Lezione n. 3.
Numero di ore: 2
METODI DI STUDIO CELLULARE
1. Microscopia ottica
2. Microscopia elettronica, pagvantaggi e svantaggi. Tipi di microscopia elettronica
Le cellule sono di dimensioni molto piccole e allo stesso tempo complesse nella struttura. Pertanto, per studiare con successo la struttura e il funzionamento di una cellula, è necessario conoscere e padroneggiare i metodi sperimentali appropriati.
Nella prima fase dello sviluppo della citologia, l'unico modo per studiare le cellule era microscopia ottica.
Microscopioè un dispositivo che permette di ottenere un'immagine ingrandita di piccoli oggetti non visibili ad occhio nudo. Le seguenti unità di lunghezza sono comunemente usate in microscopia:
micrometro (1 µm – 10 -6 m);
nanometro (1 nm – 10 -9 m);
Angstrom (1Å – 10 -10 m).
Esistono la microscopia ottica ed elettronica. Un microscopio ottico utilizza la luce per produrre un'immagine ingrandita, mentre un microscopio elettronico utilizza un flusso di elettroni. La qualità dell'immagine è determinata dalla risoluzione del microscopio. La risoluzione è la distanza più piccola alla quale l'ottica del microscopio può distinguere separatamente due punti ravvicinati. Risoluzione l'occhio umano è di circa 100 micron. Ciò significa che ad occhio nudo, ad una distanza di 25 cm, un osservatore con acuità visiva media può distinguere un punto da un altro se sono separati da almeno 100 μm. Se i punti in questione sono distanti meno di 100 µm, appaiono come un unico punto sfocato. Il miglior microscopio ottico moderno consente di esaminare strutture con una distanza tra gli elementi di circa 0,25 micron, un microscopio elettronico - circa 1,5 A.
Microscopia ottica è un insieme di metodi per osservare microoggetti utilizzando vari microscopi ottici. Questi metodi dipendono in modo significativo dal tipo di lente del microscopio, dai suoi dispositivi ausiliari, dal tipo di microoggetto e dal metodo di preparazione per l'osservazione, nonché dalla natura della sua illuminazione durante l'osservazione. La risoluzione di un microscopio ottico è limitata da dimensioni paragonabili alla lunghezza d'onda della luce (0,4–0,7 μm per la luce visibile). Tuttavia, molti elementi della struttura cellulare sono di dimensioni molto più piccole. Inoltre, quando si utilizza un microscopio ottico convenzionale, la maggior parte delle strutture di una cellula vivente lo sono otticamente vuoto. Le strutture otticamente vuote sono quelle che sono trasparenti e quasi non differiscono nell'indice di rifrazione dall'ambiente circostante. Sono stati sviluppati vari metodi per identificare tali strutture. fissazione E colorazione Materiale.
Fissazioneè un trattamento che interrompe rapidamente i processi vitali della cellula e, per quanto possibile, preserva inalterata la struttura delle cellule e dei tessuti. Dopo la fissazione, le cellule diventano permeabili ai coloranti, la posizione viene fissata e la struttura delle macromolecole viene stabilizzata.
Colorazioneutilizzato per la differenziazione ottica delle strutture cellulari, nonché negli studi citochimici per identificare la localizzazione dei composti chimici. Ad esempio, i coloranti basici (ematossilina) hanno un'affinità per il contenuto nucleare, mentre i coloranti acidi (eosina) colorano il citoplasma. Utilizzato per studiare le cellule viventi coloranti vitali (a vita).. I coloranti vitali penetrano con relativa facilità nelle cellule viventi e colorano alcune strutture senza danneggiarle. Tuttavia, i coloranti vitali non sono completamente innocui per la cellula e, dopo un'esposizione prolungata, ne portano alla morte. I coloranti vitali includono rosso neutro(per colorare il citoplasma), blu di metilene(colorazione del complesso di Golgi), ecc. Utilizzando coloranti vitali è stato possibile dimostrare l'esistenza di alcuni organelli cellulari, che prima venivano scambiati per artefatti.
Artefatto- un cambiamento che avviene durante la preparazione del farmaco.
Prima del test, cellule o pezzi di tessuto vengono solitamente versati in paraffina fusa o in una resina speciale. Il mezzo utilizzato per la fusione viene raffreddato o polimerizzato. Il risultato è un blocco solido, che viene tagliato in sezioni molto sottili utilizzando un microtomo. Tipicamente, lo spessore delle sezioni per la microscopia ottica è 1-10 µm. Lo svantaggio di questo metodo è il danneggiamento di numerose strutture cellulari. Pertanto, viene utilizzato il metodo di preparazione delle sezioni utilizzando il congelamento rapido. Il tessuto congelato viene tagliato su uno speciale microtomo (criotomo) dotato di una camera fredda (criostato).
Oltre alla microscopia ottica convenzionale, le cellule vengono studiate utilizzando il campo scuro, il contrasto di fase, la fluorescenza e alcuni altri tipi di microscopia ottica.
Microscopia in campo oscuro. A differenza di un microscopio convenzionale, un microscopio a campo oscuro è dotato di un condensatore speciale. Il condensatore ha un diaframma scuro che non trasmette la luce al centro del campo visivo, per cui l'oggetto viene illuminato da un fascio obliquo. In questo caso, solo i raggi riflessi e dispersi dalla superficie dell'oggetto entrano nella lente del microscopio, il che aumenta il contrasto di alcune strutture e le rende visibili. La microscopia in campo oscuro viene utilizzata per osservare una serie di strutture in una cellula vivente. In particolare, la microscopia in campo oscuro viene utilizzata per determinare la frequenza del danno acrosomiale negli spermatozoi degli animali da allevamento.
Microscopia a contrasto di fase. Il microscopio a contrasto di fase è stato progettato da Fritz Zernike nel 1932. La microscopia a contrasto di fase è un metodo eccellente per l'osservazione intravitale delle cellule. Viene utilizzato per studiare molti organelli cellulari e cromosomi durante la divisione. Il condensatore di un microscopio a contrasto di fase ha un diaframma anulare attraverso il quale passa la luce sotto forma di un cono cavo e i raggi rimanenti vengono assorbiti. L'obiettivo contiene una piastra di fase, che è un disco trasparente con una rientranza. La forma e la dimensione della tacca corrispondono all'immagine diretta del diaframma anulare. Quando un oggetto viene posizionato tra il condensatore e l'obiettivo nel piano focale posteriore dell'obiettivo, oltre all'immagine diretta, appaiono diverse immagini di diffrazione dell'apertura sovrapposte. La tacca della lamina di fase è calcolata in modo che entrambi i fasci di raggi che formano l'immagine diretta e quella di diffrazione differiscano lungo il percorso ottico di un quarto della lunghezza d'onda. In questo modo, le differenze di fase che prima erano invisibili all'occhio vengono convertite in differenze di intensità e diventano visibili.
Microscopia a fluorescenza è un buon metodo per l'osservazione delle cellule intravitali. Un microscopio a fluorescenza consente di osservare la fluorescenza (bagliore) di numerose sostanze e strutture cellulari. La fluorescenza di un oggetto viene eccitata dai raggi ultravioletti o blu-viola provenienti da speciali sorgenti luminose. La radiazione di un oggetto ha sempre una lunghezza d'onda maggiore della luce eccitante. L'oggetto viene visto nei raggi della sua fluorescenza, che vengono separati dai raggi di luce eccitante mediante filtri luminosi. Numerose sostanze (alcune vitamine, pigmenti, lipidi) hanno una propria fluorescenza (primaria). Le sostanze cellulari che non hanno questa proprietà vengono precolorate con coloranti speciali - fluorocromi, e quindi si osserva una fluorescenza secondaria.
Microscopio elettronico. Un microscopio elettronico utilizza un flusso di elettroni nel vuoto invece della luce per creare un'immagine. Il fascio di elettroni non viene focalizzato da lenti, come in un microscopio ottico, ma da campi elettromagnetici. L'immagine viene osservata su uno schermo fluorescente e fotografata. Gli oggetti durante la microscopia elettronica si trovano in un vuoto profondo, quindi vengono prima sottoposti a fissazione e trattamento speciale. Per questo motivo, utilizzando il microscopio elettronico è possibile studiare solo le cellule uccise. Inoltre, devono essere molto sottili, poiché il flusso di elettroni viene fortemente assorbito dall'oggetto. A questo proposito, come oggetti vengono utilizzate sezioni ultrasottili con uno spessore di 20-50 nm posizionate sui film più sottili. IN microscopio elettronico a trasmissione (trasmissione). gli elettroni passano attraverso un oggetto nello stesso modo in cui la luce lo attraversa in un microscopio ottico. La microscopia elettronica a trasmissione viene utilizzata per studiare sezioni ultrasottili di microbi, tessuti, nonché la struttura di piccoli oggetti (virus, flagelli, ecc.). IN microscopio elettronico a scansione Un fascio di elettroni focalizzato con precisione si muove avanti e indietro sulla superficie del campione. In questo caso, gli elettroni riflessi dalla sua superficie vengono raccolti e formano un'immagine. Il vantaggio di utilizzare questo tipo di microscopio elettronico è che crea un'immagine tridimensionale. Pertanto, la microscopia elettronica a scansione viene utilizzata per studiare la superficie degli oggetti. Un microscopio elettronico ha una risoluzione di circa 1–2 nm. Questo è sufficiente per studiare le macromolecole.
