B) строение и свойства воды

Цитология

Методы цитологии

I. Световая микроскопия – позволяет изучить структуру клеток и их компонентов в видимом свете после окрашивания.

1. Фазово-контрастная микроскопия – позволяет резко повысить контрастность изображения;

2. Поляризационная микроскопия – в поле зрения поляризационного микроскопа в результате двойного лучепреломления объекты оказываются ярко светящимися на темном фоне.

3. Микроскопия в темном фоне – изображение попадает в объектив в результате отражения света от объекта, и мельчайшие частицы выглядят как мелкие точки;

4. Интерференционная микроскопия – при микроскопии свет разделяется на два пучка. Один из них проходит через объект, другой мимо него. Свет, прошедший через объект, испытывает фазовый сдвиг и изображение строится таким образом, что участки клетки, обладающие разной плотностью, будут отличаться друг от друга по степени контрастности.

5. Ультрафиолетовая микроскопия – компоненты, не поглощающие видимый свет, обладают специфическим поглощением УФ-лучей с определенной длиной волны, что позволяет выявить вещества без всякого окрашивания.

II. Электронная микроскопия – позволяет изучать тончайшие структуры вплоть до макромолекул.

III. Биохимические методы – позволяют изучать химический состав клеток и биохимические реакции протекающие в них.

IV. Метод фракционирования клетки или дифференциальное центрифугирование – позволяет выделять отдельные компоненты клетки (митохондрии, рибосомы, пластиды) для их дальнейшего изучения. Метод основан на разделении субклеточных фракций соответственно их массе, поверхности и плотности после гомогенизации ткани или разрушении клеточных границ различными механическими способами.

V. Рентгеноструктурный анализ – позволяет изучить конфигурацию молекул белка, нуклеиновых кислот и т. д.

VI. Витальное изучение клеток –объектом изучения являются свободноживущие простейшие организмы, клетки культуры ткани, а также клетки крови.

VII. Изучение фиксированных клеток

1. Цитохимические методы исследования – основаны на принципе специфического связывания красителей с определенными компонентами или веществами клетки.

2. Метод авторадиографии – основан на регистрации веществ, меченных радионуклидами.

3. Иммуногистохимические методыпри меняются для определения различных антигенов в клетках и антител к ним.

VIII. Прижизненное окрашивание применяется для окрашивания живых клеток красителями в диапазоне концентраций, не вызывающих токсического эффекта.

IX. Метод культуры тканей дает возможность исследовать живые клетки, помещенные в соответствующую среду, в которой они способны к автономному росту

Общее строение клетки

1. Форма клетки.

Различают клетки с изменчивой формой (амебы, лейкоциты) и клетки, форма которых относительно постоянна и специфична для каждого типа клеток (инфузории, сперматозоиды, эритроциты, эпителиальные и нервные клетки, а также большинство растительных клеток).

Форма клеток зависит от функционального приспособления клеток, поверхностного натяжения и вязкости протоплазмы, механического воздействия прилегающих клеток.

1. Размеры клеток

Размеры колеблются в широких приделах. Диаметр самых маленьких животных клеток от 4 мкм до нескольких см. В тканях животных объем клеток определенного типа постоянен и не зависит от размеров тела. Например, клетки печени быка, лошади и мыши примерно одинаковы, различие в величине органа определяется не объемом клеток, а их числом.

1. Типы клеток

По характеру организации ядерного аппарата клетки делят на прокариотические и эукариотические.

Химический состав клетки

I. Элементный состав

Все клетки независимо от уровня организации сходны по химическому составу. Из 110 элементов ПСХИ Д.И. Менделеева в состав организмов входят около 80, причем 24 из них являются обязательными и обнаруживаются почти во всех типах клеток. В соответствии с процентным содержанием в клетки химические элементы делят на три группы:

• Макроэлементы, принято делить на 2 группы:

I группа - 98%: основные или биогенные элементы

Кислород 65-75%

Углерод 15-18%

Водород 8-10%

Азот 3-5%

II группа – 1,9%:

Ca, K, Na, Cl, Mg, P, S,Fe

• Микроэлементы0,001-0,000001%:

Mn, Co, Cu, I, Zn, F, Mo и т. д. Отсутствие их в живых организмах является причиной заболевания и различного рода нарушений.

• Ультрамикроэлементы не более 0,000001%:

Au, Ra, U, As … Роль большинства элементов этой группы не выяснена.

