Razvoj i dostignuća citologije

Proučavanjem građe i funkcije ćelije bavi se citologija, jedna od bioloških nauka. Razvoj i sadašnja dostignuća ove nauke ne bi bila moguća da nije otkriven mikroskop, koji se zatim sve više usavršavao do sadašnjih savremenih tipova (elektronski, fazni, minerološki itd.)

Mikroskop

Još je Euklid (300 god. p. n. e.) znao za neka optička svojstva krivih površina, a slično znanje imali su Ptolomej (127-151. naše ere) i Alhazan (početak XI veka). Leonardo da Vinči početkom XVI veka objašnjava značaj upotrebe sočiva pri posmatranju sitnijih predmeta. U međuvremenu, 1590. g, holandski optičar Zaharias Jansen iz Midelburga pronalazi mikroskop što predstavlja svakako jedan od najznačajnihjih, doduše sada već skoro zaboravljenih, događaja. Jansen je otkrio da upotrebom dva dvojno konveksna sočiva, postavljena na određenu daljinu dolazi do povećanja lika. Kombinovao je ta dva sočiva u unutrašnjosti jedne cevi te tako napravio prvi mikroskop (gr. micros = sitan, mali; scopein = gledam). Prvo posmatranje nečeg vidljivog pod mikroskopom obavio je 1625. god. F. Steluti koji je nacrtao glavu pčele uvećanu pet puta.

Kroz vekove se ovaj prvi mikroskop usavršavao, napredovao tako da danas osim optičkog postoje i mikroskopi kao što su elektronski, fazni, polarizacioni, fluorescentni i dr. Tokom XVIII, a naročito početkom XIX veka, izgrađeni su vrlo složeni mikroskopi čija se primena zasniva na korišćenju prirodne ili veštačke svetlosti. Danas klasični mikroskopi mogu da uvećavaju posmatrani objekat i do 1000 puta, a sa nekim pridodatim delovima i više. Glavni princip za konstrukciju elektronskog mikroskopa otkrio je nemački fizičar Hans Buš 1924. god, a prvi mikroskop je napravljen već 1930.g.

Jedan od prvih koji se bavio radom na mikroskopu bio je Anton van Levenhuk (1632-1723), trgovac tekstila iz Holandije. Upotrebljavao je veoma prost mikroskop koji je sam konstruisao i koji je mogao da uveličava predmet do 280 puta. Levenhuk je prvi posmatrao bakterije, kvasce, protozoe (praživotinje) i dr. Svoja zapažanja objavljivao je u Britanskom kraljevskom društvu.

Robert Huk (1635-1703), poznati britanski fizičar, matematičar i arhitekta, jedno vreme se bavio i usavršavanjem mikroskopa. Posmatrao je preseke plute pod mikroskopom i u delu 'Mikrografija' objavljenom 1665.g. objavio rezultate tog posmatranja. Uočio je veliki broj komorica, koje podsećaju na pčelinje saće i koje su odvojene međusobno tankim pregradama. Komorice naziva ćelije (cells) i taj naziv se zadržava i do danas. Treba napomenuti da je Huk, ustvari, naziv dao ćelijama koje su mrtve i od kojih je on video samo zidove.

Ćelijska teorija

Kada je formulisan pojam ćelije počela su istraživanja njenih delova i sadržaja. Tako italijanski profesor medicine Marčelo Malpigi (Marchelo Malpighi)(1628-1694) se usredsređuje na istraživanja ćelijske membrane. Posmatrao je krvne sudove pod mikroskopom i dao teoriju zatvorenog cirkulatornog sistema, tako što je uočio i opisao kapilare.