Autoradiografia. Questo metodo si basa sull'utilizzo di sostanze marcate con isotopi radioattivi. Se al mezzo viene aggiunto un isotopo radioattivo che viene assorbito dalle cellule durante il metabolismo, la sua localizzazione intracellulare può essere successivamente rilevata mediante autoradiografia. Con questo metodo, sezioni sottili di cellule vengono posizionate sulla pellicola. Il film si oscura sotto i luoghi in cui si trovano gli isotopi radioattivi. Il fosforo è usato come isotopi ( P 32), ferro (Fe 59), zolfo (S 35 ), carbonio (C 14), trizio ( H3) ecc.
Centrifugazione. Il metodo iniziò nel 1926, quando Svedberg inventò una centrifuga analitica e la utilizzò per determinare il peso molecolare dell'emoglobina. Prima della centrifugazione è necessario distruggere la membrana cellulare. La distruzione viene eseguita utilizzando vibrazioni ultrasoniche, shock osmotico, macinazione e pressatura attraverso un piccolo foro. Con un'attenta distruzione, alcuni organelli cellulari rimangono intatti. I tessuti tritati con le membrane cellulari distrutte vengono posti in provette e fatti ruotare in una centrifuga ad alta velocità. Il metodo si basa sul fatto che diversi organelli cellulari hanno massa e densità diverse. Gli organelli più densi vengono depositati in una provetta a basse velocità di centrifugazione, quelli meno densi a velocità elevate. Questi strati sono studiati separatamente. Pertanto, i nuclei e le cellule non distrutte si depositano rapidamente a velocità relativamente basse e formano un sedimento sul fondo della provetta da centrifuga. A velocità più elevate, i mitocondri precipitano, e a velocità ancora più elevate e periodi di centrifugazione più lunghi, precipitano i ribosomi. Tipicamente, tali componenti purificati mantengono un'elevata attività biochimica.
Metodo di coltura cellulare e tissutale consiste nel fatto che da una o più cellule su uno speciale mezzo nutritivo si può ottenere un gruppo di cellule dello stesso tipo. Questo metodo ha enormi prospettive non solo per la citologia, ma anche per la medicina e l'agricoltura. Pertanto, le colture cellulari vengono utilizzate per chiarire i modelli di differenziazione, interazione delle cellule con l'ambiente, adattamento, invecchiamento, trasformazione, ecc. Nella biotecnologia, le colture cellulari vengono utilizzate nella produzione di vaccini e sostanze biologicamente attive. In farmacologia, vengono utilizzati come oggetti di prova quando si testano nuovi farmaci. Il fondatore di questo metodo è lo zoologo ed embriologo americano R. Garrison (1879-1959), che nel 1907 riuscì a coltivare cellule di salamandra in un ambiente artificiale esterno al corpo. Successivamente sono stati coltivati molti tipi di cellule vegetali e animali in vitro , e questo metodo ci ha permesso di fare una serie di importanti scoperte nel campo della fisiologia cellulare. Espressione in vitro (dal latino "in vetro") significa che la ricerca non è stata condotta su un organismo vivente, ma in un recipiente di vetro di un tipo o dell'altro. In contrasto con la prima espressione in vivo indica un esperimento con un organismo vivente intero. Vengono chiamate colture preparate direttamente dai tessuti del corpo colture primarie. Nella maggior parte dei casi, le cellule di coltura primaria possono essere trasferite da una piastra di coltura e utilizzate per produrre grandi quantità colture secondarie. Le linee cellulari possono essere utilizzate per generare cloni derivati da una singola cellula progenitrice. Può essere fatto fusione cellulare uno o diversi tipi. Per ottenere la fusione, le cellule sono esposte agli enzimi virali o al polietilenglicole. Queste sostanze danneggiano la membrana plasmatica delle cellule, dando luogo a una cellula con due nuclei separati. Dopo un certo tempo, tale cellula si divide per mitosi, formando una cellula ibrida. In una cellula ibrida, tutti i cromosomi sono combinati in un unico grande nucleo. Tali cellule ibride possono essere clonate per produrre una linea cellulare ibrida. Utilizzando questo metodo, è stato possibile ottenere cellule ibride di un essere umano e di un topo, di un essere umano e di un rospo. Le cellule ibride risultanti sono instabili e, dopo numerose divisioni cellulari, perdono la maggior parte dei cromosomi dell'uno o dell'altro tipo. Il prodotto finale diventa, ad esempio, essenzialmente una cellula di topo in cui non sono presenti geni umani o ne sono presenti solo tracce. Pertanto, questa tecnica può essere utilizzata con successo per mappare i geni nei cromosomi umani.
Microchirurgia.Questo metodo si basa sull'uso di micromanipolatori. Sono dispositivi che forniscono movimenti precisi dei microstrumenti nella gabbia. I microstrumenti sono generalmente realizzati in vetro. La loro forma è determinata dai compiti delle operazioni microchirurgiche. Possono avere la forma di aghi, siringhe, pipette, spatole, bisturi, ecc. Utilizzando i micromanipolatori, è possibile eseguire varie operazioni sulle cellule (iniezione di sostanze nelle cellule, estrazione e trapianto di nuclei, danni locali alle strutture cellulari, ecc.). Gli interventi microchirurgici funzionano particolarmente bene su cellule di grandi dimensioni (cellule unicellulari, uova di anfibi, cellule embrionali di alcuni animali). Quindi la cellula dell'ameba può essere divisa in tre componenti principali: membrana, citoplasma e nucleo. Questi componenti possono quindi essere riassemblati per formare una cellula vivente. In questo modo si possono ottenere cellule artificiali costituite da componenti di diversi tipi di amebe. Gli interventi microchirurgici vengono eseguiti non solo con microstrumenti, ma con un fascio focalizzato di raggi ultravioletti (microiniezione del fascio).
Oltre ai metodi di cui sopra, per studiare le cellule vengono utilizzate la cromatografia, l'elettroforesi e alcuni altri. Nuovi metodi hanno fatto passi da gigante nello studio delle cellule. Tuttavia, va ricordato che i metodi classici della citologia, basati sulla fissazione, colorazione e studio delle cellule al microscopio ottico, mantengono ancora un'importanza pratica.
Lezione 1.
Struttura della cellula vegetale
Microscopia ottica
Microscopio elettronico
Centrifugazione differenziale
Metodo della coltura cellulare
La cellula è l’unità strutturale e funzionale di base degli organismi viventi.
Celle embrionale I tessuti (non specializzati) di animali e piante in termini generali di struttura sono molto simili. Fu questa circostanza che un tempo fu la ragione dell'emergere e dello sviluppo della teoria cellulare. Le differenze morfologiche compaiono già nelle cellule differenziate dei tessuti specializzati di piante e animali. Le caratteristiche strutturali di una cellula vegetale, come le piante nel loro insieme, sono associate allo stile di vita e all'alimentazione. La maggior parte delle piante conduce uno stile di vita relativamente immobile (attaccato). La specificità della nutrizione delle piante è che l'acqua e le sostanze nutritive: organiche e inorganiche, sono sparse e la pianta deve assorbirle per diffusione. Inoltre, le piante verdi alla luce eseguono un metodo di nutrizione autotrofo. Grazie a ciò si sono evolute alcune caratteristiche specifiche della struttura e della crescita delle cellule vegetali. Questi includono:
| durevole parete cellulare del polisaccaride, che circonda la cella e costituisce un telaio rigido; |
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| sistema plastidioso , che è nato in connessione con il tipo di alimentazione autotrofa; |
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| sistema vacuolare , che nelle cellule mature è solitamente rappresentato da un grande vacuolo centrale, che occupa fino al 95% del volume cellulare e svolge un ruolo importante nel mantenimento pressione di turgore; |
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| un tipo speciale di crescita cellulare distorsioni(a causa dell'aumento del volume del vacuolo); |
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| totipotenza , cioè la possibilità di rigenerare una pianta completa a partire da una cellula vegetale differenziata; |
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| C'è un altro dettaglio che distingue le cellule vegetali da quelle animali: nelle piante, durante la divisione cellulare, non vengono espresse centrioli. |
La struttura di una cellula nella sua forma più generale ti è nota dal tuo corso di biologia generale e in preparazione agli esami di ammissione hai studiato abbastanza bene questo argomento. Questo argomento viene trattato in vari aspetti anche in corsi universitari pertinenti (ad esempio, zoologia degli invertebrati, piante inferiori). Inoltre, una conoscenza più dettagliata della cellula ad alto livello sarà nel corso di "citologia". Per noi è importante concentrarci sulle caratteristiche strutturali specifiche di una cellula vegetale, principalmente sulle cellule di una pianta superiore.
