ΤΟ 3 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΕΡΙΛΑΜΒΑΝΕΙ

Transcript

1 ΤΟ 3 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΕΡΙΛΑΜΒΑΝΕΙ ΠΩΣ ΕΠΙΝΟΗΘΗΚΑΝ ΠΩΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΟΥΝ ΚΑΙ ΤΙ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΕΧΟΥΝ Τα διάφορα όργανα, Οι Τεχνικές και Οι Μέθοδοι Που χρησιμοποιούνται Στη σύγχρονη Κυτταρική Βιολογία ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Α_ , Μαργαρίτης

2 Θα δώσουμε έμφαση στη Μορφολογική ανάλυση: Φωτονική μικροσκοπία (Φωτεινού πεδίου, Σκοτεινού πεδίου, Αντίθεσης φάσεων, Φθορισμού, Συμβολής, Συνεστιακής laser) Ηλεκτρονική μικροσκοπία (Διέλευσης, Σάρωσης, Υψηλής τάσης) ΜΟΝΑΔΕΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΔΙΑΣΤΑΣΕΩΝ 1 mm = μm (μικρόμετρα ή μικρά) 1 μm = nm (νανόμετρα) 1 nm = 10 A (angstrom) ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Α_2012, Μαργαρίτης

3 ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΠΗΓΗ ΖΩΗΣ λ Μήκος κύματος λ ΒΙΟΛ. ΚΥΤΤΑΡΟΥ, ΑΣΚΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΥ_2014 Λ.Χ. Μαργαρίτης 8

4 ΠΡΙΝ 4,5 ΔΙΣ. ΧΡΟΝΙΑ?

5 ΟΡΑΣΗ ΔΙΑ ΓΥΜΝΟΥ ΟΡΦΑΛΜΟΥ ΤΟ ΜΟΝΑΔΙΚΟ ΟΡΓΑΝΟ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗΣ ΓΙΑ ΧΙΛΙΑΔΕΣ ΧΡΟΝΙΑ ΜΕ «ΔΙΑΚΡΙΤΙΚΟ ΟΡΙΟ»? ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Α_2012, Μαργαρίτης

6 ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Α_2012, Μαργαρίτης

7 ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Α_2012, Μαργαρίτης

8

9 ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΔΙΑΚΡΙΤΙΚΟΥ ΟΡΙΟΥ ΜΕ ΒΟΗΘΗΤΙΚΑ ΜΕΣΑ? ΝΑΙ ΜΕ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΠΟΥ ΠΡΟΚΑΛΟΥΝ ΔΙΑΘΛΑΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΟΥΝ ΌΠΩΣ Ο ΦΑΚΟΣ ΤΟΥ ΟΦΘΑΛΜΟΥ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Α_2012, Μαργαρίτης

10 ΠΩΣ Ο ΑΝΘΡΩΠΟΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΕ ΟΜΟΙΩΜΑ ΤΟΥ ΦΑΚΟΥ ΠΟΥ ΕΧΕΙ ΣΤΟ ΜΑΤΙ ΤΟΥ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Α_2012, Μαργαρίτης

11 1295 Κρύσταλλοι ανάγνωσης Από το 2600 π.χ Αιγύπτιοι, Αρχαίοι έλληνες, Ρωμαίοι: χρησιμοποιούσαν διαυγή ορυκτά για μεγέθυνση ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Α_2012, Μαργαρίτης

12 1310 Γυαλιά οράσεως Bernard de Gordon Alessandro della Spina ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Α_2012, Μαργαρίτης

13 3-9Χ? Το πρώτο μικροσκόπιο 1595 Με δύο φακούς, αμφίκυρτο και επιπεδόκυρτο * ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Α_2012, Μαργαρίτης

