Cytologie jako věda, její vznik a úkoly. Cytologie je jedním z nejslibnějších oborů lidského poznání Co je to cytologie a co studuje?

CYTOLOGIE(Řecký kontejner kytos, zde - doktrína buňka + logos) - nauka o struktuře, funkcích a vývoji živočišných a rostlinných buněk, jakož i jednobuněčných organismů a bakterií. Cytologické studie (viz) jsou nezbytné pro diagnostiku onemocnění u lidí a zvířat.

Existuje obecná a specifická cytologie. Obecná cytologie (buněčná biologie) studuje struktury společné většině typů buněk, jejich funkce, metabolismus, reakce na poškození, patologické změny, reparační procesy a adaptaci na podmínky prostředí. Soukromá cytologie zkoumá vlastnosti jednotlivých typů buněk v souvislosti s jejich specializací (in mnohobuněčné organismy) nebo evoluční adaptace na prostředí (u protistů a bakterií).

Rozvoj cytologie je historicky spojen s vytvořením a zdokonalením mikroskopu (viz) a histologických výzkumných metod (viz). Termín „buňka“ poprvé použil Hooke (R. Hooke, 1665), který popsal buněčnou strukturu (přesněji celulózové buněčné membrány) řady rostlinných tkání. V 17. století Hookova pozorování potvrdil a rozvinul M. Malpighi, Grew (N. Grew, 1671),

A. Levenguk. V roce 1781 Fontana (F. Fontana) publikoval kresby živočišných buněk s jádry.

V první polovině 19. století se začala formovat myšlenka buňky jako jedné ze stavebních jednotek těla. V roce 1831 objevil R. Brown jádro v rostlinných buňkách, dal mu jméno „nucleus“ a předpokládal přítomnost této struktury ve všech rostlinných a živočišných buňkách. V roce 1832 pozoroval dělení rostlinných buněk Dumortier (V.S. Dumortier) a v roce 1835 Mohl (H. Mohl). V roce 1838 M. Schleiden popsal jadérko v jádrech rostlinných buněk.

Rozšíření buněčné struktury v živočišné říši prokázaly studie Dutrocheta (R. J. H. Dutrochet, 1824), Raspaila (F. V. Raspail, 1827) a školy J. Purkinje a I. Mullera. J. Purkyňe jako první popsal jádro živočišná buňka(1825), vyvinul metody pro barvení a čištění buněčných preparátů, použil termín „protoplazma“, byl jedním z prvních, kdo se pokusil porovnat konstrukční prvkyživočichové a rostlinné organismy (1837).

V letech 1838-1839 T. Schwann formuloval buněčnou teorii (viz), v níž byla buňka považována za základ stavby, životní aktivity a vývoje všech živočichů a rostlin. Koncepce buňky T. Schwanna jako prvního stupně organizace, disponující celým komplexem vlastností živých věcí, si uchovala svůj význam dodnes.

Transformace buněčné teorie v univerzální biol. Výuka přispěla k odhalení podstaty prvoků. V letech 1841 -1845 Siebold (S. Th. Siebold) formuloval koncept jednobuněčných zvířat a rozšířil na ně buněčnou teorii.

Důležitou etapou ve vývoji cytologie bylo vytvoření doktríny buněčné patologie R. Virchowem (viz). Buňky považoval za materiální substrát nemocí, což k jejich studiu přitahovalo nejen anatomy a fyziology, ale i patology (viz Patologická anatomie). R. Virchow také postuloval vznik nových buněk pouze z již existujících. Do značné míry pod vlivem prací R. Virchowa a jeho školy začala revize názorů na povahu buněk. Jestliže byl dříve za nejdůležitější strukturní prvek buňky považován její obal, pak v roce 1861 M. Schultze uvedl novou definici buňky jako „hrudu protoplazmy, uvnitř které leží jádro“; to znamená, že jádro bylo nakonec rozpoznáno jako základní součást buňky. V témže roce 1861 E. W. Brucke ukázal složitost struktury protoplazmy.

Detekce organel (viz) buňky - buněčné centrum (viz Buňka), mitochondrie (viz), Golgiho komplex (viz Golgiho komplex), stejně jako objev v buněčných jádrech nukleové kyseliny(viz) přispěl k vytvoření představ o buňce jako komplexním vícesložkovém systému. Studium mitotických procesů [Strasburger (E. Strasburger, 1875); P. I. Peremežko, 1878; V. Flemming (1878)] vedl k objevu chromozomů (viz), ustavení pravidla druhové stálosti jejich počtu [Rabl (K. Rabi, 1885)] a vytvoření teorie individuality chromozomů [Th. Boveri, 1887]. Tyto objevy spolu se studiem procesů oplození (viz), jejichž biologickou podstatu objevil O. Hertwig (1875), fagocytóza (viz), reakce buněk na podněty, přispěly k tomu, že na konci r. V 19. století se cytologie stala samostatným oborem biologie. Carnoy (J. V. Sagpou, 4884) poprvé představil koncept „buněčné biologie“ a formuloval myšlenku cytologie jako vědy, která studuje formu, strukturu, funkci a vývoj buněk.

Na rozvoj cytologie mělo velký vliv G. Mendelovo stanovení zákonů dědičnosti vlastností (viz Mendelovy zákony) a jejich následná interpretace, podaná na počátku 20. století. Tyto objevy vedly k vytvoření chromozomální teorie dědičnosti (viz) a zformování nového směru v cytologii - cytogenetice (viz), stejně jako karyologii (viz).

Velkou událostí v buněčné vědě byl vývoj metody tkáňových kultur (viz Buněčné a tkáňové kultury) a její modifikace - metoda jednovrstvých buněčných kultur, metoda orgánových kultur tkáňových fragmentů na hranici živného média a plynná fáze, způsob kultivace orgánů nebo jejich fragmentů na embryích kuřecích membrán, ve zvířecích tkáních nebo v živném médiu. Umožňovaly dlouhodobě pozorovat životní aktivitu buněk mimo tělo, podrobně studovat jejich pohyb, dělení, diferenciaci atd. Zvláště se rozšířila metoda jednovrstvých buněčných kultur [D. Youngner, 1954]. , která sehrála velkou roli ve vývoji neorganismů.jen cytologie, ale i virologie a také při získávání řady antivirových vakcín. Intravitální studium buněk je značně usnadněno mikrokinem (viz), mikroskopií s fázovým kontrastem (viz), fluorescenční mikroskopií (viz), mikrochirurgií (viz), vitálním barvením (viz). Tyto metody umožnily získat mnoho nových informací o funkčním významu řady buněčných komponent.

