*§ 10-1. Методы изучения клетки

Световая микроскопия. Первым методом, использованным для открытия и изучения клеток, была световая микроскопия. Увеличение объекта в световом микроскопе достигается с помощью линз, через которые проходит свет. При этом максимальное увеличение составляет около 1500 раз. Однако главной характеристикой микроскопа является разрешающая способность (разрешение) — минимальное расстояние между двумя объектами, которые можно распознать отдельно. Отдельная частица будет видна только в том случае, если по размеру она не меньше разрешения микроскопа. Например, разрешающая способность человеческого глаза составляет около 0,1 мм.

 

            Разрешение характеризует четкость изображения. Без повышения разрешающей способности нет смысла в большем увеличении. Если линзы не дают возможности различать детали объекта, то изображение будет размытым, и при большем увеличении будет получено просто более крупное, но такое же нечеткое изображение.

        

Разрешение светового микроскопа ограничивается длиной световой волны. Даже при использовании самого коротковолнового видимого света — фиолетового — можно достичь разрешения лишь около 200 нм. При такой разрешающей способности видны самые крупные компоненты клеток — ядро, пластиды, вакуоли, митохондрии, клеточные стенки. Более мелкие клеточные структуры или не видны вообще, или их детали различаются с трудом.

         Другая трудность применения световой микроскопии состоит в том, что большинство клеточных компонентов прозрачно. Для увеличения контрастности часто используют различные методы окраски клеток. При этом клеточные структуры окрашиваются специальными красителями в разные цвета. Некоторые красители — их называют прижизненными — не токсичны и используются для окрашивания живых клеток. Однако большинство красителей токсично для клеток и вызывает их гибель.

Другие методы изучения клетки. Для исследования строения молекул применяется рентгеноструктурный анализ. С его помощью можно определить длину химических связей, размер атомов и их пространственное расположение в молекулах. С использованием этого метода установлена структура многих биологических молекул — белков, нуклеиновых кислот, витаминов и т. д.

За исследования пространственной структуры и функций биомолекул с использованием рентгеноструктурного анализа 19 ученых были удостоены Нобелевской премии. В их числе уже известные вам Дж. Уотсон, Ф. Крик и М. Уилкинс, установившие структуру ДНК, а также Д. Ходжкин за определение структуры холестерина, пенициллина и витамина В12 (Нобелевская премия 1964 г.), А. Йонат, Т. Стейц и В. Рамакришнан за исследования строения и функций рибосом (Нобелевская премия 2009 г.) и др.

Метод клеточных культур представляет собой выращивание клеток на специальных питательных средах в контролируемых условиях. Для этого  необходимо обеспечить стерильность, а питательная среда должна содержать все вещества, нужные для обеспечения жизнедеятельности выращиваемых клеток. Культивирование клеток осуществляется при постоянной температуре, поддерживается определенная концентрация кислорода, углекислого газа, паров воды и т. д. Метод клеточных культур используется для изучения процессов деления и роста клеток, их дифференцировки, взаимодействия со средой, старения, злокачественной трансформации и др.

Методы микрохирургии позволяют удалять или пересаживать структурные элементы живых клеток, например ядра, органоиды, осуществлять микроинъекции разных веществ. Эти методы применяют для изучения роли ядра и различных органелл в жизни клеток, исследования изменений, происходящих в безъядерных клетках и др.