14 Robert Hooke ( ) 20X * * *

15 Antoni van Leeuwenhoek ( ) Μονόφακο μικροσκόπιο 300 x (!) Διάμετρος φακού 3 mm, Διακριτικό όριο 200 μ / 300 x = ~1μ (!!!) * * * * * *

16 ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Α_ , Μαργαρίτης Ανακάλυψη σπερματοζωαρίων

17 Ανακάλυψη των βακτηρίων

18

19

20

21 Giovanni Amici ( ) Ιταλός, αρχιτέκτονας, μηχανικός, αστρονόμος, μικροσκοπιστής και βοτανικός. Καθηγητής μαθηματικών στο Πανεπιστήμιο της Modena και διευθυντής του Αστεροσκοπείου στη Φλωρεντία. Κατασκεύασε βελτιωμένο μικροσκόπιο με αχρωματικούς φακούς. Το 1827 σύμφωνα και με τη θεωρία του Euler και αντίθετα από ότι υποστήριζε ο Newton στη σωματιδιακή θεωρία του για το φως, επινόησε τον καταδυτικό φακό και έκανε πλήθος παρατηρήσεων βιολογικού περιεχομένου. ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Α_ , Μαργαρίτης

22

23 ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Α_ , Μαργαρίτης

24 Ernst Abbe ( ) Γερμανός καθηγητής μαθηματικών και φυσικής, διευθυντής του Αστεροσκοπείου στη Jena. Το 1866 εισήλθε στην εταιρία Zeiss συνεργαζόμενος στενά με τον Ernst Zeiss. Διατύπωσε τη θεωρία του περί διακριτικού ορίου και μήκους κύματος το 1873 και καθιέρωσε την αντίληψη της διαφοράς μεταξύ μεγέθυνσης και διακριτικού ορίου και ότι αυτό καθορίζει τη μέγιστη ωφέλιμη μεγέθυνση ενός μικροσκοπίου. Μέχρι τότε η κατασκευή των μικροσκοπίων ήταν εμπειρική. Εγινε συνεταίρος της εταιρίας το 1876 και μετά το θάνατο του Zeiss το 1888 ανέλαβε τη διεύθυνση της εταιρίας κάνοντάς την Ίδρυμα και βελτιώνοντας τις συνθήκες εργασίας των εργαζομένων σε αυτή. Το 1900 προσέλαβε τον Köhler στη Zeiss αλλά η πολύ γόνιμη συνεργασία τους κράτησε μόνο 5 χρόνια λόγω του αιφνίδιου θανάτου του. Ο Köhler συνέχισε να εργάζεται στη Zeiss για τα επόμενα 40 χρόνια.

25 ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Β_2012, Μαργαρίτης ΤΟ ΣΥΓΧΡΟΝΟ ΦΩΤΟΝΙΚΟ (ΟΠΤΙΚΟ) ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟ

26 ΘΕΩΡΙΑ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΟΠΤΙΚΗΣ ERNST ABBE Διακριτικό όριο (δ) λ δ = 0,61 nημφ/2 ΑΡΑ, ΑΝ λ=550nm, n=1,4 KAI Φ = 180 Ο ΤΟΤΕ δ=0,61χ550/1,4χ1 =240 nm Φ δ= ~ λ/2 ΑΦ Π ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Α_2012, Μαργαρίτης λ ορατής ακτινοβολίας = nm ( A)

