Вместо света используется поток электронов, проходящий через электромагнитные поля. Это помогает достичь увеличения в 250 тыс. раз и увидеть клетку, которую не видно в световой микроскоп. Бывает трансмиссионная и сканирующая.
3) Витальное/прижизненное изучение клеток
• Цитофизиологический метод - изучение физиологических процессов в отдельных изолированных клетках.
• Цитохимическиеметоды служат для окраски клеточных структур. Исследование основано на избирательном действии красителя.
• Иммуногистохимическиеметоды основаны на определении антигенов в клетках и на обнаружении тканевых антител.
• Цитоспектрофотометрия - определение количества вещества в клетке в зависимости от поглощения световых лучей определенной длины волны.
• Рентгеноструктурный анализ – изучение конфигурации молекул белка и НК, в зависимости от распределения на объекте рентгеновского излучения.
• Авторадиография - регистрация перемещения веществ, меченных радионуклидами.
• Хроматография основана на разной скорости движения через абсорбент, зависит от молекулярной массы объекта.
• Метод клеточных культур - выращивание клеток в специальной питательной среде в стерильных условиях, где они способны к автономному росту. Позволяет изучать живые клетки, наблюдать за их ростом и развитием вне организма, получать гибриды.
• Микрохирургия - оперативное воздействие на клетку путем внедрения/изъятия из нее отдельных макромолекул.
Химический состав клетки
Живые организмы состоят из тех же хим элементов, что и составляют неживую материю, однако в другом соотношении. В клетке встречается 80 элементов таблицы Менделеева, 40 из них принимают активное участие в обменных процессах. Они являются биогенными, то есть обладают ярко выраженной биологической активностью. В зависимости от содержания в биологических системах, их делят на 3 группы.
1. Макроэлементы – (98%) – С, О, Н, N.
2. Микроэлементы – (1,9%) – K, P, S, Ca, Cl, Na, Mg, Fe
3. Ультромикроэлементы – 0,1%. I, B, Br, Zn, Cu, Co, Mo, Mn и др.
Вода: химические и физические свойства
Вода в среднем составляет 70-80% массы клетки. Кость-20%, печень-70%, мозг-86%. Концентрация воды в клетках прямо пропорциональна интенсивности обмена веществ. Находится в двух формах: 95% свободной и 5% связанной. Потеря 20% смертельна для организма.
Молекула воды небольшого размера, прозрачная, практически несжимаема. Обладает высокой теплопроводностью и теплоемкостью (4200кДж/мольК).
Поскольку атом кислорода более электроотрицателен и оттягивает к себе общие электронные пары, то молекула воды имеет 2 заряженных полюса, т.е. представляет собой диполь. Между молекулами воды образуются водородные связи. Сцепление молекул лежит в основе явления поверхностного натяжения. Благодаря полярности молекул, вода является универсальным растворителем в природе.
Благодаря подвижности молекул воды, возможен осмос. Также вода имеет способность расширятся при замерзании. Способность образовывать гидратационные оболочки вокруг макромолекул необходима для существования коллоидного раствора цитоплазмы.
Значение воды для клетки.
1. Универсальный растворитель для полярных веществ.
2. Представляет собой идеальную среду для протекания в биохимических реакций.
3. Транспорт и обмен веществ на клеточном (диффузия) и организменном (кров-е) уровнях.
4. Участвует в терморегуляции путем испарения за счет свойства теплоемкости.
5. Участвует в реакциях гидролиза и фотосинтеза, как источник протона Н+.
6. Обеспечивает осмотическое и тургорное давление за счет свойства несжимаемости. Определяет объем и упругость клеток.
7. Участвует в построении клеточных структур, как компонент цитоплазмы.
8. У некоторых является средой для оплодотворения.
9. Растениям обеспечивает транспирацию и прорастание семян.
По отношению к воде все вещества делятся на 2 группы:
• Гидрофильные - растворимые: белки, моносахариды, минер-е соли, кислоты, щелочи.
• Гидрофобные - нерастворимые: жиры, полисахариды.
• Амфифильные имеют промежуточное состояние: фосфолипиды.