Un esame molto superficiale della struttura di una tipica cellula vegetale rivela tre componenti principali: (1) parete cellulare, (2) un vacuolo, che occupa una posizione centrale nelle cellule mature e riempie quasi tutto il loro volume e (3) protoplasto, spinto dal vacuolo verso la periferia sotto forma di strato murario. Sono questi componenti che vengono rilevati a basso ingrandimento di un microscopio ottico. Inoltre, la membrana cellulare e il vacuolo sono prodotti dell'attività vitale del protoplasto.
Corpo cellulare vivente? il protoplasto è costituito da organelli immersi ialoplasma. Gli organismi cellulari includono: nucleo, plastidi, mitocondri, dictosomi, reticolo endoplasmatico, microbi, ecc. L'ialoplasma con organelli meno il nucleo è citoplasma cellule.
Per esprimere la dimensione delle strutture subcellulari, vengono utilizzate alcune misure di lunghezza: micrometro E nanometro.
Il micrometro nel sistema di unità di misura SI è un valore pari a 10 -6 m . In altre parole, un micrometro (abbreviazione µm) è 1/1000000 di metro e 1/1000 di millimetro. 1 µm = 10-6 m . Vecchio nome di questa misura micron.
Un nanometro nello stesso sistema rappresenta un milionesimo di millimetro 1 nm = 10 -9 m e un millesimo di micrometro.
Le dimensioni e la forma delle cellule vegetali variano ampiamente. Tipicamente, le dimensioni delle cellule delle piante superiori vanno da 10 a 300 micron. È vero, ci sono cellule giganti, ad esempio, le cellule della polpa succosa degli agrumi hanno un diametro di diversi millimetri, o le fibre liberiane estremamente lunghe dell'ortica raggiungono gli 80 mm di lunghezza con uno spessore microscopico.
Si distinguono per la forma isodiametrico celle le cui dimensioni lineari in tutte le direzioni sono uguali o leggermente diverse (ovvero, la lunghezza, la larghezza e l'altezza di queste celle sono comparabili). Tali cellule sono chiamate parenchimali (parenchima).
Le cellule fortemente allungate, in cui la lunghezza è molte volte (a volte centinaia e migliaia) maggiore dell'altezza e della larghezza, sono chiamate prosenchimali (prosenchima).
Metodi per lo studio delle cellule vegetali
Sono stati sviluppati e utilizzati molti metodi per studiare le cellule, le cui capacità determinano il livello delle nostre conoscenze in questo settore. I progressi nello studio della biologia cellulare, compresi i risultati più importanti degli ultimi anni, sono solitamente associati all’uso di nuovi metodi. Pertanto, per una comprensione più completa della biologia cellulare, è necessario avere almeno una certa conoscenza dei metodi appropriati per studiare le cellule.
Microscopia ottica
Il metodo più antico e allo stesso tempo più comune per studiare le cellule è la microscopia. Possiamo dire che l'inizio dello studio delle cellule è stato posto dall'invenzione del microscopio ottico leggero.
L'occhio umano nudo ha una risoluzione di circa 1/10 di mm. Ciò significa che se guardi due linee distanti meno di 0,1 mm, si fondono in una sola. Per distinguere le strutture situate più da vicino, vengono utilizzati strumenti ottici, come un microscopio.
Ma le possibilità di un microscopio ottico non sono illimitate. Il limite di risoluzione di un microscopio ottico è fissato dalla lunghezza d'onda della luce, ovvero con un microscopio ottico è possibile studiare solo strutture le cui dimensioni minime sono paragonabili alla lunghezza d'onda della radiazione luminosa. Il miglior microscopio ottico ha un potere risolutivo di circa 0,2 micron (o 200 nm), che è circa 500 volte migliore di quello dell'occhio umano. Teoricamente è impossibile costruire un microscopio ottico ad alta risoluzione.
Molti componenti della cellula hanno una densità ottica simile e, senza un trattamento speciale, sono praticamente invisibili in un microscopio ottico convenzionale. Per renderli visibili, vari coloranti con una certa selettività.
All'inizio del XIX secolo. C'era bisogno di coloranti per tingere i tessuti, che a loro volta causarono lo sviluppo accelerato della chimica organica. Si è scoperto che alcuni di questi coloranti colorano anche i tessuti biologici e, in modo del tutto inaspettato, spesso si legano preferenzialmente ad alcuni componenti della cellula. L'uso di tali coloranti selettivi consente di studiare più accuratamente la struttura interna della cellula. Ecco solo alcuni esempi:
| tintura ematossilina colora alcune componenti del nucleo in blu o viola; |
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| dopo l'elaborazione in sequenza floroglucinolo e poi con l'acido cloridrico le membrane cellulari lignificate diventano rosso ciliegia; |
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| tintura Sudan III colora di rosa le membrane cellulari suberizzate; |
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| Una soluzione debole di iodio in ioduro di potassio trasforma i grani di amido in blu. |
Per l'esame microscopico della maggior parte dei tessuti prima della colorazione aggiustare. Una volta fissate, le cellule diventano permeabili ai coloranti e la struttura cellulare viene stabilizzata. Uno dei fissativi più comuni in botanica è l’alcol etilico.
La fissazione e la colorazione non sono le uniche procedure utilizzate per preparare i preparati. La maggior parte dei tessuti sono troppo spessi per essere immediatamente osservati ad alta risoluzione. Pertanto, vengono eseguite sezioni sottili microtomo. Questo dispositivo utilizza il principio dell'affettatrice per il pane. I tessuti vegetali vengono tagliati in sezioni leggermente più spesse rispetto ai tessuti animali perché le cellule vegetali sono generalmente più grandi. Lo spessore delle sezioni di tessuto vegetale per la microscopia ottica è di circa 10 micron - 20 micron. Alcuni tessuti sono troppo morbidi per essere tagliati subito. Pertanto, dopo il fissaggio, vengono versati in paraffina fusa o resina speciale, che satura l'intero tessuto. Dopo il raffreddamento si forma un blocco solido che viene poi tagliato utilizzando un microtomo. È vero che il riempimento viene utilizzato molto meno frequentemente per i tessuti vegetali che per gli animali. Ciò è spiegato dal fatto che le cellule vegetali hanno pareti cellulari forti che costituiscono la struttura del tessuto. I gusci lignificati sono particolarmente forti.
Tuttavia, il versamento può distruggere la struttura della cellula, quindi viene utilizzato un altro metodo in cui questo pericolo è ridotto? congelamento rapido. Qui puoi fare a meno di fissare e riempire. Il tessuto congelato viene tagliato utilizzando uno speciale microtomo (criotomo).
Le sezioni congelate così preparate hanno il netto vantaggio di preservare meglio le caratteristiche strutturali naturali. Tuttavia sono più difficili da cucinare e la presenza di cristalli di ghiaccio ne rovina comunque alcuni dettagli.
I microscopisti sono sempre stati preoccupati per la possibilità di perdita e distorsione di alcuni componenti cellulari durante il processo di fissazione e colorazione. Pertanto, i risultati ottenuti vengono verificati con altri metodi.
L'opportunità di esaminare le cellule viventi al microscopio, ma in modo tale che i dettagli della loro struttura apparissero più chiaramente, sembrava molto allettante. Questa opportunità è fornita da speciali sistemi ottici: contrasto di fase E interferenza microscopi. È noto che le onde luminose, come le onde dell'acqua, possono interferire tra loro, aumentando o diminuendo l'ampiezza delle onde risultanti. In un microscopio convenzionale, quando le onde luminose attraversano i singoli componenti di una cellula, cambiano fase, sebbene l'occhio umano non sia in grado di rilevare queste differenze. Ma grazie all'interferenza, le onde possono essere convertite, e quindi i diversi componenti della cellula possono essere distinti gli uni dagli altri al microscopio, senza ricorrere alla colorazione. Questi microscopi utilizzano 2 fasci di onde luminose che interagiscono (si sovrappongono) tra loro, aumentando o diminuendo l'ampiezza delle onde che entrano nell'occhio da diversi componenti della cellula.
Microscopio elettronico
Le capacità di un microscopio ottico, come già accennato, sono limitate dalla lunghezza d'onda della luce visibile. La sua risoluzione massima è di circa 0,2 micron.
Un grande progresso fu fatto nella microscopia negli anni '20 quando si scoprì che campi elettromagnetici opportunamente selezionati potevano essere usati come lenti per focalizzare i fasci di elettroni.
La lunghezza d'onda di un elettrone è molto più corta della lunghezza d'onda della luce visibile e, se al posto della luce vengono utilizzati gli elettroni, il limite di risoluzione del microscopio può essere notevolmente ridotto.
Sulla base di tutto ciò è stato creato un microscopio in cui al posto della luce viene utilizzato un fascio di elettroni. Il primo microscopio elettronico fu costruito nel 1931 da Knoll e Ruska in Germania. Tuttavia, passarono molti anni prima che diventasse possibile studiare le sezioni di tessuto utilizzando questo microscopio. Solo negli anni '50 furono sviluppati i metodi per produrre profilati con le qualità necessarie. Da quel momento iniziò una nuova era della microscopia e un flusso di informazioni sulla struttura fine delle cellule si riversò letteralmente nella scienza. (ultrastruttura cellulare).
