Se han desarrollado y utilizado muchos métodos para estudiar las células, cuyas capacidades determinan el nivel de nuestro conocimiento en esta área. Los avances en el estudio de la biología celular, incluidos los logros más destacados de los últimos años, suelen ir asociados al uso de nuevos métodos. Por lo tanto, para una comprensión más completa de la biología celular, es necesario tener al menos cierta comprensión de los métodos apropiados para estudiar las células.
microscopía óptica
El método más antiguo y, al mismo tiempo, más común para estudiar las células es la microscopía. Podemos decir que el inicio del estudio de las células lo marcó la invención del microscopio óptico óptico.
El ojo humano tiene una resolución de aproximadamente 1/10 mm. Esto significa que si observa dos líneas que están separadas por menos de 0,1 mm, se fusionan en una. Para distinguir estructuras ubicadas más cerca se utilizan instrumentos ópticos, como un microscopio.
Pero las posibilidades de un microscopio óptico no son ilimitadas. El límite de resolución de un microscopio óptico lo establece la longitud de onda de la luz, es decir, un microscopio óptico sólo puede utilizarse para estudiar estructuras cuyas dimensiones mínimas sean comparables a la longitud de onda de la radiación luminosa. El mejor microscopio óptico tiene un poder de resolución de aproximadamente 0,2 micrones (o 200 nm), que es aproximadamente 500 veces mejor que el del ojo humano. En teoría, es imposible construir un microscopio óptico de alta resolución.
Muchos componentes de la célula son similares en su densidad óptica y, sin un tratamiento especial, son prácticamente invisibles en un microscopio óptico convencional. Para hacerlos visibles se utilizan diversos colorantes con cierta selectividad.
A principios del siglo XIX. Surgió la necesidad de tintes para teñir tejidos, lo que a su vez provocó el desarrollo acelerado de la química orgánica. Resultó que algunos de estos colorantes también tiñen los tejidos biológicos y, de manera bastante inesperada, a menudo se unen preferentemente a ciertos componentes de la célula. El uso de tales tintes selectivos permite estudiar con mayor precisión la estructura interna de la célula. Éstos son sólo algunos ejemplos:
· el tinte de hematoxilina tiñe algunos componentes del núcleo de azul o violeta;
· después del tratamiento secuencial con floroglucinol y luego con ácido clorhídrico, las membranas celulares lignificadas adquieren un color rojo cereza;
· El tinte Sudán III tiñe de rosa las membranas celulares suberizadas;
Una solución débil de yodo en yoduro de potasio vuelve azules los granos de almidón.
Para el examen microscópico, la mayoría de los tejidos se fijan antes de teñirlos. Una vez fijadas, las células se vuelven permeables a los tintes y la estructura celular se estabiliza. Uno de los fijadores más habituales en botánica es el alcohol etílico.
La fijación y la tinción no son los únicos procedimientos utilizados para preparar los preparados. La mayoría de los tejidos son demasiado gruesos para observarlos inmediatamente en alta resolución. Por tanto, las secciones finas se realizan utilizando un micrótomo. Este dispositivo utiliza el principio de la rebanadora de pan. Los tejidos vegetales requieren secciones ligeramente más gruesas que los tejidos animales porque las células vegetales suelen ser más grandes. El espesor de las secciones de tejido vegetal para microscopía óptica es de aproximadamente 10 a 20 micrones. Algunos tejidos son demasiado blandos para cortarlos de inmediato. Por lo tanto, después de la fijación, se vierten en parafina fundida o resina especial, que satura todo el tejido. Después del enfriamiento, se forma un bloque sólido que luego se corta con un micrótomo. Es cierto que el relleno se utiliza con mucha menos frecuencia para los tejidos vegetales que para los animales. Esto se explica por el hecho de que las células vegetales tienen paredes celulares fuertes que forman la estructura del tejido. Las conchas lignificadas son especialmente fuertes.
Sin embargo, el vertido puede alterar la estructura de la célula, por lo que se utiliza otro método que reduzca este peligro. congelado rápido. Aquí puedes prescindir de arreglar y rellenar. El tejido congelado se corta utilizando un microtomo especial (criotomo).
Las secciones congeladas preparadas de esta manera tienen la clara ventaja de preservar mejor las características estructurales naturales. Sin embargo, son más difíciles de cocinar y la presencia de cristales de hielo aún arruina algunos de los detalles.
Los microscopistas siempre han estado preocupados por la posibilidad de pérdida y distorsión de algunos componentes celulares durante el proceso de fijación y tinción. Por tanto, los resultados obtenidos se verifican mediante otros métodos.
La oportunidad de examinar células vivas bajo el microscopio, pero de tal manera que los detalles de su estructura aparecieran más claramente, parecía muy tentadora. Esta oportunidad la brindan sistemas ópticos especiales: microscopios de contraste de fase y de interferencia. Es bien sabido que las ondas de luz, al igual que las ondas del agua, pueden interferir entre sí, aumentando o disminuyendo la amplitud de las ondas resultantes. En un microscopio convencional, cuando las ondas de luz pasan a través de los componentes individuales de una célula, cambian de fase, aunque el ojo humano no puede detectar estas diferencias. Pero debido a la interferencia, las ondas pueden convertirse, y luego los diferentes componentes de la célula pueden distinguirse entre sí bajo un microscopio, sin recurrir a tinciones. Estos microscopios utilizan 2 haces de ondas de luz que interactúan (se superponen) entre sí, aumentando o disminuyendo la amplitud de las ondas que ingresan al ojo desde diferentes componentes de la célula.
La microscopía óptica se utiliza para estudiar objetos cuyas dimensiones superan la resolución* del ojo humano (aproximadamente 0,1 a 0,2 mm).
Preparación para microscopía óptica (micropreparación)- Se trata de un objeto colocado sobre un portaobjetos de vidrio y protegido en su parte superior con un cubreobjetos. Al examinar una micromuestra con instrumentos ópticos, se obtiene una imagen ampliada del objeto o su área.
Un dispositivo elemental para obtener imágenes ampliadas de objetos es una lupa. - una lente biconvexa insertada en un soporte de montura. Utilizado en biología lupa de disección con lentes oculares reemplazables (Fig. 1), que aumentan los objetos entre 10 y 40 veces.
Para obtener una mayor ampliación de un objeto, utilice microscopio óptico. En la investigación biomédica se utilizan con mayor frecuencia los siguientes:
microscopios de luz de transmisión directa (biológicos);
microscopios biológicos invertidos;
microscopios estereoscópicos;
analizadores de imágenes.
Diseño y finalidad de los microscopios ópticos.
microscopio biológico diseñado para la observación de objetos pintados y sin pintar con luz transmitida. Un microscopio óptico típico (Fig. 2) consta de tres partes principales: mecánica, de iluminación (eléctrica) y óptica.
La parte mecánica incluye un trípode, una platina, un trinquete (tornillo macrométrico), un tornillo micrométrico, un tubo y un revólver.
