علوم سلولی و مولکولی

[F E R E S H T E]

من از بدو تولد پیروزمند وقهرمانم، چرا که صد میلیارد اسپرم
موجود در قطره ای کوچک در یک مسابقۀ شنا با تمام قوا به
تعقیب تخمک پرداخته اند و من حاصل لقاح تنها اسپرم برنده با
آن تخمک هستم. بنابراین، من برندۀ مسابقه ای هستم که شانس پیروز
شدن در آن یک به چند میلیارد بوده است.

سلام به دوستای گلم. من میخوام تو این تایپک شما رو بیشتر با سلول آشنا کنم و تا اونجایی که در توانم هست توضیح کاملی در رابطه با زیست شناسی-علوم سلولی و مولکولی رو در اختیارتون قرار بدم. امیدوارم که بدردتون بخوره
در ابتدا می خوام از روش های مطالعه سلول براتون بنویسم...

[F E R E S H T E]

روشهای مطالعه سلول

1-روش میکروسکوپی

2-روش غیر میکروسکوپی

اقسام میکروسکوپ:

الف)نوری که شامل؛ نوری معمولی(زمینه روشن)،زمینه تاریک،فاز متضاد،فرابنفش و پلاریزان میباشد.

ب)الکترونی که شامل؛ TEM (گذاره) ،SEM (نگاره) وHVEM(ولتاژ بالا) می باشد.

[F E R E S H T E]

میکروسکوپ نوری معمولی یا زمینه روشن: برای مطالعه و بررسیهای

متداول سلول ها و بافت ها است. در این میکروسکوپ معمولا بزرگنمایی عدسی شیئی 100 برابر

و بزرگنمایی عدسی چشمی 10 برابر است بنابراین،نمونه را تا 1000 برابر بزرگ میکند. بنابراین

ذره ای که قطر آن µm0.2 است تا mm0.2 بزرگتر شده و به وضوح قابل رویت می شود. بزرگنمایی

بیشتر تأثیری در وضوح جزئیات نداشته و میدان دید(field) را کاهش می دهد.

میکروسکوپ زمینه تاریک(Dark field): اساس ساختمانی این

میکروسکوپ همانند یک میکروسکوپ نوری معمولی است. اختلاف در دیافراگم است که در اینجا

دیافراگم از نوع زمینه تاریک یا هلالی است. هیچ پرتوی که مستقیماَ از جسم بگذرد وارد ابژکتیو

نخواهد شد در حالی که در مورد زمینه روشن صدق نمی کند. در نوع معمولی زمینه خیلی روشن

است و در کار با این نوع میکروسکوپ محیط جسم که محل برخورد پرتوهای مایل و جایگاه پراش

پرتوهاست به خوبی درخشان میشود در حالی که در زمینه تاریک محیط درخشان یک جسم

(معرف شکل جسم) به خوبی دیده میشود. برای مثال: مقایسۀ وضع ستارگان در روز و شب!

(چون زمینه روشن است روزها ستارگان را نمی بینیم.) کاربرد این میکروسکوپ در ریخت شناسی

و برخی حرکات سلولی یا اندامک های سلولی است.

میکروسکوپ فاز متضاد(Phase contrast): هدف از ساختن

میکروسکوپ فاز متضاد،افزایش کنتراست بین سلول ها ومحیط اطراف بود تا بتوان سلون های زنده

را بدون رنگ آمیزی بررسی کرد. این میکروسکوپ دارای دیافراگم حلقوی(Annular) و ابژکتیو فاز

است. نمونه های بیولوژیک رنگ نشده معمولا شفاف اند(به دو دلیل؛1-بخش اعظم آنها از آب

تشکیل شده 2- اتم های اصلی سازنده اش اتم های نسبتا سبکی هستند) و چون همۀ قسمت

های نمونه دارای یک چگالی نوری(Optical density ) هستند مشاهدۀ جزئیات آن مشکل

است،ولی در مطالعه با این میکروسکوپ از یک سیستم عدسی استفاده می شود که از اشیای

شفاف فصاویر قابل رؤیت می سازد. بهر حال، این میکروسکوپ تفاوت های ضریب شکست نور را

به تفاوتهای شدت تبدیل میکند که برای چشم قابل رؤیت هستند. این میکروسکوپ ها این اعمال

را از دو طریق انجام می دهند؛ 1- جداسازی نور مستقیم که وارد ابژکتیو می شود از نور پراش

یافته از نمونه 2- موجب می شوند پرتوهای گذری از این دو منبع با یکدیگر تداخل نمایند.

[F E R E S H T E]

فرابنفش: پرتوهای فرابنفش دارای طول موج کوتاه(250-150

آنگستروم) هستند که با چشم انسان قابل رؤیت نیستند. پرتوهای فرابنفش به دلیل داشتن طول

موج کوتاهتر نسبت به پرتوهای مرئی، توان تفکیک میکروسکوپ را بهبود می بخشند. پرتوهای

فرابنفش به جای لامپ معمولی به کمک لامپ جیوه مخصوصی پس از رسیدن به گرمای مناسب

تأمین می شود. بعلاوه عدسی ها از جنس کوارتز هستند.

