يسمح الطرد المركزي التفاضلي بفصل الخلايا إلى أجزاء. الطرد المركزي التفاضلي والتجميد طريقة الطرد المركزي بالفصل التفاضلي

محاضرة رقم 3.

عدد الساعات: 2

طرق دراسة الخلية

1. المجهر الضوئي

2. المجهر الإلكتروني، صالمميزات والعيوب. أنواع المجهر الإلكتروني

الخلايا صغيرة الحجم جدًا وفي نفس الوقت معقدة البنية. لذلك، لدراسة بنية الخلية وعملها بنجاح، من الضروري معرفة وإتقان الأساليب التجريبية المناسبة.

في المرحلة الأولى من تطور علم الخلايا، كانت الطريقة الوحيدة لدراسة الخلايا هي المجهر الضوئي.

مجهرهو جهاز يتيح لك الحصول على صورة مكبرة للأجسام الصغيرة التي لا ترى بالعين المجردة. وحدات الطول التالية شائعة الاستخدام في الفحص المجهري:

ميكرومتر (1 ميكرومتر – 10 -6 م)؛

نانومتر (1 نانومتر – 10 -9 م)؛

أنجستروم (1Å – 10 -10 م).

هناك المجهر الضوئي والإلكتروني. يستخدم المجهر الضوئي الضوء لإنتاج صورة مكبرة، بينما يستخدم المجهر الإلكتروني تيارًا من الإلكترونات. يتم تحديد جودة الصورة من خلال دقة المجهر. الدقة هي أصغر مسافة يمكن من خلالها لبصريات المجهر التمييز بين نقطتين متباعدتين بشكل منفصل. دقةالعين البشرية حوالي 100 ميكرون. وهذا يعني أنه بالعين المجردة، على مسافة 25 سم، يمكن للمراقب ذو حدة البصر المتوسطة أن يميز نقطة عن أخرى إذا كانت متباعدة بما لا يقل عن 100 ميكرومتر. إذا كانت المسافة بين النقاط المعنية أقل من 100 ميكرومتر، فإنها تبدو وكأنها نقطة واحدة ضبابية. أفضل مجهر ضوئي حديث يجعل من الممكن فحص الهياكل التي تبلغ المسافة بين العناصر حوالي 0.25 ميكرون، والمجهر الإلكتروني - حوالي 1.5 أ.

المجهر الضوئي هي مجموعة من الطرق لرصد الأجسام الدقيقة باستخدام المجاهر الضوئية المختلفة. وتعتمد هذه الطرق بشكل كبير على نوع عدسة المجهر وأجهزتها المساعدة ونوع الجسم المجهري وطريقة تحضيره للمراقبة، وكذلك على طبيعة إضاءته أثناء المراقبة. دقة المجهر الضوئي محدودة بأبعاد مماثلة للطول الموجي للضوء (0.4-0.7 ميكرومتر للضوء المرئي). ومع ذلك، فإن العديد من عناصر البنية الخلوية أصغر بكثير في الحجم. بالإضافة إلى ذلك، عند استخدام المجهر الضوئي التقليدي، فإن معظم هياكل الخلية الحية تكون كذلك فارغة بصرياالهياكل الفارغة بصريًا هي تلك التي تكون شفافة ولا تختلف تقريبًا في معامل انكسارها عن البيئة المحيطة بها. وقد تم تطوير طرق مختلفة لتحديد مثل هذه الهياكل. تثبيتو تلوينمادة.

تثبيتهو علاج يقطع العمليات الحيوية للخلية بسرعة ويحافظ قدر الإمكان على بنية الخلايا والأنسجة دون تغيير. بعد التثبيت، تصبح الخلايا منفذة للأصباغ، ويتم تثبيت الموقع واستقرار بنية الجزيئات الكبيرة.

تلوينيستخدم للتمايز البصري للهياكل الخلوية، وكذلك في الدراسات الكيميائية الخلوية لتحديد توطين المركبات الكيميائية. على سبيل المثال، الأصباغ الأساسية (الهيماتوكسيلين) لها ألفة للمحتوى النووي، في حين أن الأصباغ الحمضية (يوزين) تصبغ السيتوبلازم. يستخدم لدراسة الخلايا الحية الأصباغ الحيوية (مدى الحياة).. تخترق الأصباغ الحيوية الخلايا الحية بسهولة نسبية وتصبغ بعض الهياكل دون الإضرار بها. ومع ذلك، فإن الأصباغ الحيوية ليست ضارة تمامًا بالخلية، وبعد التعرض لها لفترة طويلة تؤدي إلى موتها. وتشمل الأصباغ الحيوية أحمر محايد(لتلوين السيتوبلازم) ، أزرق الميثيلين(تلطيخ مجمع جولجي)، وما إلى ذلك. باستخدام الأصباغ الحيوية، كان من الممكن إثبات وجود بعض عضيات الخلية، التي كان يُعتقد في السابق أنها مصنوعات يدوية.

الأداة- التغيير الذي يحدث أثناء تحضير الدواء.

قبل إجراء الاختبار، يتم عادةً سكب الخلايا أو قطع الأنسجة في البارافين المنصهر أو في راتينج خاص. يتم تبريد الوسط المستخدم في الصب أو بلمره. وينتج عن ذلك كتلة صلبة، يتم تقطيعها إلى أقسام رفيعة جدًا باستخدام مشراح. عادة، سمك المقاطع للفحص المجهري للضوء هو 1-10 ميكرومتر. عيب هذه الطريقة هو تلف عدد من هياكل الخلايا. ولذلك يتم استخدام طريقة تحضير المقاطع باستخدام التجميد السريع. يتم قطع الأنسجة المجمدة على مشراح خاص (مبضع برد) مجهز بغرفة باردة (ناظم البرد).

بالإضافة إلى الفحص المجهري الضوئي التقليدي، تتم دراسة الخلايا باستخدام المجال المظلم، وتباين الطور، والتألق وبعض الأنواع الأخرى من المجهر الضوئي.

المجهر الميداني المظلم. على عكس المجهر التقليدي، تم تجهيز مجهر المجال المظلم بمكثف خاص. يحتوي المكثف على غشاء مظلم لا ينقل الضوء إلى مركز مجال الرؤية، بحيث يتم إضاءة الجسم بواسطة شعاع مائل. وفي هذه الحالة، تدخل فقط الأشعة المنعكسة والمتناثرة من سطح الجسم إلى عدسة المجهر، مما يزيد من تباين بعض الهياكل ويجعلها مرئية. يستخدم المجهر ذو المجال المظلم لمراقبة عدد من الهياكل في الخلية الحية. على وجه الخصوص، يُستخدم الفحص المجهري ذو المجال المظلم لتحديد تكرار تلف الجسيم الطرفي في خلايا الحيوانات المنوية لحيوانات المزرعة.

على النقيض من المرحلة المجهري. تم تصميم مجهر تباين الطور بواسطة فريتز زيرنيك في عام 1932. ويعتبر مجهر تباين الطور طريقة ممتازة لمراقبة الخلايا أثناء الحياة. يتم استخدامه لدراسة العديد من عضيات الخلية والكروموسومات أثناء الانقسام. يحتوي مكثف مجهر تباين الطور على غشاء حلقي يمر من خلاله الضوء على شكل مخروط مجوف، ويتم امتصاص الأشعة المتبقية. تحتوي العدسة على لوحة الطور، وهي عبارة عن قرص شفاف مع تجويف. يتطابق شكل وحجم الشق مع الصورة المباشرة للحجاب الحاجز الحلقي. عند وضع جسم بين المكثف والعدسة في المستوى البؤري الخلفي للعدسة، بالإضافة إلى الصورة المباشرة، تظهر عدة صور حيود متداخلة للفتحة. يتم حساب درجة لوحة الطور بحيث تختلف حزم الأشعة التي تشكل الصور المباشرة وصور الحيود على طول المسار البصري بمقدار ربع الطول الموجي. وبالتالي، فإن اختلافات الطور التي كانت غير مرئية سابقًا للعين تتحول إلى اختلافات في الشدة وتصبح مرئية.

المجهر مضان هو وسيلة جيدة لمراقبة الخلايا intravital. يسمح لك المجهر الفلوري بمراقبة التألق (التوهج) لعدد من المواد وهياكل الخلايا. يتم تحفيز مضان الجسم بواسطة الأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة فوق البنفسجية الزرقاء من مصادر الضوء الخاصة. دائمًا ما يكون للإشعاع الصادر عن جسم ما طول موجي أطول من الضوء المثير. يتم رؤية الجسم من خلال أشعة مضانه، والتي يتم فصلها عن أشعة الضوء المثيرة باستخدام مرشحات الضوء. هناك عدد من المواد (بعض الفيتامينات والأصباغ والدهون) لها مضانها (الأساسي). يتم تلوين المواد الخلوية التي لا تحتوي على هذه الخاصية مسبقًا بأصباغ خاصة - فلوروكروم، وبعد ذلك يتم ملاحظة الفلورسنت الثانوي.