Trípode Es la principal unidad mecánica del microscopio. Consta de un portatubos (columna) y una base. Las partes principales del dispositivo están montadas en la columna:
dispositivo giratorio: un mecanismo giratorio para cambiar lentes, que se monta en un "trineo" mediante guías especiales;
sistema de tornillos para ajustes microscópicos gruesos (macrométricos) y finos (micrométricos);
mesa de objetos (fija o móvil) para colocar el objeto de observación;
unidad para sujetar y mover el condensador;
punto de fijación para accesorios reemplazables (fotográficos, de televisión, etc.), si lo prevé el diseño del dispositivo.
La base da estabilidad al microscopio; También se instalan fuentes de iluminación aéreas o integradas.
La parte de iluminación proporciona una iluminación uniforme del objeto. Incluye un espejo (o una luz eléctrica) y un condensador.
Espejo El microscopio tiene dos caras, con superficies reflectantes planas y cóncavas. Se utiliza una superficie cóncava con luz natural y una superficie plana con luz artificial.
Condensador - Se trata de un sistema de lentes que recoge los rayos de luz en un haz con una sección transversal más pequeña. El diámetro del haz de luz se puede ajustar cambiando el lumen del diafragma del condensador mediante una palanca especial.
El sistema óptico de un microscopio consta de un ocular y una lente conectados por un tubo hueco. tubo.
Ocular insertado en el orificio superior del tubo; diseñado para proyectar una imagen en la retina del ojo del observador. Hay marcas en la parte frontal o superior del cuerpo del ocular que indican su aumento y el tamaño del campo de imagen visible (en mm); por ejemplo, "10?/18".
El microscopio didáctico utiliza oculares intercambiables con aumento. 7 ?, 10 ? Y 15 ?, a menudo equipado con un micropuntero en forma de franja oscura radial. El ocular consta de dos grupos de lentes: la lente ocular (más cercana al ojo del observador) y la lente de campo (dirigida hacia la lente).
Lente atornillado al revólver y ubicado en el extremo inferior del tubo. Incluye varias lentes, cuyo número total puede llegar a 14. Cuantas más lentes, mayor será la calidad de la imagen.
La siguiente información está indicada en el cuerpo de cada lente:
aumentar - 4?, 8?, … 90?, 100?;
apertura (diámetro de la lente de campo) - 0,20; 0,65;
Marcado de letras adicional si la lente es especial (fase - F ( Ph), polarización - P ( Pol), luminiscente - L ( l) etcétera.).
Las lentes de inmersión están marcadas con un anillo de color y una letra que designa el tipo de inmersión *: anillo negro - MI ( 0il), blanco - VI ( W.), naranja - GI ( Glic). Los objetivos de inmersión permiten obtener la máxima ampliación posible de un objeto o parte de él en microscopía óptica.
Los lentes son pequeños (¿hasta 10?); aumentos grandes (¿hasta 50?) y supergrandes (¿alrededor de 100?). En un microscopio de entrenamiento, se utilizan con mayor frecuencia dos tipos de lentes: bajo aumento (8 veces) y alto aumento (40 veces).
El aumento total del microscopio se determina multiplicando los valores de aumento del objetivo y del ocular. Por ejemplo, el aumento total de un microscopio con un objetivo de 40x y un 7? sera 40 · 7 = 280 ?.
Si uno o más sistemas de aumento se encuentran entre el objetivo y el ocular, entonces el aumento total del microscopio es igual al producto de todos los aumentos. Los microscopios ópticos modernos pueden ampliar un objeto aproximadamente entre 1500 y 2000 veces.
Microscopios invertidos y estereoscópicos. se muestran en la Fig. 3.
microscopio invertido es un diseño "invertido" de un microscopio convencional: su iluminador está ubicado sobre el objeto y las lentes están ubicadas debajo del escenario. Un dispositivo de este tipo proporciona libre acceso al instrumento (manipulador, varilla, pipeta) a la muestra en estudio durante la observación.
R
es. 3. invertido ( A) y estereoscópico ( B) microscopios
Para los microscopios invertidos, el grosor del objeto no juega un papel importante: con su ayuda se pueden estudiar objetos grandes u objetos ubicados en recipientes de laboratorio (en matraces de vidrio, en placas de Petri).
microscopio estereoscópico le permite observar un objeto con ambos ojos a lo largo de ejes ópticos inclinados en un ángulo de 12 a 17° entre sí. Esto crea un efecto visual de una imagen tridimensional del objeto. Para la estereomicroscopía, el grosor de la muestra que se examina tampoco es particularmente importante.
Analizadores de imágenes Se han utilizado desde finales de los años 80 del siglo XX y se basan en el uso de métodos modernos de procesamiento de imágenes de objetos con elementos de recopilación, sistematización y análisis de información. Además, la base puede ser cualquier microscopio que tenga un accesorio para una cámara de fotografía, video o digital y una salida de imagen adicional a un monitor de control de video. La imagen se transfiere a una computadora equipada con un programa especial para análisis de imágenes. Usando una computadora, puede mejorar y editar la calidad de la imagen ingresada, enfatizar detalles, resaltar límites, hacer inscripciones, crear nuevas imágenes a partir de fragmentos de imágenes antiguas, etc. Cualquier medición se puede realizar en la imagen resultante con registro automático de los resultados. Al repetir las mismas manipulaciones (o durante mediciones de rutina), basta con crear el algoritmo de operaciones necesario: la computadora realizará el procesamiento estadístico de los resultados de forma independiente.
Los microscopios ópticos brindan la posibilidad de instalar accesorios adicionales diseñados para:
mejorar las condiciones de trabajo(por ejemplo, un conductor de drogas, un accesorio binocular, accesorios para grabación de fotografías y videos);
medir y contar (micrómetros de objetos, micrómetros de oculares, oculares con rejillas insertadas);
ampliar la funcionalidad del microscopio (por ejemplo, A condensadores de iluminación oblicua y de campo oscuro, dispositivos de contraste de fase, filtros ópticos, iluminador fluorescente extraíble).
Un microscopio óptico, el principal instrumento de la biología, es un sistema óptico que consta de un condensador y una lente. Un haz de luz de la fuente de iluminación se recoge en un condensador y se dirige al objeto (Fig. 6). Después de atravesar el objeto, los rayos de luz ingresan al sistema de lentes del objetivo; construyen una imagen primaria, que es ampliada por las lentes del ocular. La principal parte óptica del microscopio, que determina sus principales capacidades, es la lente. En los microscopios modernos, las lentes son intercambiables, lo que permite estudiar las células con diferentes aumentos. La principal característica de un microscopio como sistema óptico es la resolución. Las imágenes producidas por la lente se pueden ampliar muchas veces utilizando un ocular potente o, por ejemplo, proyectándolas en una pantalla (hasta 10 5 veces). Se calcula que la resolución de la lente, es decir la distancia mínima entre dos puntos que sean visibles por separado será igual a
d = 0,61 -----------
donde l es la longitud de onda de la luz utilizada para iluminar el objeto; n es el índice de refracción del medio; a es el ángulo entre el eje óptico de la lente y el rayo más desviado que entra en la lente. La resolución de un microscopio depende de la longitud de onda: cuanto más corta es, menos detalles podemos ver y de la apertura numérica de la lente (n sin a), cuanto mayor es, mayor es la resolución. Normalmente, los microscopios ópticos utilizan fuentes de luz en la región visible del espectro (400-700 nm), por lo que la resolución máxima del microscopio en este caso no puede ser superior a 200-350 nm (0,2-0,35 µm). Si utiliza luz ultravioleta (260-280 nm), puede aumentar la resolución a 130-140 nm (0,13-0,14 micrones). Este será el límite de la resolución teórica de un microscopio óptico, determinado por la naturaleza ondulatoria de la luz. Así, todo lo que un microscopio óptico puede proporcionar como dispositivo auxiliar a nuestro ojo es aumentar su resolución unas 1000 veces (el ojo humano desnudo tiene una resolución de aproximadamente 0,1 mm, lo que equivale a 100 micrones). Este es el aumento “útil” del microscopio, por encima del cual solo aumentaremos los contornos de la imagen sin revelar nuevos detalles en ella. Por lo tanto, cuando se utiliza luz visible, 0,2-0,3 µm es el límite de resolución final de un microscopio óptico.