II. Молекулярный состав.

Макро- и микроэлементы в живых организмах в чистом виде встречаются крайне редко и присутствуют в виде химических соединений:

1. Неорганические вещества клетки: вода и минеральные соли
2. Органические вещества клетки: белки , жиры , углеводы, нуклеиновые кислоты.

1. Неорганические вещества клетки: вода и минеральные соли

I. Вода

A) Нахождение воды в организме

Поступает в организм из внешней среды, у животных может образовываться при расщеплении жиров, белков и углеводов. Вода может находится в различных формах:

1. Свободная вода – 95%

Свободная вода находится в межклеточных пространствах, сосудах, вакуолях, полостях органов. Служит для переноса веществ из окружающей среды в клетку и наоборот.

2. Связанная вода – 5%

- гидратационная вода – вода, связанная с белками и ионами, обеспечивающая набухание коллоидов. Это жизненно необходимая вода

- обменная вода - вода, заключенная между молекулами белка, мембранами, волокнами, является растворителем веществ.

Связанная вода не вытекает из клетки при их рассекании, свободная же вытекает.

b) строение и свойства воды

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и атома кислорода. Общая электронная пара между атомами водорода и кислорода смещена к атому кислорода. В результате этого он приобретает частично отрицательный заряд, а атомы водорода – частично положительный заряд.

Н : О : Н

Угол между связями О – Н в молекуле воды составляет 104,5 ° . Таким образом, атомы водорода и кислорода в ней не лежат на одной прямой. Благодаря этому, молекула воды представляет собой диполь, в котором на одном полюсе находится отрицательный заряд, а на другом положительный. Поскольку диполи воды несут заряды, при их взаимодействии друг с другом и другими полярными молекулами образуется водородная связь. Водородная связь слабая, но за счет того, что каждая молекула воды образует четыре водородные связи, эти связи очень сильно влияют на физические свойства воды. Столь высокие температуры кипения и плавления, а также высокая теплоемкость и теплота парообразования объясняется тем, что большая часть проводимого при нагревании тепла расходуется не на превращение внутренней энергии молекул воды, а на разрыв водородных связей между ними. Вода обладает высокой теплопроводностью. Вода практически не сжимается, прозрачна в видимом участке спектра. Вода вещество плотность которого в жидком состоянии выше чем в твердом, при 4ׄׄ°С у нее максимальная плотность у льда плотность меньше, он поднимается на поверхность и защищает водоем от промерзания.

Химические и физические свойства воды определяются прежде всего малыми размерами молекул воды, их полярностью и способностью образовывать водородные связи.

C) функции воды

1. Вода – растворитель

Полярность молекул воды делают ее прекрасным растворителем для других полярных соединений. Вещества, растворяющиеся в воде, называются гидрофильными, не растворяющиеся – гидрофобными. Большинство биохимических реакций идут только в воде. Многие вещества поступают в клетку и выводятся из нее в водном растворе.

2. Вода – терморегулятор и термостабилизатор.

Высокая теплоемкость воды позволяет ей смягчать влияние на организм значительных перепадов температуры в окружающей среде. Кроме того , высокая теплопроводность позволяет организму поддерживать одинаковую температуру внутренней среды во всем ее объеме. Способность воды при испарении уносить с собой значительные количества тепла, охлаждая организм, используется при потоотделении у млекопитающих, тепловой одышки у крокодилов и транспирации у растений , предотвращая перегрев.

3. Вода – реагент.

Вода участвует во многих химических реакциях. Так ,оразование полимеров из мономеров сопровождается образованием молекул воды, а расщепление полимеров (гидролиз) – ее затратой. В процессе фотосинтеза H2O служит источником водорода.

4. Структурная функция

Цитоплазма клеток содержит от 60 до 95% воды, и именно она придает клеткам нормальную форму. У растений вода определяет тургесцентность клеток, а у некоторых животных выполняет опорные функции, являясь гидростатическим скелетом.

5. Транспортная функция

Передвижение воды по организму с растворенными в ней веществами позволяет переносить последние, доставляя их к различным частям организма (кровь у животных и флоэмный и ксилемный поток у растений). Вода принимает участие в удалении ненужных продуктов из организма.

1. Минеральные соли

Минеральные вещества клетки в основном представлены солями, которые диссоциируют на анионы и катионы, некоторые используются в неионизированной форме (Fe, Mg, Cu ...)