Биологическая роль некоторых химических элементов
| Кислород (О) Водород (Н) Углерод (С) Азот (N) | - вода - органические соединения (БЖУ,НК) - синтез органических веществ и участие в функциях, осуществляемых этими органическими веществами |
| Фосфор (Р) | - костная ткань - нервная ткань - компонент ферментов, фосфолипидов, АТФ, НАДФ, НК |
| Сера (S) | - компонент аминокислот, ферментов и витаминов - участвует в ОВР организма |
| Хлор (Cl) | - поддержание осмотического равновесия плазмы крови - поддержание рН желудочного сока |
| Кальций (Са) | - костная ткань - свертывание крови - мышечные сокращения |
| Калий (К) Натрий (Na) | - возбуждение нервных клеток - проведение нервных импульсов - мышечные сокращения - обеспечение мембранного транспорта - поддержание осмотического давления - поддержание кислотно-щелочного баланса (pH среды) |
| Магний (Mg) | - компонент хлорофилла и коферментов - активирует синтез ДНК и энергетический обмен - регуляция работы сердца - обмен Са, Р, Na, K, витамина С, углеводов |
| Железо (Fe) | - компонент дыхательных ферментов, гемоглобина крови, миоглобина мышц |
| Медь (Cu) | - участвует в синтезе гемоглобина и кроветворении - обмен витаминов А, В, С, Е, Р |
| Кобальт (Co) | - синтез белков - компонент витамина В12 |
| Марганец (Mn) | - участвует в процессах дыхания и фотосинтеза - окисление ЖК - обмен витаминов группы В, Е, С - понижает уровень сахара в крови |
| Цинк (Zn) | - компонент ферментов роста |
| Йод (J) | - компонент гормонов щитовидной железы |
| Фтор (F) | - компонент зубной ткани |
| Хром (Cr) | - обмен БЖУ |
Минеральные соли
Большая часть неорганических соединений находится в клетке в виде солей. Они составляют 1-1,5% массы клетки. Их недостаток или избыток может привести к гибели организма. Кроме этого в организме вырабатываются и другие неорганические соединения, к примеру обкладочные железы желудка секретируют HCl. Могут находиться в растворенном и нерастворенном состояниях. Нерастворимые соли входят в состав костей, зубов, раковин и панцирей. Растворимые в воде диссоциируют на ионы: анионы и катионы. Наибольшее значение имеют катионы Na, K, Ca, Mg и анионы хлора, сульфат-анионы, фосфат-анионы, гидрокарбонат-анионы.
Функции ионов:
- активируют ферменты
- участвуют в создании мембран и потенциала клетки.
- обеспечивают проникновение и удержание воды в клетке
- поддерживают осмотическое равновесие: обеспечивают осмотическое давление за счет разности концентраций по обе стороны мембраны
- поддержание кислотно-щелочного баланса: определяют буферные свойства цитоплазмы, т.е. поддерживают слабощелочную pН (7,2-7,4) в тканевой жидкости
Органические компоненты клетки – важнейшие биологические макромолекулы. Гигантские молекулы - полимеры состоят из регулярно повторяющихся звеньев мономеров. К ним относятся белки, жиры и полисахариды.
БЕЛКИ
Белки – биологические высокомолекулярные соединения, полимеры, мономерами которых являются аминокислоты, связанные пептидными связями. Пептидная связь образуется между аминогруппой одной аминокислоты и карбоксильной группой другой.
Белок составляет 10-20% сырой массы и 50-80% сухой массы клетки. В клетке белки синтезируются на рибосомах. У животных этому предшествует расщепление полученных с пищей белков до аминокислот, которые затем идут на синтез собственных белков.
Аминокислотой называют низкомолекулярное органическое соединение, с радикалом, аминогруппой и карбоксильной группой. Общая формула NH2-R-COOH. В клетках и тканях встречается около 200 различных аминокислот, но только 20 из них протеиногенные, то есть могут входить в состав белков. Из них 10 заменимых, они образуются в организме в достаточном количестве; остальные 10 незаменимые, которые могут поступать в организм человека только с пищей.
Классификация белков