Pero aún así, en un microscopio óptico se pueden ver partículas de menos de 0,2 micrones. Este es el método del "campo oscuro" o, como se llamaba antes, el método de la "ultramicroscopía". Su esencia es que, como motas de polvo en un haz de luz (efecto Tyndall), partículas diminutas (menos de 0,2 micrones) brillan en una celda bajo iluminación lateral, cuya luz reflejada ingresa a la lente del microscopio. Este método se ha utilizado con éxito en el estudio de células vivas.
Si las células vivas o muertas no tratadas se observan con luz transmitida, en ellas solo se distinguen grandes detalles debido a que tienen un índice de refracción y una absorción de rayos de luz diferentes a los del medio ambiente. La mayoría de los componentes celulares difieren poco en estas propiedades tanto del medio (agua o soluciones tisulares) como entre sí y, por lo tanto, son poco perceptibles y no contrastan. Para estudiarlos hay que cambiar la iluminación (perdiendo claridad de la imagen) o utilizar métodos e instrumentos especiales. Uno de estos métodos es el método contraste microscopico, ampliamente utilizado para observaciones de células vivas. Se basa en el hecho de que las secciones individuales de una célula generalmente transparente, aunque ligeramente, todavía difieren entre sí en densidad y refracción de la luz. Al atravesarlos, la luz cambia de fase, pero nuestro ojo no detecta tal cambio en la fase de la onda luminosa, ya que sólo es sensible a los cambios en la intensidad de la luz. Este último depende de la amplitud de la onda luminosa. En un microscopio de contraste de fases, se monta una placa especial en la lente, a través de la cual el haz de luz pasa a través de un cambio de fase adicional de oscilaciones. Al construir una imagen interactúan rayos que están en la misma fase o en antifase, pero que tienen diferentes amplitudes; creando así una imagen de contraste claro-oscuro del objeto.
Una técnica similar se utiliza en microscopio de interferencia. Está diseñado de tal manera que un haz de rayos de luz paralelos provenientes del iluminador se divide en dos corrientes. Uno de ellos atraviesa el objeto y adquiere cambios en la fase de oscilación, el otro pasa por alto el objeto. En los prismas de las lentes, ambos flujos se reconectan y se interfieren entre sí. Como resultado de la interferencia, se construirá una imagen en la que áreas de la celda con diferentes espesores o diferentes densidades se diferenciarán entre sí en el grado de contraste. En este dispositivo, midiendo los cambios de fase, es posible determinar la concentración y la masa de materia seca en un objeto.
Mediante el uso microscopio polarizador estudiar objetos que tienen la llamada isotropía, es decir Orientación ordenada de partículas submicroscópicas (por ejemplo, fibras del huso, miofibrillas, etc.). En dicho microscopio, se coloca un polarizador delante del condensador, que transmite ondas de luz con un cierto plano de polarización. Después de la muestra y el objetivo, se coloca un analizador que pueda transmitir luz con el mismo plano de polarización. El polarizador y el analizador son prismas fabricados con espato islandés (prismas de Nicol). Si luego se gira el segundo prisma (analizador) 90° con respecto al primero, no pasará luz a través de él. En el caso de que entre tales prismas cruzados haya un objeto con doble refracción, es decir capacidad de polarizar la luz, será visible brillando en un campo oscuro. Con un microscopio polarizador se puede comprobar, por ejemplo, la disposición orientada de las micelas en la pared celular de las plantas.
Las respuestas a las tareas 1 a 21 son una secuencia de números, un número o una palabra (frase).
1
Considere el esquema propuesto de direcciones evolutivas. Escribe en tu respuesta el término faltante indicado en el diagrama con un signo de interrogación
2
Elija dos respuestas correctas de cinco y escriba los números bajo los cuales se indican.
Mediante microscopía óptica es posible distinguir en una célula vegetal
1. ribosomas
2. vacuola
3. microtúbulos
4. pared celular
5. retículo endoplásmico
3
¿Cuántas moléculas de ADN hay en el núcleo celular después de la replicación si el conjunto diploide contiene 46 moléculas de ADN? Escribe solo el número correspondiente en tu respuesta.
Respuesta: ______
4
Todos los signos enumerados a continuación, excepto dos, se utilizan para describir los procesos que ocurren en la interfase. Identifique dos características que “salen” de la lista general y anote los números bajo los cuales se indican en la tabla.
1. replicación del ADN
2. Síntesis de ATP
3. formación de la envoltura nuclear
4. síntesis de todo tipo de ARN
5. espiralización cromosómica
5
Establecer una correspondencia entre las características y los orgánulos celulares: para cada posición dada en la primera columna, seleccione la posición correspondiente de la segunda columna
CARACTERÍSTICAS
A. molécula de ADN cerrada
B. enzimas oxidativas en las crestas
B. contenido interno - carioplasma
D. cromosomas lineales
D. presencia de cromatina en interfase
E. membrana interna plegada
ORGANOIDES
2. mitocondria
6
¿Cuántos fenotipos diferentes se producen en la descendencia del cruce de dos plantas heterocigotas de guisantes de olor con flores rosadas (el rojo no es completamente dominante sobre el blanco)? En su respuesta, escriba solo el número de fenotipos.
7
Todas las características siguientes, excepto dos, se utilizan para describir la variabilidad mutacional. Identifique dos características que “salen” de la lista general y anote los números bajo los cuales se indican en la tabla.
1. formado bajo la influencia de los rayos X
2. tiene una modificación direccional
3. varía dentro del rango normal de reacción
4. formado como resultado de la interrupción de la meiosis
5. ocurre repentinamente en algunos individuos
8
Establezca una correspondencia entre los ejemplos y los métodos de reproducción: para cada posición dada en la primera columna, seleccione la posición correspondiente de la segunda columna.
A. propagación de violetas por hojas.
B. viviparidad en un tiburón
B. división en dos de la zapatilla ciliada
G. hidra en ciernes
D. desove por peces
E. partenogénesis de las abejas
MÉTODOS DE REPRODUCCIÓN
1. asexual
2. sexuales
9
Elija tres respuestas correctas de seis y anote los números bajo los cuales se indican en la tabla.