Zavedení kvantitativních výzkumných metod do cytologie vedlo k ustavení zákona druhové stálosti velikostí buněk [H. Driesch, 1899], později upřesněného E. M. Vermeule a známého jako zákon stálosti minimálních velikostí buněk. Jacobi (W. Jacobi, 1925) objevil fenomén sekvenčního zdvojnásobení objemu buněčných jader, což v mnoha případech odpovídá zdvojnásobení počtu chromozomů v buňkách. Změny velikosti jádra spojené s funkční stav buňky jako v normální podmínky[Benninghoff (A. Benning-hoff), 1950] a v patologii (Ya. E. Khesin, 1967).

Raspail začal používat metody chemické analýzy v cytologii již v roce 1825. Rozhodující pro rozvoj cytochemie však byly práce Lisona (L. Lison, 1936), Glicka (D. Glick, 1949) a Pierce (A. G. E. Reag-se, 1953). B. V. Kedrovsky (1942, 1951), A. L. Shabadash (1949), G. I. Roskin a L. B. Levinson (1957) také významně přispěli k rozvoji cytochemie.

Rozvoj metod cytochemické detekce nukleových kyselin, zejména Feilgenova reakce (viz Deoxyribonukleové kyseliny) a Einarsonova metoda, v kombinaci s cytofotometrií (viz) umožnily výrazně objasnit představy o buněčném trofismu, mechanismech a biol. význam polyploidizace (V. Ya. Brodsky, I. V. Uryvaeva, 1981).

V první polovině 20. století se začala vyjasňovat funkční role intracelulárních struktur. Zejména práce D. N. Nasonova (1923) prokázala účast Golgiho komplexu na tvorbě sekrečních granulí. Hodzhbu (G. N. Hogeboom, 1948) dokázal, že mitochondrie jsou centry buněčného dýchání. N.K. Koltsov byl první, kdo formuloval myšlenku chromozomů jako nosičů molekul dědičnosti, a také zavedl koncept „cytoskeletu“ do cytologie (viz Cytoplazma).

Vědeckotechnická revoluce poloviny 20. století vedla k prudkému rozvoji cytologie a revizi řady jejích koncepcí. Pomocí elektronové mikroskopie (viz) byla studována struktura a z velké části odhaleny funkce dříve známých buněčných organel, objeven celý svět submikroskopických struktur (viz Biologické membrány, Endoplazmatické retikulum, Lysozomy, Ribozomy). Tyto objevy jsou spojeny se jmény Porter (K. R. Porter), J. Peleid, H. Ris, Bernhard (W. Bernhard), C. de Duve a další vynikající vědci. Studium buněčné ultrastruktury umožnilo rozdělit celý živý organický svět na eukaryota (viz Eukaryotické organismy) a prokaryota (viz Prokaryotické organismy).

Rozvoj molekulární biologie (viz) ukázal zásadní shodnost genetického kódu (viz) a mechanismů syntézy proteinů na matricích nukleových kyselin pro celý organický svět včetně říše virů. Nové metody izolace a studia buněčných komponent, rozvoj a zdokonalení cytochemických studií, zejména cytochemie enzymů, využití radioaktivních izotopů ke studiu procesů syntézy buněčných makromolekul, zavedení metod elektronové cytochemie, využití fluorochromem značených protilátky ke studiu lokalizace jednotlivých buněčných proteinů pomocí luminiscenční analýzy, preparativních metod a analytické centrifugace významně rozšířily hranice cytologie a vedly k stírání jasných hranic mezi cytologií, vývojovou biologií, biochemií, molekulární biofyzikou a molekulární biologií.

Z čistě morfologické vědy nedávné minulosti se moderní cytologie vyvinula v experimentální disciplínu, která pojímá základní principy buněčné činnosti a jejím prostřednictvím i základy života organismů. Vývoj metod transplantace jader do enukleovaných buněk Gurdonem (J. B. Gurdon, 1974), somatická hybridizace Barskiho buněk (G. Barski, 1960), Harris (H. Harris, 1970), Ephrussi (B. Eph-russi, 1972). ) poskytla příležitost studovat zákonitosti reaktivace genů, určit lokalizaci mnoha genů v lidských chromozomech a přiblížit se řešení řady praktických problémů v medicíně (například analyzovat podstatu malignity buněk), ale i národní ekonomika(například získávání nových zemědělských plodin apod.). Na základě metod buněčné hybridizace byla vytvořena technologie výroby stacionárních protilátek z hybridních buněk, které produkují protilátky dané specificity (monoklonální protilátky). Používají se již k řešení řady teoretických problémů v imunologii, mikrobiologii a virologii. Používání těchto klonů začíná zdokonalovat diagnostiku a léčbu řady lidských onemocnění, studuje epidemiologii infekčních onemocnění atd. Cytologický rozbor buněk odebraných pacientům (často po jejich kultivaci mimo tělo) je důležitý pro diagnostiku některá dědičná onemocnění (například xeroderma pigmentosum, glykogenóza) a studium jejich podstaty. Existují také perspektivy využití výdobytků cytologie pro léčbu lidských genetických onemocnění, prevenci dědičných patologií, vytváření nových vysoce produktivních kmenů bakterií a zvyšování produktivity rostlin.

