takže ich možno zvyčajne ľahko vidieť. Všetky ostatné bunky, najmä tie v tkanivách vyšších zvierat, majú iba tenkú bunkovú membránu a žiadnu bunkovú stenu. Na mikrofotografiách tkaniva sú často iba slabé čiary znázorňujúce bunkové membrány a limity každej bunky.

Bunky majú dve vlastnosti, ktoré uľahčujú identifikáciu. Všetky bunky majú súvislú bunkovú membránu, ktorá ich obklopuje, a bunková membrána obklopuje množstvo ďalších drobných štruktúr. Len čo sa takáto súvislá membrána nájde a obklopí mnoho ďalších telies, z ktorých každé má svoju vlastnú vnútornú štruktúru, je možné túto uzavretú oblasť identifikovať ako bunku. Keď je identita bunky jasná, môže pokračovať identifikácia vnútorných štruktúr.

Nie všetky bunky majú jadro, ale väčšina z nich v živočíšnych a rastlinných tkanivách. Jednobunkové organizmy, ako sú baktérie, nemajú jadro a niektoré živočíšne bunky, ako napríklad ľudské zrelé červené krvinky, ho tiež nemajú. Ostatné bežné bunky, ako sú pečeňové bunky, svalové bunky a bunky kože, majú jasne definované jadro vo vnútri bunkovej membrány.

Jadro je najväčšie teleso vo vnútri bunky a zvyčajne má viac-menej guľatý tvar. Na rozdiel od bunky nemá vo vnútri veľa štruktúr. Najväčším objektom v jadre je guľaté jadro, ktoré je zodpovedné za tvorbu ribozómov. Ak je zväčšenie dostatočne vysoké, je možné vidieť červovité štruktúry chromozómov vo vnútri jadra, najmä keď sa bunka pripravuje na delenie.

Ribozómy sú malé zhluky bielkovín a ribozomálnej RNA, kód, podľa ktorého sa tieto proteíny vyrábajú. Možno ich identifikovať podľa nedostatku membrány a podľa ich malej veľkosti. Na mikrofotografiách bunkových organel vyzerajú ako malé zrniečka pevnej hmoty a veľa týchto zŕn je rozptýlených po celej bunke.

Niektoré ribozómy sú pripojené k endoplazmatickému retikulu, rade záhybov a tubulov v blízkosti jadra. Tieto ribozómy pomáhajú bunke produkovať špecializované proteíny. Pri veľmi vysokom zväčšení je možné vidieť, že ribozómy sú tvorené z dvoch častí, väčšia časť zložená z RNA a menšia skupina tvoria vyrobené proteíny.

Nachádza sa iba v bunkách, ktoré majú jadro, endoplazmatické retikulum je štruktúra tvorená zloženými vakmi a trubicami umiestnenými medzi jadrom a bunkovou membránou. Pomáha bunke riadiť výmenu bielkovín medzi bunkou a jadrom a má ribozómy pripojené k časti nazývanej drsné endoplazmatické retikulum.

Drsné endoplazmatické retikulum a jeho ribozómy produkujú bunkovo ​​špecifické enzýmy, ako je inzulín v bunkách pankreasu a protilátky proti bielym krvinkám. Hladké endoplazmatické retikulum nemá pripojené žiadne ribozómy a produkuje sacharidy a lipidy, ktoré pomáhajú udržiavať bunkové membrány neporušené. Obidve časti endoplazmatického retikula možno identifikovať podľa ich spojenia s jadrom bunky.

Mitochondrie sú elektrárne bunky, ktoré trávia glukózu a vytvárajú zásobnú molekulu ATP, ktorú bunky používajú na energiu. Organela je tvorená hladkou vonkajšou membránou a zloženou vnútornou membránou. Výroba energie prebieha prenosom molekúl cez vnútornú membránu. Počet mitochondrií v bunke závisí od bunkovej funkcie. Napríklad svalové bunky majú veľa mitochondrií, pretože spotrebúvajú veľa energie.

Mitochondrie možno identifikovať ako hladké pretiahnuté telesá, ktoré sú druhou najväčšou organelou po jadre. Ich rozlišovacím znakom je zložená vnútorná membrána, ktorá dodáva interiéru mitochondrií jeho štruktúru. Na bunkovej mikrofotografii vyzerajú záhyby vnútornej membrány ako prsty vyčnievajúce do vnútra mitochondrií.