Las siguientes características son características de los hongos:
2. tener un crecimiento limitado
3. por tipo de nutrición - heterótrofos
4. tener pelos de raíz
5. actuar como descomponedores en el ecosistema
6. son organismos prenucleares
10
Establezca una correspondencia entre las características y clases de artrópodos: para cada posición dada en la primera columna, seleccione la posición correspondiente de la segunda columna.
CARACTERÍSTICAS
A. presencia de dos pares de antenas
B. transmisión de ciertos tipos de enfermedades peligrosas para los humanos
B. digestión externa
D. regulación del número de insectos
D. purificación de reservorios a partir de residuos orgánicos.
E. la presencia de cuatro pares de extremidades
CLASES DE ARTRÓPODOS
1. Crustáceos
2. Arácnidos
11
Establecer la secuencia de taxones sistemáticos, comenzando por el más pequeño. Escribe la secuencia de números correspondiente en la tabla.
2. artrópodos
3. dípteros
4. Insectos
5. Mosquito de la malaria
6. animales
12
Elija tres títulos correctamente etiquetados para el dibujo "Cráneo humano". Anota los números bajo los cuales se indican en la tabla.
1. hueso frontal
2. hueso occipital
3. hueso temporal
4. hueso parietal
5.hueso mandibular
6. hueso cigomático
13
Establezca una correspondencia entre los órganos humanos y las cavidades corporales en las que se encuentran estos órganos: para cada posición dada en la primera columna, seleccione la posición correspondiente de la segunda columna.
ÓRGANOS HUMANOS
Un corazón
V. pulmones
G. tráquea
D. hígado
E. bazo
CAVIDADES CORPORALES
1. pecho
2. abdominales
14
Establecer la secuencia de señales que pasan por el sistema visual sensorial. Escribe la secuencia de números correspondiente en la tabla.
1. córnea
2. corteza visual
3. cuerpo vítreo
4. nervio óptico
5. lente
6. retina
15
Lee el texto. Seleccione tres oraciones que describan el criterio ecológico de la especie vegetal Pemphigus vulgare. Anota los números bajo los cuales se indican.
(1) El pénfigo vulgar se encuentra principalmente en la región mediterránea de Europa y África. (2) La vejiga común crece en acequias, estanques, embalses estancados y de flujo lento y pantanos. (3) Las hojas de las plantas están disecadas en numerosos lóbulos filiformes; las hojas y los tallos están equipados con vesículas. (4) El pénfigo florece de junio a septiembre. (5) Las flores son amarillas, 5-10 por pedúnculo. (6) La vejiga común es una planta insectívora.
16
Establecer una correspondencia entre las características y formas de lograr el progreso biológico: para cada posición dada en la primera columna, seleccione la posición correspondiente de la segunda columna
CARACTERÍSTICAS
A. adaptaciones privadas a las condiciones de vida
B. el surgimiento de clases de animales
B. formación de géneros dentro de las familias
D. aumentar el nivel de organización de los organismos.
D. aparición de divisiones vegetales.
FORMAS DE LOGRAR EL PROGRESO BIOLÓGICO
1. aromorfosis
2. idioadaptación
17
Elija tres respuestas correctas de seis y escriba los números bajo los cuales se indican. Las biogeocenosis naturales incluyen
1. robledal
6. pasto
18
Establecer una correspondencia entre las características y los ecosistemas: para cada posición dada en la primera columna, seleccione la posición correspondiente de la segunda columna.
SEÑALES
A. baja autorregulación
B. diversidad de productores
B. predominio del monocultivo
D. cadenas alimentarias cortas
D. extensas redes eléctricas
E. diversidad de especies de animales.
ECOSISTEMAS
1. campo de trigo
2. estepa de pasto pluma
19
Establecer la secuencia de etapas de desarrollo de la duela hepática, comenzando con la liberación de los huevos por parte del huésped definitivo al medio externo. Escribe la secuencia de números correspondiente.
1. formación de quistes
2. introducción de la larva en el cuerpo del pequeño caracol de estanque
3. reproducción larvaria
4. aparición de larvas de huevos en agua.
5. Adhesión de la larva de cola a objetos acuáticos.
6. salida de la larva del cuerpo del pequeño caracol de estanque
20
Mire la imagen que representa la fase del ciclo cardíaco. Determine el nombre de esta fase, su duración y dirección del movimiento sanguíneo. Complete las celdas en blanco de la tabla utilizando los términos y procesos que figuran en la lista. Para cada celda indicada por una letra, seleccione el término o proceso apropiado de la lista proporcionada.
Lista de términos y procesos:
1. flujo sanguíneo desde la aurícula al ventrículo
2. flujo sanguíneo desde el ventrículo a la arteria
3. flujo sanguíneo desde las venas hasta la aurícula
4. sístole auricular
6. sístole ventricular
21
Analice la tabla “Tiempo necesario para reconocer una imagen de prueba”. A los sujetos se les mostraron números de diferentes colores e imágenes en blanco y negro de diversa complejidad. Se registró el tiempo necesario para que el sujeto reconociera y nombrara el objeto.
Seleccione afirmaciones que puedan formularse basándose en el análisis de los datos presentados.
1. Cuanto más simple es el objeto, menos luz se necesita para reconocerlo
2. El tiempo que lleva reconocer los números no depende de su color.
3. Los objetos negros se reconocen más rápido que los objetos de colores.
4. Los números coloreados se reconocen más rápido que las imágenes complejas
5. Al anochecer, el reconocimiento de objetos en color se vuelve más débil.
Parte 2.
Primero escriba el número de la tarea (22, 23, etc.), luego la solución detallada. Escriba sus respuestas de forma clara y legible.
Los frutos de algunas variedades de plantas (naranjas, mandarinas) no tienen semillas. ¿Qué métodos de reproducción clásicos se utilizan para obtener tales variedades y cómo se propagan estas plantas?
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Elementos de respuesta:
1. Métodos de mejoramiento clásicos: para obtener variedades de plantas sin semillas, se utiliza mutagénesis artificial seguida de hibridación de plantas.
2. Las variedades sin semillas se reproducen vegetativamente. Por ejemplo, la reproducción vegetativa de estas variedades es posible injertando yemas (esquejes) tratadas con mutágenos en la corona de plantas no mutantes.
Determine el tipo y fase de división de la célula diploide original que se muestra en el diagrama. Da una respuesta razonada.
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Elementos de respuesta:
1. Tipo de división: Meiosis.
2. Fase de división: Metafase de la meiosis II.
3. El diagrama muestra la meiosis - metafase II de la meiosis, ya que los cromosomas tienen dos cromátidas, pero están representados por un par (no hay un par homólogo). El diagrama muestra la metafase, por lo que los cromosomas están dispuestos en una línea en el ecuador de la célula.
Encuentra tres errores en el texto dado. Indica los números de las frases en las que se cometieron errores y corrígelos.
