2. Методы клеточных исследований
В конце 19 века был накоплен обширный фактический материал о строении и функциях клеток, были разработаны специальные методы исследований. Это способствовало появлению самостоятельной ветви биологии - цитологии. В конце 19, начале 20 века при изучении микроскопического строения клеток стали применяться фиксаторы (растворы, быстро убивающие ткани и не вызывающие в них значительных посмертных изменений). Из фиксированных тканей делали тонкие срезы и окрашивали их различными красителями. Позже стали применять витальные красители. Благодаря ним удалось изучить строение живых, а не убитых клеток.
В начале 20 века был разработан и получил широкое развитие метод культивирования тканей. Метод широко используется в современной биотехнологии.
Развитие микроманипуляторов, приборов для хирургического вмешательства в клеточные структуры, сделало возможным широкое распространение операций на живой клетке (микрохирургии). Метод авторадиографии, использующий меченые радиоактивные атомы, используют для изучения жизненного цикла клетки. Метод лиофилизации (быстрое замораживание жидким азотом с последующим обезвоживанием в вакууме при низкой температуре) используется для изучения состояния клеток. Метод дифференциального центрифугирования используется для изучения органелл клетки.
Рентгеноструктурный анализ используется для изучения физических свойств молекул, входящих в состав клеточных структур.
Применение электронного микроскопа явилось новой вехой в изучении субмикроскопических структур, позволяющих описать строение органоидов.
На всех этапах развития цитологии широко использовались методы цитохимического анализа, основанного на избирательном окрашивании различных химических веществ, входящих в состав клетки.
3. Жизненный цикл клетки
Размножение клеток - пролиферация - обеспечивает рост и обновление многоклеточного организма. Клетки одноклеточных и многоклеточных организмов размножаются путем деления. При размножении клеток работают механизмы, обеспечивающие наследование свойств и признаков в поколениях.
Молодые клетки после деления переходят в фазу нового деления не сразу, а после увеличения объема, восстановления структур ядра и цитоплазмы, синтеза белка и нуклеиновых кислот.
Жизненный цикл клетки это совокупность процессов, происходящих в ней от одного деления до следующего и заканчивающихся образованием двух клеток новой генерации. Жизненный цикл состоит из 4-х периодов: пресинтетического, синтетического, постсинтетического и митотического.
Пресинтетический период G1 следует сразу за делением. Эта фаза составляет приблизительно от 10 часов до нескольких суток. В это время накапливается РНК и белок, но синтез ДНК отсутствует.
Второй период - синтетический S. Здесь происходит синтез ДНК и редупликация хромосомных структур. К его концу содержание ДНК удваивается. Происходит синтез РНК и белка. Продолжительность фазы 10 часов.
Постсинтетический период G2 длится 3-4 часа. Происходит синтез РНК и белка преимущественно ядерных, ДНК не синтезируется.
Наконец наступает деление ядра. Митоз и кариогенез - синонимы.
Периоды G1, S, G2 называются интерфазой: жизненный цикл клетки также называют митотическим циклом.
В пресинтетический период G1 - неизменным сохраняется определенное количество ДНК, а в синтетический период S количество ДНК удваивается, тогда клетка переходит в постсинтетическому периоду G2 и диплоидный набор хромосом содержит уже двойное количество удвоенной ДНК. В это время каждая из хромосом редуплицирована и состоит из двух нитей, получивших название хроматид. В постсинтетический период и период митоза клетка имеют удвоенный двойной набор хромосом. В результате митоза каждая клетка получает по одному двойному набору хромосом.
Жизненный цикл клетки совпадает с периодом ее существования. Когда клетка начинает дифференцироваться, пресинтетический период удлиняется. Для каждого типа тканей продолжительность G1 индивидуальна. В высокоспециализированных клетках, например нервных, период G1 продолжается в течение всей жизни организма, они никогда не делятся.