المجهر الإلكتروني. يستخدم المجهر الإلكتروني تيارًا من الإلكترونات في الفراغ بدلاً من الضوء لإنشاء صورة. لا يتم تركيز شعاع الإلكترون بواسطة العدسات، كما هو الحال في المجهر الضوئي، ولكن بواسطة المجالات الكهرومغناطيسية. تمت ملاحظة الصورة على شاشة الفلورسنت وتم تصويرها. الكائنات أثناء الفحص المجهري الإلكتروني تكون في فراغ عميق، لذلك يتم إخضاعها أولاً للتثبيت والمعاملة الخاصة. ولهذا السبب، يمكن دراسة الخلايا المقتولة فقط باستخدام المجهر الإلكتروني. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تكون رقيقة جدًا، حيث يمتص الجسم تدفق الإلكترونات بقوة. في هذا الصدد، يتم استخدام مقاطع سامسونج بسماكة 20-50 نانومتر الموضوعة على أنحف الأفلام كأشياء. في المجهر الإلكتروني النافذ (الإرسال).تمر الإلكترونات عبر الجسم بنفس الطريقة التي يمر بها الضوء من خلاله في المجهر الضوئي. يُستخدم المجهر الإلكتروني النافذ لدراسة الأجزاء الرقيقة للغاية من الميكروبات والأنسجة بالإضافة إلى بنية الأجسام الصغيرة (الفيروسات والسوط وما إلى ذلك). في المجهر الإلكتروني الماسحيتحرك شعاع الإلكترونات المركز بدقة ذهابًا وإيابًا عبر سطح العينة. وفي هذه الحالة تتجمع الإلكترونات المنعكسة من سطحه وتشكل صورة. وميزة استخدام هذا النوع من المجهر الإلكتروني هو أنه يخلق صورة ثلاثية الأبعاد. لذلك، يتم استخدام المجهر الإلكتروني الماسح لدراسة أسطح الأجسام. تبلغ دقة المجهر الإلكتروني حوالي 1-2 نانومتر. وهذا يكفي لدراسة الجزيئات الكبيرة.

التصوير الشعاعي الذاتي. تعتمد هذه الطريقة على استخدام المواد الموسومة بالنظائر المشعة. إذا تمت إضافة نظير مشع تمتصه الخلايا أثناء عملية التمثيل الغذائي إلى الوسط، فيمكن اكتشاف توطينه داخل الخلايا لاحقًا باستخدام التصوير الشعاعي الذاتي. باستخدام هذه الطريقة، يتم وضع أجزاء رقيقة من الخلايا على الفيلم. يظلم الفيلم تحت تلك الأماكن التي توجد بها النظائر المشعة. يستخدم الفوسفور كنظائر (ف 32)، الحديد (الحديد 59)، الكبريت (س 35 )، الكربون (C 14)، التريتيوم (ح3) الخ

الطرد المركزي. بدأت هذه الطريقة في عام 1926، عندما اخترع سفيدبرج جهاز طرد مركزي تحليلي واستخدمه لتحديد الوزن الجزيئي للهيموجلوبين. قبل الطرد المركزي، فمن الضروري تدمير غشاء الخلية. يتم التدمير باستخدام الاهتزاز بالموجات فوق الصوتية والصدمة الأسموزي والطحن والضغط من خلال ثقب صغير. ومع التدمير الدقيق، تظل بعض عضيات الخلية سليمة. يتم وضع الأنسجة المقطعة ذات أغشية الخلايا المدمرة في أنابيب الاختبار وتدويرها في جهاز للطرد المركزي بسرعة عالية. تعتمد الطريقة على حقيقة أن العضيات الخلوية المختلفة لها كتلة وكثافة مختلفة. يتم ترسيب العضيات الأكثر كثافة في أنبوب الاختبار بسرعات طرد مركزي منخفضة، وأقل كثافة - بسرعات عالية. تتم دراسة هذه الطبقات بشكل منفصل. وهكذا، تستقر النوى والخلايا غير المدمرة بسرعة بسرعات منخفضة نسبيًا وتشكل رواسب في قاع أنبوب الطرد المركزي. عند السرعات الأعلى، تترسب الميتوكوندريا، وحتى عند السرعات الأعلى وفترات الطرد المركزي الأطول، تترسب الريبوسومات. عادة، تحتفظ هذه المكونات النقية بالنشاط الكيميائي الحيوي العالي.

طريقة زراعة الخلايا والأنسجة يتكون من حقيقة أنه من خلية واحدة أو عدة خلايا على وسط غذائي خاص يمكن الحصول على مجموعة من الخلايا من نفس النوع. تتمتع هذه الطريقة بآفاق هائلة ليس فقط في علم الخلايا، ولكن أيضًا في الطب والزراعة. وهكذا، تُستخدم مزارع الخلايا لتوضيح أنماط التمايز، وتفاعل الخلايا مع البيئة، والتكيف، والشيخوخة، والتحول، وما إلى ذلك. وفي التكنولوجيا الحيوية، تُستخدم مزارع الخلايا في إنتاج اللقاحات والمواد النشطة بيولوجيًا. في علم الصيدلة، يتم استخدامها كأشياء اختبار عند اختبار أدوية جديدة. مؤسس هذه الطريقة هو عالم الحيوان والأجنة الأمريكي ر. جاريسون (1879-1959)، الذي تمكن في عام 1907 من زراعة خلايا السمندل في بيئة اصطناعية خارج الجسم. وبعد ذلك تم زراعة العديد من أنواع الخلايا النباتية والحيوانيةفي المختبر وقد أتاحت لنا هذه الطريقة تحقيق عدد من الاكتشافات المهمة في مجال فسيولوجيا الخلية. تعبيرفي المختبر (كلمة لاتينية تعني "في الزجاج") تعني أن البحث لم يتم على كائن حي، بل في وعاء زجاجي من نوع أو آخر. على عكس التعبير الأولفي الجسم الحي يشير إلى تجربة مع كائن حي كامل. تسمى الثقافات المحضرة مباشرة من أنسجة الجسم المحاصيل الأولية.في معظم الحالات، يمكن نقل خلايا الاستنبات الأولية من طبق الاستنبات واستخدامها لإنتاج كميات كبيرة المحاصيل الثانوية.يمكن استخدام خطوط الخلايا لإنشاء الحيوانات المستنسخة المشتقة من خلية سلفية واحدة. قابل للتنفيذ اندماج الخلايانوع واحد أو أنواع مختلفة. ولتحقيق الاندماج، يتم تعريض الخلايا للإنزيمات الفيروسية أو البولي إيثيلين جلايكول. تؤدي هذه المواد إلى إتلاف الغشاء البلازمي للخلايا، مما ينتج عنه خلية ذات نواتين منفصلتين. وبعد فترة زمنية معينة، تنقسم هذه الخلية عن طريق الانقسام الفتيلي، لتشكل خلية هجينة. في الخلية الهجينة، يتم دمج جميع الكروموسومات في نواة واحدة كبيرة. يمكن استنساخ مثل هذه الخلايا الهجينة لإنتاج خط خلايا هجين. وباستخدام هذه الطريقة، أصبح من الممكن الحصول على خلايا هجينة من إنسان وفأر، وإنسان وضفدع. تكون الخلايا الهجينة الناتجة غير مستقرة، وبعد انقسامات عديدة للخلايا، تفقد معظم الكروموسومات من هذا النوع أو النوع الآخر. يصبح المنتج النهائي، على سبيل المثال، في الأساس خلية فأر لا تحتوي على كمية ضئيلة من الجينات البشرية أو لا تحتوي إلا على كمية ضئيلة منها. ولذلك، يمكن استخدام هذه التقنية بنجاح لرسم خريطة الجينات في الكروموسومات البشرية.

