Як визначити клітинні структури

Живі клітини варіюються від клітин одноклітинних водоростей і бактерій, через багатоклітинні організми, такі як мох і глисти, аж до складних рослин і тварин, включаючи людей. Певні структури зустрічаються у всіх живих клітинах, але одноклітинні організми та клітини вищих рослин і тварин також багато в чому різні. Світлові мікроскопи можуть збільшувати клітини так, що видно більші, чіткіші структури, але просвічувальні електронні мікроскопи (ТЕМ) потрібні, щоб побачити найдрібніші клітинні структури.

Клітини та їх структури часто важко визначити, оскільки стінки досить тонкі, а різні клітини можуть мати абсолютно різний вигляд. Клітини та їх органели мають характеристики, за допомогою яких можна їх ідентифікувати, і це допомагає використовувати досить велике збільшення, яке показує ці деталі.

Наприклад, світловий мікроскоп зі збільшенням 300Х покаже клітини та деякі деталі, але не маленькі органели всередині клітини. Для цього потрібен ТЕМ. ТЕМ використовують електрони для створення детальних зображень крихітних структур, прострілюючи електрони через зразок тканини та аналізуючи структури, коли електрони виходять з іншої сторони. Зображення з ТЕМ зазвичай позначаються типом клітини та збільшенням - зображенням, позначеним "tem of human епітеліальні клітини з міткою 7900X "збільшено в 7900 разів і можуть показувати деталі клітин, ядро ​​та інші конструкцій. Використання світлових мікроскопів для цілих клітин і ТЕМ для менших характеристик дозволяє надійно і точно визначити навіть найбільш невловимі клітинні структури.

Мікрофотографії - це збільшені зображення, отримані за допомогою світлових мікроскопів та ТЕМ. Часто беруть клітинні мікрофотографії із зразків тканин і показують суцільну масу клітин та внутрішніх структур, які важко ідентифікувати індивідуально. Зазвичай такі мікрофотографії демонструють багато ліній, крапок, плям і скупчень, з яких складається клітина та її органели. Потрібний систематичний підхід для виявлення різних частин.

Це допомагає знати, що відрізняє різні клітинні структури. Самі клітини є найбільшим закритим тілом на мікрофотографії, але всередині клітин знаходиться безліч різних структур, кожна з яких має свій набір ідентифікуючих ознак. Підхід високого рівня, коли ідентифікуються замкнуті межі та знаходять закриті форми, допомагає ізолювати компоненти на зображенні. Тоді можна ідентифікувати кожну окрему частину, шукаючи унікальні характеристики.

Серед найбільш складних клітинних структур для правильної ідентифікації є крихітні органели, пов’язані з мембраною, у кожній клітині. Ці структури важливі для функціонування клітин, і більшість із них - це невеликі мішечки клітинної речовини, такі як білки, ферменти, вуглеводи та жири. Усі вони мають власну роль у клітині і представляють важливу частину дослідження клітин та ідентифікації структури клітин.

Не всі клітини мають усі типи органел, і їх кількість сильно варіюється. Більшість органел настільки малі, що їх можна ідентифікувати лише на ТЕМ-зображеннях органел. Хоча форма та розмір допомагають розрізнити деякі органели, як правило, необхідно розглянути внутрішню структуру, щоб бути впевненим, який тип органел показано. Як і у випадку з іншими клітинними структурами та для клітини в цілому, особливі особливості кожної органели полегшують ідентифікацію.

Порівняно з іншими предметами, виявленими на мікрофотографіях клітин, клітини на сьогоднішній день найбільші, але їх межі часто напрочуд важко знайти. Бактеріальні клітини незалежні і мають порівняно товсту клітинну стінку, тому їх зазвичай легко побачити. Усі інші клітини, особливо ті, що знаходяться в тканинах вищих тварин, мають лише тонку клітинну мембрану і відсутність клітинної стінки. На мікрофотографіях тканини часто є лише слабкі лінії, що показують клітинні мембрани та межі кожної клітини.

Клітини мають дві характеристики, які полегшують ідентифікацію. Усі клітини мають суцільну клітинну мембрану, яка їх оточує, і клітинна мембрана охоплює ряд інших крихітних структур. Як тільки така безперервна мембрана виявляється, і вона охоплює безліч інших тіл, кожна з яких має власну внутрішню структуру, цю замкнуту область можна визначити як клітину. Після того, як ідентифікація клітини буде чіткою, можна буде продовжувати ідентифікацію внутрішніх структур.

Не всі клітини мають ядро, але більшість із клітин тваринних і рослинних тканин мають. Одноклітинні організми, такі як бактерії, не мають ядра, а деякі клітини тварин, такі як зрілі еритроцити людини, його також не мають. Інші поширені клітини, такі як клітини печінки, м’язові клітини та клітини шкіри, мають чітко визначене ядро ​​всередині клітинної мембрани.

Ядро - це найбільше тіло всередині клітини, і воно зазвичай має більш-менш круглу форму. На відміну від клітини, вона не має багато структур всередині себе. Найбільшим об’єктом у ядрі є кругле ядерце, яке відповідає за утворення рибосом. Якщо збільшення досить велике, можна побачити червоподібні структури хромосом всередині ядра, особливо коли клітина готується до поділу.

Рибосоми - це крихітні грудочки білка та рибосомальної РНК, код, згідно з яким білки виробляються. Їх можна визначити за відсутністю мембрани та за невеликими розмірами. На мікрофотографіях клітинних органел вони виглядають як маленькі зерна твердої речовини, і цих зерен багато, розкиданих по клітині.