Všestrannost problémů buněčného výzkumu, specifičnost a rozmanitost metod jejího studia vedly k současnému formování šesti hlavních směrů v cytologii: 1) cytomorfologie, která studuje rysy strukturní organizace buňky; hlavní metody výzkumu jsou řez různé cesty mikroskopie fixních (světlooptická, elektronová, polarizační mikroskopie) i živých buněk (tmavé pole kondenzátorová, fázově kontrastní a fluorescenční mikroskopie); 2) cytofyziologie, která studuje vitální aktivitu buňky jako jediného živého systému, stejně jako fungování a interakci jejích intracelulárních struktur; k řešení těchto problémů se používají různé experimentální techniky v kombinaci s metodami buněčných a tkáňových kultur, mikrokinematickou fotografií a mikrochirurgií; 3) cytochemie (viz), která studuje molekulární organizaci buňky a jejích jednotlivých složek, stejně jako chemické. změny spojené s metabolickými procesy a buněčnými funkcemi; cytochemické studie se provádějí pomocí metod světelného mikroskopu a elektronového mikroskopu, cytofotometrie (viz), ultrafialové a interferenční mikroskopie, autorádiografie (viz) a frakční centrifugace (viz), následovaná chemický rozbor různé frakce; 4) cytogenetika (viz), která studuje vzorce strukturní a funkční organizace chromozomů eukaryotických organismů; 5) cytoekologie (viz), která studuje reakce buněk na vliv faktorů životní prostředí a mechanismy adaptace na ně; 6) cytopatologie, jejímž předmětem je studium patologických procesů v buňce (viz).

V SSSR jsou různé oblasti moderní cytologie zastoupeny výzkumy I. A. Alova, V. Ya. Brodského, Yu. M. Vasiliev, O. I. Epifanova, JI. N. Žinkina, A. A. Zavarzina, A. V. Zelenina, I. B. Raikova, P. P. Rumjanceva, N. G. Khrushchova, Yu. S. Chentsova, V. A. Shakhlomova, V. N. Yarygina a další Vyvíjejí se problémy cytogenetiky a jemné struktury chromozomů v laboratořích A. Prokofjeva-Belgovskaja, A. F. Zacharov (sv. 15, doplňkové materiály), I. I. Kiknadze.

Spolu s tradičními se u nás rozvíjejí i takové nové oblasti cytologie jako ultrastrukturální buněčná patologie, virová cytopatologie, cytofarmakologie - hodnocení účinku. léky cytologické metody na buněčných kulturách, onkologická cytologie, vesmírná cytologie, která studuje charakteristiky chování buněk v podmínkách kosmického letu.

Výzkum v oblasti cytologie se provádí v Cytologickém ústavu Akademie věd SSSR, Ústavu cytologie a genetiky Sibiřské pobočky Akademie věd SSSR, Ústavu genetiky a cytologie AV ČR. BSSR, v odděleních cytologie a histologie univerzit a lékařských ústavů, v cytologických laboratořích Ústavu molekulární biologie Akademie věd SSSR, Ústavu vývojové biologie pojmenovaný po . N. K. Koltsov z Akademie věd SSSR, Ústav evoluční morfologie a ekologie zvířat pojmenovaný po A. N. Severtsov z Akademie věd SSSR, Ústav lidské morfologie Akademie lékařských věd SSSR, Ústav epidemiologie a mikrobiologie pojmenovaný po. N. F. Gamaleya z Akademie lékařských věd SSSR, Ústav lékařské genetiky Akademie lékařských věd SSSR, v All-Union Oncology Scientific Center Akademie lékařských věd SSSR. Cytologický výzkum koordinuje Vědecká rada pro problémy cytologie při Akademii věd SSSR.

Cytologie je vyučována jako samostatná sekce v kurzu histologie na odděleních histologie a embryologie lékařských ústavů a ​​na odděleních cytologie a histologie vysokých škol.

Specialisté působící u nás v oboru cytologie jsou sjednoceni Všesvazová společnost anatomy, histology a embryology, v Moskevské společnosti cytologů, v cytologické sekci Moskevské společnosti přírodních vědců. Existují také mezinárodní společnosti cytologů: International Society of Cell Biology, International Cell Research Organization, European Cell Biology Organization.

Práce o cytologii jsou publikovány v časopisech „Cytology“, „Cytology and Genetics“ a také v mnoha zahraničních časopisech. Pravidelně jsou vydávány mezinárodní vícesvazkové publikace o cytologii: Advances in Cell and Molecular Biology (Anglie, USA), International Review of Cytology (USA), Protoplasmologia (Rakousko).

Bibliografie: Historie - Vermel E.M. Dějiny nauky o buňce, M., 1970, bibliogr.; G e r t v i g O, Buňka a tkáň, Základy obecné anatomie a fyziologie, přel. z němčiny, díl 1-2, Petrohrad, 1894; Katsnel-son 3. S. Hlavní etapy vývoje cytologie, v knize: Guide to cytology, ed. A. S. Troshina, díl 1, s. 16, M. - JI., 1965; O g n e in I. F. Kurz normální histologie, díl 1, M., 1908; P e r e m e zh-k o P. I. Nauka o buňce, v knize: Základy studia mikroskopické anatomie lidí a zvířat, ed. M. D. Lavdovskij a F. V. Ovsyannikov, svazek 1, str. 49, Petrohrad, 1887; PetlenkoV. P. a K l a sh o in A. A. Buněčná teorie a buněčná teorie (K 100. výročí úmrtí T. Schwanna), Arch. anat., histol. a embryol., t. 83, stol. 11, str. 17, 1982, bibliogr.; Shvan T. Mikroskopické studie o shodě ve struktuře a růstu zvířat a rostlin, přel. s ním. M. - JI., 1939; S a r n o J. V. La biologie cellulaire, P., 1884; W i 1 s o n E. B. Buňka ve vývoji a dědičnosti, N. Y., 1896. Manuály, hlavní díla, referenční publikace - A. P. A. a III akh-lamov V. A. Ultrastrukturální základy patologických buněk, M., 1979; Alexandrov V. Ya. Buněčná reaktivita a proteiny, L., 1985; Vostok K. a Sumner E. Chromozom eukaryotické buňky, trans. z angličtiny, M., 1981; Brodsky V. Ya a Uryvaeva I. V., Buněčná polyploidie, Proliferace a diferenciace, M., 1981; WELSHU a StorchF. Úvod do cytologie a histologie živočichů, přel. z němčiny, M., 1976; Zavarzin A. A. Základy privátní cytologie a komparativní histologie mnohobuněčných živočichů, JI., 1976; Zavarzin A. A. a Kharazo-va A. D. Základy obecné cytologie, L., 1982, bibliogr.; Zakharov A. F. Lidské chromozomy, M., 1977; o Ne, Human chromosoms, Atlas, M., 1982; Zelenin A, V., Kushch A. A. a Prudov-s to a y I. A. Reconstructed cell, M., 1982; ZengbuschP. Molekulární a buněčná biologie, přel. z němčiny, díl 1-3, M., 1982; Karmysheva V. Ya. Poškození buněk během virové infekce, M., 1981; NeifakhA. A. a Timofeeva M. Ya. Problémy regulace v molekulární biologii vývoje, M., 1978; R a i-k asi v I. B. The nucleus of prvoka, L., 1978; VyzváněníN. a Savage R. Hybridní buňky, trans. z angličtiny, M., 1979; Roland J.-C., Selosi A. a Seloshi D. Atlas of Cell Biology, trans. z francouzštiny, M., 1978; Solov'ev V.D., Khesin Ya, E. a Bykovsky A. F, Essays on viral cytopathology, M., 1979; Ham A. a Cormack D. Histology, přel. z angličtiny, díl 1, část 2, M., 1982; CHENTS about in Yu. S. General cytology, M., 1984; E f r u s i B. Hybridizace somatických buněk, trans. z angličtiny, M., 1976; Grundlagen der Cytolo-gie, hrsg. proti. G. C. Hirch u. a., Jena, 1973. Periodika - Cytologie, D., od roku 1959; Cytologie a genetika, Kyjev, od roku 1965; Acta Cytologica, St Louis, od roku 1957; Acta Histochemica a Cytochemica, Kjóto, od roku 1960; Advances in Cell and Molecular Biology, N.Y., od roku 1971; Analytická a kvantitativní cytologie, St Louis, od roku 1979; Canadian Journal of Genetics and Cytology, Austin, od roku 1916; Caryologia, Firenze, od roku 1948; Cell, Cambridge, od roku 1974; Cellule, Brusel, od roku 1884; Cytogenetika a buněčná genetika, Basilej, od roku 1962; Folia Histochemica et, Cytochemica, Warszawa, od roku 1963; International Review of Cytology, NY, od roku 1952; Journal of Histochemistry and Cytochemistry, N.Y., od roku 1953. Viz také bibliogr. k čl. Buňka.