Le difficoltà della microscopia elettronica sono che per studiare i campioni biologici è necessaria un'elaborazione speciale dei preparati.
La prima difficoltà è che gli elettroni hanno un potere di penetrazione molto limitato, per cui è necessario preparare sezioni ultrasottili, di 50 - 100 nm di spessore. Per ottenere sezioni così sottili, il tessuto viene prima impregnato di resina: la resina polimerizza per formare un blocco di plastica dura. Quindi, utilizzando un coltello affilato di vetro o diamantato, le sezioni vengono tagliate su uno speciale microtomo.
C'è un'altra difficoltà: quando gli elettroni attraversano il tessuto biologico, non si ottiene un'immagine di contrasto. Per ottenere il contrasto, sezioni sottili di campioni biologici vengono impregnate con sali di metalli pesanti.
Esistono due tipi principali di microscopi elettronici. IN trasmissione Al microscopio (a trasmissione), un fascio di elettroni, attraversando un campione appositamente preparato, lascia la sua immagine sullo schermo. La risoluzione di un moderno microscopio elettronico a trasmissione è quasi 400 volte maggiore di quella della luce. Questi microscopi hanno una risoluzione di circa 0,5 nm (per confronto, il diametro di un atomo di idrogeno è di circa 0,1 nm).
Nonostante una risoluzione così elevata, i microscopi elettronici a trasmissione presentano importanti svantaggi:
Un'immagine tridimensionale (volumetrica) si ottiene utilizzando scansione microscopio elettronico (EM). In questo caso il raggio non attraversa il campione, ma viene riflesso dalla sua superficie.
Il campione di prova viene fissato e asciugato, quindi ricoperto da un sottile strato di metallo? viene chiamata l'operazione ombreggiatura(il campione è ombreggiato).
Nella scansione EM, un fascio di elettroni focalizzato viene diretto su un campione (il campione viene scansionato). Di conseguenza, la superficie metallica del campione emette elettroni secondari di bassa energia. Vengono registrati e convertiti in un'immagine su uno schermo televisivo. La risoluzione massima di un microscopio a scansione è piccola, circa 10 nm, ma l'immagine è tridimensionale.
Metodo del congelamento dei chip
Possibilità fondamentalmente nuove della microscopia elettronica si sono aperte relativamente di recente, dopo lo sviluppo del metodo "congelamento - scheggiatura". Utilizzando questo metodo vengono esaminati i dettagli più fini della struttura cellulare e si ottiene un'immagine tridimensionale in un microscopio elettronico a trasmissione.
Durante il normale congelamento, nelle cellule si formano cristalli di ghiaccio che ne distorcono notevolmente la struttura. Per evitare ciò, le cellule vengono congelate molto rapidamente alla temperatura dell'azoto liquido (- 196 C). Con un congelamento così istantaneo, i cristalli di ghiaccio non hanno il tempo di formarsi e la cellula non subisce deformazioni.
Il blocco congelato viene spaccato con la lama di un coltello (da qui il nome del metodo). Quindi, solitamente in una camera a vuoto, il ghiaccio in eccesso viene rimosso mediante sublimazione. Questa operazione si chiama acquaforte. Dopo l'incisione il rilievo nel piano di clivaggio risulta più chiaramente definito. Campione ricevuto ombreggiato, cioè, un sottile strato di metalli pesanti viene spruzzato sulla superficie del campione. Tuttavia, il trucco è che la deposizione viene eseguita ad angolo rispetto alla superficie del campione. Questo è un punto molto importante. Appare un effetto ombra e l'immagine appare tridimensionale.
In un microscopio a trasmissione, il fascio di elettroni può penetrare solo in sezioni molto sottili. Lo spessore abituale dei campioni colorati è eccessivo, quindi la materia organica sottostante lo strato metallico deve essere disciolta. Il risultato è un metallo sottile replica(o impronta) dalla superficie del campione. Una replica viene utilizzata in un microscopio a trasmissione.
Questo metodo ha fornito, ad esempio, un'opportunità unica per osservare la struttura interna delle membrane cellulari.
Centrifugazione differenziale
Oltre alla microscopia, l'altro metodo principale e diffuso per studiare le cellule è centrifugazione differenziale O frazionamento.
Il principio del metodo è che durante la centrifugazione si sviluppa una forza centrifuga, sotto l'influenza della quale le particelle sospese si depositano sul fondo della provetta da centrifuga.
Con l'introduzione dell'ultracentrifuga all'inizio degli anni '40, la separazione dei componenti cellulari divenne possibile.
Prima di sottoporre le cellule alla centrifugazione, queste devono essere distrutte: la struttura rigida delle membrane cellulari deve essere distrutta. Per fare ciò vengono utilizzati vari metodi: vibrazione ultrasonica, pressatura attraverso piccoli fori o la più comune macinazione dei tessuti vegetali con un pestello in un mortaio di porcellana. Con un uso attento dei metodi di distruzione, alcuni organelli possono essere preservati intatti.
Durante la centrifugazione ad alta velocità, i componenti cellulari di grandi dimensioni (come i nuclei) si depositano rapidamente (sedimentano) a velocità relativamente basse e formano un sedimento sul fondo della provetta da centrifuga. A velocità più elevate precipitano componenti più piccoli come cloroplasti e mitocondri.
Cioè, durante la centrifugazione, i componenti cellulari si dividono in frazioni: grandi e piccole, motivo per cui il secondo nome del metodo? frazionamento. Inoltre, quanto maggiore è la velocità e la durata della centrifugazione, tanto più fine sarà la frazione risultante.
La velocità di sedimentazione (deposizione) dei componenti è espressa utilizzando coefficiente di sedimentazione, designato S.
Stadi della centrifugazione differenziale: bassa velocità (nuclei, citoscheletro), media velocità (cloroplasti), alta velocità (mitocondri, rizosomi, microbi), altissima velocità (ribosomi).
Gli estratti cellulari frazionati, chiamati anche sistemi cell-free, sono ampiamente utilizzati per studiare i processi intracellulari. Solo lavorando con estratti privi di cellule è possibile stabilire il meccanismo molecolare dettagliato dei processi biologici. Pertanto, l'uso di questo particolare metodo ha portato un successo trionfante nello studio della biosintesi delle proteine.
Ebbene, in generale, le frazioni pure di strutture intracellulari possono essere sottoposte a qualsiasi tipo di analisi.
Metodo della coltura cellulare
Le cellule animali isolate in coltura (cioè poste su un mezzo nutritivo) muoiono dopo un certo numero di divisioni, e quindi sono considerate un oggetto difficile e scomodo da coltivare. Un'altra cosa sono le cellule vegetali, che possono dividersi un numero illimitato di volte.
Il metodo della coltura cellulare facilita lo studio dei meccanismi di differenziazione cellulare nelle piante.
Su un mezzo nutritivo, le cellule vegetali formano una massa cellulare omogenea e indifferenziata? callo. Il callo viene trattato con ormoni. Sotto l'influenza degli ormoni, le cellule del callo possono dare origine a vari organi.
La struttura e il funzionamento di una cellula vegetale.
1. Struttura di una cellula vegetale: membrana di cellulosa, membrana plasmatica, citoplasma con organelli, nucleo, vacuoli con linfa cellulare. La presenza di plastidi è la caratteristica principale di una cellula vegetale.
2. Funzioni della membrana cellulare: conferisce alla cellula la sua forma, la protegge dai fattori ambientali.
3. La membrana plasmatica è un film sottile, costituito da molecole interagenti di lipidi e proteine, delimita il contenuto interno dall'ambiente esterno, garantisce il trasporto di acqua, minerali e sostanze organiche nella cellula mediante osmosi e trasporto attivo e rimuove anche prodotti di scarto nocivi.
4. Il citoplasma è l'ambiente semiliquido interno della cellula in cui si trovano il nucleo e gli organelli, fornisce connessioni tra loro e partecipa ai processi vitali di base.
5. Reticolo endoplasmatico - una rete di canali ramificati nel citoplasma. È coinvolto nella sintesi di proteine, lipidi e carboidrati e nel trasporto di sostanze. I ribosomi sono corpi situati nell'ER o nel citoplasma, costituiti da RNA e proteine, e sono coinvolti nella sintesi proteica. EPS e ribosomi costituiscono un unico apparato per la sintesi e il trasporto delle proteine.
6. I mitocondri sono organelli delimitati dal citoplasma da due membrane. In essi, con la partecipazione di enzimi, le sostanze organiche vengono ossidate e vengono sintetizzate molecole di ATP. Aumento della superficie della membrana interna su cui si trovano gli enzimi a causa delle creste. L’ATP è una sostanza organica ricca di energia.