Prvi podaci detaljnijeg sadržaja ćelije potiču od italijanskog botaničara Bonavenuti Kortija (1720-1813) koji je u ćelijama alge Hara posmatrao strujanje citoplazme (cikolozis). Škotski botaničar Robert Braun 1883. god. prvi opisuje jedro kao sastavni deo ćelije, ali ne govori o njegovim funkcijama. Češki zoolog Johanes Purkinje (1787-1869) prvi uvodi pojam protoplazma, a nemački zoolog Maks Šulc (1825-1884) postavlja svoju protoplazmatičnu doktrinu. Po toj doktrini svaka ćelija je sastavljena od mase protoplazme u kojoj se nalazi jedro.

Nemački botaničar Matijas Šlajden (1804-1881) i zoolog Teodor Švan (1810-1882) 1839. g. postavljaju osnovu tzv. ćelijske teorije, po kojoj su sva tkiva, svi živi organizmi, bili oni biljni ili životinjski, sastavljeni iz ćelija. Ova teorija je osnovno (fundamentalno) otkriće u biologiji.

Za više podataka pogledati Ćelijska teorija

Metode izučavanja i šematizovanje ćelija

Pokušaj da se ćelija šematizuje star je koliko i istorijat o ćeliji. Prvu šematsku sliku ćelije je 1925. g. dao citolog Vilson i na njoj se vidi vrlo uprošćena građa ćelije: citoplazma, okružena membranom, u kojoj se nalaze pored jedra još centrozom i vakuole. Nijedna druga ćelijska organela nije predstavljena iako se do tada znalo za većinu organela. Međutim, za njih se mislilo da su veštačke tvorevine koje nastaju kada se ćelija ne pripremi dobro za bojenje ili se ne oboji dobro. Na ovoj šematizovanoj slici ćelije vidi se da su osnovni delovi jedra bili poznati, kao što su nuklearni ovoj, hromatin i jedarce.

Šematizovana slika dobijena uglavnom posmatranjem ćelije elektronskim mikroskopom, vide se ne samo ćelijske organele već i njihova građa kao i organizacija molekula. Ovo je moguće zahvaljujući uvećanju koje elektronski mikroskop pruža. Samo radi ilustracije može se navesti sledeći podatak: dijametar vodonikovog atoma je 0,106 nm, a pod najboljim elektronskim mikroskopom vide se molekuli od 1 nm. Neophodno je naglasiti da nije samo elektronski mikroskop doprineo ovim saznanjima već i čitav niz drugih metoda, o čemu najbolje govore reči citologa i embriologa Brachet-a (1969) da je znanje o ćelijskim delovima rezultat analitičkog rada. Tako se primenjuju citohemijske (metode bojenja ćelije i njenih struktura), biohemijske (utvrđuju hemijski sastav i funkciju organela), autohistoradiografske (objašnjavaju aktivnost organela ubacivanjem u njih radioaktivnih molekula) i, ne manje važne, metode eksperimenta (određuje se dinamičnost ćelije).

Treća šematska slika o građi ćelije je hipotetički model ćelije citologa Robertsona. Hipoteza govori o tome da sve ćelijske organele međusobno komuniciraju jer su deo istog membranskog sistema koji vodi poreklo od ćelijske membrane. Ćelijska membrana ulazi u unutrašnjost ćelije gde obrazuje membrane ćelijskih organela. Ono što se nalazi izvan membrana endoplazmatičnog retikuluma i oko organela koje imaju membranu ili je nemaju je citoplazma.

Ćelijske organele i strukture

U periodu između 1870. i 1890. postavljene su dve teorije o građi citoplazme:retikularna (mrežasta) teorija i fibrilarna (vlaknasta) teorija prema kojima citoplazma izgrađena od vlakana koja grade mrežu ili isprekidanih vlakana koja se preostiru kroz ćeliju.

Nukleus je prvi otkrio Robert Braun 1835.g. , a Hertwig 1906. kaže da je veličina jedra u uzajamnom odnosu sa zapreminom citoplazme. Unutrašnju građu jedra u vidu mreže prvi su jasnije opisali Bereznev i Colfey 1977. da bi Lebkowski sa saradnicima 1982. g. utvrdili da su za tu mrežu vezani interfazni hromozomi.