Buněčná biologie(buněčná biologie, cytologie) - nauka o buňce.

Buněčná biologie je obor biologie, jehož předmětem je buňka, základní jednotka živých věcí. Buňka je považována za systém, který zahrnuje jednotlivé buněčné struktury, jejich účast na obecných buněčných fyziologických procesech a způsoby regulace těchto procesů. Uvažuje se reprodukce buněk a jejich složek, adaptace buněk na podmínky prostředí, reakce na akci různé faktory, patologické změny v buňkách. a mechanismy jejich smrti.

Cytologie a buněčná biologie

Termín „Buněčná biologie“ nebo „Buněčná biologie“ ve druhé polovině 20. století nahradil původní původní termín „Cytologie“, který definoval vědu o buňce. Cytologie patří k řadě „šťastných“ biologických oborů, jako je např biochemie , biofyzika, A genetika, jehož vývoj za posledních 60 let byl obzvláště rychlý („biologická revoluce“) a vyvolal zásadní změny v biologii v chápání organizace a podstaty životních jevů. Klasická cytologie, která na začátku byla hlavně. deskriptivní morfologická věda, která absorbovala myšlenky, fakta a metody biochemie, biofyziky a molekulární biologie, se stala obecnou biologickou disciplínou, která studuje nejen strukturu, morfologii, ale také funkční a molekulární aspekty chování buněk jako elementárních jednotek. živé přírody.

Přestože se první popisy a představy o buňce objevily již před více než 300 lety, podrobné studium buněk bylo spojeno s rozvojem mikroskopie v 19. století. V této době byly provedeny hlavní popisy intracelulární organizace a tzv buněčná teorie (T. Schwann. R. Virchow), jehož hlavní postuláty jsou: buňka je základní jednotkou živých věcí; mimo buňku není život (podle R. Virchowa „život je činnost buňky, vlastnosti prvního jsou vlastnosti poslední“); buňky jsou podobné (homologní) svou strukturou a svými základními vlastnostmi; buňky přibývají a množí se pouze dělením původních buněk. Buněčná teorie měla nejen významný vliv na rozvoj takových obecných biologických disciplín, jako jsou histologie , embryologie a fyziologie, ale také udělal skutečnou revoluci v medicíně, ukázal, že základem jakýchkoli onemocnění těla je buněčná patologie, tzn. změny ve fungování jednotlivých skupin buněk uvnitř orgánů a tkání.

Velkou roli ve formování a rozvoji domácí biologie a následně i biologie buňky sehrály vědecké školy výzkumníků jako I.I. Mečnikov, N.K. Kolcov, D.N. Nasonov a další.

Koncem 19. století bylo popsáno mnoho intracelulárních komponent (jádro, chromozomy , mitochondrie atd.), byl charakterizován mitóza Jako jediný způsob reprodukce buněk byla vytvořena chromozomální teorie dědičnosti (cytogenetika). Ve stejné době a na počátku 20. století byly zájmy cytologie zaměřeny na objasnění funkčního významu intracelulárních komponent (cytofyziologie). K řešení těchto problémů napomohl rozvoj takových oblastí, jako je cytochemie, kultivace buněk spojená se zaváděním nových metodických technik (fluorescenční mikroskopie, kvantitativní cytochemie, autoradiografie, diferenciální centrifugace atd.).

Kvalitativním zlomem v analýze buněčných komponent a jejich funkčního významu bylo zavedení elektronové mikroskopie v 50. letech 20. století, která umožnila studovat buňky na submikroskopické úrovni. Kombinace elektronově mikroskopických a molekulárně biologických metod umožnila úzce propojit studium morfologie buněčných složek s identifikací jejich biochemické vlastnosti a stanovit jejich funkční význam. V polovině 20. století se pojem „buněčná biologie“ začal používat jako definice vědy, která studuje nejen stavbu buněk, ale také funkční a biochemické vlastnosti jejich struktur a jednotlivých stádií buněk. život obecně. Zároveň byl objeven buněčný cyklus (molekulární sled dějů při reprodukci buněk), jeho regulace na molekulární úrovni a byly uvedeny funkční a biochemické charakteristiky mnoha starých i nově objevených intracelulárních struktur.