7. Plastidi (cloroplasti, leucoplasti, cromoplasti), il loro contenuto nella cellula è la caratteristica principale dell'organismo vegetale. I cloroplasti sono plastidi contenenti la clorofilla, pigmento verde, che assorbe l'energia luminosa e la utilizza per sintetizzare sostanze organiche dall'anidride carbonica e dall'acqua. I cloroplasti sono separati dal citoplasma da due membrane, numerose escrescenze - grana sulla membrana interna, in cui si trovano molecole ed enzimi di clorofilla.
8. Il complesso del Golgi è un sistema di cavità delimitate dal citoplasma da una membrana. L'accumulo di proteine, grassi e carboidrati in essi. Effettuare la sintesi di grassi e carboidrati sulle membrane.
9. I lisosomi sono corpi delimitati dal citoplasma da un'unica membrana. Gli enzimi che contengono accelerano la scomposizione di molecole complesse in molecole semplici: proteine in aminoacidi, carboidrati complessi in semplici, lipidi in glicerolo e acidi grassi e distruggono anche parti morte della cellula e intere cellule.
10. Vacuoli - cavità nel citoplasma piene di linfa cellulare, luogo di accumulo di nutrienti di riserva e sostanze nocive; regolano il contenuto di acqua nella cellula.
11. Inclusioni cellulari - gocce e granelli di nutrienti di riserva (proteine, grassi e carboidrati).
12. Il nucleo è la parte principale della cellula, ricoperta all'esterno da una membrana nucleare a doppia membrana permeata di pori. Le sostanze entrano nel nucleo e ne vengono rimosse attraverso i pori. I cromosomi sono portatori di informazioni ereditarie sulle caratteristiche di un organismo, le principali strutture del nucleo, ciascuna delle quali consiste in una molecola di DNA combinata con proteine. Il nucleo è il sito della sintesi del DNA, dell’mRNA e dell’rRNA.
Compito n. 1.
La separazione degli organoidi mediante centrifugazione si basa sulle loro differenze in
1. Struttura e composizione
2. Funzioni svolte
3. Densità e massa
4. Posizione nel citoplasma
Spiegazione: durante la centrifugazione, le particelle più dense (più pesanti) cadono, ovvero con questo metodo è possibile separare gli organelli in base alla densità e alla massa. La risposta corretta è 3.
Compito n. 2.
Qual è l'unità strutturale e funzionale della struttura degli organismi di tutti i regni?
1. DNA
2. Nucleo
3. Gabbia
4. Cromosoma
Spiegazione: Seguo la teoria cellulare, l'unità strutturale e funzionale di tutti gli esseri viventi è la cellula. La risposta corretta è 3.
Compito n.3.
Quali sostanze svolgono una funzione informativa in una cellula?
1. Acidi nucleici
2. Proteine
3.ATP
4. Assemblaggio delle proteine
Spiegazione: Come sappiamo, gli acidi nucleici (DNA e RNA) sono responsabili dell'informazione in una cellula. Il DNA memorizza le informazioni genetiche e l'RNA ne facilita la riproduzione. La risposta corretta è 1.
Compito n. 4.
Quale processo è alla base della formazione di due cromatidi prima della divisione cellulare?
1. Replicazione del DNA
2. Trascrizione
3. Sintesi dell'RNA
4. Assemblaggio delle proteine
Spiegazione: La formazione di due cromatidi si basa sul processo di replicazione del DNA (sinonimo di replicazione - copia). La risposta corretta è 1.
Compito n.5.
Quali organismi sono caratterizzati dalla chemiosintesi?
1. Cianobatteri
2. Batteriofagi
3. Eucariota
4. Batteri solforati
Spiegazione: la chemiosintesi è il processo di formazione delle sostanze organiche da quelle inorganiche attraverso l'ossidazione delle sostanze chimiche (sia organiche che inorganiche). Solo i batteri possono essere chemiotrofi. La risposta corretta è 4.
Compito n. 6.
Quali animali hanno uno sviluppo postembrionale diretto?
1. Mammiferi
2. Vermi piatti
3. Anfibi
4. Farfalle
Spiegazione: Negli insetti lo sviluppo si distingue con trasformazione completa e incompleta, anche i platelminti hanno un ciclo di sviluppo complesso, gli anfibi si sviluppano attraverso lo stadio di girino e i mammiferi nascono immediatamente simili a un animale adulto. La risposta corretta è 1.
Compito n.7.
Le caratteristiche delle specie degli organismi sono preservate grazie a
1. Ereditarietà
2. Dominanza
3. Metabolismo
4. Adattamenti
Spiegazione: le caratteristiche delle specie vengono preservate grazie alla trasmissione di queste caratteristiche di generazione in generazione, cioè attraverso l'ereditarietà. La risposta corretta è 1.
Compito n. 8.
I genitori dai capelli scuri hanno dato alla luce una figlia dai capelli biondi. Determina il genotipo dei genitori se è noto che il colore dei capelli scuri prevale sui capelli chiari.
1. Aa x AA
2. Aa x Aa
3. Aa x aa
4. Aa x AA
Spiegazione: Questa situazione è possibile solo se entrambi i genitori sono eterozigoti per questo carattere (Aa). In questo caso, la probabilità di avere un figlio biondo è del 25%. La risposta corretta è 2.
Compito n. 9.
Si chiama la capacità degli organismi di acquisire nuovi caratteri e proprietà
1. Ereditarietà
2. Autoregolamentazione
3. Variabilità
4. Autoriproduzione
Spiegazione: come abbiamo detto nel compito n. 7, l'ereditarietà è responsabile della trasmissione delle caratteristiche di generazione in generazione e la variabilità contribuisce all'acquisizione di nuove caratteristiche da parte degli organismi. La risposta corretta è 3.
Compito n. 10.
La micorriza lo è
2. Simbiosi del micelio con le radici delle piante
3. Malattie delle piante causate da funghi
4. Ife fungine sulle quali si sviluppa il corpo fruttifero
Spiegazione: la micorriza è una simbiosi tra ife fungine e radici degli alberi. Allo stesso tempo l'albero è dotato di sostanze minerali, poiché il fungo decompone le sostanze organiche in inorganiche, e il fungo è dotato di sostanze organiche, poiché l'albero è un fototrofio, cioè crea sostanze organiche da inorganiche con l'aiuto della luce solare. La risposta corretta è 2.
Compito n. 11.
Quale immagine mostra una cellula che non può dividersi?
Spiegazione: una cellula che non può dividersi è mostrata in Figura 2, poiché quasi tutta la cellula è occupata da un vacuolo, questo indica che la cellula è già piuttosto vecchia e le cellule vecchie non si dividono. La risposta corretta è 2.
Compito n. 12.
Le alghe verdi appartengono al regno vegetale perché
1. Le cellule contengono clorofilla
2. Sono indicatori dell'inquinamento dell'acqua e del suolo
3. Avere una struttura cellulare
4. Rilasciano anidride carbonica nell'atmosfera durante la respirazione.
Spiegazione: le alghe (non solo quelle verdi) sono classificate come piante, poiché possiedono una serie di caratteristiche caratteristiche delle piante (immobili, autotrofe, hanno pigmenti, ecc.), tra cui contenere clorofilla. La risposta corretta è 1.
Compito n. 13.
Il nematode umano adulto vive qui
1. Stomaco
2. Ghiandole surrenali
3. Intestino
4. Polmoni
Spiegazione: considerare il ciclo di vita dei nematodi
Come si può vedere dal diagramma, gli adulti sessualmente maturi vivono nell'intestino umano. La risposta corretta è 3.
Compito n. 14.
Un normale delfino, immergendosi nelle profondità del mare, consuma l'ossigeno in esso contenuto
1. Polmoni
2. Cavità del corpo
3. Airbag
4. Gill
Spiegazione: Il delfino è un mammifero acquatico secondario, cioè i suoi antenati vivevano sulla terraferma. E, come ogni altro mammifero, ha i polmoni nel sistema respiratorio con cui respira. Non ha sacche d'aria (come gli uccelli), né branchie (come i pesci), e l'aria non si accumula nemmeno nelle cavità del corpo. La risposta corretta è 1.
Compito n. 15.
La cavità orale umana è rivestita di tessuto in cui sono presenti cellule
1. Collegati tra loro da processi
2. Si adattano perfettamente insieme
3. Hanno striature trasversali
4. Disposto liberamente
Spiegazione: La cavità orale umana è rivestita da epitelio stratificato non cheratinizzante. Una delle caratteristiche dell'epitelio è un contenuto molto basso di sostanza intercellulare, cioè le cellule aderiscono strettamente tra loro. La risposta corretta è 2.
Compito n. 16.
Nel cuore umano si aprono le valvole volantini
1. Atri
2. Vienna
3. Ventricoli
4. Aorta
Spiegazione: le valvole laminari si trovano nel cuore tra gli atri e i ventricoli, motivo per cui si aprono nei ventricoli. La risposta corretta è 3.
Compito n. 17.
