Цитологія

 

ЛЕКЦІЯ № 1-2

 

ОСНОВИ ЦИТОЛОГІЇ

 

Питання:

 

1. Історія розвитку. Клітинна теорія.
2. Морфологія і фізіологія клітини.
3. Життєві процеси в клітині.
4. Розподіл клітин.

 

Література:

1. Вракин В.Ф., Сидорова М.В. Морфология с.- х. животных.- М.: Агропромиздат, 1991
2. Александровская О.В. и др. Цитология, гистология и эмбриология -М.: Агропромиздат, 1987.
3. Глаголев П.А., Ипполитова В.И. Анатомия с.-х. животных с основами гистологии и эмбриологии.- М.: Колос, 1977
4. Вракин В.Ф. и др. Практикум по анатомии с основами гистологии и эмбриологии с.-х. животных.- М.: Колос , 1982.
5. Гистология, цитология и эмбриология / Под ред. О.В.Волкова, Ю.К.Елецкого. - М: Медицина, 1996.
6. Луцик О.Д., Іванова А.Й., Кабак К.С., Чайковський Ю.Б. Гістологія людини. - К.: Книга плюс, 2003. - 3-тє видання. - 592 с.
7. Новак В.П., Пилипенко М.Ю., Бичков Ю.П. Цитологія, гістологія, ембріологія.: Підручник. - К.: ВІРА-Р, 2001. - 288 с.

 

 

1. Історія  розвитку. Клітинна теорія.

Морфологія має тривалу  історію, проте лише в XVIII столітті вона стала як самостійна наука. ЙОГАНН ВОЛЬФГАНГ Гете перший, у 1796 р., застосував термін «Морфологія», яку він визначив як вчення про форму, утворення і перетворення органічних тіл.

Морфологія тварин (і  людини також) являє собою сукупність наук, об’єднаних спільністю об’єкту досліджень. Завданням цих наук є дослідження із застосуванням різних методів усіх проявів форм та структури. Розвиток морфології поділяють на три періоди.

1) Макроскопічний розвиток  морфології припадає на античний  період, середньовіччя і закінчується  початком XIX століття. У цей період структурні зміни в органах при різних хворобах вивчали, виходячи з особливостей їх кольору, розмірів, консистенції тощо.

2) Початок другого  (мікроскопічного) періоду розвитку  морфології ознаменувався створенням  світлового мікроскопа (XVII-XVIII століття). Перший складний мікроскоп був виготовлений в Голландії чи Англії, тобто в найбільш передових на той час країнах. Розвитку мікроскопічного періоду сприяла розробка техніки мікроскопічного дослідження (1787-1869). Прогрес кожної науки є результатом спільних зусиль дослідників різних країн. У XVIII та на початку XIX століть проведено значну кількість досліджень, в результаті яких встановлювали мікроскопічну будову різних органів тварин і рослин.

У розвитку мікроскопічного  періоду морфології брали участь багато вчених, які надзвичайно ретельно вивчали й описували найтоншу будову різних рослинних і тваринних організмів. М.Мальпігі (1671-1675), А.Левенгук (1673-1695), Ян (Йоганн) Сваммердам (1637-1680 Амстердам) — нідерландський натураліст, розробив нову методику препарування, запропонував низку препаровальних інструментів, уперше став уживати метода ін'єкції в судини. Сконструював прилади для реєстрації роботи серця, дихальних рухів, м'язових скорочень при роздратованому нерві тощо. К.Ф.Вольф (1749-1769) засновник ембріології. Ці вчені поклали початок наукової мікроскопії і пробудили зацікавленість до цієї області знань, тому заслуговують великої пошани. Мікроскопічний період характеризується значними досягненнями у розвитку гістології, завдяки подальшому удосконаленню мікроскопічної техніки гістологічного дослідження. Зусиллями великої кількості вчених різних країн були виявлені найтонші деталі будови клітин і тканин, основні ознаки їх життєдіяльності, зроблено класифікацію. (Ян Пуркін'є, Матіас Шлєйден, Альберт Кьолікер, Рудольф Вірхов ).

Великий вплив на розвиток наукової мікроскопії мала клітинна теорія Т.Шванна (1838-1839), яка містила три головних узагальнення: теорію утворення клітин, доказ клітинної будови усіх органів і частин організму й поширення цих принципів на ріст та розвиток тварин та рослин.

Створення клітинної  теорії стало важливим явищем в біології, одним із ви-рішальних підтверджень єдності усієї живої природи. Клітинна теорія значно вплинула на розвиток біології, послужила основним фундаментом для розвитку гістології, фізіології, ембріології, медицини та інших наук. Вона дала основи для матеріалістичного розуміння життя, індивідуального розвитку, еволюційного взаємозв'язку організмів.

Основні положення клітинної  теорії мають велике значення і понині.

