1 МІНІСТЕРСТВО ОХОРОНИ ЗДОРОВ’Я УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ ФАРМАЦЕВТИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

1 МІНІСТЕРСТВО ОХОРОНИ ЗДОРОВ’Я УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ ФАРМАЦЕВТИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ Кафедра біології Лектор – доц. Рибак Вікторія Анатоліївна. Лекція на тему: “ Вступ до клітинної біології. Методи дослідження клітин. Клітина – одиниця будови та функції організмів”

2 План лекції: 1. Клітинна біологія: предмет, завдання, зв’язок з біологічними науками. 2. Методи дослідження клітини. 3. Клітинна теорія: положення, сучасний стан, значення для медицини та фармації. 4. Про- та еукаріотичні клітини: утворення, порівняльна характеристика. 5. Загальна характеристика клітин.

3 Клітинна біологія – наука про будову, хімічний склад, функціонування, розвиток, розмноження, старіння та загибель клітини. Вона грає дуже важливу роль у виявленні багатьох захворювань людини, тому цитологічні дослідження є одним з найбільш часто застосовуваних видів лабораторної діагностики.

4 Знання про клітину лежать в основі біологічних наук: • молекулярна, клітинна та фармацевтична біологія, • молекулярна медицина, • біотехнологія, • генна, хромосомна та клітинна інженерія, • генодіагностика та генотерапія, • фармакогенетика, • імуногенетика, • біологія індивідуального розвитку, • геронтологія та ін.

5 Значення клітинної біології для медицини та фармації • Будь які захворювання людського організму своєю основою мають патологію конкретних клітин або їх груп, що є важливим для розуміння розвитку хвороби, для її діагностики, а також для вибору методів лікування і профілактики захворювання.

6 Методи вивчення структури та функції клітин

7 Світлова мікроскопія • Метод дослідження клітин і тканин, що дозволяє розглянути зображення об’єкта, збільшеного у 1000 разів. • Вивчаються структури, що віддалені один від одного на відстані 0, 2 мкм. • Дозволяє спостерігати клітину в живому, активному стані.

8 • Мікроскопія в темному полі дозволяє в незабарвленому препараті виділяти контрастуючі структури. • Фазово-контрастна мікроскопія – використовують для дослідження живих і незабарвлених об’єктів, що є контрастними і відрізняються за показником заломлення світла. • Полярізаційна мікроскопія – забезпечує виявлення вільно орієнтованих анізотропних структур (колагенових волокон, міофібрил) або кристалів. • Люмінісцентна мікроскопія – використовують для спостереження об’єктів, що флуоресцують, дозволяє дифференціювати хімічний склад клітини.

9 Ультрафіолетова мікроскопія • Дослідження хімічного складу гістологічних структур, досліджувати об’єкти в живому організмі. • Роздільна здатність – 0, 002 нм. • Досліджує клітини і внутрішньоклітинні структури.

10 Трансмісивна мікроскопія • Для отримання двомірного зображення (чорно-білого) досліджуваного об’єкту використовують метод скануючої мікроскопії. • Воно відтворює об’ємну архітектоніку структур, дозволяє оцінити просторове розташування волокон, будову клітинної поверхні. • Для дослідження деталей мембран і міжклітинних сполучень використовують метод сколів (заморожування-сколування).

11 Електронна мікроскопія • Дозволяє одержати збільшення клітини в 1 000 разів. • Вивчає дрібні деталі клітинної структури та її компонентів (мітохондрії, лізосоми, ЕПС, рибосоми та ін. ), а також окремі молекули в клітині – нитки актину і міозину, хроматин.

12 Метод культури клітин і тканин • Використовують для дослідження їх структурно-функціонального стану поза впливу регуляторних механізмів цілісного організму. • До камери, що заповнена поживним середовищем поміщують невеликий шматочок живої тканини. Далі відбувається ділення і ріст клітин. • Для цитологічних, генетичних, вірусологічних і біохімічних досліджень.