پلاریزان: وقتی نور معمولی از درون یک فیلتر پلاریزه

کننده می گذرد در هنگام خروج فقط در یک جهت ارتعاش می یابد. اگر فیلتر دومی بالای

میکروسکوپ اول قرار داده شود، به طوری که محور اصلی آن عمود بر محور فیلتر اول باشد، نوری از

دستگاه عبور نمی کند و یک فضای تیره ایجاد می شود. ولی اگر ساختمان های بافتی حاوی

مولکول های جهت دار( مثل سلولز،کلاژن، میکروتوبول ها و میکروفیلامان ها) بین فیلتر های

پلاریزه کننده و تجزیه کننده قرار داده شوند، ساختمان مولکولی جهت دار تکرار شوندۀ آنها سبب

چرخش محور نور خارج شده از فیلتر پلاریزه کننده می شود. در نتیجه به صورت ساختمانهای

روشنی در یک زمینۀ تیره دیده می شود.میکروسکوپ با نور پلاریزه به طور غیر مستقیم به منظور

برخی تحلیل های فراساختمانی سلول به کار می رود.

[F E R E S H T E]

میکروسکوپ الکترونی:در این میکروسکوپ ها به

جای پرتوهای نوری از امواج الکترونی استفاده می شود، که طول موج آن بسیار کوتاه است، پس

توان تفکیک آن بسیار زیاد است. اولین فرد Brogli که با تحقیقات خود نشان داد که امواج الکترونی

طول موج بسیار کوتاه دارند،سپس Busch با تحقیقات خود نشان داد که یک میدان الکتریکی یا

مغناطیسی مناسب پرتوهای الکترونی را در کانون متمرکز میکند. مثل:(اثر عدسی های شیشه

ای بر پرتوهای نوری) از اینجا تجسم ایجاد میکروسکوپ الکترونی ممکن گردید. روسکا و نول موفق

شدند اولین میکروسکوپهای الکترونی را ابداع کنند. در میکروسکوپ های نوری، با عدسی های

خشک توان تفکیک حدود 2000 آنگستروم و با حالت ایمرسیون 1800 آنگستروم،فرابنفش حدود

600 آنگستروم و در میکروسکوپ های الکترونی از نظر تئوری حدود2-1 آنگستروم است و در عمل

حدود 4-2 آنگستروم.

[F E R E S H T E]

اقسام میکروسکوپ های الکترونی:


1-میکروسکوپ گذاره (TEM=Transmission EM):

اولین نوع میکروسکوپ الکترونی بود که طراحی گردید وپرتوی از الکترون ها را که به وسیلۀ یک

تفنگ الکترونی پرتاب می شود، مورد استفاده قرار می دهد. این پرتوی الکترون ها به وسیلۀ

عدسی های الکترومغناطیسی متراکم کننده بر روی یک نمونۀ نازک، هدایت و متمرکز می شوند.

الکترون ها پس از برخورد به نمونه، بسته به تعداد و تراکم اتم های موجود در نمونه پخش می

شوند. بعضی از الکترون ها از نمونه عبور می کنند و به وسیلۀ عدسی های شیئی

الکترومغناطیسی جمع آوری و متمرکز می شوند تا تصویری از نمونه به سیستم عدسی تصویرگر

برای بزرگ نمایی بیشتر ارسال گردد. با برخورد الکترون ها به صفحۀ فلوئورسنت، تصویر قابل

مشاهده می گردد. تصویر را می توان بر روی فیلم عکاسی ضبط نمود. TEM می تواند ذرات

با قطر 0.001 میکرون را به صورت متمایز نشان دهد.

مشاهدۀ نمونه های زنده به چند دلیل با TEM امکان پذیر نیست:

1-در محل برخورد الکترون ها به نمونه گرمای زیادی تولید می شود.

2-درون لوله خلأ وجود دارد.

3-مراحل تهیه نمونه برای مطالعه با TEM (مثل فیکس کردن، برش گیری و...)هریک خود موجب

مرگ سلول ها می شوند.

[F E R E S H T E]

2-میکروسکوپ نگاره (SEM: Scanning EM):

الکترون های رها شده از سطح جسم که با انرژی کمی منتشر می شوند و الکترون های پراش

یافته در اثر برخورد الکترون های اولیه به جسم به وسیلۀ دتکتور(Detector) یا Collector جذب می

شوند وایجاد نور یا فتون ها را می کنند،این انرژی نورانی در نوعی مُبَدّل تبدیل به جریان الکتریکی

شده و سپس به وسیلۀ تقویت کننده (امپی فایر) تقویت شده، بعد وارد یک یا دو لامپ تلویزیونی

یا کاغذی می شود و تصویر سطح جسم را می سازد. چون الکترون ها پیوسته سطح جارو می

کنند، به این حالت Scanning گویند.

کاربرد این میکروسکوپ بیشتر در مطالعات ریخت شناسی دقیق دانه های گرده، تزئینات سطحی و

آرایش تزئینات سطح نمونه ها(هاگ ها و مانند آنها)، مطالعات ریخت شناسی مریستم ها، اندام

های گل در مراحل مختلف نموشان است.