Una persona il cui lavoro richiede un affaticamento degli occhi prolungato deve consumare ulteriormente vitamine
1.A
2. B
3.C
4.D
Spiegazione: Di grande importanza per la fotoricezione e per la vista in generale è il normale contenuto di vitamina A. Si trova in vari alimenti colorati: carote, peperoni, ma anche pesce, uova, latte, fegato, ecc. La risposta corretta è 1.
Compito n. 18.
La regolazione umorale viene effettuata con l'aiuto di
1. Impulsi nervosi che si verificano nei recettori
2. Sostanze formate nelle ghiandole endocrine
3. Proteine contenute negli alimenti
4. Attività del cervello e del midollo spinale
Spiegazione: La regolazione umorale, detta anche ormonale, viene effettuata utilizzando gli ormoni circolanti nel sangue. Gli ormoni sono secreti dalle ghiandole endocrine. La risposta corretta è 2.
Compito n. 19.
Dopo un trauma cranico, una persona perde la coordinazione dei movimenti a causa dell'interruzione del lavoro
1. Cervelletto
2. Prosencefalo
3. Mesencefalo
4. Midollo allungato
Spiegazione: Il cervelletto è responsabile della coordinazione dei movimenti; regola anche il tono muscolare, l’equilibrio ed è responsabile della memoria muscolare. La risposta corretta è 1.
Compito n. 20.
Viene impedito l'incrocio di specie diverse di cince che vivono nella stessa area forestale
1. Set cromosomico diverso
2. Differenze nel mangime consumato
3. Violazione del regime luminoso
4. Mancanza di siti di nidificazione
Spiegazione: L'incrocio di specie diverse (non solo di tette) è impossibile a causa delle differenze nell'insieme cromosomico degli organismi. La risposta corretta è 1.
Compito n. 21.
La forma stabilizzante della selezione naturale promuove
1. Spostamento completo di rare mutazioni recessive
2. Conservazione del valore medio del tratto nella popolazione
3. Formazione di nuove caratteristiche
4. Aumentare la diversità intraspecifica
Spiegazione: una forma stabilizzante di selezione naturale preserva gli individui di una popolazione con un valore medio di un tratto, selezionando gli organismi con deviazioni dalla norma. La risposta corretta è 2.
Compito n. 22.
L'osso coccigeo, l'appendice, il resto della terza palpebra nell'angolo dell'occhio umano è
1. Enti simili
2. Organi omologhi
3. Atavismi
4. Rudimenti
Spiegazione: tutti i segni elencati sono organi lasciati dagli antenati e hanno perso le loro funzioni. Tali organi sono chiamati vestigiali. La risposta corretta è 4.
Compito n. 23.
Quale criterio di tipo serve come prova principale della parentela delle razze umane?
1. Morfologico
2. Geografico
3. Genetico
4. Fisiologico
Spiegazione: Ora, principalmente per dimostrare la parentela tra organismi o determinare l'appartenenza a un determinato gruppo, utilizzo vari metodi genetici. E, a seconda della percentuale di omologia del DNA, viene determinata la relazione. È così che è stata dimostrata la parentela delle razze umane. La risposta corretta è 3.
Compito n. 24.
Le relazioni di quali organismi servono come esempio di simbiosi?
1. Zecche e cani
2. Pini e oliera
3. Luccio e carassio
4. Drosera e piante di insetti
Compito n. 25.
Il ruolo degli organismi consumatori in un ecosistema è
1. Stabilire una simbiosi con le piante
2. Il loro utilizzo dell'energia solare
3. Uso di sostanze inorganiche
4. Trasformazione della materia organica
Spiegazione: I consumatori sono il secondo anello della catena alimentare dopo i produttori (trasformano le sostanze inorganiche in organiche), quindi utilizzano le sostanze organiche create dai produttori. La risposta corretta è 4.
Compito n. 26.
La formazione di depositi di carbone nelle viscere della Terra è associata principalmente allo sviluppo dell'antico
1. Alghe
2. Angiosperme
3. Briofite
4. Felci
Spiegazione: I depositi di carbone si sono formati dai resti della decomposizione di varie piante antiche, principalmente felci. La risposta corretta è 4.
Compito n. 27.
La struttura quaternaria della molecola di emoglobina è
1. Globulo di una catena polipeptidica
2. Doppia elica polipeptidica
3. Diverse catene polipeptidiche collegate
4. La sequenza degli aminoacidi nella catena polipeptidica
Spiegazione: per immaginare la struttura quaternaria, guarda l'immagine
Come possiamo vedere, la struttura quaternaria è costituita da diverse catene polipeptidiche ripiegate; possono essere collegate da uno ione metallico (ad esempio l'emoglobina). La risposta corretta è 3.
Compito n. 28.
Quali sono i prodotti finali della fase preparatoria del metabolismo energetico?
1. Anidride carbonica e acqua
2. Urea e acido urico
3. Trigliceridi e ammoniaca
4. Aminoacidi e glucosio
Spiegazione: nella fase preparatoria del metabolismo energetico, le molecole organiche complesse: i polimeri vengono scomposti in monomeri, cioè le proteine vengono scomposte in amminoacidi, i polisaccaridi in monosaccaridi, ecc. Tutta l'energia ricevuta in questo caso viene dissipata sotto forma di calore. La risposta corretta è 4.
Compito n. 29.
L'analisi delle fasi dell'embriogenesi dei vertebrati serve come base per studiarli
1. Caratteristiche della riproduzione
2. Livello metabolico
3. Variabilità della modifica
4. Origine evolutiva
Spiegazione: La legge biogenetica afferma: l'ontogenesi è una ripetizione della filogenesi, cioè nel processo di sviluppo (embrionale), l'organismo ripete tutte le fasi dell'evoluzione attraverso le quali sono passati i suoi antenati. La risposta corretta è 4.
Compito n. 30.
Accelerare la crescita delle piante coltivate e aumentare la loro biomassa attraverso l'irrigazione e la concimazione regolari è una variabilità
1. Mutazione
2. Correlativo
3. Modifica
4. Combinativo
Spiegazione: Questa è la variabilità che si verifica in un organismo specifico in condizioni specifiche, mentre le caratteristiche non vengono trasmesse alla prole. La risposta corretta è 3.
Compito n. 31.
Nella selezione delle piante si ottiene un aumento del numero di cromosomi, un multiplo del corredo aploide
1. Eterosi
2. Consanguineità
3. Selezione artificiale
4. Mutagenesi artificiale
Spiegazione: Stiamo parlando di ottenere organismi poliploidi, cioè con un corredo cromosomico aumentato. Un tale set può essere ottenuto solo utilizzando la mutagenesi artificiale. La risposta corretta è 4.
Compito n. 32.
I licheni, a differenza dei muschi,
1. Forma rizoidi
2. Sono organismi complessi
3. Entra in simbiosi con le radici delle piante superiori
4. Si riproducono tramite spore
Spiegazione: i muschi sono piante superiori, i licheni sono una simbiosi di funghi e alghe, cioè organismi complessi. La risposta corretta è 2.
Compito n. 33.
Il sangue scorre attraverso i vasi sanguigni umani
1. Intermittente - in conformità con il lavoro intermittente del ventricolo
2. Scatti - dovuti alla pulsazione dei vasi sanguigni
3. A intermittenza - a causa della sua ritenzione negli organi
4. Continuamente - a causa dell'elasticità delle pareti delle grandi arterie
Spiegazione: Il cuore si contrae periodicamente, ma a causa dell'elasticità dei vasi sanguigni, il sangue circola continuamente nel corpo. La risposta corretta è 4.
Compito n. 34.
Qual è la caratteristica dell'inibizione esterna dei riflessi?
1. Formato nei neuroni del sistema nervoso autonomo
2. Formato sotto l'influenza di uno stimolo condizionato
3. Appare quando si verifica uno stimolo forte
4. Non si sviluppa nei neuroni di un arco riflesso funzionante
Spiegazione: l'inibizione esterna è l'inibizione che si verifica sotto l'influenza di un forte stimolo esterno (ad esempio dolore, suono, ecc.). La risposta corretta è 3.
Compito n. 35.
Le trasformazioni più significative e permanenti nella biosfera sono causate da
1. Condizioni climatiche
2. Disastri naturali
3. Cambiamenti stagionali in natura
4. Organismi viventi
Spiegazione: i fattori abiotici influenzano costantemente il nostro pianeta. La domanda riguarda la biosfera, cioè il guscio vivente della Terra, i cui cambiamenti derivano dall'influenza degli organismi viventi tra loro e sul guscio della Terra. La risposta corretta è 4.
Compito n. 36.
Le seguenti affermazioni sul metabolismo sono corrette?
R. Il metabolismo plastico è un insieme di reazioni di decomposizione delle sostanze organiche in una cellula, accompagnate dal rilascio di energia.
B. La clorofilla delle cellule vegetali cattura l'energia solare, che viene accumulata nelle molecole di ATP.
1. Solo A è corretta
2. Solo B ha ragione
3. Entrambi i giudizi sono corretti
4. Entrambi i giudizi sono sbagliati.
Spiegazione: lo scambio plastico è il processo di formazione di molecole complesse da quelle semplici (polimeri da monomeri). Cioè, il processo è l'opposto della scissione. E la seconda affermazione è vera. La risposta corretta è 2.
