Цитологія – наука про клітину

Цитологія (грец. Κύτος «клітка» і λόγος – «вчення», «наука») – розділ біології, який вивчає живі клітини, їх органели, їх будову, функціонування, процеси клітинного розмноження, старіння і смерті.

Також використовуються терміни клітинна біологія, біологія клітини.

Термін «клітина» вперше вжив Роберт Гук в 1665 році, при описі своїх «досліджень будови пробки за допомогою збільшувальних лінз». 1674 року Антоні ван Левенгук встановив, що речовина, що знаходиться всередині клітини, належним чином організовано. Він першим виявив клітинні ядра. На цьому рівні уявлення про клітці проіснувало ще понад 100 років.

Табл. 1

Історія вивчення клітини

Вивчення клітини прискорилося в 1830-х роках, коли з’явилися вдосконалені мікроскопи. У 1838-1839 ботанік Маттіас Шлейден і анатом Теодор Шванн практично одночасно висунули ідею клітинної будови організму. Т. Шванн запропонував термін «клітинна теорія» і представив цю теорію наукової спільноти. Виникнення цитології тісно пов’язане зі створенням клітинної теорії – найширшого і фундаментального з усіх біологічних узагальнень. Згідно клітинної теорії, всі рослини і тварини складаються з подібних одиниць – клітин, кожна з яких має всі властивості живого.

Найважливішим доповненням клітинної теорії стало твердження знаменитого німецького натураліста Рудольфа Вірхова, що кожна клітина утворюється в результаті поділу іншої клітини.

У 1870-х роках були відкриті два способи поділу клітини еукаріот, згодом названі мітоз і мейоз. Вже через 10 років після цього вдалося встановити головні для генетики особливості цих типів розподілу. Було встановлено, що перед митозом відбувається подвоєння хромосом і їх рівномірний розподіл між дочірніми клітинами, так що в дочірніх клітинах зберігається колишнє число хромосом. Перед мейозом число хромосом також подвоюється, але в першому (редукційний) розподілі до полюсів клітини розходяться двухроматідние хромосоми, так що формуються клітини з гаплоїдним набором, число хромосом в них в два рази менше, ніж в материнській клітині. Було встановлено, що число, форма і розміри хромосом – каріотип – однаково в усіх соматичних клітинах тварин даного виду, а число хромосом в гаметах в два рази менше. Згодом ці цитологічні відкриття лягли в основу хромосомної теорії спадковості.

Клітина – структурно-функціональна одиниця живого організму. Це елементарна жива система, яка здатна до самовідтворення. Клітина лежить в основі будови і розвитку всіх організмів, це найдрібніша частина організму, наділена його ознаками. Клітини живих організмів відрізняються за формою, розміром, особливостями організації та функціями. Більшість клітин мають розміри від 10 до 100 мкм. Клітини, з яких складається новий організм, не є ідентичними, однак усі вони побудовані за єдиним принципом, що свідчить про спільність походження живих організмів.

Клітинна теорія – вчення про клітини як утворення, що становлять основу будови рослинних і тваринних організмів, тобто загальність клітинної будови в живій природі.

Німецький біолог Т. Шванн у 1839 р. сформулював основні положення клітинної теорії: усі живі організми складаються з клітин; клітини тварин і рослин подібні за будовою та хімічним складом

У 1858 р. німецький патолог Р. Вірхов довів: кожна клітина походить від клітини; поза клітинами немає життя

Естонський учений К. Бер у 1827 р. відкрив яйцеклітину ссавців і довів, що багатоклітинні організми починають свій розвиток з однієї клітини – заплідненої яйцеклітини (зиготи): клітина – не тільки одиниця будови, але й одиниця розвитку живих організмів.

Положення сучасної клітинної теорії: клітина – елементарна одиниця будови і розвитку всіх живих організмів; клітини всіх одноклітинних і багатоклітинних організмів подібні за походженням (гомологічні), будовою, хімічним складом, основними проявами життєдіяльності; кожна нова клітина утворюється виключно внаслідок розмноження материнської шляхом поділу; у багатоклітинних організмів, які розвиваються з однієї клітини – зиготи, спори – різні типи клітин формуються завдяки їхній спеціалізації протягом індивідуального розвитку особини та утворюють тканини;із тканин складаються органи, які тісно пов’язані між собою й підпорядковані нервово-гуморальним та імунним системам регуляції.