(1) Los peces son habitantes del medio acuático. (2) Según su origen y características estructurales, los peces se dividen en dos clases: peces cartilaginosos y peces óseos. (3) La cabeza, apuntada hacia el frente, está fusionada con el cuerpo, que comienza desde el borde libre de las branquias y termina en la región caudal. (4) En todos los peces, las branquias se abren desde el exterior del cuerpo formando hendiduras branquiales. (5) Todos los peces tienen vejiga natatoria. (6) Los peces óseos más antiguos son los peces con aletas lobuladas. (7) Se caracterizan por tener aletas carnosas cubiertas de escamas, una notocorda desarrollada en los peces adultos, una vejiga natatoria poco desarrollada y otras características.
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Elementos de respuesta:
Se cometieron errores en las oraciones 3, 4, 5.
(3) La cabeza, apuntada hacia el frente, está fusionada con el cuerpo, que comienza desde el borde libre de las branquias y termina en la aleta anal (o ano).
(4) No todos los peces tienen branquias que se abren fuera del cuerpo con hendiduras branquiales; en los peces óseos y osteocondrales están cubiertas con branquias.
(5) No todos los peces tienen vejiga natatoria.
¿Qué características estructurales de una articulación la hacen fuerte, móvil y reducen la fricción entre los huesos? Enumere cuatro características. Explica tu respuesta.
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Elementos de respuesta:
1. La articulación está cubierta por una cápsula articular, que está formada por tejido conectivo y le da fuerza.
2. La cabeza articular corresponde a la cavidad articular, esto asegura la movilidad de la articulación.
3. Las articulaciones se fortalecen mediante ligamentos.
4. Se libera líquido dentro de la cápsula articular, lo que reduce la fricción.
Como resultado del uso prolongado de pesticidas, se pueden observar brotes de plagas en los campos. Explique por qué pueden ocurrir tales explosiones de crecimiento demográfico. Da al menos cuatro razones
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Elementos de respuesta:
1. Como resultado del uso de pesticidas, los depredadores que se alimentaban de plagas murieron, ya que al final de la cadena alimentaria se acumulan altas concentraciones de pesticidas.
2. Como resultado de la variabilidad hereditaria (mutación) y la selección natural, las plagas han adquirido resistencia a los pesticidas y no mueren a causa de ellos.
3. Debido a la alta tasa de reproducción, los insectos transmiten estas características a las siguientes generaciones.
4. Los insectos que han adquirido resistencia a los pesticidas se encuentran en muy buenas condiciones (abundancia de alimento, ausencia de competidores y depredadores), por lo que su número aumenta considerablemente.
Se sabe que todos los tipos de ARN se sintetizan sobre una plantilla de ADN. El fragmento de la molécula de ADN en el que se sintetiza la región del bucle central del ARNt tiene la siguiente secuencia de nucleótidos: GAAGCTTGTTCGGACT. Establecer la secuencia de nucleótidos de la región de ARNt que se sintetiza sobre este fragmento y el aminoácido que transportará este ARNt durante la biosíntesis de proteínas si el tercer triplete corresponde al anticodón de ARNt. Justifica la secuencia de tus acciones. Para resolver el problema, utilice la tabla de códigos genéticos.
Código genético (ARNm)
Reglas para usar la mesa.
El primer nucleótido del triplete se toma de la fila vertical izquierda; el segundo, desde la fila horizontal superior y el tercero, desde la fila vertical derecha. Donde se cruzan las líneas que provienen de los tres nucleótidos, se encuentra el aminoácido deseado.
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El esquema de solución del problema incluye:
1. Utilizando el principio de complementariedad basado en el ADN, encontramos la secuencia de nucleótidos del ARNt, la secuencia de nucleótidos de la región del ARNt TSUU-TsGA-CAA-GCC-UGA.
2. La secuencia de nucleótidos del anticodón CAA (tercer triplete) corresponde al codón del ARNm de GUU.
3. Según la tabla del código genético, este codón corresponde al aminoácido VAL (valina), que transportará este ARNt.
Nota. En este tipo de encargo, las palabras clave son: “todos los tipos de ARN se sintetizan en una plantilla de ADN”. Es decir, necesitamos encontrar exactamente ARNt, moléculas que constan de 70 a 90 nucleótidos, que están plegadas de cierta manera y tienen forma de hoja de trébol y transportan aminoácidos en la biosíntesis de proteínas.
Por lo tanto, primero determinamos la región del ARNt en el ADN según el principio de complementariedad. Luego encontramos el triplete que es central, lo traducimos a ARNm según el principio de complementariedad, y recién ahora encontramos el aminoácido usando la tabla del código genético.
Al cruzar plantas de guisantes de olor con zarcillos en brotes y flores brillantes y plantas sin zarcillos en brotes con flores pálidas, todos los híbridos F 1 se obtuvieron con zarcillos y flores brillantes. En el cruce analítico de híbridos F 1 se obtuvieron las siguientes plantas: 323 con zarcillos y flores brillantes, 311 sin zarcillos y con flores pálidas, 99 con zarcillos y flores pálidas, 101 sin zarcillos y con flores brillantes. Realizar esquemas de mestizaje. Determinar los genotipos de padres e hijos en dos cruces. Explique la formación de cuatro grupos fenotípicos en la descendencia.
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A, a - alelos que determinan, respectivamente, la presencia y ausencia de antenas;
B, c son alelos que determinan, respectivamente, la presencia de flores brillantes y pálidas.
P1 ♀ AABB - con zarcillos en brotes y flores brillantes; ♂ aavv - sin zarcillos en brotes con flores pálidas
F1 A?B? - con zarcillos y flores brillantes.
Híbrido del primer cruce - A?B? - con zarcillos y flores brillantes; aavv - sin zarcillos en brotes con flores pálidas - porque Un cruce de análisis es un cruce con un dihomocigoto recesivo.
323 con zarcillos y flores brillantes,
311 sin zarcillos y con flores pálidas,
99 con zarcillos y flores pálidas,
101 sin zarcillos y con flores brillantes.
El esquema de solución del problema incluye:
1) P1 ♀ AABB x ♂ aabb (por lo que no hubo división en la primera generación).
Gametos ♀ AB ♂ ab
100% diheterocigotos con antenas y colores brillantes.
2) Analizar el cruce. Porque en la descendencia, la división 1:1:1:1 se interrumpe, lo que significa que los genes AB/ab/ están vinculados; esto lo determinamos por el número de individuos que no se cruzan (debe haber más de 323 y 311).
Р2 ♀ AаBв × ♂ аавв
Gametos ♀AB/, ♀Aw, ♀aB, ♀av/ y ♂av/
F2 AB//av (323 con zarcillos y flores brillantes), av//av (311 sin zarcillos y con flores pálidas), Aavv (99 con zarcillos y flores pálidas), Aavv (101 sin zarcillos y con flores brillantes)
Así, los pocos descendientes 99 con antenas y flores pálidas, 101 sin antenas y con flores brillantes aparecieron como resultado del cruce.
Genotipos de los padres del primer cruce: AABB, aavv.
Genotipo de la descendencia del primer cruce: AaBv.
Genotipos de los padres del segundo cruce: AB//av, ab//av.