الجراحة المجهرية.تعتمد هذه الطريقة على استخدام المعالجات الدقيقة. وهي أجهزة توفر حركات دقيقة للأدوات الدقيقة الموجودة في القفص. الأدوات الدقيقة عادة ما تكون مصنوعة من الزجاج. يتم تحديد شكلها من خلال مهام العمليات الجراحية المجهرية. يمكن أن تكون على شكل إبر، محاقن، ماصات، ملاعق، مشارط، إلخ. باستخدام المعالجات الدقيقة، يمكن إجراء عمليات مختلفة على الخلايا (حقن المواد في الخلايا، واستخراج وزرع النوى، والأضرار المحلية للهياكل الخلوية، وما إلى ذلك). تعمل العمليات الجراحية المجهرية بشكل جيد بشكل خاص على الخلايا الكبيرة (الخلايا وحيدة الخلية، وبيض البرمائيات، والخلايا الجنينية لبعض الحيوانات). لذلك يمكن تقسيم خلية الأميبا إلى ثلاثة مكونات رئيسية - الغشاء والسيتوبلازم والنواة. ويمكن بعد ذلك إعادة تجميع هذه المكونات لتكوين خلية حية. وبهذه الطريقة يمكن الحصول على خلايا صناعية مكونة من مكونات أنواع مختلفة من الأميبا. يتم إجراء العمليات الجراحية المجهرية ليس فقط باستخدام الأدوات الدقيقة، ولكن باستخدام شعاع مركز من الأشعة فوق البنفسجية (الحقن الدقيق للشعاع).

بالإضافة إلى الطرق المذكورة أعلاه، لدراسة الخلايا، يتم استخدام اللوني، الكهربائي وبعض الآخرين. لقد قطعت الأساليب الجديدة خطوات هائلة في دراسة الخلايا. ومع ذلك، يجب أن نتذكر أن الأساليب الكلاسيكية لعلم الخلايا، القائمة على تثبيت الخلايا وتلطيخها ودراستها تحت المجهر الضوئي، لا تزال تحتفظ بأهمية عملية.

محاضرة 1.

هيكل الخلية النباتية

المجهر الضوئي

المجهر الإلكتروني

الطرد المركزي التفاضلي

طريقة زراعة الخلايا

الخلية هي الوحدة الهيكلية والوظيفية الأساسية للكائنات الحية.

الخلايا الخلايا الجنينيةأنسجة الحيوانات والنباتات (غير المتخصصة) متشابهة جدًا من حيث البنية العامة. كان هذا الظرف هو الذي كان في وقت من الأوقات سبب ظهور وتطور نظرية الخلية. تظهر الاختلافات المورفولوجية بالفعل في الخلايا المتمايزة للأنسجة المتخصصة للنباتات والحيوانات. ترتبط السمات الهيكلية للخلية النباتية، مثل النباتات ككل، بنمط الحياة والتغذية. تعيش معظم النباتات أسلوب حياة غير متحرك نسبيًا (مرتبط). تكمن خصوصية تغذية النبات في أن الماء والمواد المغذية: العضوية وغير العضوية، منتشرة في جميع أنحاء النبات ويجب على النبات أن يمتصها عن طريق الانتشار. بالإضافة إلى ذلك، تنفذ النباتات الخضراء في الضوء طريقة التغذية الذاتية. وبفضل هذا، تطورت بعض السمات المحددة لبنية ونمو الخلايا النباتية. وتشمل هذه:

	متين جدار الخلية متعدد السكاريد، تحيط بالخلية وتشكل إطارًا صلبًا؛
	نظام بلاستيد التي نشأت فيما يتعلق بنوع التغذية الذاتية ؛
	نظام فراغي ، والتي عادة ما يتم تمثيلها في الخلايا الناضجة بواسطة فجوة مركزية كبيرة، تشغل ما يصل إلى 95٪ من حجم الخلية وتلعب دورًا مهمًا في الحفاظ على ضغط تورجور;
	نوع خاص من نمو الخلايا عن طريق الالتواء(بسبب زيادة حجم الفجوة)؛
	القدرة الكاملة أي إمكانية تجديد نبات كامل من خلية نباتية متمايزة؛
	هناك تفصيل آخر يميز الخلايا النباتية عن الخلايا الحيوانية: في النباتات، أثناء انقسام الخلايا، لا يتم التعبير عنها مركزيات.

إن بنية الخلية في شكلها الأكثر عمومية معروفة لك من خلال دورة علم الأحياء العامة الخاصة بك، وأثناء التحضير لامتحانات القبول، قمت بدراسة هذا الموضوع جيدًا. تتم مناقشة هذا الموضوع أيضًا في جوانب مختلفة في الدورات الجامعية ذات الصلة (على سبيل المثال، علم حيوان اللافقاريات، والنباتات السفلية). بالإضافة إلى ذلك، سيتم التعرف بشكل أكثر تفصيلاً على الخلية على مستوى عالٍ في دورة "علم الخلايا". ومن المهم بالنسبة لنا أن نركز على السمات الهيكلية المحددة للخلية النباتية، وخاصة خلايا النبات الأعلى.

يكشف الفحص السطحي للغاية لبنية الخلية النباتية النموذجية عن ثلاثة مكونات رئيسية: (1) جدار الخلية، (2) فجوة، والتي تحتل موقعًا مركزيًا في الخلايا الناضجة وتملأ حجمها بالكامل تقريبًا و (3) جبلة مجردة، تدفعها الفجوة إلى المحيط على شكل طبقة جدار. يتم اكتشاف هذه المكونات عند التكبير المنخفض للمجهر الضوئي. علاوة على ذلك، فإن غشاء الخلية والفجوة هما نتاج النشاط الحيوي للبروتوبلاست.

جسم الخلية الحية؟ تتكون البروتوبلاست من عضيات مغمورة فيها الهيالوبلازم. تشمل الكائنات الحية الخلوية: النواة، البلاستيدات، الميتوكوندريا، الدكتيوزومات، الشبكة الإندوبلازمية، الأجسام الدقيقة، إلخ. الهيالوبلازم مع العضيات ناقص النواة هو السيتوبلازمالخلايا.

للتعبير عن حجم الهياكل التحت خلوية، يتم استخدام مقاييس طول معينة: ميكرومترو نانومتر.

الميكرومتر في نظام SI لوحدات القياس له قيمة تساوي 10 -6 م . بمعنى آخر، الميكرومتر (اختصار μm) هو 1/1000000 من المتر و1/1000 من المليمتر. 1 ميكرومتر = 10-6 م . الاسم القديم لهذا التدبير ميكرون.

النانومتر في نفس النظام يمثل جزء من المليون من المليمتر 1 نانومتر = 10 -9 م وألف من الميكرومتر.

يختلف حجم وشكل الخلايا النباتية بشكل كبير. عادة، تتراوح أحجام الخلايا في النباتات العليا من 10 إلى 300 ميكرون. صحيح أن هناك خلايا عملاقة، على سبيل المثال، يبلغ قطر خلايا اللب العصير للحمضيات عدة ملليمترات، أو يصل طول ألياف نبات القراص الطويلة للغاية إلى 80 ملم بسمك مجهري.

تتميز بالشكل متساوي القطرالخلايا التي تكون أبعادها الخطية في جميع الاتجاهات متساوية أو تختلف قليلاً (أي أن طول وعرض وارتفاع هذه الخلايا متشابه). وتسمى هذه الخلايا متني (حمة).

تسمى الخلايا المستطيلة بقوة، والتي يكون طولها أكبر بعدة مرات (أحيانًا مئات وآلاف) من الارتفاع والعرض، بالخلايا المحفزة (prosenchyma).

طرق دراسة الخلايا النباتية

لقد تم تطوير واستخدام العديد من الأساليب لدراسة الخلايا، والتي تحدد قدراتها مستوى معرفتنا في هذا المجال. عادة ما يرتبط التقدم في دراسة بيولوجيا الخلية، بما في ذلك أبرز الإنجازات في السنوات الأخيرة، باستخدام أساليب جديدة. ولذلك، للحصول على فهم أكثر اكتمالا لبيولوجيا الخلية، فمن الضروري أن يكون لديك على الأقل بعض الفهم للطرق المناسبة لدراسة الخلايا.

المجهر الضوئي

الطريقة الأقدم والأكثر شيوعًا في نفس الوقت لدراسة الخلايا هي الفحص المجهري. يمكننا القول أن بداية دراسة الخلايا كانت باختراع المجهر الضوئي.

تبلغ دقة العين البشرية المجردة حوالي 1/10 ملم. هذا يعني أنه إذا نظرت إلى خطين تفصلهما مسافة أقل من 0.1 مم، فإنهما يندمجان في خط واحد. لتمييز الهياكل الموجودة بشكل أقرب، يتم استخدام الأدوات البصرية، مثل المجهر.