Upotrebljavajući kvantitativne citohemijske metode Caspersson 1957. i autohistoradiografsku Seed 1963. su izračunali trajanje pojedinih faza (S; G1, G2) ćelijskog ciklusa. Hartwell i Weirnet 1989. uvode pojam da ćelijski ciklus može biti zaustavljen u bilo kojoj fazi da bi omogućio ćeliji da ispravi greške na genetičkom materijalu.

Heitz 1931. g. govori o ulozi hromozomskih delova, odnosno sekundarnog suženja, pri obrazovanju nukleolusa. McClintok 1934. taj deo naziva organizator nukleolusa. prisustvo histona u nukleolusu je prvi otkrio Kasperson 1950.g. Isti naučnik je još 1940., na osnovu svojih posmatranja, istakao da je nukleolus od životnog značaja za ćeliju jer je primetio da iz njega kreću materije (RNK) ka citoplazmi gde će se izvršti sinteza proteina.

Barovo telašce (polni hromatin) 1949. g. otkrivaju Bar i Berttram u jedrima nervnih ćelija mačke koje je preisutno samo kod ženskog pola. Ovo telašce je priljubljeno uz nukleolus i predstavlja neaktivni X hromozom.

Endoplazmatični retikulum prvi put je otkriven u elektronskoj mikrografiji ćelija u kulturi tkiva od strane Porter-a, Claud-a, Fullam-a 1945.g.

Istraživanja Goldžijevog regiona, počev od njegovog otkrića (1898), teku sledećim redosledom:

• 1960. Palade dokazuje da sekretorni proteini prolaze kroz ovu organelu pre nego što se izbace iz ćelije;
• 1968. Leblond razjašnjava da se u Goldžijevom regionu sekretorni proteini dodatno obrađuju dobijajujći saharide
• od 1970 do 1980 Fleischer, Roseman i Palade otkrivaju da se osim saharida proteinima dodaju i fosfati, sulfati i masne kiseline.

Duve i saradnici 1955.g. uvode pojam lizozoma, iako je pojam ćelijskog varenja 1892-1901.g . uveo veliki ruski mikrobiolog Mečnikov. Već te 1955.g bilo je poznato pet fermenata lizozoma, dok se 1969. g. spisak povećava na trideset da bi 1975. g. dostigao cifru od 40. De Duve 1967. objašnjava načine egzocitoze.

Peroksizomi su otkriveni posle mnogobrojnih radova u periodu od 1960-1969 tako da se ta poslednja godina može smatrati godinom njihovog otkrića. Pre toga su te organele svrstavane u naziv mikrotelašca koji je dao Rhodin 1954. g. Enzimi u peroksizomima su oksidaze i otkrili su ih de Duve, Baydhyin 1966.g i Rolan sa sardnicima 1978.g.

Daniel i Davson 1935.g. daju trilaminarni model građe ćelijske membrane, koji govori o tome da je ona troslojna (dva sloja proteina između kojih je dvosloj lipida) što je već 1936.g . potvrdio Schmidt tehnikom polarizacionog mikroskopa. Elektronska mikroskopija potvrđuje da je ćelijska membrana zaista troslojna. Singer-Lenardov model membrane označen kao tečni mozaički model pokušava da objasni građu na hidrofilnih i hidrofobnih interakcija lipida i proteina.

Literatura

• Šerban, M, Nada: Ćelija - strukture i oblici, ZUNS, Beograd, 2001
• Grozdanović-Radovanović, Jelena: Citologija, ZUNS, Beograd, 2000
• Pantić, R, V: Biologija ćelije, Univerzitet u Beogradu, beograd, 1997
• Diklić, Vukosava, Kosanović, Marija, Dukić, Smiljka, Nikoliš, Jovanka: Biologija sa humanom genetikom, Grafopan, Beograd, 2001
• Petrović, N, Đorđe: Osnovi enzimologije, ZUNS, Beograd, 1998

Snežana Trifunović, dipl. biolog