Compito n. 37.
Quali caratteristiche strutturali e proprietà dell'acqua determinano le sue funzioni nella cellula?
1. Capacità di formare legami idrogeno
2. La presenza di legami ad alta energia nelle molecole
3. Polarità della molecola
4. Elevata capacità termica
5. Capacità di formare legami ionici
6. Capacità di rilasciare energia durante la fissione
Spiegazione: La molecola d'acqua è polare, tra le molecole d'acqua si formano legami idrogeno ed è l'ambiente interno del corpo e di tutte le cellule in cui avvengono tutte le reazioni metaboliche, ed è anche un solvente per la maggior parte delle sostanze. Quindi scegliamo: 1, 3, 4.
Compito n. 38.
Che funzione svolgono gli interneuroni nel sistema nervoso umano?
1. Trasmette gli impulsi nervosi dal motoneurone al cervello
2. Trasmette gli impulsi nervosi dall'organo funzionante al midollo spinale
3. Trasmettere gli impulsi dal midollo spinale al cervello
4. Trasmette gli impulsi nervosi agli organi funzionanti
5. Ricevi impulsi nervosi dai neuroni sensoriali
6. Trasmettere gli impulsi nervosi ai motoneuroni
Spiegazione: l'arco riflesso più semplice è costituito da neuroni sensoriali, intercalari e motori. Gli interneuroni ricevono impulsi dai neuroni sensoriali, trasmettono segnali dal midollo spinale al cervello e trasmettono impulsi ai motoneuroni. La risposta corretta è 1, 3, 4.
Compito n. 39.
Quali dei seguenti esempi sono classificati come aromorfosi?
2. L'aspetto del sistema circolatorio negli anellidi
3. L'emergere del sangue caldo nei mammiferi
4. La disposizione delle dita dei picchi è due in avanti e due indietro
5. Sviluppo dell'apparato boccale succhiante negli insetti
6. L'aspetto di un cuore a quattro camere negli uccelli
Spiegazione: Ricordiamo che l'aromorfosi è un cambiamento nel corpo che aiuta ad aumentare il suo livello di organizzazione. Cioè, deve trattarsi di un cambiamento qualitativo (globale), come, ad esempio, la comparsa del sistema circolatorio negli anellidi, l'emergere del sangue caldo e l'apparizione di un cuore a quattro camere. Le rimanenti modifiche non sono globali, ma private. La risposta corretta è 2, 3, 6.
Compito n. 40.
Stabilire una corrispondenza tra la caratteristica di un organismo e il regno di cui è caratteristico.
Segno di un organismo Regno
A. Il DNA è chiuso sotto forma di anello 1. Funghi
B. Secondo il metodo di nutrizione: autotrofi o eterotrofi 2. Batteri
B. Le cellule hanno un nucleo formato
D. Il DNA ha una struttura lineare
D. La parete cellulare contiene chitina
E. La sostanza nucleare si trova nel citoplasma
Spiegazione: Ricordiamo che i funghi sono eucarioti e i batteri sono procarioti; pertanto i procarioti sono privi di involucro nucleare e di tutti gli organelli di membrana, DNA circolare; a seconda del tipo di alimentazione possono essere etero o autotrofi. Cioè, la risposta corretta è 221112.
Compito n. 41.
Abbina la ghiandola nel corpo umano al suo tipo.
Ghiandola Tipo di ghiandola
A. Latte 1. Secrezione interna
B. Tiroide 2. Secrezione esterna
B. Fegato
G. Potovaya
D. Ghiandola pituitaria
E. Ghiandole surrenali
Spiegazione: Le ghiandole endocrine secernono ormoni, cioè si tratta di ghiandole come la tiroide, l'ipofisi e le ghiandole surrenali. La risposta corretta è 212211.
Compito n. 42.
Stabilire una corrispondenza tra le caratteristiche di un individuo e il suo genotipo.
Caratteristiche del genotipo individuale
A. Non produce scissione nella prole 1. Omozigote
B. Ha entrambi i geni allelici dominanti 2. Eterozigote
B. La scissione del carattere avviene nella prole
D. Il genotipo contiene geni alternativi.
D. Ha entrambi i geni allelici recessivi
E. Forma diversi tipi di gameti
Spiegazione: il genotipo omozigote non produce segregazione nella prole, ha entrambi gli alleli dominanti, non contiene geni alternativi, ha entrambi gli alleli recessivi e forma un solo tipo di gameti. La risposta corretta è 112212.
Compito n. 43.
Stabilire una corrispondenza tra le caratteristiche degli ecosistemi e la loro tipologia.
Tipo di ecosistema caratteristico
A. Predominano le piante di una specie 1. Ecosistema naturale
B. Esiste un'ampia varietà di specie 2. Agroecosistema
B. Viene effettuata l'autoregolamentazione
dimensione della popolazione
D. Il ciclo delle sostanze non è chiuso
D. Il fattore antropico gioca un ruolo importante
E. Le catene alimentari sono lunghe
Spiegazione: un agroecosistema comprende una o più specie vegetali, ha un ciclo aperto di sostanze, catene alimentari corte e gli esseri umani svolgono un ruolo importante nella sua attività vitale. La risposta corretta è 211221.
Compito n. 44.
Stabilire la sequenza dei processi che si verificano durante la fagocitosi.
1. Ingresso di monomeri nel citoplasma
2. Cattura dei nutrienti da parte della membrana cellulare
3. Idrolisi dei polimeri a monomeri
4. Formazione di una vescicola fagocitotica all'interno della cellula
5. Fusione della vescicola fagocitica con il lisosoma
Spiegazione: fagocitosi: assorbimento di particelle di cibo. Inizia con la cattura dei nutrienti da parte della membrana cellulare, quindi all'interno della cellula si forma una vescicola fagocitica, quindi si fonde con il lisosoma, l'idrolisi dei polimeri in monomeri avviene nel lisosoma e, infine, i monomeri vengono rilasciati nel citoplasma. La risposta corretta è 24531.
Compito n. 45.
Spiega perché la riduzione del numero di lupi dovuta alla sparatoria nelle biocenosi della tundra porta a una diminuzione della fornitura di muschio, cibo per le renne.
Spiegazione: questo accade perché i lupi cacciano le renne. Meno lupi, più cervi, e i cervi mangiano il muschio. Con la riproduzione incontrollata delle renne, le riserve di renne diminuiranno drasticamente.
Compito n. 46.
Determina la classe delle piante da fiore mostrate nella figura. Giustifica la tua risposta. Nomina gli organi indicati nella figura con le lettere A e B e spiega il loro ruolo nella vita della pianta.
Spiegazione: La figura mostra fragole (famiglia delle Rosaceae, classe dicotiledoni, divisione angiosperme - la presenza di un fiore e di un frutto è un segno di angiosperme). A - fiore (organo di riproduzione sessuale. B - baffi (stolone) - germoglio modificato. Le fragole possono anche riprodursi vegetativamente con l'aiuto di stoloni.
Compito n. 47.
Dove si trova il centro della regolazione riflessa incondizionata della pressione sanguigna umana? Qual è la differenza tra la pressione sanguigna nell'aorta e nelle vene genitali? Spiega la tua risposta.
Spiegazione: il centro di regolazione riflesso-riflesso della pressione sanguigna si trova nel midollo allungato (in generale, la maggior parte dei riflessi incondizionati sono controllati dal midollo spinale). Nell'aorta la pressione è più alta, poiché l'aorta si trova all'inizio della circolazione sistemica e la vena cava termina la circolazione sistemica, quindi la pressione qui è la più bassa.
Compito n. 48.
In natura avviene il ciclo dell’ossigeno. Che ruolo svolgono gli organismi viventi in questo processo?
Spiegazione: Gli organismi viventi respirano ossigeno (l'ossigeno ossida il glucosio durante la respirazione cellulare), che produce anidride carbonica e acqua. Le piante fissano l'anidride carbonica nel ciclo di Calvin e rilasciano ossigeno come sottoprodotto attraverso la fotosintesi. E alcuni batteri chemiosintetici possono usare l’ossigeno per ossidare le sostanze chimiche.
Compito n. 49.
La biosintesi di un frammento di una molecola proteica ha coinvolto molecole di tRNA sequenziali con anticodoni AGC, GCC, UCA, CGA, AGA. Determinare la sequenza aminoacidica del frammento sintetizzato della molecola proteica e la sequenza nucleotidica della sezione della molecola di DNA a doppio filamento in cui sono codificate le informazioni sulla struttura primaria del frammento proteico. Spiega la sequenza delle tue azioni.
Spiegazione: Ci viene data la sequenza del tRNA, il che significa che risolveremo il problema dalla fine: prima scriviamo il filamento complementare dell'mRNA, poi il doppio filamento complementare del DNA.
tRNA: AGC GCC UCA CGA AGA
mRNA: UCG CGG AGU GCU UCU
DNA1: AGC GCC TCA CGA AGA
DNA2: TCG CGG AGT GCT TCT
Compito n. 50.