لكن إمكانيات المجهر الضوئي ليست بلا حدود. يتم تحديد حد دقة المجهر الضوئي من خلال الطول الموجي للضوء، أي أنه لا يمكن استخدام المجهر الضوئي إلا لدراسة الهياكل التي تكون أبعادها الدنيا قابلة للمقارنة مع الطول الموجي للإشعاع الضوئي. يمتلك أفضل مجهر ضوئي قوة تحليل تبلغ حوالي 0.2 ميكرون (أو 200 نانومتر)، وهو أفضل بحوالي 500 مرة من العين البشرية. من المستحيل نظريًا بناء مجهر ضوئي بدقة عالية.

تتشابه العديد من مكونات الخلية في كثافتها البصرية، وبدون معالجة خاصة، تكون غير مرئية عمليًا في المجهر الضوئي التقليدي. من أجل جعلها مرئية، مختلفة الأصباغمع انتقائية معينة.

في بداية القرن التاسع عشر. كانت هناك حاجة للأصباغ لصبغ الأقمشة النسيجية، الأمر الذي أدى بدوره إلى التطور المتسارع للكيمياء العضوية. وتبين أن بعض هذه الأصباغ تصبغ أيضًا الأنسجة البيولوجية، وبشكل غير متوقع تمامًا، غالبًا ما ترتبط بشكل تفضيلي بمكونات معينة من الخلية. إن استخدام هذه الأصباغ الانتقائية يجعل من الممكن دراسة البنية الداخلية للخلية بشكل أكثر دقة. هنا ليست سوى أمثلة قليلة:

	صبغ الهيماتوكسيلينتلون بعض مكونات النواة باللون الأزرق أو البنفسجي؛
	بعد المعالجة بالتسلسل الفلوروجلوسينولثم مع حمض الهيدروكلوريك تصبح أغشية الخلايا الخشبية حمراء كرزية.
	صبغ السودان الثالثبقع أغشية الخلايا المتضخمة باللون الوردي.
	محلول ضعيف من اليود في يوديد البوتاسيوم يحول حبيبات النشا إلى اللون الأزرق.

للفحص المجهري لمعظم الأنسجة قبل صبغها يصلح. بمجرد تثبيتها، تصبح الخلايا قابلة للنفاذ للأصباغ وتستقر بنية الخلية. أحد المثبتات الأكثر شيوعا في علم النبات هو الكحول الإيثيلي.

التثبيت والتلطيخ ليست الإجراءات الوحيدة المستخدمة لإعداد الاستعدادات. معظم الأنسجة سميكة للغاية بحيث لا يمكن ملاحظتها على الفور بدقة عالية. لذلك، يتم تنفيذ أقسام رقيقة مشراح. يستخدم هذا الجهاز مبدأ تقطيع الخبز. تتطلب الأنسجة النباتية أقسامًا أكثر سمكًا قليلًا من الأنسجة الحيوانية لأن الخلايا النباتية عادة ما تكون أكبر. يبلغ سمك مقاطع الأنسجة النباتية للفحص المجهري الضوئي حوالي 10 ميكرون - 20 ميكرون. بعض الأنسجة طرية جدًا بحيث لا يمكن قطعها على الفور. لذلك، بعد التثبيت، يتم سكبها في البارافين المنصهر أو الراتنج الخاص، الذي يشبع النسيج بأكمله. بعد التبريد، يتم تشكيل كتلة صلبة، والتي يتم بعد ذلك قطعها باستخدام مشراح. صحيح أن الحشو يستخدم بشكل أقل بكثير للأنسجة النباتية مقارنة بالحيوانات. ويفسر ذلك حقيقة أن الخلايا النباتية لها جدران خلايا قوية تشكل إطار الأنسجة. الأصداف الخشبية متينة بشكل خاص.

إلا أن السكب يمكن أن يعطل بنية الخلية، لذا يتم استخدام طريقة أخرى حيث يتم تقليل هذا الخطر؟ تجمد سريع. هنا يمكنك الاستغناء عن التثبيت والملء. يتم قطع الأنسجة المجمدة باستخدام مشراح خاص (البضعة).

تتمتع المقاطع المجمدة المعدة بهذه الطريقة بميزة واضحة تتمثل في الحفاظ بشكل أفضل على السمات الهيكلية الطبيعية. ومع ذلك، فإن طهيها أكثر صعوبة، ولا يزال وجود بلورات الثلج يفسد بعض التفاصيل.

لقد كان علماء المجهر دائما يشعرون بالقلق إزاء إمكانية فقدان وتشويه بعض مكونات الخلية أثناء عملية التثبيت والتلطيخ. ولذلك، يتم التحقق من النتائج التي تم الحصول عليها بطرق أخرى.

بدت فرصة فحص الخلايا الحية تحت المجهر، ولكن بطريقة تظهر تفاصيل بنيتها بشكل أكثر وضوحًا، مغرية للغاية. يتم توفير هذه الفرصة من خلال أنظمة بصرية خاصة: تباين مرحليو التشوشالمجاهر. ومن المعروف أن موجات الضوء، مثل موجات الماء، يمكن أن تتداخل مع بعضها البعض، مما يؤدي إلى زيادة أو تقليل سعة الموجات الناتجة. في المجهر التقليدي، عندما تمر موجات الضوء عبر المكونات الفردية للخلية، فإنها تغير طورها، على الرغم من أن العين البشرية لا تستطيع اكتشاف هذه الاختلافات. ولكن بسبب التداخل، يمكن تحويل الموجات، ومن ثم يمكن تمييز المكونات المختلفة للخلية عن بعضها البعض تحت المجهر، دون اللجوء إلى التلوين. تستخدم هذه المجاهر شعاعين من موجات الضوء التي تتفاعل (تتراكب) على بعضها البعض، مما يؤدي إلى زيادة أو تقليل سعة الموجات التي تدخل العين من مكونات مختلفة للخلية.

المجهر الإلكتروني

قدرات المجهر الضوئي، كما ذكرنا سابقًا، محدودة بالطول الموجي للضوء المرئي. الحد الأقصى للدقة هو حوالي 0.2 ميكرون.

تم إحراز تقدم كبير في الفحص المجهري في عشرينيات القرن العشرين عندما تم اكتشاف أنه يمكن استخدام المجالات الكهرومغناطيسية المختارة بشكل مناسب مثل العدسات لتركيز حزم الإلكترون.

الطول الموجي للإلكترون أقصر بكثير من الطول الموجي للضوء المرئي، وإذا تم استخدام الإلكترونات بدلا من الضوء، يمكن تقليل حد دقة المجهر بشكل ملحوظ.

وبناء على كل هذا تم إنشاء مجهر يستخدم فيه شعاع من الإلكترونات بدلا من الضوء. تم إنشاء أول مجهر إلكتروني في عام 1931 من قبل نول وروسكا في ألمانيا. ومع ذلك، مرت سنوات عديدة قبل أن يصبح من الممكن دراسة مقاطع الأنسجة باستخدام هذا المجهر. فقط في الخمسينيات من القرن الماضي تم تطوير طرق إنتاج المقاطع بالصفات اللازمة. منذ ذلك الوقت، بدأ عصر جديد من الفحص المجهري، وتدفقت سلسلة من المعلومات حول البنية الدقيقة للخلايا في العلوم. (البنية التحتية للخلية).

تكمن صعوبات الفحص المجهري الإلكتروني في أن المعالجة الخاصة للمستحضرات ضرورية لدراسة العينات البيولوجية.

الصعوبة الأولى هي أن الإلكترونات لديها قوة اختراق محدودة للغاية، لذلك يجب إعداد أقسام رقيقة للغاية، بسمك 50 - 100 نانومتر. للحصول على مثل هذه المقاطع الرقيقة، يتم أولاً تشريب الأنسجة بالراتنج: يتبلمر الراتينج ليشكل كتلة بلاستيكية صلبة. ثم، باستخدام سكين حاد من الزجاج أو الماس، يتم قطع المقاطع على مشراح خاص.

هناك صعوبة أخرى: عندما تمر الإلكترونات عبر الأنسجة البيولوجية، لا يتم الحصول على صورة متباينة. ومن أجل الحصول على التباين، يتم تشريب أجزاء رقيقة من العينات البيولوجية بأملاح المعادن الثقيلة.

هناك نوعان رئيسيان من المجاهر الإلكترونية. في الانتقال(الإرسال) المجهر، شعاع من الإلكترونات، يمر عبر عينة معدة خصيصا، يترك صورته على الشاشة. دقة المجهر الإلكتروني النافذ الحديث أكبر بحوالي 400 مرة من دقة الضوء. تبلغ دقة هذه المجاهر حوالي 0.5 نانومتر (للمقارنة، يبلغ قطر ذرة الهيدروجين حوالي 0.1 نانومتر).