Клітинна теорія довела, що:

· клітина є елементарною одиницею живого;

· клітини різних організмів гомологічні за своєю будовою, тобто вони мають ядро, цитоплазму, основні органели;

· розмноження клітин відбувається поділом початкової клітини;

· багатоклітинні організми  являють собою складні системи  клітин, об'єднані в цілісні, інтегровані системи тканин та органів, підпорядкованих і пов'язаних між собою міжклітинними гуморальними й нервовими формами регуляції.

3) В 50-х роках ХХ  століття інтенсивний розвиток  одержала електронна мікроскопія,  яка стала початком третього  ультрамікроскопічного періоду розвитку морфології.

Теоретичною основою  для створення електронного мікроскопа була теорія де Бройля (1924) про хвильову природу речовин та дослідження  Буша (1926), який показав, що електричні та магнітні поля, що мають обертальну симетрію, діють як лінзи.

Перший електронний  мікроскоп сконструйовано в 1934 р. німецьким  вченим Ернстом Руска. Електронна мікроскопія значно поглибила уявлення про найтоншу будову системи органів тварин і рослин, підтвердила положення клітинної теорії про єдність їх будови. Завдяки електронній мікроскопії стало очевидним, що клітина, крім ядра та цитоплазми, містить комплекс ще менших структур, і що в цілому вміст будь-якої клітини являє собою складну систему мембран, філаментів тощо.

 

2. Морфологія і фізіологія клітини.

Розвиток морфології та її розділів - цитології - науки про  будову та функціональне значення клітини, ембріології - яка вивчає закони генезу зародка і процес його розвитку, вчення про походження та функціональне  значення тканин - власне гістології, та спеціальної гістології - вчення про розвиток, будову та функціональне значення органів і їх систем стало можливим завдяки розвитку фізики та хімії.

Цитологія (від гр. цитос - комірка, клітина) - наука про походження, будову та функціональне значення елементарних живих систем організму. Термін «клітина» вперше застосував англійський фізик Роберт Гук (1665), який за допомогою збільшуваних лінз розглядав зрізи пробки серцевини бузини, а також стебла та корені різних рослин. У рослинній речовині Р. Гук називав клітинами правильно розміщені пустоти. М.Мальпігі (1671), Н.Грю (1671) підтвердили спостереження Р. Гука і назвали ці утворення «мішечками», «міхурцями». Неемія Грю (англійський ботанік і врач, мікроскопіст, основоположник анатомії рослин) вважав, що ці «міхурці» об'єднуються в структури, які нагадують текстильні утворення і назвав їх «тканинами».

При всій невідповідності  назв об'єктів, які називали термінами  «клітина» та «тканина» вони збереглися й до цього часу. Пізніше А.Левенгук (1677-1680) - мистецький шліфувальник лінз, спостерігав одноклітинні організми і вперше побачив еритроцити та спермії тварин. Мікроскопісти XVII століття, які спостерігали вперше клітини ссавців, не зрівнювали їх з клітинами рослин. В середині XVII століття, тобто майже через століття після Мальпігі та Грю, досягнення оптичної техніки були такі незначні, що спостереження та рисунки мікроскопістів того часу мало відрізняються від описування і зображень, зроблених у XVII столітті.

Початок успішного вивчення клітин пов'язаний з розвитком мікроскопіювання. В кінці XVIII на початку XIX століття були створені ахроматичні мікроскопи, завдяки яким стали достовірнішими мікроскопічні спостереження, що дало змогу здійснити систематичне вивчення структурних елементів різноманітних тваринних та рослинних організмів. На той час змінилася уява про будову клітин, основним в організації клітини стали вважати не клітинну стінку, а її вміст - протоплазму. Поступово збагачувався матеріал про мікроскопічну організацію тварин і рослин та будову клітин (cellula), названих так ще Р. Гуком.

У той час незалежно  один від другого рядом дослідників  в клітинах рослин і тварин були відкриті ядра, що створило необхідну  передумову для висунутого в 1837р. Пуркіньє положення про подібність в будові тваринних і рослинних клі-тин.

У 1838-1839 рр. Т.Шванн узагальнив усі попередні мікроскопічні  дослі-дження і сформулював клітинну теорію. Він розглядав клітину  як універсальний структурний компонент  тваринних і рослинних організмів. У книзі «Мікроскопічні дослідження про відповідності в структурі і рості тварин і рослин» показано, що клітинна теорія стала найважливішою подією в біології, одним із вирішальних доказів єдності походження усієї живої природи. Вона значно вплинула на розвиток біології, медицини, інших наук.

Великий внесок у вивчення клітини і розвиток клітинної  теорії було зроблено в середині XIX століття реформатором наукової і практичної медицини патологом Рудольф Вірхов  1821-1902, Берлін— німецький вчений-патолог,  клітинної теорії. У 1855 році встановив, що клітини організму утворюються із інших клітин шляхом поділу. (1858), який довів, що основою таких процесів як запалення, дистрофії, новоутворення та інші є ті чи інші зміни в клітинах, і обґрунтував нові напрями досліджень: целюлярну фізіологію та целюлярну патологію.