Quando una gallina con la cresta pezzata (B) fu incrociata con lo stesso gallo, furono ottenuti otto polli: quattro polli con la cresta pezzata, due polli con la cresta bianca (a) e due polli con la cresta nera. Realizza un diagramma per risolvere il problema. Determinare i genotipi dei genitori e della prole, spiegare la natura dell'ereditarietà dei tratti e l'aspetto degli individui con colori variegati. Quali leggi dell'ereditarietà si manifestano in questo caso?
Spiegazione: tale divisione è possibile solo se i genitori sono di colore eterozigoti, cioè il colore variegato ha il genotipo - Aa
AA - colore nero
aa - colore bianco
Aa - colore variegato
P: AaBB x AaBB
G: AB, AB
F1: AaBB - crestato screziato (4 pulcini)
aaBB - crestato bianco (due polli)
AABB - crestato nero
In termini di colore, la divisione tra genotipo e fenotipo è la stessa: 1:2:1, poiché esiste un fenomeno di dominanza incompleta (compare una variante intermedia tra la colorazione nera e quella bianca), i caratteri vengono ereditati indipendentemente.
Metodo del congelamento dei chip
Fondamentalmente nuove possibilità per la microscopia elettronica si sono aperte relativamente di recente, dopo lo sviluppo del metodo del “congelamento-scissione”. Utilizzando questo metodo vengono esaminati i dettagli più fini della struttura cellulare e si ottiene un'immagine tridimensionale in un microscopio elettronico a trasmissione.
Durante il normale congelamento, nelle cellule si formano cristalli di ghiaccio che ne distorcono notevolmente la struttura. Per evitare ciò, le cellule vengono congelate molto rapidamente alla temperatura dell'azoto liquido (-196°C). Con un congelamento così istantaneo, i cristalli di ghiaccio non hanno il tempo di formarsi e la cellula non subisce deformazioni.
Il blocco congelato viene spaccato con la lama di un coltello (da qui il nome del metodo). Quindi, solitamente in una camera a vuoto, il ghiaccio in eccesso viene rimosso mediante sublimazione. Questa operazione è chiamata incisione. Dopo l'incisione il rilievo nel piano di clivaggio risulta più chiaramente definito. Il campione risultante viene ombreggiato, ovvero sulla superficie del campione viene spruzzato un sottile strato di metalli pesanti. Tuttavia, il trucco è che la deposizione viene eseguita ad angolo rispetto alla superficie del campione. Questo è un punto molto importante. Appare un effetto ombra e l'immagine appare tridimensionale.
In un microscopio a trasmissione, il fascio di elettroni può penetrare solo in sezioni molto sottili. Lo spessore abituale dei campioni colorati è eccessivo, quindi la materia organica sottostante lo strato metallico deve essere disciolta. Il risultato è una sottile replica metallica (o impronta) della superficie del campione. Una replica viene utilizzata in un microscopio a trasmissione.
Questo metodo ha fornito, ad esempio, un'opportunità unica per osservare la struttura interna delle membrane cellulari.
Centrifugazione differenziale
Oltre alla microscopia, l'altro metodo principale e ampiamente utilizzato per studiare le cellule è la centrifugazione differenziale o il frazionamento.
Il principio del metodo è che durante la centrifugazione si sviluppa una forza centrifuga, sotto l'influenza della quale le particelle sospese si depositano sul fondo della provetta da centrifuga.
Con l'introduzione dell'ultracentrifuga all'inizio degli anni '40, la separazione dei componenti cellulari divenne possibile.
Prima di sottoporre le cellule alla centrifugazione, queste devono essere distrutte: la struttura rigida delle membrane cellulari deve essere distrutta. Per fare ciò vengono utilizzati vari metodi: vibrazione ultrasonica, pressatura attraverso piccoli fori o la più comune macinazione dei tessuti vegetali con un pestello in un mortaio di porcellana. Con un uso attento dei metodi di distruzione, alcuni organelli possono essere preservati intatti.
Durante la centrifugazione ad alta velocità, i componenti cellulari di grandi dimensioni (come i nuclei) si depositano rapidamente (sedimentano) a velocità relativamente basse e formano un sedimento sul fondo della provetta da centrifuga. A velocità più elevate precipitano componenti più piccoli come cloroplasti e mitocondri.
Cioè, durante la centrifugazione, i componenti cellulari si dividono in frazioni: grandi e piccole, motivo per cui il secondo nome del metodo? frazionamento. Inoltre, quanto maggiore è la velocità e la durata della centrifugazione, tanto più fine sarà la frazione risultante.
La velocità di sedimentazione (deposizione) dei componenti è espressa utilizzando il coefficiente di sedimentazione, indicato con S.
Stadi della centrifugazione differenziale: bassa velocità (nuclei, citoscheletro), media velocità (cloroplasti), alta velocità (mitocondri, rizosomi, microbi), altissima velocità (ribosomi).
Gli estratti cellulari frazionati, chiamati anche sistemi cell-free, sono ampiamente utilizzati per studiare i processi intracellulari. Solo lavorando con estratti privi di cellule è possibile stabilire il meccanismo molecolare dettagliato dei processi biologici. Pertanto, l'uso di questo particolare metodo ha portato un successo trionfante nello studio della biosintesi delle proteine.
Ebbene, in generale, le frazioni pure di strutture intracellulari possono essere sottoposte a qualsiasi tipo di analisi.
Metodo della coltura cellulare
Le cellule animali isolate in coltura (cioè poste su un mezzo nutritivo) muoiono dopo un certo numero di divisioni, e quindi sono considerate un oggetto difficile e scomodo da coltivare. Un'altra cosa sono le cellule vegetali, che possono dividersi un numero illimitato di volte.
Il metodo della coltura cellulare facilita lo studio dei meccanismi di differenziazione cellulare nelle piante.
Su un mezzo nutritivo, le cellule vegetali formano una massa cellulare omogenea e indifferenziata: il callo. Il callo viene trattato con ormoni. Sotto l'influenza degli ormoni, le cellule del callo possono dare origine a vari organi.
Questo metodo si basa sulle differenze nei tassi di sedimentazione di particelle che differiscono per dimensioni e densità. Il materiale da separare, ad esempio l'omogenato tissutale, viene centrifugato aumentando gradualmente l'accelerazione centrifuga, scelta in modo tale che ad ogni fase una certa frazione si depositi sul fondo del tubo. Alla fine di ogni passaggio, il precipitato viene separato dal surnatante e lavato più volte per ottenere infine una frazione precipitata pura. Purtroppo è quasi impossibile ottenere un sedimento assolutamente puro; Per capire perché ciò accade, diamo un'occhiata al processo che avviene in una provetta da centrifuga all'inizio di ogni fase di centrifugazione.
Inizialmente, tutte le particelle dell'omogenato sono distribuite uniformemente in tutto il volume della provetta da centrifuga, quindi è impossibile ottenere preparazioni pure di sedimenti delle particelle più pesanti in un ciclo di centrifugazione: il primo sedimento formato contiene principalmente le particelle più pesanti, ma, inoltre, anche una certa quantità di tutti i componenti originali. Una preparazione sufficientemente pura di particelle pesanti può essere ottenuta solo mediante risospensione e centrifugazione del sedimento originale. Un'ulteriore centrifugazione del surnatante con conseguente aumento dell'accelerazione centrifuga porta alla sedimentazione di particelle di medie dimensioni e densità, e quindi alla sedimentazione delle particelle più piccole con la densità più bassa. Nella fig. La Figura 2.3 mostra un diagramma del frazionamento dell'omogenato di fegato di ratto.
La centrifugazione differenziale è probabilmente il metodo più comune per isolare gli organelli cellulari dagli omogenati tissutali. Questo metodo viene utilizzato con maggior successo per separare gli organelli cellulari che differiscono significativamente l'uno dall'altro per dimensioni e densità. Ma anche in questo caso, le frazioni risultanti non sono mai assolutamente omogenee e per la loro ulteriore separazione vengono utilizzati altri metodi descritti di seguito. Questi metodi, basati sulle differenze nella densità degli organelli, forniscono separazioni più efficienti eseguendo la centrifugazione in soluzioni con un gradiente di densità continuo o graduale. Lo svantaggio di questi metodi è che ci vuole tempo per ottenere un gradiente di densità della soluzione.
Centrifugazione a velocità zonale
Il metodo velocità-zonale, o, come viene anche chiamato, centrifugazione s-zonale, consiste nello stratificare il campione sulla superficie di una soluzione con un gradiente di densità continuo. Il campione viene quindi centrifugato finché le particelle non vengono distribuite lungo il gradiente in zone o bande discrete. Creando un gradiente di densità si evita la mescolanza di zone risultante dalla convezione. Il metodo della centrifugazione a zona di velocità viene utilizzato per separare gli ibridi RNA-DNA, le subunità ribosomiali e altri componenti cellulari.
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