Genotipos de la descendencia del segundo cruce: AB//av (323 con zarcillos y flores brillantes), ab//av (311 sin zarcillos y con flores pálidas), Aavv (99 con zarcillos y flores pálidas), Aavv (101 sin zarcillos y con flores brillantes) flores).
La formación de cuatro grupos fenotípicos en la descendencia se explica por el hecho de que los caracteres con antenas (flores brillantes y sin antenas) flores pálidas están vinculados, pero el vínculo es incompleto y el individuo AaBb sufre el proceso de entrecruzamiento.
Microscopio confocal e imágenes tomadas con su ayuda: grietas de anteras, vasos del xilema, cloroplastos en células del estigma.
microscopía óptica
Uno de los principales métodos de citología en la actualidad sigue siendo la microscopía, diseñada para estudiar la estructura de la célula, y se usa ampliamente en la investigación fundamental y aplicada. La invención del microscopio está asociada con los nombres de Galileo Galilei (italiano) y los hermanos Jansen (holandeses) en 1609-1611. El término "microscopio" fue acuñado por Faber (alemán) en 1625.
Actualmente, existen dos tipos principales de microscopía: óptica y electrónica. Las diferencias entre ellos radican en el principio de consideración del objeto. En el primer caso, el objeto se considera en el flujo de la parte visible de radiación electromagnética (longitud de onda = 400-750 nm), en el segundo caso, en el flujo de electrones. Estos dos métodos tienen resoluciones diferentes. La resolución o límite de resolución es la distancia mínima entre dos puntos en los que son visibles por separado. El límite de resolución del microscopio lo establece la longitud de onda del flujo de radiación en el que se estudia el objeto. Por lo tanto, la radiación de una longitud de onda determinada se puede utilizar para estudiar sólo aquellas estructuras cuyas dimensiones mínimas sean comparables a la longitud de onda de la radiación misma. El límite de resolución de la microscopía óptica lo alcanzaron los diseñadores de microscopios a finales del siglo XIX y era de 0,2 micrones. Esto significa que dos objetos, si están separados por menos de 0,2 micras, aparecerán como uno, incluso si ampliamos mucho la imagen, por ejemplo proyectándola en una pantalla. Por lo tanto, con la ayuda de un microscopio óptico no es posible examinar dos centriolos en el centro de la célula, parecen un solo punto (hay que decir que en los microscopios modernos producidos comercialmente no se alcanza la resolución máxima). Debido a la resolución limitada de un microscopio óptico, se puede utilizar para estudiar un número limitado de estructuras intracelulares, que incluyen: el núcleo, los plastidios, las vacuolas grandes y la pared celular vegetal. Los objetos más pequeños claramente visibles en un microscopio óptico son las bacterias y las mitocondrias, cuyo tamaño es de aproximadamente 500 nm (0,5 micrones), los objetos más pequeños no son claramente visibles, aumentando la precisión del procesamiento de la lente no se puede superar esta limitación, que está establecida por el Naturaleza ondulatoria de la luz.
La resolución depende no sólo de la longitud de onda de la fuente de luz, sino también del índice de refracción del medio a través del cual se observa el objeto, así como del ángulo en el que los rayos de luz entran en la lente. El conjunto estándar de lentes de microscopio consta de: lentes de bajo aumento (x8) con una apertura de A = 0,2 y lentes de alto aumento (x20) con A = 0,40 y - (x40) con A = 0,65. Estas lentes se denominan “secas”, ya que el objeto se ve a través del aire (índice de refracción n=1). Pero la mayoría de los microscopios también están equipados con objetivos de inmersión especiales, que requieren un entorno de inmersión especial (n=1). Un medio de este tipo puede ser agua; la lente x40 VI tiene una apertura de 0,75. El más común es la inmersión en aceite (n=1,51), a x90 el valor de apertura de la lente es A=1,25. Si se utiliza la inmersión, mejora la resolución del microscopio óptico. Sin embargo, las lentes de alta resolución tienen desventajas: poca profundidad de campo y bajo contraste.
El método más común de microscopía óptica es el método de campo claro, en el que los rayos de luz de un iluminador atraviesan el objeto y entran en la lente. De esta forma se estudian las células fijadas y teñidas. El descubrimiento de estructuras celulares básicas implica el desarrollo y uso de un conjunto de colorantes que tiñen selectivamente los componentes celulares y proporcionan contraste para su observación. Existe una gran variedad de tintes. Algunos de ellos se extraen de plantas y animales, todavía no existen análogos sintéticos. Por ejemplo, la hematoxilina, muy utilizada, es un extracto del palo de campeche tropical y el carmín es el pigmento de la grasa corporal de algunos tipos de pulgones. Todos estos son los llamados colorantes nucleares que colorean las estructuras que contienen ácidos nucleicos. El uso de un tinte no nuclear, el nitrato de plata, permitió a Camillo Golgi en 1898 observar y describir lo que más tarde se llamó aparato de Golgi.
Teñir una célula viva solo es posible en casos raros, por lo que se utilizan otros métodos para estudiarla. A diferencia del método de campo brillante, al observar objetos utilizando el método de campo oscuro, los rayos del iluminador no ingresan a la lente y la imagen se crea solo a partir de rayos dispersos provenientes del objeto. En este caso, sobre un fondo oscuro se pueden ver partículas luminosas de menor tamaño que la resolución de la lente, aunque el tamaño y la forma de las partículas son difíciles de determinar. La microscopía de campo oscuro con luz transmitida se utiliza para estudiar objetos transparentes normalmente invisibles en campo brillante y, especialmente, para observar células vivas. Las células vivas y moribundas se ven completamente diferentes sobre un fondo oscuro. El protoplasto de las células moribundas brilla más; no hay explicación para este hecho. Este método fue inventado por Zsigmondy (Austria) en 1912. En un microscopio óptico se pueden distinguir objetos que cambian la amplitud de los rayos de iluminación, pero las células vivas son transparentes a la luz visible y los rayos que atraviesan la célula prácticamente no lo hacen. cambiar la amplitud. El ojo humano no es capaz de percibir el cambio de fase de los rayos sin cambiar la amplitud. Por tanto, los métodos de contraste de fases (inventado por Zernike (holandés) en 1934) y microscopía de interferencia (inventada por Lebedev en 1932) se utilizan específicamente para estudiar células vivas. En tales sistemas, el paso de la luz a través de una célula viva va acompañado de un cambio en la fase de la onda luminosa. La luz se retrasa al atravesar zonas gruesas de la célula, como el núcleo. Se produce una recombinación de dos conjuntos de ondas, que crean una imagen de estructuras celulares.
Para estudiar objetos birrefringentes (granos de almidón, fibras vegetales, cristales) se utiliza la microscopía de polarización, cuyas bases fueron sentadas por Ebner en 1882. En este método se utiliza un dispositivo polarizador especial que convierte ondas de luz multidireccionales y adquirir una dirección.