Nauka o buňce

V současné době můžeme z hlediska moderní molekulární biologie definovat, co je buňka: buňka je uspořádaný systém biopolymerů (proteinů, nukleových kyselin, lipidů) a jejich makromolekulárních komplexů, ohraničených aktivní lipoproteinovou membránou, podílí se na jediném souboru metabolických (metabolických) a energetických procesů, které udržují a reprodukují celý systém jako celek.

Intracelulární strukturní prvky představují funkční subsystémy nebo systémy druhého řádu. Tak, buněčného jádra je systém pro ukládání, reprodukci a implementaci genetické informace obsažené v DNA chromozomů; hyaloplazma (hlavní plazma) - systém hlavního intermediárního metabolismu a syntézy monomerů, jakož i syntézy proteinů na ribozomech; cytoskelet- muskuloskeletální systém buňky; vakuolární soustava – soustava syntéza, modifikace a transport některých proteinových polymerů a tvorba mnoha buněčných lipoproteinových membrán; mitochondrie jsou organely, které dodávají energii všem buněčným funkcím prostřednictvím syntézy ATP; plastidy rostlinných buněk - systém pro fotosyntézu ATP a syntézu sacharidů; Plazmatická membrána je bariérový-receptor-transportní systém buňky.

Je důležité zdůraznit, že všechny tyto buněčné subsystémy tvoří jakousi konjugovanou jednotu, která je vzájemně závislá. Narušení funkce jádra tedy bezprostředně ovlivňuje syntézu bílkovin, narušení struktury a funkce mitochondrií zastaví všechny syntetické a metabolické procesy, narušení cytoskeletálních elementů zastaví intracelulární transport atd.

Moderní biochemie a molekulární biologie, které studují chemické procesy, které jsou základem života buněk, se neobejdou bez informací o strukturách, na kterých tyto procesy probíhají; stejně jako v buněčné biologii se při studiu struktur a jejich funkčního významu nelze obejít bez znalosti molekulárních procesů probíhajících v těchto strukturách. Proto se termín „molekulární buněčná biologie“ stále častěji používá v názvech různých příruček a učebnic.

Studium buněčné biologie je obrovské praktický význam: jedná se o studium fyziologie organismů, využití buněk v biotechnologickém vývoji, využití dat buněčné biologie v praktické medicíně. Například informace z oblasti buněčné biologie jsou nezbytné při studiu růstu maligních buněk, pro cytodiagnostiku onemocnění, pro použití kmenových buněk atd. Navíc žádné lidské onemocnění nelze pochopit bez použití dat z buněčné biologie.

Vynikající ruští cytologové

I.I.Mečnikov (1845-1916) - slavný ruský biolog a patolog, jeden ze zakladatelů experimentální cytologie a imunologie, zakladatel vědecké školy, čestný člen Petrohradské akademie věd, jeden ze zakladatelů Pasteurova institutu v r. Paříž. V roce 1883 objevil I. I. Mechnikov fenomén fagocytózy a předložil fagocytární teorii imunity (1901); Za práci na studiu imunity spolu s P. Ehrlichem obdržel v roce 1908 Nobelovu cenu.

Na rozvoj biologie, genetiky a cytologie u nás měla obrovský vliv vědecká škola N.K.Kolcova (1872-1940). Byl to výzkumník, jehož myšlenky byly o desítky let před mnoha objevy, které se staly základem moderních koncepcí v genetice a buněčné biologii. V roce 1903 N. K. Koltsov objevil vnitřní fibrilární systém, který definoval jako kosterní cytoplazmatickou strukturu, která určuje tvar a pohyb buněk. V současné době se tento systém nazývá cytoskelet, skládá se z proteinových polymerů, ze kterých se tvoří mikrotubuly a filamentózní struktury (mikrofilamenta, intermediální filamenta). Dalším důležitým úspěchem N. K. Koltsova byla prozíravost maticového principu zdvojení dědičných struktur. Podle jeho představ se malé molekuly jádra sestaví na již existující šablonu a poté se „sloučí“ do molekuly polymeru, kopie šablony. V té době (1927) ještě nebyly známy makromolekuly DNA, ale myšlenka, že trvalá, konzervovaná dědičná matrice není zničena ani znovu vytvořena, ale je předána z rodičů na potomky, byla skvělou předpovědí. Lze mít za to, že toto prohlášení N. K. Koltsova bylo počátkem rozvoje molekulární biologie. Mnohaletý výzkum tvaru a chování buněk (cytoskeletu) a maticová hypotéza jsou největší zásluhou N. K. Koltsova jako „proroka ve své vlasti“ v rozvoji biologie. Velká zásluha N.K.Kolcova navíc spočívá v tom, že vyškolil celou plejádu svých studentů-následovníků: genetiků, fyziologů, embryologů a cytologů. Patří mezi ně V.V. Sacharov, B.L. Astaurov, S.S. Chetverikov, D.P. , TAK JAKO. Serebrovský, G.I. Roskin a další. Nyní je obvyklé mluvit o ruské biologické škole N. K. Koltsova. Jeho jméno nyní nese Ústav vývojové biologie Ruské akademie věd.

D. N. sehrál velkou roli při tvorbě domácí cytologie. Nasonov (1895-1957). Díla Dmitrije Nikolajeviče věnovaná studiu Golgiho aparátu byla odborníky vysoce ceněna a stala se klasikou. Při studiu práce Golgiho aparátu D.N. Nasonov předložil hypotézu o vedoucí roli této organely v buněčném sekrečním procesu. Mnohem později, s pomocí elektronově mikroskopické autoradiografie, byla tato hypotéza plně potvrzena (Leblon, 1966) a stala se axiomem funkčního významu této struktury. V roce 1956 byl z iniciativy Dmitrije Nikolajeviče zorganizován Cytologický ústav Akademie věd SSSR.

Jedním ze studentů N. K. Koltsova byl G. I. Roskin (1882-1964), který s ním spolupracoval od roku 1912. Studoval kosterní a kontraktilní struktury v různé buňky, počínaje jednobuněčnými organismy a konče hladkými a příčně pruhovanými svaly mnohobuněčných organismů. Došel k závěru, že kontraktilní a podpůrné prvky tvoří velmi komplexní systémy, zajišťující motorické a podpůrné funkce – tyto systémy se nazývaly statokinetiky. Tato série prací je pokračováním studií cytoskeletu, které započal N. K. Koltsov.