13 Метод мікрохірургії • За допомогою мікроманіпулятора клітини розрізають, виділяють з них частини, вводять речовини ( мікроінєкція ) та ін.

14 Метод вивчення фіксованих клітин • Мета фіксації – припинити активність внутрішньоклітинних ферментів, попередити розпад клітинних компонентів, а також уникнути втрати структур і речовин, перешкоджаючи появі структур, що є відсутніми в живій клітині (артефактні структури).

15 У якості фіксаторів використовують: • альдегіди та їх суміші з іншими речовинами, • спирти, що викликають денатурацію білків, осадження нуклеїнових кислот і полісахаридів.

16 Гісо- й імуноцитохімічні методи • Використовують хімічні реакції для виявлення розподілу хімічних речовин в структурі клітин, тканин і органів наприготовлених препаратах. • Дозволяють знаходити амінокислоти, білки, нуклеїнові кислоти, різні види вуглеводів, ліпідів, визначати активність ферментів тощо.

17 Радіоавтографія Вивчає розподіл в клітинах і тканинах речовин, мічених радіоактивними ізотопами. Вивчає хімічний склад клітини, заснований на вибірковому поглинанні тими чи іншими речовинами проміння з певною довжиною хвилі. Цитоспектрофотометрія

18 Фракціонування, або дифференційне центрифугування Отримання з клітинних гомогенатів ізольованих структурних компонентів клітин (яде, ядерець, мітохондрій, хромосом та ін. ). Цейтраферна, або сповільнена мікрокінозйомка — кінозйомка живих клітин.

19 Клітинна теорія Клітина ( грец. – cytos , лат. – cellula ) Виникнення цитології як науки пов’язано із клітинною теорією. Усі живі істоти складаються з клітин та їхніх похідних. • зоолог Теодор Шванн (1839) • ботанік Маттіас Шлейден (1838)

20 Шлейден (Schleiden) Маттіас Якоб • (05. 04. 1804, Гамбург – 23. 06. 1881, Франкфурт-на-Майні), • німецький ботанік. • Професор ботаніки Йенського університету (1839– 62), з 1863 – професор антропології Дерптського університету (Тарту). • Основний напрямок наукових досліджень – цитологія і фізіологія рослин.

211. Клітина – основна структурна одиниця усіх організмів (рослин і тварин), 2. Ріст, розвиток, диференціація рослинних і тваринних тканин пов’язані з процесами утворення клітин Теодор Шванн (1810 -1882) Положення клітинної теорії Т. Шванна

22 Розвиток клітинної теорії Рудольфом Вірховим (1858) • Основна наукова робота – «Целюлярна патологія» (1858). • До Вірхова — основа усіх патологічних процесів – зміни у складі рідин і боротьба нематеріальних сил організму. • За Вірховим – хвороба пов’язана з певними змінами в клітинах.

23 Р. Вірхов започаткував науку патологію – основу медицини • «Кожна клітина – із клітини» — інших способів на даний час невідомо. • Поза клітиною немає життя. • Найбільше значення в життєдіяльності клітин має не оболонка, а цитоплазма і ядро

24 Положення сучасної клітинної теорії • Клітина – елементарна одиниця будови і розвитку усіх живих організмів. • Клітини усіх одно- і багатоклітинних організмів гомологічні (подібні) за походженням, будовою, хімічним складом, основними проявами життєдіяльності. • Кожна нова клітина утворюється виключно із материнської клітини , яка ділиться.

25 Положення сучасної клітинної теорії • Клітини багатоклітинного організму, що розвивається з однієї клітини (зиготи, спори), утворюються внаслідок спеціалізації в ході індивідуального розвитку й утворюють тканини. • З тканин утворюються органи , взаємопов’язані між собою і підпорядковані нейро-ендокринно-імунній регуляції.