En microscopía de fluorescencia, un objeto se ve a través de la luz que emite él mismo. El primer microscopio fluorescente fue diseñado por Keller y Zindentokf en 1908. Este método se basa en la capacidad de varias sustancias de brillar cuando se iluminan con rayos de longitud de onda corta (violeta o ultravioleta). La microscopía de fluorescencia se utiliza a menudo para identificar proteínas y anticuerpos específicos, y Koons fue el primero en utilizar fluorocromos para unirse a los anticuerpos, y esta reacción lleva su nombre. En los estudios citoembriológicos, este método se utiliza para estudiar estructuras que contienen el carbohidrato callosa. Para este método se utiliza un sistema óptico especial con una lámpara de mercurio conectada a un microscopio óptico.
Recientemente, las capacidades de la microscopía óptica han aumentado significativamente debido al uso de sistemas de video sensibles. La imagen creada por un microscopio óptico se procesa en una cámara de vídeo. Se limpia de "ruido", se convierte en señales digitales y se envía a una computadora, donde se somete a un procesamiento adicional para extraer información oculta. La microscopía de interferencia informática le permite lograr un alto contraste y analizar objetos transparentes y células vivas.
Microscopio de electrones
Los esfuerzos prolongados y continuos para mejorar los métodos de investigación produjeron los resultados deseados al final de la Segunda Guerra Mundial. Fue entonces, gracias a una asombrosa coincidencia de circunstancias, que casi al mismo tiempo los científicos se enriquecieron con una serie de nuevas y poderosas herramientas y métodos de investigación. En morfología, una herramienta de este tipo fue el microscopio electrónico. Creado en los años 30 del siglo XX, tenía suficiente resolución para penetrar en la célula, hasta estructuras de tamaño nanométrico. Al mismo tiempo, el haz de electrones tenía un poder de penetración débil, lo que requería la preparación de muestras muy finas del material y un alto vacío. Requisitos tan estrictos crearon serias dificultades, pero en un tiempo sorprendentemente corto fue posible desarrollar métodos para preparar muestras de tejido y construir dispositivos para obtener secciones delgadas de ellas. La calidad de los objetos mejoró constantemente y, a principios de la década de 1960, se habían descrito muchas estructuras celulares hasta entonces desconocidas.
Entonces, la resolución de un microscopio electrónico es mucho mayor que la de un microscopio óptico. Teóricamente, a un voltaje de 100.000 V, su resolución es de 0,002 nm, pero debido a la corrección de lentes electrónicas disminuye y en realidad es de 0,1 nm en los microscopios electrónicos modernos. Las importantes dificultades para observar objetos biológicos reducen aún más la resolución normal, que no supera los 2 nm. Sin embargo, este es 100 veces mayor que el de un microscopio óptico, por lo que la microscopía electrónica se llama ultramicroscópica.
El diseño general de un microscopio electrónico de transmisión se parece al de un microscopio óptico. Es significativamente más grande que el modelo liviano y parece estar al revés. La fuente de radiación en un microscopio electrónico es un filamento catódico que emite electrones (cañón de electrones). Los electrones se emiten desde lo alto de una columna cilíndrica de unos dos metros de altura. Para que no haya obstáculos al movimiento de los electrones, esto ocurre en el vacío, los electrones son acelerados por el ánodo y penetran a través de un pequeño orificio en la parte inferior de la columna con un estrecho haz de electrones. El haz de electrones se enfoca mediante anillos magnéticos a lo largo de la columna, que actúan como las lentes de vidrio de un microscopio óptico. La muestra se coloca en el camino del haz de electrones. En el momento de su paso por la muestra, parte de los electrones se dispersan de acuerdo con la densidad de la sustancia, el resto de electrones se enfocan formando una imagen en una placa fotográfica o en una pantalla.
El primer microscopio electrónico fue creado por Siemens en 1939. Permitió ver muchas estructuras sorprendentes en la célula. Pero para ello fue necesario inventar métodos completamente nuevos de preparación de fármacos, que comenzaron a utilizarse en 1952. Las células se fijan en este caso con glutaraldehído, que une covalentemente las proteínas, y luego con ácido ósmico, que estabiliza las capas de proteínas y lípidos. . La muestra se deshidrata y se impregna con resinas, que forman un bloque sólido después de la polimerización. Las secciones para microscopía electrónica deben tener aproximadamente 1:200 del espesor de una sola celda. Para realizar tales secciones se creó un ultramicrótomo (1953), que utiliza cuchillas de vidrio o diamante. Las secciones resultantes se colocan sobre una malla de cobre especial. La imagen del microscopio electrónico depende de la dispersión de electrones, que está determinada por el número atómico de la sustancia. Los objetos biológicos se componen principalmente de carbono, oxígeno e hidrógeno, que tienen un número atómico bajo. Para realzar el contraste, están impregnados de metales pesados como osmio, uranio y plomo. Los cortes delgados con microscopía electrónica de transmisión no permiten juzgar la estructura tridimensional de la célula; esta deficiencia se puede compensar con una serie de cortes a partir de los cuales se reconstruye la célula. Es un proceso largo.
También existe un método directo para estudiar la estructura tridimensional de objetos biológicos, la microscopía electrónica de barrido, creado en 1965. En este caso, los electrones se dispersan o emiten por la superficie del objeto, que debe fijarse, secarse y cubrirse. con una película de heavy metal, se utilizan para obtener una imagen. Este método sólo es aplicable para estudiar superficies y su resolución es baja, alrededor de 10 nm.
Microscopio electrónico
Microscopios electrónicos de transmisión, sonda y barrido. Imagen de microscopía electrónica de la superficie de una antera y un grano de polen.
Métodos químicos para estudiar células.
Un microscopio óptico clásico tiene una resolución baja, lo que no permite estudiar los detalles de la estructura de una célula de tamaño inferior a 0,25 micrones. La segunda etapa del estudio de la célula se remonta a la época en que los microscopistas trabajaban para mejorar sus instrumentos. Al mismo tiempo, finales del siglo XVIII. - El científico francés Antoine de Lavoisier y el inglés Joseph Priestley crean una nueva ciencia: la química. A diferencia de la morfología, que progresa de lo complejo a lo simple, la química progresa de lo simple a lo complejo. La química comenzó con la identificación de elementos, átomos y luego avanzó por el camino del estudio de algunas de sus combinaciones más simples: las moléculas.
La síntesis de la molécula biológica de urea, realizada por primera vez en 1828 por el científico alemán Friedrich Wöhler, ayudó a cruzar la frontera entre la química orgánica e inorgánica y permitió penetrar en el mundo viviente de la química. Esto marcó el comienzo del uso de un enfoque químico para el estudio de las células. Durante los siguientes cien años, se descubrieron, purificaron, estudiaron estructuralmente y sintetizaron aminoácidos, azúcares, grasas, purinas, pirimidinas y otras moléculas pequeñas. Los científicos pudieron hacerse una idea del metabolismo de estas sustancias en el organismo y de cómo se forman a partir de ellas las moléculas biológicas básicas: proteínas, polisacáridos y ácidos nucleicos. Pero nuevamente surgieron obstáculos insuperables en el camino del progreso: la química clásica se mostró impotente ante las complejidades estructurales de estas grandes moléculas. Durante mucho tiempo, las células se estudiaban principalmente observándolas. Pero a medida que el método experimental se desarrolló en las ciencias naturales, comenzó a utilizarse en el estudio de los organismos vivos. Esto fue facilitado por poderosas investigaciones biomédicas llevadas a cabo en la segunda mitad del siglo XIX. A principios del siglo XX. El estadounidense Ross Garrison y el francés Alexis Carrel descubrieron que las células animales se pueden cultivar in vitro, de forma similar a como se hace con los organismos unicelulares. Así, demostraron la capacidad de las células para vivir de forma independiente y crearon un método de cultivo que ahora es uno de los más relevantes.