Od roku 1930 do roku 1964 vedl G. I. Roskin katedru histologie v Moskvě státní univerzita. Pokračování ve studiu kontraktilních prvků buňky, G.I. Roskin věnoval velkou pozornost studiu cytologie rakovinné buňky, což vedlo k objevu protirakovinného léku crucinu, který se na klinice nějakou dobu používal. Speciální pozornost G.I. Roskin věnoval pozornost zavádění cytochemických metod do histologie a cytologie, které umožňují lokalizovat určité polymery nebo jednotlivé aminokyseliny v buňkách. V této době se oddělení histologie stalo propagátorem cytochemických metod, které našly široké uplatnění nejen v biologický výzkum, ale i v medicíně. Později V.Ya. Brodsky, student G.I. Roskina, začal vyvíjet kvantitativní histochemické studie pomocí speciálního cytofotometrického zařízení. To vedlo ke vzniku nových biochemických a biochemických fyzikální metody, které jsou široce používány v buněčné biologii.

Velký přínos pro studium struktury a chování nádorových buněk přinesly práce Yu.M. Vasiliev (nar. 1928) a jeho studenti. Jeho škola se dlouhá léta zabývá studiem mechanismů pohybu normálních a nádorových buněk. Jako první identifikoval roli mikrotubulového systému a dalších cytoskeletálních elementů při určování směru migrace normálních i nádorových buněk. Vede laboratoř mechanismů karcinogeneze v Onkologickém výzkumném centru Ruské akademie lékařských věd.

Yu.S. Chentsov(nar. 1930) vedl v letech 1970 až 2010 oddělení buněčné biologie a histologie. Je jedním ze zakladatelů moskevské školy elektronových mikroskopů. On a jeho studenti jako první vytvořili trojrozměrnou rekonstrukci centriolu a popsali jeho chování v buněčném cyklu. Yu.S.Chentsov je jedním z autorů objevu jaderného proteinového rámce (matrice); ukázal, že jaderná matrice je nedílnou součástí interfázních a mitotických chromozomů. Yu.S.Chentsov hrál hlavní roli ve studiu ultrastruktury buněčného jádra a mitotického chromozomu. V pracích o studiu mitochondrií v svalová tkáň, Yu.S.Chentsov se stal jedním z autorů objevu mitochondriálního retikula a speciální struktury - intermitochondriálních kontaktů. (Daniel Mazia, 1912-1996), americký cytolog, který sehrál hlavní roli ve studiu procesů buněčného dělení a reprodukce, ve studiu struktury mitotického vřeténka a reprodukce centrozomů. Buňku považoval za supramolekulární systém skládající se z mnoha vzájemně propojených molekulárních systémů.

Kate Porter(Keith Robert Porter, 1912-1997) – kanadský biolog, jeden ze zakladatelů elektronového mikroskopického přístupu v biologii. Vyvinul metody pro výrobu ultratenkých řezů, metody pro použití potažených mřížek v elektronové mikroskopii a také navrhl použití oxidu osmičelého pro práci s preparáty elektronového mikroskopu. K. Porter je zodpovědný za objev cytoskeletálních mikrotubulů a endoplazmatického retikula, autolysozomů a ohraničených vakuol. Díky němu byl založen první přední časopis v buněčné biologii, který se dnes nazývá Journal of Cell Biology.

Jiří Palade(George Emil Palade, 1912-2008) – americký biolog rumunského původu. Na povrchu nádrží endoplazmatického retikula objevil ribonukleové částice zvané Palade granule. Následně bylo objeveno, že Palade granule jsou ribozomy spojené s endoplazmatickým retikulem. Palade intenzivně pracoval na studiu vakuolárního systému a vezikulárního transportu v buňce. V roce 1974 mu byla udělena Nobelova cena.

Christian René de Duve(Christian Rene de Duve, 1917-2002) – belgický cytolog a biochemik, který objevil existenci trávicích organel v buňkách – lysozomech. Nositel Nobelovy ceny (1974).

Albert Claude(Albert Claude, 1899-1983) - belgický biochemik, díky kterému se z cytologie z deskriptivní vědy stala věda funkční. Ukázal přímou souvislost mezi intracelulárními strukturami a biochemickými procesy probíhajícími v buňce a podílel se na zavádění biochemických a fyzikálních metod do cytologie. A. Claude napsal, že buňka je „nezávislá a soběstačná jednotka živé hmoty, schopná akumulovat, přeměňovat a využívat energii“. Nositel Nobelovy ceny (1974).

Doporučená četba

Yu.S. Chentsov. Úvod do buněčné biologie

Yu.S. Chentsov. Cytologie: učebnice pro vysoké školy a lékařské fakulty.

Alberts B., Bray D., Lewis J., Raff M., Roberts K., Watson J.D. Molekulární biologie buňky

Molekulární biologie buněk. Překlad z angličtiny / Edited by B. Alberts

Lodish H., Besk A., Zipursky S.L., Matsudaira P., Balximore D., Darnell J. Molecular cell biology.

Historie cytologie úzce souvisí s vynálezem, použitím a zdokonalením mikroskopu. To je způsobeno tím, že lidské oko nedokáže rozlišit předměty menší než 0,1 mm, což je 100 mikrometrů (zkráceně mikron nebo µm). Velikosti buněk (a ještě více intracelulárních struktur) jsou výrazně menší. Například průměr živočišné buňky obvykle nepřesahuje 20 mikronů, rostlinná buňka - 50 mikronů a délka chloroplastu kvetoucí rostliny - ne více než 10 mikronů. Pomocí světelného mikroskopu můžete rozlišit předměty o průměru desetin mikronu. Proto je světelná mikroskopie hlavní, specifickou metodou pro studium buněk.

Poznámka. 1 milimetr (mm) = 1 000 mikrometrů (µm) = 1 000 000 nanometrů (nm). 1 nanometr = 10 angstromů (Å). Jeden angstrom je přibližně průměr atomu vodíku.