تفاوت این میکروسکوپ با TEM:


1)از الکترون های پراش یافته از سطح جسم و نیز الکترون هایی که در اثر تابش دسته الکترون

های اولیه وتحریک سطح جسم، از سطح نمونه رها و پرتاب می شوند(الکترون های ثانویه) برای

تشکیل تصویر استفاده می شود.

2)تصویر در TEM بر روی صفحۀ فلورسان تشکیل می شود،در اینجا بر روی صفحۀ تلویزیون

3)این میکروسکوپ با اختلاف پتانسیل کمتری نسبت به TEM کار می کند(30000-10000 ولت).

قدرت تشخیص آن 30-15 آنگستروم است.

[F E R E S H T E]

میکروسوپ الکترونی فشار قوی(HVEM):

این میکروسکوپ با اختلاف پتانسیل بسیار زیاد 4-1 میلیون ولت کار میکند. اساس ساختمان

شبیه میکروسکوپ گذاره است. برتری مهم این میکروسکوپ این است که بوسیلۀ آن می توان فرا

ساختمان سلول های زنده را مشاهده کرد. توان نفوذ الکترون ها که به علت اختلاف پتانسیل ِ

بسیار بالا بین کاتد و آند موجب عبور الکترون ها از نمونه های به ضخامت چندین میکرون می

شود و این وضع امکان مشاهده نمونه های زنده و معرفی حجمی فراساختمان سلول، اندامک ها و

اجزای سلولی را می دهد.

[F E R E S H T E]

برخی از روش های غیر میکروسکوپی:


1-روش شیمی بافتی(Histochemistry) و شیمی سلولی(Cytochemistry)

شامل روش هایی هستند که از آنها برای تعیین موقعیت مواد مختلف در برش های بافتی استفاده می شود. برای دست یابی

به این نوع اطلاعات روش های مختلفی به کار می روند که بیشتر آنها بر اساس واکنش های شیمیائی خاص یا واکنش های

متقابل با تمایل بالا (high-affinity) میان ماکرومولکول ها قرار دارند. در هر دو روش معمولاً ترکیبات نامحلول رنگی یا دارای

کدورت الکترونی (electron-dense) تولید می شوندکه ما را قادر می سازند موقعیت مواد خاص را با استفاده از میکروسکوپ

نوری یا الکترونی تعیین کنیم. با این روش موقعیت یون های مختلفی مثل آهن و فسفات در بافت تعیین شده است ، یا

شناسایی لیپیدها، اسیدهای نوکلئیک، پروتئین ها و پلی ساکاریدها،آنزیم ها(اسید فسفاتاز ها، دئیدروژنازها و پراکسیداز) از

این روشها استفاده می شود. با استفاده از واکنش (feulgen) فولگن(که در صورت وجود DNA رنگ قرمز ایجاد می کند)

میتوان DNA را در هستۀ سلول تشخیص داد و میزان آن را تعیین کرد.


2-ایمونوسیتوشیمی(Immono cytochemistry):ایمونو سیتوشیمی بر مبنای ایجاد پیوند بین

ایمنوگلوبولین ها با موادی است که بتوانند آنها را بامیکروسکوپ قابل رؤیت کنند. در این روش معمولاً از موادی که بتوانند

ایمنوگلوبولین ها را به حالت فلوئورسان درآورند استفاده میشود. غالباً سه روش برای نشاندار

کردن آنتی بادی ها به کار میرود:


1)پیوند با ترکیبات فلوئورسان

2)پیوند با یک آنزیم(پراکسیداز)

3)پیوند با یک الکترون متراکم که در میکروسکوپ الکترونی قابل ردیابی است مثل ذرات طلا

[F E R E S H T E]

3-کشت سلول

تکنیک کشت سلول یا بافت در بیوشیمی؛ بیولوژی مولکولی، فیزیولوژی سلولی، ژنتیک،

جنین شناسی، انگل شناسی ، بافت شناسی و... بکار می رود. معمولی ترین سلول هایی که کشت داده میشوند ،

سلولهای باکتریها و سلول های بافتهای پستانداران هستند. برای کشت سلول باید اول محیط کشت مناسب آن نوع سلول

خاص تهیه گردد که در آن عوامل منبع انرژی سلولها، امواج، عوامل رشد، اسیدیته(pH) مناسب و حرارت مورد توجه می گیرند.

این روش تجزیه و تحلیل مستقیم رفتار سلولی را ممکن می سازد. برای این کار سلولها و بافت ها در محیط های سنتتیک با

ترکیب شیمیایی خاصی که معمولاً به آنها فاکتورهای رشد، هورمونها،ترکیبات سربی اضافه می شود رشد داده می شود. این

روش برای مطالعۀ متابولیسم سلول های طبیعی وسرطانی مورد استفاده قرار گرفته. در تحقیقات سیتوژنتیک کشت های

بافتی، مطالعۀ میتوزها وکروموزوم ها را در سلول های انسانی میسر می سازد.