على الرغم من هذه الدقة العالية، فإن المجاهر الإلكترونية النافثة لها عيوب كبيرة:

يتم الحصول على صورة ثلاثية الأبعاد (حجمية) باستخدام يتم المسحالمجهر الإلكتروني (EM). وهنا لا يمر الشعاع عبر العينة، بل ينعكس عن سطحها.

هل تم تثبيت عينة الاختبار وتجفيفها ثم تغطيتها بطبقة رقيقة من المعدن؟ يتم استدعاء العملية تظليل(العينة مظللة).

في مسح EM، يتم توجيه شعاع الإلكترون المركز على عينة (يتم مسح العينة). ونتيجة لذلك، يصدر السطح المعدني للعينة إلكترونات ثانوية ذات طاقة منخفضة. يتم تسجيلها وتحويلها إلى صورة على شاشة التلفزيون. الحد الأقصى لدقة المجهر الماسح صغير، حوالي 10 نانومتر، ولكن الصورة ثلاثية الأبعاد.

طريقة تجميد الشريحة

لقد تم فتح إمكانيات جديدة بشكل أساسي للمجهر الإلكتروني مؤخرًا نسبيًا، بعد تطوير الطريقة "التجميد - التقطيع".وباستخدام هذه الطريقة، يتم فحص أدق تفاصيل بنية الخلية، ويتم الحصول على صورة ثلاثية الأبعاد في المجهر الإلكتروني النافذ.

أثناء التجميد الطبيعي، تتشكل بلورات الجليد في الخلايا، مما يشوه بنيتها بشكل ملحوظ. ولتجنب ذلك، يتم تجميد الخلايا بسرعة كبيرة عند درجة حرارة النيتروجين السائل (- 196 مئوية). مع هذا التجميد الفوري، لا يتوفر لبلورات الجليد الوقت الكافي للتشكل، ولا تتعرض الخلية للتشوه.

يتم تقسيم الكتلة المجمدة بشفرة سكين (ومن هنا جاء اسم الطريقة). ثم، عادة، في غرفة مفرغة، تتم إزالة الجليد الزائد عن طريق التسامي. هذه العملية تسمى النقش.بعد النقش، يتم تحديد التضاريس في مستوى الانقسام بشكل أكثر وضوحًا. العينة المستلمة مظللة,أي أنه يتم رش طبقة رقيقة من المعادن الثقيلة على سطح العينة. ومع ذلك، فإن الحيلة هي أن يتم إجراء الترسيب بزاوية على سطح العينة. هذه نقطة مهمة جدا. يظهر تأثير الظل وتبدو الصورة ثلاثية الأبعاد.

في المجهر النافذ، لا يمكن لشعاع الإلكترون أن يخترق إلا أجزاء رقيقة جدًا. إن السُمك المعتاد للعينات المظللة مفرط، لذا يجب إذابة المادة العضوية الموجودة أسفل الطبقة المعدنية. والنتيجة هي معدن رقيق نسخة مطابقة للأصل(أو بصمة) من سطح العينة. يتم استخدام نسخة طبق الأصل في مجهر الإرسال.

قدمت هذه الطريقة، على سبيل المثال، فرصة فريدة لمراقبة البنية الداخلية لأغشية الخلايا.

الطرد المركزي التفاضلي

إلى جانب الفحص المجهري، فإن الطريقة الرئيسية الأخرى والمنتشرة لدراسة الخلايا هي الطرد المركزي التفاضليأو تجزئة.

مبدأ الطريقة هو أنه أثناء الطرد المركزي تتطور قوة الطرد المركزي، تحت تأثيرها تستقر الجزيئات العالقة في قاع أنبوب الطرد المركزي.

مع إدخال جهاز الطرد المركزي الفائق في أوائل الأربعينيات، أصبح فصل المكونات الخلوية ممكنًا.

قبل إخضاع الخلايا للطرد المركزي، يجب تدميرها - يجب تدمير الإطار الصلب لأغشية الخلايا. للقيام بذلك، يتم استخدام طرق مختلفة: الاهتزاز بالموجات فوق الصوتية، والضغط من خلال ثقوب صغيرة أو طحن الأنسجة النباتية الأكثر شيوعا مع مدقة في هاون الخزف. ومع الاستخدام الدقيق لطرق التدمير، يمكن الحفاظ على بعض العضيات سليمة.

أثناء الطرد المركزي عالي السرعة، تستقر مكونات الخلايا الكبيرة (مثل النوى) بسرعة (الرواسب) بسرعات منخفضة نسبيًا وتشكل رواسب في الجزء السفلي من أنبوب الطرد المركزي. وبمعدلات أعلى، تترسب مكونات أصغر مثل البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا.

أي أنه أثناء الطرد المركزي تنقسم مكونات الخلية إلى كسور: كبيرة وصغيرة، ولهذا السبب الاسم الثاني للطريقة؟ تجزئة. علاوة على ذلك، كلما زادت سرعة ومدة الطرد المركزي، كلما كان الجزء الناتج أصغر.

يتم التعبير عن معدل الترسيب (الترسيب) للمكونات باستخدام معامل الترسيب،معين س.

مراحل الطرد المركزي التفاضلي: السرعة المنخفضة (النواة، الهيكل الخلوي)، السرعة المتوسطة (البلاستيدات الخضراء)، السرعة العالية (الميتوكوندريا، الجذور، الأجسام الدقيقة)، السرعة العالية جدًا (الريبوسومات).

تُستخدم مستخلصات الخلايا المجزأة، والتي تسمى أيضًا الأنظمة الخالية من الخلايا، على نطاق واسع لدراسة العمليات داخل الخلايا. فقط من خلال العمل مع المستخلصات الخالية من الخلايا يمكن إنشاء الآلية الجزيئية التفصيلية للعمليات البيولوجية. وهكذا، حقق استخدام هذه الطريقة بالذات نجاحًا باهظًا في دراسة التخليق الحيوي للبروتين.

حسنًا، بشكل عام، يمكن إخضاع الأجزاء النقية من الهياكل داخل الخلايا لأي نوع من التحليل.

طريقة زراعة الخلايا

تموت الخلايا الحيوانية المعزولة في المزرعة (أي الموضوعة على وسط غذائي) بعد عدد معين من الانقسامات، وبالتالي تعتبر كائنًا صعبًا وغير مريح للزراعة. والشيء الآخر هو الخلايا النباتية التي يمكنها الانقسام لعدد غير محدود من المرات.

تسهل طريقة زراعة الخلايا دراسة آليات تمايز الخلايا في النباتات.

في وسط غذائي، هل تشكل الخلايا النباتية كتلة خلوية متجانسة وغير متمايزة؟ الكالس.يتم علاج الكالس بالهرمونات. تحت تأثير الهرمونات، يمكن أن تؤدي خلايا الكالس إلى ظهور أعضاء مختلفة.

هيكل وعمل الخلية النباتية.

1. تركيب الخلية النباتية: غشاء السليلوز، الغشاء البلازمي، السيتوبلازم مع العضيات، النواة، الفجوات مع عصارة الخلية. وجود البلاستيدات هو السمة الرئيسية للخلية النباتية.

2. وظائف غشاء الخلية - يعطي الخلية شكلها، ويحميها من العوامل البيئية.

3. الغشاء البلازمي عبارة عن طبقة رقيقة تتكون من جزيئات متفاعلة من الدهون والبروتينات، ويفصل المحتويات الداخلية عن البيئة الخارجية، ويضمن نقل الماء والمعادن والمواد العضوية إلى داخل الخلية عن طريق التناضح والنقل النشط، ويزيل أيضًا منتجات النفايات الضارة.

4. السيتوبلازم هو البيئة الداخلية شبه السائلة للخلية التي توجد فيها النواة والعضيات، ويوفر الروابط بينهما، ويشارك في العمليات الحياتية الأساسية.

5. الشبكة الإندوبلازمية - شبكة من القنوات المتفرعة في السيتوبلازم. ويشارك في تركيب البروتينات والدهون والكربوهيدرات، وفي نقل المواد. الريبوسومات هي أجسام تقع على الشبكة الإندوبلازمية أو في السيتوبلازم، وتتكون من الحمض النووي الريبي (RNA) والبروتين، وتشارك في تخليق البروتين. يعد EPS والريبوسومات جهازًا واحدًا لتخليق البروتينات ونقلها.