Основні сучасні методи цитологічних досліджень наведено в табл. 2.

Табл. 2. Методи цитологічних досліджень

Продовження табл. 2

Мікроскопія (від грецьк. mikros – малий та skopeо – спостерігаю) – вивчення під мікроскопом – є основним методом цитологічних досліджень.

Методи дослідження за допомогою світлового (оптичного) мікроскопа  називають світловою мікроскопією. Так можна вивчати загальний план будови клітин та їхні окремі органели, розміром не менше ніж 200 нм. Сучасний світловий мікроскоп забезпечує збільшення об’єктів у 2-3 тис. разів. З його допомогою можна побачити великі органели (мітохондрії, хлоропласти).

Світлова мікроскопія ґрунтується на тому, що через прозорий чи напівпрозорий об’єкт дослідження проходять промені світла, які згодом потрапляють на систему лінз об’єктива та окуляра. Лінзи візуально збільшують об’єкт дослідження. Кратність збільшення можна визначити як добуток збільшень об’єктива і окуляра.

Клітинні структури дрібніших розмірів (наприклад, рибосоми) відкрито й досліджено за допомогою електронного мікроскопа, винайденого у першій половині ХХ століття. Електронний мікроскоп дає збільшення в сотні тисяч разів (до 500 000 і більше) і дозволяє вивчати ультраструктуру клітин – найдрібніші деталі їхньої будови.

Виготовлення препаратів для світлової та електронної мікроскопії – досить складна процедура. Розглянемо методику одержання тимчасових й постійних препаратів.

Методика одержання тимчасових препаратів під час дослідження будови живих тканин та органів:

1. Виготовлені з допомогою бритви або мікротома поперечні або поздовжні зрізи поміщають на предметне скло в краплину води, вазелінове або силіконове масло, слабкий розчин цукру або в інші рідкі середовища, які не твердіють при висиханні.
2. З метою кращого спостереження компонентів клітини та їх диференціації застосовують прижиттєве забарвлення клітин слабкими розчинами хімічно інертних барвників – метиленового синього, нейтрального червоного та ін.
3. Накривають накривним скельцем.

Тимчасові препарати можна розглядати протягом кількох годин, поки клітини не втратили своєї життєдіяльності.

Розглянемо основні стадії одержання постійних препаратів:

1. Фіксація – зупинка всіх життєвих процесів клітини і збереження її структур. Для цього застосовують швидке охолодження або хімічні фіксатори (спирт, формалін тощо).
2. Об’єкти вивчення вміщують у рідке середовище, яке швидко твердне. Для світлової мікроскопії використовують парафін або целоїдин, а для електронної – пластмаси. Це дозволить зробити з них тонкі зрізи.
3. За допомогою спеціальних пристроїв (мікротомів) роблять тонкі зрізи.
4. Отримані зрізи забарвлюють різними речовинами. Наприклад, для забарвлення ядра, яке містить нуклеїнові кислоти, застосовують барвники з основними властивостями. Зрізи, призначені для електронної мікроскопії, забарвлюють солями важких металів, атоми яких розсіюють електрони.

І в світловому, і в електронному мікроскопах об’єкт розглядається на просвіт. Крізь нього проходить потік світла або електронів. Цей потік заломлюється лінзами. У світловому мікроскопі лінзи скляні, а в електронному – це електромагніти. Конденсор направляє світловий чи електронний потік на об’єкт, а лінзи, розташовані за об’єктом, формують зображення. Зображення розглядають або фотографують.

Крім звичайної мікроскопії у видимих променях використовується також флуоресцентна (люмінесцентна) і ультрафіолетова мікроскопія. При цьому препарати освітлюють синьо-фіолетовими або ультрафіолетовими променями, які зумовлюють свічення (флуоресценцію) багатьох органічних речовин клітини (пігментів, вітамінів, алкалоїдів та ін.). Застосовують також специфічні барвники – флуорохроми, які утворюють флуоресціюючі сполуки з тими речовинами клітин, що не мають здатності до природної флуоресценції. такі флуоресціюючі препарати розглядають в мікроскоп і виявляють розташування і кількість окремих компонентів клітин, такі деталі і тонкощі будови, які не спостерігаються при звичайній мікроскопії. Завдяки флуоресцентній мікроскопії можна досліджувати живі, не зафіксовані або злегка забарвлені клітини в препаратах.