První optické přístroje (jednoduché čočky, brýle, lupy) byly vytvořeny již ve 12. století. Ale složité optické tubusy, skládající se ze dvou nebo více čoček, se objevily až na konci 16. století. Na vynálezu světelného mikroskopu se podíleli Galileo Galilei, otec a syn Jansensovi, fyzik Druebel a další vědci. První mikroskopy byly použity ke studiu široké škály objektů.

· 1665: R. Hooke, který poprvé pod mikroskopem pozoroval tenký řez balzového dřeva, objevil prázdné buňky, které nazval celuli nebo buňky; ve skutečnosti R. Hooke pozoroval pouze membrány rostlinných buněk; Následně R. Hooke studoval řezy živých stonků a objevil v nich podobné buňky, které byly na rozdíl od mrtvých buněk korku naplněné „výživnou šťávou“. R. Hooke nastínil svá pozorování ve své práci „Mikrografie, nebo tak fyziologické popisy nejmenší tělesa pomocí lup“ (1665);

· 1671: Marcello Malpighi (Itálie) a Nehemiah Grew (Anglie), studují anatomická struktura rostlin, dospěl k závěru, že všechna rostlinná pletiva se skládají z vezikulových buněk. Termín „tkanina“ („krajka“) poprvé použil N. Grew. V pracích R. Hooka, M. Malpighiho a N. Grewa je buňka považována za prvek, za integrální součást tkáně. Buňky jsou od sebe odděleny společnými přepážkami a nelze je proto myslet mimo tkáň, mimo tělo;

· 1674: Holandský amatérský mikroskop Antonio van Leeuwenhoek (1680) pozoroval jednobuněčné organismy – „zvířata“ (nálevníky, sarkoidy, bakterie) a další formy jednotlivých buněk (krevní buňky, spermie);

V tomto období byla hlavní část cely považována za její stěnu a až o dvě stě let později se ukázalo, že hlavní věcí v cele není stěna, ale vnitřní obsah. V 18. stol Zásadní pozorování prvoků provedl německý amatérský přírodovědec Martin Ledermüller. Během tohoto období se však nové informace o buňce hromadily pomalu a v oblasti zoologie pomaleji než v botanice, protože skutečné buněčné stěny, které sloužily jako hlavní předmět výzkumu, jsou charakteristické pouze pro rostlinné buňky. Ve vztahu k živočišným buňkám se vědci neodvážili tento termín aplikovat a ztotožnit je s rostlinnými buňkami.

Následně, jak se mikroskop a mikroskopická technologie zdokonalovaly, hromadily se také informace o živočišných a rostlinných buňkách. Postupně se utvářely představy o buňce jako elementárním organismu: později německý fyziolog Ernst von Brücke (1861) nazval buňku elementárním organismem. Do 30. let 19. století se nashromáždilo mnoho informací o morfologii buňky a bylo zjištěno, že cytoplazma a jádro jsou jejími povinnými složkami.

· 1802, 1808: C. Brissot-Mirbet zjistil skutečnost, že všechny rostlinné organismy jsou tvořeny tkáněmi, které se skládají z buněk.

· 1809: J. B. Lamarck rozšířil Brissot-Mirbetovu myšlenku buněčné struktury na zvířata.

· 1825: J. Purkinė objevil jádro v ptačích vejcích.

· 1831: R. Brown poprvé popsal jádro v rostlinných buňkách.

· 1833: R. Brown dospěl k závěru, že jádro je nezbytnou součástí rostlinné buňky.

· 1839: J. Purkinė objeven protoplazma(GR. protossové- první a plazma tvarovaný, tvarovaný) - polotekutý želatinový obsah buněk.

· 1839: T. Schwann shrnul všechna data nashromážděná do té doby a formuloval buněčnou teorii.

· 1858: R. Virchow dokázal, že všechny buňky vznikají z jiných buněk dělením.

· 1866: Haeckel zjistil, že uchování a přenos dědičných vlastností se provádí jádrem.

· 1866-1898: Jsou popsány hlavní součásti buňky, které lze vidět pod optickým mikroskopem. Cytologie nabývá charakteru experimentální vědy.

· 1872: profesor Dorpatské (Tartuské) univerzity E. Russov,

· 1874: ruský botanik I.D. Chistyakov byl první, kdo pozoroval buněčné dělení.

· 1878: W. Fleming zavedl termín „mitóza“ a popsal stadia buněčného dělení.

· 1884: V. Roux, O. Hertwig, E. Strasburger předložili jadernou teorii dědičnosti, podle níž jsou informace o dědičných vlastnostech buňky obsaženy v jádře.

· 1888: E. Strasburger zavedl fenomén redukce počtu chromozomů během meiózy.

· 1900: Po nástupu genetiky následoval rozvoj cytogenetiky, která studuje chování chromozomů při dělení a oplození.

· 1946: V biologii se začalo používat elektronový mikroskop, který umožnil studovat ultrastruktury buněk.

Cytologie - věda, která studuje strukturu, chemické složení a funkce buněk, jejich reprodukci, vývoj a interakci v mnohobuněčném organismu.

Předmět cytologie- buňky jedno- a mnohobuněčných prokaryotických a eukaryotických organismů.

Cíle cytologie:

1. Studium stavby a funkcí buněk a jejich složek (membrány, organely, inkluze, jádro).

2. Studium chemického složení buněk, biochemických reakcí v nich probíhajících.

3. Studium vztahů mezi buňkami mnohobuněčného organismu.

4. Studium buněčného dělení.

5. Studium možnosti adaptace buněk na změny prostředí.

K řešení problémů v cytologii se používají různé metody.

Mikroskopické metody: umožňuje studovat strukturu buňky a jejích komponent pomocí mikroskopů (světlo, fázový kontrast, fluorescenční, ultrafialový, elektronový); světelná mikroskopie je založena na toku světla; studuje buňky a jejich velké struktury; elektronová mikroskopie - studium malých struktur (membrán, ribozomů atd.) ve svazku elektronů s vlnovou délkou kratší než má viditelné světlo. Mikroskopie s fázovým kontrastem je metoda získávání obrazů v optických mikroskopech, při které se fázový posun elektromagnetické vlny přeměňuje na kontrast intenzity. Fázovou kontrastní mikroskopii vynalezl Fritz Zernike, za kterou obdržel Nobelova cena pro rok 1953. Určeno pro studium živých, nebarevných předmětů.