6. الميتوكوندريا هي عضيات محددة من السيتوبلازم بغشاءين. فيها، بمشاركة الإنزيمات، تتأكسد المواد العضوية ويتم تصنيع جزيئات ATP. زيادة في سطح الغشاء الداخلي الذي توجد عليه الإنزيمات بسبب الأعراف. ATP هي مادة عضوية غنية بالطاقة.

7. البلاستيدات (البلاستيدات الخضراء، البلاستيدات البيضاء، البلاستيدات الملونة)، محتواها في الخلية هو السمة الرئيسية للكائن النباتي. البلاستيدات الخضراء هي بلاستيدات تحتوي على صبغة الكلوروفيل الخضراء، التي تمتص الطاقة الضوئية وتستخدمها لتخليق المواد العضوية من ثاني أكسيد الكربون والماء. يتم فصل البلاستيدات الخضراء عن السيتوبلازم بواسطة غشائين، نواتج عديدة - غرانا على الغشاء الداخلي، حيث توجد جزيئات الكلوروفيل والإنزيمات.

8. مجمع جولجي هو نظام من التجاويف المحددة من السيتوبلازم بغشاء. تراكم البروتينات والدهون والكربوهيدرات فيها. تنفيذ تخليق الدهون والكربوهيدرات على الأغشية.

9. الليزوزومات هي أجسام محددة من السيتوبلازم بغشاء واحد. تعمل الإنزيمات الموجودة فيها على تسريع تحلل الجزيئات المعقدة إلى جزيئات بسيطة: البروتينات إلى أحماض أمينية، والكربوهيدرات المعقدة إلى جزيئات بسيطة، والدهون إلى جلسرين وأحماض دهنية، كما أنها تدمر الأجزاء الميتة من الخلية والخلايا بأكملها.

10. الفجوات - تجاويف في السيتوبلازم مليئة عصارة الخلية، مكان تراكم العناصر الغذائية الاحتياطية والمواد الضارة. أنها تنظم محتوى الماء في الخلية.

11. شوائب خلوية - قطرات وحبوب من العناصر الغذائية الاحتياطية (البروتينات والدهون والكربوهيدرات).

12. النواة هي الجزء الرئيسي من الخلية، وهي مغطاة من الخارج بغشاء نووي مزدوج الغشاء تتخلله المسام. تدخل المواد إلى القلب ويتم إزالتها منه عبر المسام. الكروموسومات هي حاملات للمعلومات الوراثية حول خصائص الكائن الحي، والهياكل الرئيسية للنواة، والتي يتكون كل منها من جزيء DNA واحد مدمج مع البروتينات. النواة هي موقع تخليق DNA وmRNA وrRNA.

ما هو الطرد المركزي؟ ما هي الطريقة المستخدمة ل؟ يعني مصطلح "الطرد المركزي" فصل جزيئات المادة السائلة أو الصلبة إلى أجزاء مختلفة باستخدام قوى الطرد المركزي. ويتم فصل المواد هذا من خلال استخدام أجهزة خاصة - أجهزة الطرد المركزي. ما هو مبدأ الطريقة؟

مبدأ الطرد المركزي

دعونا نلقي نظرة على التعريف بمزيد من التفصيل. الطرد المركزي هو التأثير على المواد من خلال الدوران فائق السرعة في جهاز متخصص. الجزء الرئيسي في أي جهاز طرد مركزي هو الدوار الذي يحتوي على أعشاش لتركيب أنابيب الاختبار بمواد قابلة للفصل إلى أجزاء منفصلة. عندما يدور الدوار بسرعات عالية، يتم فصل المواد الموضوعة في أنابيب الاختبار إلى مواد مختلفة حسب مستوى الكثافة. على سبيل المثال، تقوم عينات المياه الجوفية بالطرد المركزي بفصل السائل وترسيب الجزيئات الصلبة التي يحتوي عليها.

مؤلف الطريقة

لأول مرة أصبح معروفًا ما هو الطرد المركزي بعد التجارب التي أجراها العالم أ.ف.ليبيديف. تم تطوير الطريقة من قبل الباحث لتحديد تركيبة مياه التربة. في السابق، لهذه الأغراض، تم استخدام تسوية السائل مع فصل العينات الصلبة منه لاحقا. لقد جعل تطوير طريقة الطرد المركزي من الممكن التعامل مع هذه المهمة بشكل أسرع. وبفضل هذا الفصل، أصبح من الممكن استخلاص الجزء الصلب من المواد من السائل في شكل جاف خلال دقائق.

خطوات الطرد المركزي

يبدأ الطرد المركزي التفاضلي بترسيب المواد الخاضعة للبحث. تحدث معالجة المواد هذه في أجهزة الترسيب. أثناء الترسيب، يتم فصل جزيئات المادة تحت تأثير الجاذبية. يتيح لك ذلك تحضير المواد لفصل أفضل باستخدام قوى الطرد المركزي.

بعد ذلك، تخضع المواد الموجودة في أنابيب الاختبار للترشيح. يتم في هذه المرحلة استخدام ما يسمى بالبراميل المثقبة، والتي تهدف إلى فصل الجزيئات السائلة عن الجزيئات الصلبة. خلال الأنشطة المقدمة، تبقى جميع الرواسب على جدران أجهزة الطرد المركزي.

مزايا الطريقة

بالمقارنة مع الطرق الأخرى التي تهدف إلى فصل المواد الفردية، مثل الترشيح أو الترسيب، فإن الطرد المركزي يجعل من الممكن الحصول على الرواسب مع الحد الأدنى من محتوى الرطوبة. يسمح استخدام طريقة الفصل هذه بفصل المعلقات الدقيقة. والنتيجة هي إنتاج جزيئات بحجم 5-10 ميكرون. ميزة أخرى مهمة للطرد المركزي هي القدرة على تنفيذها باستخدام معدات ذات أحجام وأبعاد صغيرة. العيب الوحيد لهذه الطريقة هو الاستهلاك العالي للطاقة للأجهزة.

الطرد المركزي في علم الأحياء

في علم الأحياء، يتم اللجوء إلى فصل المواد إلى مواد فردية عندما يكون من الضروري إعداد الاستعدادات للفحص تحت المجهر. يتم تنفيذ الطرد المركزي هنا باستخدام أجهزة معقدة - الخلايا الخلوية. بالإضافة إلى فتحات أنابيب الاختبار، تم تجهيز هذه الأجهزة بحاملات العينات وجميع أنواع الشرائح ذات التصميم المعقد. يؤثر تصميم جهاز الطرد المركزي عند إجراء البحوث في علم الأحياء بشكل مباشر على جودة المواد التي تم الحصول عليها، وبالتالي على كمية المعلومات المفيدة التي يمكن استخلاصها من نتائج التحليل.

الطرد المركزي في صناعة تكرير النفط

لا غنى عن طريقة الطرد المركزي في إنتاج النفط. هناك معادن هيدروكربونية لا يتحرر منها الماء بالكامل أثناء التقطير. يتيح الطرد المركزي إزالة السائل الزائد من الزيت، مما يزيد من جودته. وفي هذه الحالة، يذوب الزيت في البنزين، ثم يسخن إلى 60 درجة مئوية، ثم يتعرض للقوة الطاردة المركزية. أخيرًا، قم بقياس كمية الماء المتبقية في المادة وكرر الإجراء إذا لزم الأمر.

الطرد المركزي للدم

تستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع للأغراض الطبية. في الطب يسمح لك بحل العدد التالي من المشاكل:

الحصول على عينات الدم النقية لفصادة البلازما. ولهذه الأغراض يتم فصل العناصر المكونة للدم عن البلازما الموجودة به في جهاز طرد مركزي. تتيح العملية تخليص الدم من الفيروسات والأجسام المضادة الزائدة والبكتيريا المسببة للأمراض والسموم.
تحضير الدم لنقل المتبرعين. بعد أن يتم فصل سوائل الجسم إلى أجزاء منفصلة بواسطة الطرد المركزي، يتم إرجاع خلايا الدم إلى المتبرع، ويتم استخدام البلازما لنقل الدم أو تجميدها لاستخدامها لاحقًا.
عزل كتلة الصفائح الدموية. يتم الحصول على المادة من الكتلة الناتجة وتستخدم في أقسام الجراحة وأمراض الدم في المؤسسات الطبية وفي علاج الطوارئ وغرف العمليات. إن استخدام كتلة الصفائح الدموية في الطب يجعل من الممكن تحسين تخثر الدم لدى الضحايا.
توليف خلايا الدم الحمراء. تتم عملية الطرد المركزي لخلايا الدم من خلال الفصل الدقيق لأجزائها وفق تقنية خاصة. يتم استخدام الكتلة النهائية الغنية بخلايا الدم الحمراء لنقل الدم أثناء فقدان الدم والعمليات. غالبًا ما تستخدم خلايا الدم الحمراء لعلاج فقر الدم وأمراض الدم الجهازية الأخرى.