Lyzozómy sú menšie ako mitochondrie, takže ich možno vidieť iba na vysoko zväčšených TEM snímkach. Od ribozómov ich odlišuje membrána, ktorá obsahuje ich tráviace enzýmy. Často ich možno vidieť ako zaoblené alebo sférické tvary, ale môžu mať tiež nepravidelné tvary, keď obklopia kúsok bunkového odpadu.

Funkciou lyzozómov je trávenie bunkovej hmoty, ktorá už nie je potrebná. Fragmenty buniek sa štiepia a vylučujú z bunky. Lyzozómy tiež napádajú cudzie látky, ktoré sa dostanú do bunky, a ako také sú obranou proti baktériám a vírusom.

Golgiho telá alebo Golgiho štruktúry sú hromady sploštených vriec a hadičiek, ktoré vyzerajú, akoby boli zovreté v strede. Každé vrece je obklopené membránou, ktorú je možné vidieť pri dostatočnom zväčšení. Niekedy vyzerajú ako menšia verzia endoplazmatického retikula, ale sú to samostatné telesá, ktoré sú pravidelnejšie a nie sú pripojené k jadru. Golgiho telieska pomáhajú produkovať lyzozómy a prevádzať bielkoviny na enzýmy a hormóny.

Centrioly prichádzajú v pároch a zvyčajne sa nachádzajú v blízkosti jadra. Sú to malé valcovité zväzky bielkovín a sú kľúčom k bunkovému deleniu. Pri prezeraní mnohých buniek môžu byť niektoré v procese delenia a centrioly sa potom stanú veľmi výraznými.

Počas delenia sa bunkové jadro rozpúšťa a DNA nachádzajúca sa v chromozómoch sa duplikuje. Centrioly potom vytvárajú vreteno vlákien, pozdĺž ktorého migrujú chromozómy na opačné konce bunky. Bunka sa potom môže rozdeliť s každou dcérskou bunkou, ktorá dostane kompletný doplnok chromozómov. Počas tohto procesu sú centrioly na oboch koncoch vretena vlákien.

Všetky bunky si musia udržiavať určitý tvar, ale niektoré musia zostať tuhé, zatiaľ čo iné môžu byť pružnejšie. Bunka si drží tvar pomocou cytoskeletu zloženého z rôznych štruktúrnych prvkov v závislosti od funkcie bunky. Ak je bunka súčasťou väčšej štruktúry, napríklad orgánu, ktorý musí udržiavať svoj tvar, cytoskelet je tvorený tuhými tubulmi. Ak sa bunke nechá pod tlakom podľahnúť a nemusí si úplne udržať tvar, je cytoskelet ľahší, pružnejší a vyrobený z bielkovinových vlákien.

Pri prezeraní bunky na mikrofotografii sa cytoskelet ukazuje ako hrubé dvojité čiary v prípade tubulov a tenké jednotlivé čiary pre vlákna. Niektoré bunky môžu mať podobné línie len ťažko, ale v iných môžu byť cytoskeletom vyplnené otvorené priestory. Pri identifikácii bunkových štruktúr je dôležité udržiavať membrány organel oddelené sledovaním ich uzavretého okruhu, zatiaľ čo línie cytoskeletu sú otvorené a prechádzajú bunkou.

Na úplnú identifikáciu všetkých bunkových štruktúr je potrebných niekoľko mikrofotografií. Tie, ktoré ukazujú celú bunku alebo niekoľko buniek, nebudú mať dostatok detailov pre najmenšie štruktúry, ako sú chromozómy. Niekoľko mikrofotografií organel s postupne väčším zväčšením ukáže väčšie štruktúry, ako sú mitochondrie, a potom najmenšie telesá, napríklad centrioly.

Pri prvom skúmaní zväčšenej vzorky tkaniva môže byť ťažké okamžite vidieť rôzne bunkové štruktúry, ale sledovanie bunkových membrán je dobrý začiatok. Ďalším krokom je identifikácia jadra a väčších organel, ako sú mitochondrie. Na mikrofotografiách s väčším zväčšením je možné ostatné organely často identifikovať procesom eliminácie, pričom sa hľadajú kľúčové rozlišovacie znaky. Počet každej organely a štruktúry potom poskytujú vodítko o funkcii bunky a jej tkanív.