Іншими методами цитологічних досліджень є:

• центрифугування(клітину піддають руйнуванню, а потім розділяють суміш органел у центрифузі при високій швидкості обертання; органели осідають на дно пробірки, розподіляючись шарами відповідно до своєї густини; кожен шар можна виділити й дослідити окремо). Цей метод застосовують для вивчення окремих клітинних структур. 1955 року бельгійський учений Крістіан де Дюв завдяки використанню цього методу відкрив лізосоми, за що йому було присуджено Нобелівську премію;
• метод “мічених атомів”, або авторадіографія (у клітину вводять речовину, в якій один з атомів певного хімічного елемента заміщений його радіоактивним ізотопом; за допомогою спеціальних приладів, здатних фіксувати ці ізотопи, можна простежити за міграцією цих речовин у клітині та їхнім перетворенням);
• метод культури клітин(ізольовані живі клітини переносять у стерильне поживне середовище, яке схоже на природне для них середовище; за таких умов клітини здатні розмножуватися і виявляти інші ознаки життєдіяльності; змінюючи середовище, можна вивчати його вплив на клітини). Завдяки цьому методу для дослідження токсичної дії певних речовин не гублять лабораторних тварин. Достатньо скористатися клітинами, вирощеними в культурі. На таких модельних системах можна перевіряти дію лікувальних препаратів, стимуляторів, різних фізичних та інших чинників. Використання культури клітин людини надзвичайно важливе для медичних і біологічних досліджень. Воно може замінити неприпустимі з етичної точки зору експерименти на людях. На основі цього методу розроблено клітинні технології, за допомогою яких конструюються організми із заданими наперед властивостями. Так, із кількох рослинних клітин удається виростити цілу рослину;
• метод прижиттєвого вивчення(досліджують живі клітини, їх процеси життєдіяльності – рух цитоплазми, поділ тощо).

Отже, цитологія це розділ біології, який вивчає живі клітини, їх органели, будова, функціонування, процеси клітинного розмноження, старіння і смерті. Також використовуються термін клітинна біологія.

Термін клітка вперше вжив Роберт Гук у 1665 році при описі своїх «досліджень будови пробки з допомогою збільшувальних лінз». У 1674 році Антоні ван Левенгук встановив, що речовина, що знаходиться всередині клітини, певним чином організоване. Він першим виявив клітинні ядра. На цьому рівні уявлення про клітці проіснувало ще понад 100 років.

Вивчення клітини прискорилося в 1830-х роках, коли з’явилися вдосконалені мікроскопи. У 1838-1839 ботанік Маттіас Шлейден і анатом Теодор Шванн практично одночасно висунули ідею клітинної будови організму. Т. Шванн запропонував термін «клітинна теорія» і представив цю теорію науковому співтовариству. Виникнення цитології тісно пов’язане зі створенням клітинної теорії – самого широкого і фундаментального зі всіх біологічних узагальнень. Згідно клітинної теорії, всі рослини і тварини складаються з подібних одиниць – клітин, кожна з яких володіє всіма властивостями живого.

Прямим наслідком клітинної теорії стало твердження знаменитого німецького натураліста Рудольфа Вірхова, що кожна клітина утворюється в результаті поділу іншої клітини. У 1870-х роках було відкрито розподіл клітини, згодом назване митозом. Вже через 10 років після цього вдалося встановити головні особливості мітозу – формування в ядрі хромосом і їх рівномірний розподіл між дочірніми клітинами.

1. Неведомська Є. О. Ботаніка. навчальний посібник / Є. О. Неведомська, І. М. Маруненко, І. Д. Омері – К.: «Центр учбової літератури», 2012. – 218 с.
2. Ботаніка: підручник / Т.А. Решетняк, І.А. Бобкова, Л.В. Варлахова. – К. : Здоров’я, 2006. – 296 с.
3. Ткаченко Н.М. Ботаніка: підручник для студ. вищ. навч. закл. / Н. М. Ткаченко [и др.] ; Національний фармацевтичний ун-т, Технікум Національного фармацевтичного ун-ту. – Х. : Видавництво НФаУ : Золоті сторінки, 2003. – 280 с.
4. Цитология – Материал из Википедии — свободной энциклопедии – https://ru.wikipedia.org/wiki/Цитология