26 Значення клітинної теорії для медицини • Клітина – одиниця патології (практично усі хвороби пов’язані з змінами структури і функції клітин) – в організмі людини 200 типів клітин. • Порушення структури і функції клітин – • причини й наслідок патологічних процесів

29 Утворення клітини – якісний етап еволюції • Поява прокаріот – 3, 5 млрд. років тому – результат спонтанної агрегації органічних молекул. • Перші клітини використовували каталітичні властивості РНК і білків (РНК – спадковий матеріал). • Надалі в процесі еволюції РНК як носій інформації було замінено на ДНК.

30 Появу еукаріотичних клітин пояснює симбіотична теорія • Клітина-хазяїн – анаероб. • Проникнення усередину неї аеробних клітин (стали мітохондріями). • Хлоропласти раніше були синьо-зеленими водоростями. • Основне підтвердження симбіотичної теорії – наявність ДНК у мітохондріях і хлоропластах.

31 • Мембранні утворення клітин – похідні зовнішньої цитоплазматичної мембрани. • Генетичний матеріал ядра – можливо, генетичний матеріал симбіонтів. • Важливими етапами у розвитку життя була поява мітозу , а потім мейозу.

32 Прокаріотичні та еукаріотичні клітини • Прокаріоти не мають типових ядер – бактерії та синьо-зелені водорості (ціанобактерії). • Розміри клітин (0, 5 – 3 мкм). • Відсутні ядерна мембрана і мембранні органели (занурення ззовні – мезосоми). Клітина прокаріотів (мікрофотографія) : 1 — нуклеоїд; 2 – клітинна мембрана; 3 — цитоплазма.

33 Прокаріоти • Генетичний матеріал – кільцева молекула ДНК , упакована у вигляді петель. • Клітинна стінка (пептидогліканова). • Немає руху цитоплазми (немає цитоскелету), немає амебоподібного руху. • Повсюди поширені у природі. Ціанобактерії (мікрофотографія).

34 Відбиток долоні на поживному середовищі (колонії мікробов)

36 Форма бактеріальних клітин Розміри патогенних організмів

37 • Організми, клітини яких мають ядро , оточене мембранною оболонкою. • До еукаріотів належать Тварини, Рослини, Гриби. • Генетичний матеріал у хромосомах (ДНК + гістонові білки). • Мітотичний поділ клітини. • Багато органел у клітині. • Клітини поділені мембранами на компартменти. Еукаріоти

38 Клітина еукаріотів (мікрофотографія): 1 — ядро; 2 — клітинна мембрана; 3 — цитоплазма; 4 — ортанели та включення

39 У тваринній клітині на відміну від рослинної: • немає жорсткої клітинної стінки, • є центросоми, • можуть бути дрібні вакуолі, • немає пластид, • багато мітохондрій, • кристи мітохондрій пластинчасті (у рослин – трубчасті).

40 Клітина як відкрита система • Між клітиною та середовищем відбувається постійний обмін речовинами , енергією та інформацією • Ці процеси забезпечують нормальне існування клітин у часі й просторі

41 Характеристика клітин • діаметр клітин коливається від 0, 01 до 0, 1 мм (або від 10 до 100 мкм), • клітина складається з великої кількості чітко упорядкованих молекул, • молекулярні комплекси утворюють органели, які є складовою частиною клітинної системи, • внутрішній простір клітини поділено мембранами на відсіки ( компартменти ), де відбуваються тільки специфічні для цього простору реакції, • клітина не ізольована від зовнішнього середовища, • постійна взаємодія з навколишнім середовищем, • між середовищем і клітинами постійно відбувається обмін речовинами, обмін енергією та інформацією, • ці процеси забезпечують упорядкований у часі та просторі, координований перебіг усіх метаболічних і фізіологічних процесів.

42 • У боротьбі із захворюваннями біологічні знання і «високі біотехнології» (генетична, клітинна інженерія) починають посідати визначальне місце. • Медицина перетворюється в біомедицину.

43 ДЯКУЮ ЗА УВАГУ!