في الممارسة الطبية الحديثة، يتم استخدام العديد من أجهزة الجيل الجديد، مما يجعل من الممكن تسريع الأسطوانة الدوارة إلى سرعة معينة وإيقافها في لحظة معينة. وهذا يسمح بفصل الدم بشكل أكثر دقة إلى خلايا الدم الحمراء والصفائح الدموية والبلازما والمصل والجلطات. ويتم فحص سوائل الجسم الأخرى بطريقة مماثلة، وعلى وجه الخصوص، يتم فصل المواد الموجودة في البول.

أجهزة الطرد المركزي: الأنواع الرئيسية

لقد اكتشفنا ما هو الطرد المركزي. الآن دعونا نتعرف على الأجهزة المستخدمة لتنفيذ هذه الطريقة. يمكن أن تكون أجهزة الطرد المركزي مغلقة أو مفتوحة، ويتم تشغيلها ميكانيكيًا أو يدويًا. جزء العمل الرئيسي للأدوات المفتوحة المحمولة باليد هو محور دوار يقع عموديًا. يوجد في الجزء العلوي شريط ثابت بشكل عمودي حيث توجد أكمام معدنية متحركة. تحتوي على أنابيب اختبار خاصة ضيقة من الأسفل. يتم وضع الصوف القطني في الجزء السفلي من الأكمام، مما يمنع تلف أنبوب الاختبار الزجاجي عندما يتلامس مع المعدن. بعد ذلك، يتم تشغيل الجهاز. وبعد مرور بعض الوقت، ينفصل السائل عن المواد الصلبة العالقة. بعد ذلك، يتم إيقاف جهاز الطرد المركزي اليدوي. تتركز رواسب صلبة وكثيفة في قاع أنابيب الاختبار. وفوقه الجزء السائل من المادة.

تحتوي أجهزة الطرد المركزي الميكانيكية من النوع المغلق على عدد كبير من الأكمام لاستيعاب أنابيب الاختبار. تعتبر هذه الأجهزة أكثر ملاءمة مقارنة بالأجهزة اليدوية. يتم تشغيل دواراتها بواسطة محركات كهربائية قوية ويمكن أن تتسارع إلى 3000 دورة في الدقيقة. وهذا يجعل من الممكن إجراء فصل أفضل للمواد السائلة عن المواد الصلبة.

مميزات تحضير الأنابيب للطرد المركزي

يجب ملء أنابيب الاختبار المستخدمة للطرد المركزي بمادة اختبار ذات كتلة مماثلة. ولذلك، يتم استخدام موازين خاصة عالية الدقة للقياسات هنا. عندما يكون من الضروري موازنة العديد من الأنابيب في جهاز الطرد المركزي، يتم استخدام التقنية التالية. بعد وزن وعاءين زجاجيين والحصول على نفس الكتلة، يتم ترك إحداهما كمعيار. تتم معايرة الأنابيب اللاحقة بهذه العينة قبل وضعها في الجهاز. تعمل هذه التقنية على تسريع العمل بشكل كبير عندما يكون من الضروري إعداد سلسلة كاملة من الأنابيب للطرد المركزي.

ومن الجدير بالذكر أنه لا يتم أبدًا وضع كمية كبيرة جدًا من مادة الاختبار في أنابيب الاختبار. تمتلئ العبوات الزجاجية بحيث تكون المسافة إلى الحافة 10 مم على الأقل. وإلا فإن المادة سوف تتدفق من أنبوب الاختبار تحت تأثير قوة الطرد المركزي.

أجهزة الطرد المركزي الفائقة

لفصل مكونات المعلقات الرقيقة للغاية، لا يكفي استخدام أجهزة الطرد المركزي اليدوية أو الميكانيكية التقليدية. في هذه الحالة، مطلوب تأثير أكثر إثارة للإعجاب على المواد من قوى الطرد المركزي. عند تنفيذ مثل هذه العمليات، يتم استخدام أجهزة الطرد المركزي الفائقة.

تم تجهيز أجهزة الخطة المقدمة بأسطوانة عمياء على شكل أنبوب بقطر صغير - لا يزيد عن 240 ملم. يتجاوز طول هذه الأسطوانة بشكل كبير المقطع العرضي، مما يجعل من الممكن زيادة عدد الثورات بشكل كبير وإنشاء قوة طرد مركزي قوية.

في جهاز الطرد المركزي الفائق، تدخل المادة التي يتم اختبارها إلى الأسطوانة، وتتحرك عبر الأنبوب وتضرب عاكسات خاصة، مما يؤدي إلى رمي المادة على جدران الجهاز. هناك أيضًا غرف مصممة لتصريف السوائل الخفيفة والثقيلة بشكل منفصل.

تشمل مزايا أجهزة الطرد المركزي الفائقة ما يلي:

ضيق مطلق
أعلى كثافة لفصل المادة؛
أبعاد مدمجة
القدرة على فصل المواد على المستوى الجزيئي.

أخيراً

لذلك اكتشفنا ما هو الطرد المركزي. حاليًا، تجد هذه الطريقة تطبيقها عندما يكون من الضروري عزل الرواسب من المحاليل، وتنقية السوائل، وفصل مكونات المواد النشطة بيولوجيًا والمواد الكيميائية. تستخدم أجهزة الطرد المركزي الفائقة لفصل المواد على المستوى الجزيئي. يتم استخدام طريقة الطرد المركزي بنشاط في الصناعات الكيميائية والنفطية والنووية والغذائية وكذلك في الطب.