Pero todos estos métodos, esencialmente revolucionarios, eran todavía indirectos: la celda seguía siendo una caja negra cerrada. La enorme brecha entre la partícula más pequeña visible en un microscopio óptico y la molécula más grande accesible al estudio químico seguía siendo desconocida. En este espacio desconocido se escondieron conceptos y conceptos importantes, las funciones de las estructuras celulares descritas y su conexión con biomoléculas conocidas permanecieron desconocidas; sin todo esto, la vida de la célula seguía sin resolverse.
A su vez, la bioquímica también se ha enriquecido con una serie de dispositivos y métodos fundamentalmente nuevos. De particular interés fue la cromatografía, basada en un fenómeno muy simple: la formación de un borde o halo alrededor de una mancha (lo que vemos cuando intentamos eliminar una mancha con una solución especial). Este fenómeno se basa en las diferencias en la velocidad de movimiento de diferentes pinturas en el flujo del líquido que se esparce. A principios del siglo XX, el fisiólogo y bioquímico ruso Mikhail Semenovich Tsvet fue el primero en utilizar este fenómeno. Al pasar el extracto de las hojas a través de un tubo vertical lleno de un polvo adsorbente, pudo separar los principales pigmentos de las hojas (verde y naranja) y obtenerlos en forma de franjas o anillos de colores individuales a lo largo del tubo. Llamó a su método cromatografía (del griego khroma - color, grafeína - grabar). El color murió relativamente joven y el potencial de su método permaneció sin explotar hasta principios de los años 40. Actualmente existen muchas variaciones de la cromatografía, aplicables a todas las sustancias que pueden identificarse químicamente.
Cerca de la cromatografía se encuentra la electroforesis en gel, en la que no es el flujo de disolvente, sino la fuerza electromotriz la que promueve el movimiento y la separación de los componentes cargados eléctricamente. Estos métodos revolucionaron el campo del análisis químico. Ahora se pueden realizar análisis en trazas de una mezcla de casi cualquier composición.
El segundo método que cambió radicalmente el estudio químico de las células vivas fue el método de marcaje isotópico. Los isótopos son variedades de un mismo elemento químico que difieren en masa atómica. Algunos isótopos existen en la naturaleza, muchos pueden producirse artificialmente mediante reacciones nucleares. Los isótopos se utilizan para marcar específicamente ciertas moléculas de modo que dichas moléculas puedan distinguirse de las relacionadas sin alterar la estructura general. Este método se utiliza en el análisis de procesos biosintéticos que no podrían estudiarse de otra forma. Por ejemplo, con la producción de aminoácidos marcados, fue posible estudiar su combinación en proteínas en un organismo vivo o en condiciones experimentales, incluso a pesar de la cantidad ínfima de proteína recién formada, debido a su radiactividad. Este método se generalizó con la creación de reactores nucleares y la producción de una amplia gama de radioisótopos. Sin el método del átomo etiquetado, los avances en biología celular y molecular habrían sido imposibles.
Así, tanto la morfología como la bioquímica, enriquecidas con nuevos métodos, se mejoraron constantemente, la brecha entre sus conocimientos se hizo cada vez menor y desapareció por completo cuando fue posible dividir la célula en partes de tal manera que cada parte pudiera estudiarse de forma independiente.
Los métodos utilizados para dicho fraccionamiento se basan principalmente en la centrifugación. Este método utiliza diferencias en las propiedades físicas, en particular el tamaño y la densidad, de ciertos componentes de la célula para separarlos entre sí. Esto permitió estudiar gran parte de la célula y combinar conocimientos morfológicos y bioquímicos.
Sin embargo, una parte de la célula (su parte central crucial, el núcleo) permaneció en gran medida inaccesible hasta que ocurrió otro evento. Comenzó con un intento de analizar, utilizando la genética, las características de algunos virus simples que infectan a las bacterias y se denominan bacteriófagos o devoradores de bacterias. Esta investigación resultó ser el enfoque correcto para resolver el problema de la organización genética, que incluso en los organismos no celulares más simples era inusualmente complejo. Durante mucho tiempo, la nueva disciplina conocida hoy como biología molecular se limitó al estudio de virus y bacterias, pero luego irrumpió literalmente en la célula eucariota, permitiendo estudiar la regulación de la actividad celular.
Para estudiar las bases moleculares de la organización celular, se requiere un análisis bioquímico detallado. Requiere una cantidad importante de células de un determinado tipo, por lo que es imposible utilizar trozos de tejido, porque contienen células de diferentes tipos. En la primera etapa del trabajo, los trozos de tela se convierten en una suspensión. Esto se puede hacer destruyendo la sustancia intercelular y las conexiones intercelulares. Para ello, el tejido se trata con enzimas proteolíticas que destruyen las proteínas (tripsina, colagenasa). El calcio juega un papel importante en la conexión de las células y su adhesión, por lo que también se utilizan sustancias quelantes que se unen al calcio. Luego, los tejidos se someten a una suave destrucción mecánica y se separan en células individuales. La segunda etapa es la separación de la suspensión en fracciones separadas. Para ello, utilizan la centrifugación, con la que se separan las células grandes de las pequeñas y las ligeras de las pesadas, o se utilizan anticuerpos y la capacidad de las células para adherirse al vidrio o plástico con diferentes resistencias. La tercera etapa es la introducción de células aisladas en cultivo. Los primeros experimentos los llevó a cabo en 1907 Harrison, quien cultivó la médula espinal de anfibios en un coágulo de plasma. Los medios culturales tienen una composición bastante compleja. El medio estándar fue desarrollado a principios de los años 70 y contiene un conjunto de 13 aminoácidos, 8 vitaminas y sales minerales. Además, el medio puede incluir glucosa, penicilina, estreptomicina, suero de caballo o de ternera. Como demostraron Hayflick y Moorhead en 1961, la mayoría de las células de mamíferos mueren en cultivo después de un cierto número de divisiones. Las células de la piel humana se dividen en cultivo entre 50 y 100 veces. Sin embargo, a veces aparecen células mutantes en cultivo y pueden multiplicarse indefinidamente, formando una línea celular. En 1952, se aisló una línea celular continua de cáncer de cuello uterino conocida como línea HeLa. Estas líneas se almacenan a una temperatura de -70 C; después de descongelarlas, conservan la capacidad de dividirse. El método de cultivo de células vegetales se desarrolló en 1964. Con él, fue posible cultivar una planta de zanahoria entera in vitro a partir de células de raíz.