Деякі рибосоми прикріплені до ендоплазматичної сітки, ряду складок і канальців поблизу ядра. Ці рибосоми допомагають клітині виробляти спеціалізовані білки. При дуже великому збільшенні можна побачити, що рибосоми складаються з двох ділянок, більша частина складається з РНК, а менший кластер складається з виготовлених білків.

Виявлений лише в клітинах, що мають ядро, ендоплазматичний ретикулум - це структура, складена з складених мішків і трубочок, розташованих між ядром і клітинною мембраною. Це допомагає клітині керувати обміном білків між клітиною та ядром, і в ньому є рибосоми, прикріплені до ділянки, яка називається грубим ендоплазматичним ретикулумом.

Шорсткий ендоплазматичний ретикулум та його рибосоми виробляють клітиноспецифічні ферменти, такі як інсулін у клітинах підшлункової залози та антитіла до лейкоцитів. Гладка ендоплазматична сітка не має прикріплених рибосом і виробляє вуглеводи та ліпіди, які допомагають зберегти клітинні мембрани цілими. Обидві частини ендоплазматичного ретикулуму можна ідентифікувати за їх зв’язком з ядром клітини.

Мітохондрії - це електростанції клітини, які перетравлюють глюкозу, виробляючи накопичувальну молекулу АТФ, яку клітини використовують для отримання енергії. Органела складається з гладкої зовнішньої мембрани та складеної внутрішньої мембрани. Виробництво енергії відбувається за рахунок перенесення молекул через внутрішню мембрану. Кількість мітохондрій у клітині залежить від функції клітини. Наприклад, у м’язових клітинах багато мітохондрій, оскільки вони витрачають багато енергії.

Мітохондрії можна визначити як гладкі, витягнуті тіла, які є другою за величиною органелою після ядра. Їх відмінною рисою є складена внутрішня мембрана, яка надає внутрішній частині мітохондрій свою структуру. На клітинній мікрофотографії складки внутрішньої мембрани виглядають як пальці, що стирчать у внутрішню частину мітохондрій.

Лізосоми менше мітохондрій, тому їх можна побачити лише на сильно збільшених ТЕМ-зображеннях. Вони відрізняються від рибосом мембраною, яка містить їхні травні ферменти. Їх часто можна розглядати як округлі або сферичні форми, але вони можуть мати і неправильну форму, коли оточують шматок клітинних відходів.

Функція лізосом полягає в перетравленні клітинної речовини, яка більше не потрібна. Фрагменти клітини розщеплюються і виганяються з клітини. Лізосоми також атакують сторонні речовини, що потрапляють у клітину, і як такі є захистом від бактерій та вірусів.

Тіла Гольджі або споруди Гольджі - це стоси сплющених мішків і трубок, які виглядають так, ніби вони скріплені посередині. Кожен мішок оточений мембраною, яку можна побачити під достатнім збільшенням. Вони іноді виглядають як менша версія ендоплазматичного ретикулума, але це окремі тіла, які є більш регулярними і не прикріплені до ядра. Тіла Гольджі допомагають виробляти лізосоми та перетворювати білки в ферменти та гормони.

Центріолі бувають попарно і зазвичай знаходяться поблизу ядра. Вони являють собою крихітні циліндричні пучки білка і є ключем до поділу клітин. При перегляді багатьох клітин деякі можуть перебувати в процесі поділу, і центріолі стають дуже помітними.

Під час поділу ядро ​​клітини розчиняється, а ДНК, що знаходиться в хромосомах, дублюється. Потім центріолі створюють веретено волокон, уздовж якого хромосоми мігрують до протилежних кінців клітини. Потім клітина може ділитися з кожною дочірньою клітиною, отримуючи повний комплект хромосом. Під час цього процесу центріолі знаходяться на обох кінцях веретена волокон.

Усі клітини повинні підтримувати певну форму, але деякі повинні залишатися жорсткими, тоді як інші можуть бути більш гнучкими. Клітина тримає форму за допомогою цитоскелета, що складається з різних структурних елементів залежно від функції клітини. Якщо клітина є частиною більшої структури, наприклад органу, який повинен зберігати форму, цитоскелет складається з жорстких канальців. Якщо клітині дозволяють піддаватися тиску і не потрібно повністю зберігати форму, цитоскелет легший, гнучкіший і складається з білкових ниток.

При перегляді клітини на мікрофотографії цитоскелет виглядає у вигляді товстих подвійних ліній у випадку з канальцями та тонких одиночних ліній для ниток. Деякі клітини можуть майже не мати таких ліній, але в інших відкриті простори можуть бути заповнені цитоскелетом. При виявленні клітинних структур важливо тримати мембрани органел окремими, простежуючи їх замкнутий контур, поки лінії цитоскелета відкриті і перетинають клітину.

Для повної ідентифікації всіх клітинних структур потрібно кілька мікрофотографій. Ті, що показують цілу клітину або кілька клітин, не матимуть достатньо деталей для найдрібніших структур, таких як хромосоми. Кілька мікрофотографій органел із поступово більшим збільшенням покажуть більші структури, такі як мітохондрії, а потім найдрібніші тіла, такі як центріолі.

При першому дослідженні збільшеного зразка тканини може бути важко відразу побачити різні клітинні структури, але простеження клітинних мембран є хорошим початком. Наступним кроком часто є виявлення ядра та більших органел, таких як мітохондрії. На мікрофотографіях із більшим збільшенням інші органели часто можна ідентифікувати в процесі елімінації, шукаючи ключові відмінні характеристики. Потім цифри кожної органели та структури дають підказку щодо функції клітини та її тканин.