Розвиваючи дані своїх  попередників про спадкоємність  розмноження клітин шляхом їх поділу Р.Вірхов висунув відому тезу: «Кожна клітина від клітини» - «Omnis cellula e cellula», яка не втратила свого значення і нині, але була в подальшому обґрунтована на молекулярному рівні.

В другій половині XIX та на початку XX століття проводили дослідження тонкої будови клітини. В той період виникли гіпотези будови протоплазми (фібрилярна - В.Флемінга, гранулярна - Р.Алтман, комірчаста - О.Бючлі). Однак усі ці гіпотези мали один недолік - вони розглядали протоплазму в стані стабільної структури.

У XX столітті завдяки  електромікроскопічним дослідженням, одержані дані про ультраструктурну організацію клітини.

Вчення про клітину  має велике значення для прогресивної еволюції живих істот; воно пояснює  точність передачі спадкової інформації від організму до організму у форму, що забезпечує виникнення і збереження нових властивостей, утворення тканин, що забезпечують здійснення основних функцій організму і являють собою будівельний матеріал для його органів, збільшення росту організму, що забезпечує йому високий енергетичний потенціал, чим створює сприятливі умови в складному взаємозв'язку із зовнішнім середовищем, а також зміну зношуваних в процесі життєдіяльності структурних елементів при фізіоло-гічній регенерації і ушкоджених частин тіла (репаративна регенерація).

Нині в цитології  існують такі напрями, як цитоморфологія - наука про будову клітин, цитофізіологія - наука про функціональні прояви клітин, цитохімія - наука про хімічний склад клітин, цитогенетика - наука  про спадковість та мінливість клітин, цитопатологія - наука про патологічні зміни клітин.

Сучасну цитологію на основі експериментальних досліджень застосовують при цитодіагностиці  хвороб, цитоімунологічних пробах, у тканевоспецифічних регуляціях розмноження  клітин, реактивних змін під впливом факторів зовнішнього середовища тощо.

Науково-технічний прогрес, успіхи розвитку методів дослідження  дали змогу визначити ультраструктурну організацію клітини та неклітинних  структур, зрозуміти процеси диференціювання, регенерації, передачі спадкових ознак тощо.

Органели, їх будова і функції.

Серед живих організмів існує два типи організації клітин: прокаріотичні та еукаріотичні. До прокаріотичних відносять клітини  бактерій та синьозелених водоростей, їх називають доядерними клітинами, вони обмежені плазматичною мембраною, зовні від плазматичної мембрани знаходиться клітинна стінка, яка є похідним клітинної активності. Прокаріотичні клітини не мають морфологічного ядра, але містять нуклеоідну зону, заповнену ДНК, а в матриксі цитоплазми прокаріотів розміщуються рибосоми.

Еукаріотичні клітини  належать до вищого типу, їх обов'язковою  структурою є: цитоплазма, клітинна оболонка (плазмолема) та клітинне ядро, яке відокремлене від цитоплазми ядерною мембраною. У клітинах еукаріотичного типу в  цитоплазмі є спеціальні структури - органели, які виконують окремі специфічні функції. До органел відносять мембранні та немембранні структури.

У тварин найменшою одиницею живого є клітина еукаріотичного типу. Узагальнюючи уяву про будову клітин, як одиниць живого, їх розмноження і ролі у формуванні багатоклітинних організмів, клітина являє собою елементарну саморегулюючу живу систему, основу будови, розвитку та життєдіяльності усіх тваринних і рослинних організмів.

Виходячи із положення  клітинної теорії Т.Шванна, клітина є частина цілісного організму, найменша його одиниця, їй притаманні усі властивості, що відповідають визначенню поняття «живого»; клітини рослин і тварин мають однаковий загальний план будови і подібність загально-клітинних функцій для підтримання їх життя та розмноження, яке відбувається шляхом поділу. У багатоклітинному організмі клітини мають спеціалізацію будови і виконують різні функції. Однак вони підпорядковані цілому, входять до складу тканин, органів, систем органів, пов'язані міжклітинними та нейрогуморальними формами регуляції. Величезна різноманітність живої матерії та індивідуальність, що притаманні кожному організмові, різноманітність форм та функцій клітин у багатоклітинному організмі пов'язані з білками та нуклеїновими кислотами. Нуклеїнові кислоти забезпечують передачу спадкової інформації, відіграють велику роль у процесах біосинтезу білків. Білки беруть безпосередню участь у всіх реакціях, що відбуваються в клітинах та в організмі, характеризуються високим ступенем специфічності. Білкову природу мають усі ферменти, антитіла, деякі гормони тощо. До складу живої матерії входять вода, вуглеводи, ліпіди, вітаміни, мінеральні солі. Щодо фізико-хімічного стану клітина являє собою колоїдну систему, залежно від функціонального стану здатну переходити із рідкого в гелеподібний та в зворотній стан. Детальна інформація про фізико-хімічні особливості речовин, що входять до складу живої системи, вивчає наука біохімія.