Cyto- A histochemické metody- na základě selektivního působení činidel a barviv na určité látky cytoplazmy; používá se ke stanovení chemického složení a lokalizace různých složek (proteinů, DNA, RNA, lipidů atd.) v buňkách.

Histologická metoda je metoda přípravy mikrovzorků z nativních a fixovaných tkání a orgánů. Nativní materiál je zmrazen a fixovaný objekt prochází fázemi zhutňování a zalévání do parafínu. Ze zkoumaného materiálu se pak připraví řezy, obarví se a zalijí do kanadského balzámu.

Biochemické metody umožňují studovat chemické složení buněk a biochemické reakce v nich probíhající.

Metoda diferenciální centrifugace (frakcionace): na základě různé rychlosti sedimentace buněčných složek, nejprve se buňky rozruší na jednotnou (homogenní) hmotu, která se přenese do zkumavky s roztokem sacharózy nebo chloridu česného a podrobí se centrifugaci; izoluje jednotlivé složky buňky (mitochondrie, ribozomy atd.) pro následné studium jinými metodami.

Metoda rentgenové difrakční analýzy: po vnesení atomů kovu do buňky se studuje prostorová konfigurace (prostorové uspořádání atomů a skupin atomů) a některé fyzikální vlastnosti makromolekul (protein, DNA).

Autoradiografická metoda- zavedení radioaktivních (značených) izotopů do buňky - nejčastěji izotopy vodíku (3 H), uhlíku (14 C) a fosforu (32 P); Studované molekuly jsou detekovány radioaktivními značkami pomocí čítače radioaktivních částic nebo jejich schopností exponovat fotografický film a poté je studováno jejich začlenění do látek syntetizovaných buňkou; umožňuje studovat procesy syntézy matrice a buněčného dělení.

Metoda časosběrného filmování a fotografování umožňuje sledovat a zaznamenávat procesy buněčného dělení pomocí výkonných světelných mikroskopů.

Mikrochirurgické metody- chirurgický dopad na buňku: odstranění nebo implantace buněčných složek (organely, jádro) z jedné buňky do druhé za účelem studia jejich funkcí, mikroinjekce různých látek atd.

Metoda buněčné kultivace- pěstování jednotlivých buněk mnohobuněčných organismů na živných půdách za sterilních podmínek; umožňuje studovat dělení, diferenciaci a specializaci buněk, získávat klony rostlinných organismů.

Znalost základů chemické a strukturní organizace, principů fungování a mechanismů vývoje buněk je nesmírně důležitá pro pochopení podobných rysů, které jsou vlastní komplexním organismům rostlin, zvířat a lidí. Vývoj metody IVF - příklad praktická aplikace cytologické znalosti.

Přednáška č. 2: Chemické složení buňky.

Cytologie je věda o buňkách (řecky "cytos" - buňka, "logos" - věda). Předmětem cytologie jsou buňky mnohobuněčných živočichů a rostlin a také jednobuněčných organismů, mezi které patří bakterie, prvoci a jednobuněčné řasy. Cytologie studuje strukturu a chemické složení buněk, funkce intracelulárních struktur, funkce buněk v těle živočichů a rostlin, reprodukci a vývoj buněk a adaptaci buněk na podmínky prostředí. Moderní cytologie je komplexní věda. Má nejužší spojení s jinými biologickými vědami, například s botanikou, zoologií, fyziologií, studiem evoluce organického světa, stejně jako s molekulární biologií, chemií, fyzikou a matematikou. Cytologie patří mezi relativně mladé biologické vědy, její stáří se pohybuje kolem 100 let. Termín „buňka“ je starý více než 300 let. Název „buňka“ poprvé použil v polovině 17. století R. Hooke. Při zkoumání tenké části korku pomocí mikroskopu Hooke viděl, že korek se skládá z buněk - buněk.

Buněčná teorie. V polovině 19. století na základě již rozsáhlých znalostí o buňce formuloval T. Schwann buněčnou teorii (1838). Shrnul dosavadní poznatky o buňce a ukázal, že buňka představuje základní stavební jednotku všech živých organismů, že buňky živočichů a rostlin jsou si svou stavbou podobné. Tato ustanovení byla nejdůležitějším důkazem jednoty původu všech živých organismů, jednoty celého organického světa. T. Schwann zavedl do vědy správné chápání buňky jako samostatné jednotky života, nejmenší jednotky života: mimo buňku není život.

Studium chemické organizace buňky vedlo k závěru, že jsou to chemické procesy, které jsou základem jejího života, že buňky všech organismů jsou podobné v chemické složení, jejich základní metabolické procesy probíhají stejně. Údaje o podobnosti chemického složení buněk opět potvrdily jednotu celého organického světa.

Moderní buněčná teorie obsahuje následující ustanovení:

buňka je základní jednotkou stavby a vývoje všech živých organismů, nejmenší jednotkou živé věci;

buňky všech jednobuněčných i mnohobuněčných organismů jsou si podobné (homologní) svou stavbou, chemickým složením, základními projevy životní činnosti a metabolismu;

buněčná reprodukce probíhá buněčným dělením a každá nová buňka vzniká jako výsledek dělení původní (mateřské) buňky;

ve složitých mnohobuněčných organismech se buňky specializují na funkci, kterou vykonávají, a tvoří tkáně; tkáně se skládají z orgánů, které jsou úzce propojeny a jsou podřízeny nervovým a humorálním regulačním systémům.

Studium buněk různých jednobuněčných a mnohobuněčných organismů pomocí světelně-optických a elektronových mikroskopů ukázalo, že se podle struktury dělí do dvou skupin. Jednu skupinu tvoří bakterie a modrozelené řasy. Tyto organismy mají nejjednodušší buněčnou strukturu. Říká se jim předjaderné ( prokaryota), protože nemají vytvořené jádro (řecký „karton“ - jádro) a nemají mnoho struktur, které se nazývají organely. Druhou skupinu tvoří všechny ostatní organismy: od jednobuněčných zelených řas a prvoků až po vyšší kvetoucí rostliny, savce včetně člověka. Mají složité buňky zvané jaderné buňky ( eukaryotické). Tyto buňky mají jádro a organely, které plní specifické funkce.

Viry jsou zvláštní, nebuněčná forma života, jejíž studium je předmětem virologie.