أثبت ليبج (Zig. وفقًا لـ S. Granik، 1962) أن الحديد ضروري في الأنسجة المرستيمية لتخليق إنزيمات الميتوكوندريا المحتوية على الحديد؛ يتركز 82% منه في البلاستيدات الخضراء، ولم يتم العثور إلا على آثار قليلة في النواة. في الوقت نفسه، أ.ف. أجافونوفا ، إن إس. توصل تشابليجينا (1962)، الذي يدرس امتصاص النباتات للحديد وتوزيعه داخل الخلية، إلى استنتاج مفاده أن نواة الخلية في حمة أوراق الذرة تحتوي على حديد أكثر من البلاستيدات الخضراء والهياكل من نوع الميتوكوندريا. كان محتوى الحديد في الأخير أقل منه في البلاستيدات الخضراء.
يوفر عمل J. Skok (1962) بعض البيانات حول توطين البورون في الهياكل الخلوية. ويشير المؤلف إلى أن الميتوكوندريا والميكروسومات تحتوي على كمية أقل من البورون مقارنة بالنوى والبلاستيدات والطاف. للقيام بالوظائف الخلوية المختلفة، يتم استخدام البورون الموجود في الجزء المُدَال من المادة الطافية.
نحن، جنبا إلى جنب مع Z.M. كليموفيتسكايا، إل.دي. ليدنسكايا وإي. روداكوفا في 1961-1953. درس توطين العناصر النزرة مثل المنغنيز والموليبدينوم والزنك في الهياكل الخلوية للنباتات، وكذلك محتوى العناصر النزرة فيما يتعلق بتكوين النبات. تم استخدام طريقة الطرد المركزي التفاضلي، مما يجعل من الممكن عزل السيتوبلازم وعضيات الخلية: النواة، البلاستيدات الخضراء، الميتوكوندريا. لقد اتبعنا طريقة عزل الهياكل الخلوية التي اقترحها N.S. سيساكيان، آي إم. موسولوفا (1961-1962).
في عام 1961، تم تنفيذ العمل في جهاز طرد مركزي مبرد بدقة إجمالية قدرها 30.000 جم. تم عزل أجزاء كبيرة من الخلايا من متجانسات أوراق بنجر السكر (صنف Verkhnyachskaya 020) في محلول سكروز 0.35 م عند 2500 جم، والبلاستيدات الخضراء عند 4500 جم، والميتوكوندريا عند 17000 جم. تم حرق الكسور المنفصلة. تم تحديد المنغنيز في الرماد الناتج. تم التعبير عن محتواه بالملليجرام من حيث جزء معين معزول من 1 كجم من المادة النباتية الخام. وهكذا، تحتوي أجزاء الخلية الكبيرة على 20.88 ملجم/كجم منجنيز، أو 44.5%؛ في البلاستيدات الخضراء - 3.46 أو 7.5؛ في الميتوكوندريا - 2.05، أو 4.3؛ في الهياكل السيتوبلازمية غير الخضراء - 20.43 ملغم/كغم، أو 43.7%. تم التعرف على مستحضرات البلاستيدات الخضراء من خلال التلألؤ المميز لها.
تم احتواء الحد الأقصى من المنجنيز في الهياكل السيتوبلازمية غير الخضراء وشظايا الخلايا الكبيرة. عند إعادة حساب محتوى المنغنيز في رماد كل جزء، تمت ملاحظة الحد الأقصى لكميته بالنسبة لجزء البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا. تحتوي أجزاء الخلايا الكبيرة على 325.1 مجم من المنغنيز لكل 100 جرام من الرماد، أو 16.3%؛ في البلاستيدات الخضراء - 823.9، أو 42.5؛ في الميتوكوندريا - 500، أو 25.1؛ في الهياكل السيتوبلازمية غير الخضراء - 321 مجم أو 16.1٪ منجنيز.
في عام 1962، اعتمدنا المنهجية التالية لدراسة محتوى المنغنيز والموليبدينوم والزنك في التركيب الخلوي لأوراق الفول البلدي وبنجر السكر. تمت زراعة الفاصوليا (صنف Herz-Freya) وبنجر السكر (صنف Ramonskaya 04) في محطة المزرعة التجريبية التابعة لمعهد فسيولوجيا النبات التابع لأكاديمية العلوم في جمهورية أوكرانيا الاشتراكية السوفياتية على تربة مروج تشيرنوزيمية بودزولية وفقًا لخلفية NPK مع إضافة المنغنيز والموليبدينوم والزنك. في بداية موسم النمو ومنتصفه ونهايته، أخذنا عينات من الأوراق (30 جم من المادة الخام)، ثم تم طحنها على الجليد مع 40 مل من 0.5 مولار سكروز و10 مل من محلول الفوسفات (وفقًا لسورنسن)؛ الرقم الهيدروجيني للبيئة هو 7.1. تم إخضاع المتجانسات الناتجة للطرد المركزي التفاضلي على جهاز طرد مركزي TM-14 بدقة 20000 جم. أولاً، تمت إزالة شظايا الخلايا الكبيرة من المتجانسات. بعد ذلك، تم عزل أجزاء أصغر (شظايا) من الخلايا في جهاز طرد مركزي عند 1500 و3000 جم لمدة 10 دقائق. وقد لوحظ أنه عند 3000 جم، استقرت النوى خلال 10 دقائق. تم عزل البلاستيدات الخضراء لمدة 15 دقيقة عند 6000 - 10000 جم، وتم عزل الميتوكوندريا عند 14000 جم. تم تعريض الأجزاء المعزولة للطرد المركزي المتكرر مع 2 مل من السكروز لمدة 10-15 دقيقة بالسرعة المناسبة لكل جزء. تم حرق الأجزاء الناتجة في دثر، وتم تحديد المنغنيز والموليبدينوم والزنك في رمادها. تم أيضًا تحديد محتوى هذه العناصر الدقيقة في المادة الطافية المتبقية.
تعرضت الكسور للتحليل النسيجي. تم فحص أغشية الخلايا والنواة والبلاستيدات الخضراء تحت المجهر. لم نتمكن من تحديد الميتوكوندريا. تبين أن أوراق الفاصوليا تحتوي على عناصر ثقيلة الشكل؛ وكانت هذه في الغالب عبارة عن البلاستيدات الخضراء، والتي تم ترسيبها بالكامل تقريبًا عند 3000-6000 جم. وكان السائل الطاف واضحا. في بنجر السكر، من الأفضل ترسيب البلاستيدات الخضراء عند 6000-10000 جم. لم يكن من الممكن الحصول على طاف شفاف تمامًا حتى عند وزن 14000 جم. وهذا ما يفسر بوضوح عدم وجود طريقة موحدة لعزل الهياكل الخلوية. تتطلب درجات مختلفة من ترسيب الهياكل الخلوية طرقًا مختلفة لعزلها، مع مراعاة الخصائص البيولوجية لكل ثقافة.
تم حساب كمية العناصر الدقيقة في الهياكل الخلوية المعزولة بواسطة الطرد المركزي التفاضلي بالملليجرام لكل 1 كجم من المادة الخام للعينة، كنسبة مئوية من المحتوى الإجمالي وبالمليجرام لكل 100 جرام من الرماد لكل جزء.
من الهياكل الخلوية لأوراق بنجر السكر، يتم تركيز الحد الأقصى لكمية المنغنيز (عند حساب كل جزء معزول من 1 كجم من المادة الخام) في السائل الطاف، أي في السيتوبلازم؛ في شظايا الخلايا الكبيرة (البلاستيدات الخضراء، النوى، الميتوكوندريا) يتم احتواؤها بترتيب تنازلي. بحلول منتصف موسم النمو، تزداد كمية المنغنيز في أوراق بنجر السكر (الجدول 45) بسبب زيادة محتواها في أجزاء الخلايا الكبيرة والسائل الطافي. وفي عضيات الخلية (النوى، البلاستيدات الخضراء، الميتوكوندريا) تظل ثابتة إلى حد ما طوال موسم النمو.

طريقة تجميد الشريحة

لقد انفتحت إمكانيات جديدة بشكل أساسي للمجهر الإلكتروني مؤخرًا نسبيًا، بعد تطوير طريقة "التجميد والانقسام". وباستخدام هذه الطريقة، يتم فحص أدق تفاصيل بنية الخلية، ويتم الحصول على صورة ثلاثية الأبعاد في المجهر الإلكتروني النافذ.

أثناء التجميد الطبيعي، تتشكل بلورات الجليد في الخلايا، مما يشوه بنيتها بشكل ملحوظ. لتجنب ذلك، يتم تجميد الخلايا بسرعة كبيرة عند درجة حرارة النيتروجين السائل (-196C). مع هذا التجميد الفوري، لا يتوفر لبلورات الجليد الوقت الكافي للتشكل، ولا تتعرض الخلية للتشوه.

يتم تقسيم الكتلة المجمدة بشفرة سكين (ومن هنا جاء اسم الطريقة). ثم، عادة، في غرفة مفرغة، تتم إزالة الجليد الزائد عن طريق التسامي. هذه العملية تسمى النقش. بعد النقش، يتم تحديد التضاريس في مستوى الانقسام بشكل أكثر وضوحًا. ويتم تظليل العينة الناتجة، أي يتم رش طبقة رقيقة من المعادن الثقيلة على سطح العينة. ومع ذلك، فإن الحيلة هي أن يتم إجراء الترسيب بزاوية على سطح العينة. هذه نقطة مهمة جدا. يظهر تأثير الظل وتبدو الصورة ثلاثية الأبعاد.

في المجهر النافذ، لا يمكن لشعاع الإلكترون أن يخترق إلا أجزاء رقيقة جدًا. إن السُمك المعتاد للعينات المظللة مفرط، لذا يجب إذابة المادة العضوية الموجودة أسفل الطبقة المعدنية. والنتيجة هي نسخة طبق الأصل معدنية رقيقة (أو بصمة) من سطح العينة. يتم استخدام نسخة طبق الأصل في مجهر الإرسال.

قدمت هذه الطريقة، على سبيل المثال، فرصة فريدة لمراقبة البنية الداخلية لأغشية الخلايا.

الطرد المركزي التفاضلي

إلى جانب الفحص المجهري، الطريقة الرئيسية الأخرى والمستخدمة على نطاق واسع لدراسة الخلايا هي الطرد المركزي التفاضلي أو التجزئة.

مع إدخال جهاز الطرد المركزي الفائق في أوائل الأربعينيات، أصبح فصل المكونات الخلوية ممكنًا.

يتم التعبير عن معدل ترسيب (ترسيب) المكونات باستخدام معامل الترسيب، المشار إليه بـ S.

حسنًا، بشكل عام، يمكن إخضاع الأجزاء النقية من الهياكل داخل الخلايا لأي نوع من التحليل.

طريقة زراعة الخلايا

تسهل طريقة زراعة الخلايا دراسة آليات تمايز الخلايا في النباتات.

على وسط غذائي، تشكل الخلايا النباتية كتلة خلايا متجانسة غير متمايزة - الكالس. يتم علاج الكالس بالهرمونات. تحت تأثير الهرمونات، يمكن أن تؤدي خلايا الكالس إلى ظهور أعضاء مختلفة.