Электрокинетические явления в биологических системах.

Старченко С.А.

ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Учебное пособие по биофизике для учащихся 11 классов

Челябинск. 2003267 (07) С 03

Электрокинетические явления в биологических системах. Учебное пособие по биофизике для учащихся 11 класса. - Челябинск: ЧГПУ, 2003. - 46 с.
В пособии излагаются вопросы системного курса биофизики для учащихся общеобразовательных учебных заведений, углубленно изучающих естественнонаучные предметы, а так же для сельских школ, рассматривающих биологию расширено.

Рецензенты: Кузнецов А.И., доктор биологических наук, профессор Уральской государственной академии ветеринарной медицины,

Приймак Т. В., учитель биологии Троицкого естественно-научного лицея №13.

ISBN 5-900010-47-3 Старченко С.А.

ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В КЛЕТКЕ

Сложность изучения процессов жизнедеятельности организмов обусловлена не только сложными термодинамическими и кинетическими параметрами, отражающими функциональные свойства живой материи, но и высокой структурностью живого организма. Структурной и функциональной единицей живого организма является клетка, которой присущи все жизненные функции. Клетка представляет собой открытую систему, которая обменивается с окружающей средой веществом, энергией и информацией. Свободная энергия питательных веществ расходуется в клетке на совершение различного вида работ, на выполнение самых разнообразных функций. Регулирование всех функ­ций клетки осуществляется на основе наследственной информации и информации, поступающей в клетку извне.

1. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КЛЕТКИ

МИКРОСКОПИРОВАНИЕ КЛЕТОК. Изучение клеточных структур началось с применения оп­тического микроскопа. Принцип его работы основан на явлении преломления света и на формировании изображения с помощью оптической системы линз. Разрешающая способность микроскопа зависит от длины волны света и численной апертуры линз объектива. Если использовать фиолетовые лучи, то предел разрешения будет равен 170 нм, а при использовании ультрафиолетовых лучей (А,=200-300 нм) - 100 нм. что является пределом светового микроскопа. Для наблюдения ультраструктур клетки, имеющих размеры на порядок меньше, этого явно недостаточно.

У обычного светового микро­скопа есть еще один недостаток: он дает недостаточно контрастное изо бражение. Возможность непосредственного изучения биологических ультраструктур появилась после изобретения электронного микроскопа. Его разрешающая способность  значительно выше, чем у светового микроскопа. Предел разрешения современных электронных микроскопов составляет 0,5 - 1 нм, а увеличение - сотни тысяч раз. Принципиально ход лучей в световом и электронном микроскопах одинаков (Рис1).

Рис.1

По роль пучка света в электронном микроскопе выполняет поток электронов, а роль линз - электростатическое или электромагнитное поле. Ценность метода электронной микроскопии несколько снижается из-за того, ч.о препараты для исследования необходимо высушивать, фиксировать и контрастировать солями тяжелых металлов.

РЕНТГЕННОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ КЛЕТКИ. Очень большое значение в изучении структур клетки и макромолекул имеет метод рентгеноструктурного анализа (дифракции рентгеновских лучей). Метод основан на явлении дифракции. Дифракция наблюдается в тех случаях, когда на пути лучей имеются препятствия, сравнимые по размерам с длиной волны лучей. Метод рентгеноструктурного анализа на молекулярном и даже атомном уровнях. За объектом помещают фотопленку, на которой регистрируется получающаяся дифракционная картина (Рис. 2).

Рис. 2

На рентгенограмме можно увидеть множество пятен (дифракционных максимумов), образующихся в результате интерференции дифрагированных лучей.

Этот метод является одним из самых мощных методов, применяемых в области молекулярной биоло­гии и при изучении ультраструктур. Состоит в том, что он дает возможность не только определять пространственное расположение молекул, но и точно измерять расстояние между ними и даже выявлять их внутримолекулярную организацию. Особое достоинство метода, обусловливающее его преимущество по сравнению с электронной микроскопией, заключается в том, что он позволяет анализировать структуру нефиксированных препаратов.

ДРУГИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕ­ДОВАНИЯ КЛЕТОЧНЫХ СТУКТУР.   

В последнее время значение приобрели методы разделения клеток на отдельные фракции. Большинство методов фракционирования основано на гомогенизации ткани (получении  однородной клеточной массы) или разрушении клеток различными способами с последующим разделением субклеточных фракций по их относительной плотности, массе на препаративных и аналитических центрифугах. Эти методы применяются в совокупности с электронным микроскопированием и рентгеноструктурным анализом.

ВОПРОСЫ:
1. Определите условия обеспечивающие увеличение оптического микроскопа.
2. Ничему существует предел увеличения оптического микроскопа?
3. В чем преимущества рентгеноструктурного метода исследования плети?

2. ОБЩАЯ СТРУКТУРА И СОСТАВ КЛЕТКИ

СОСТАВ КЛЕТКИ. Несмотря па то что клетки у животных и растений очень специализированы и вследствие этого крайне разнообразны, существуют единые принципы построения всех клеток. Клетки состоят из цитоплазмы, окруженной плазматической (клеточной) мембраной. В цитоплазме находятся ядро, органоиды клетки и различные включения (Рис.3). К органоидам клетки относятся митохондрии, лизосомы, аппарат Гольджи. эндоплазматический ретикулум, рибосомы.

В состав цитоплазмы входят различные вещества: белки, липиды, углеводы, органические кислоты, ви­тамины, электролиты, вода и др. В среднем в цитоплазме содержится 75-85 % воды, 10-20 % белков, 2-3 % липидов, 1 % углеводов и около 1 % солей и других веществ.

Рис.3

ВОДА В КЛЕТКЕ. Вода, находящаяся в клетке, выполняет следующие функции: служит растворителем.

Вернуться к списку авторских программ учителей

Сайт обновлен: 11.03.2013