27 August Köhler ( ) Γερμανός θεωρητικός φυσικός ο οποίος το 1893 όταν ήταν βοηθός του καθηγητή Spengel στο Ινστιτούτο Ζωολογίας του Πανεπιστημίου του Geissen, διατύπωσε τη θεωρία του για το γνωστό «φωτισμό Köhler» κατά την παρατήρηση και φωτογράφηση σε φωτονικό μικροσκόπιο. Με τον τρόπο αυτό έγινε δυνατή η επίτευξη του θεωρητικού διακριτικού ορίου των 0,2 μm. Μετά τη λήψη του διδακτορικού του, και πριν η θεωρία του τύχει ευρείας κυκλοφορίας (είχε δημοσιευτεί μόνο στη γερμανική γλώσσα) εργάσθηκε σε Δημοτικό σχολείο ως δάσκαλος. Το 1900 προσκλήθηκε από τον Abbe στην Εταιρία Zeiss, όπου παρέμεινε για τα 45 επόμενα χρόνια(!). Εκεί ο Kohler έκαμε πολλές βελτιώσεις και επεκτάσεις μικροσκοπίων, εισήγαγε το υπεριώδες μικροσκόπιο, επινόησε το σύστημα «parfocal» ώστε όλοι οι αντικειμενικοί φακοί να εστιάζουν με την αλλαγή τους χωρίς μετακίνηση της εστίασης κ.λπ. Η κλασική εργασία του μεταφράστηκε στην αγγλική γλώσσα μόλις το 1994(!) από τη Royal Society του Λονδίνου Ζeiss Abbe Kohler 1950 ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Α_ , Μαργαρίτης

28 Frits Zernike ( ) Γερμανός φυσικός γεννημένος στην Ολλανδία. Καθηγητής μαθηματικής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ από το Εκεί διατηρούσε εργαστήριο οπτικής και αξιοποιώντας τις θεωρίες του Abbe και μελετώντας το φαινόμενο της περίθλασης του φωτός επινόησε και κατασκεύασε το «μικροσκόπιο αντίθεσης φάσεων» που επιτρέπει την παρατήρηση ζωντανών κυττάρων χωρίς χρώσεις. Το μικροσκόπιο κατασκευάστηκε στην τελική του μορφή από το γερμανικό κράτος κατά τη διάρκεια του πολέμου, το 1941, αφού η εταιρία Zeiss υπήρξε απρόθυμη να προωθήσει την εφεύρεση. Όπως αναφέρει ο ίδιος κατά την απονομή του βραβείου Νομπέλ το 1953, όταν επισκέφθηκε τη Zeiss το 1932, του είπαν πως «αν είχε αξία μια τέτοια διάταξη θα την είχαμε εφεύρει εμείς». Ο Zernike ασχολήθηκε επίσης με μαθηματικά και με αστρονομία, ενώ οι ιδέες του για τη διαφορική συμβολή αξιοποιήθηκαν τα επόμενα χρόνια από τον Nomarski.

29

30 ΠΑΡΑΛΛΑΓΕΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΝΙΚΟΥ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟΥ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟ ΑΝΤΙΘΕΣΗΣ ΦΑΣΕΩΝ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Β_2012, Μαργαρίτης

31 Με το μικροσκόπιο Αντίθεσης φάσεων μπορούν να παρατηρηθούν Ζωντανά κύτταρα, χωρίς χρώση (βραβείο Nobel 1953, Zernike) Μετατρέπει τις (αόρατες) μεταβολές φάσης που οφείλονται στο διαφορετικό δείκτη διάθλασης των συστατικών των κυττάρων ΣΕ ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΕΝΤΑΣΗΣ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Β_2012, Μαργαρίτης

32

33

34 ΠΥΡΗΝΑΣ Κανονική παρατήρηση Χωρίς χρώση Το ίδιο κύτταρο με Αντίθεση Φάσεων ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Α_ , Μαργαρίτης

35

36 ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ ΜΙΚΡΟΣΩΛΗΝΙΣΚΩΝ ΜΕ ΑΝΟΣΟΦΘΟΡΙΣΜΟ

37 Βιολογία Κυττάρου Κεφ 1α-2011, Λ.Χ.Μαργαρίτης

38 Βιολογία Κυττάρου Κεφ 1α-2011, Λ.Χ.Μαργαρίτης

39 Βιολογία Κυττάρου Κεφ 1α-2011, Λ.Χ.Μαργαρίτης 2 μικρόμετρα

40 ΜΕΧΡΙ ΤΗ ΔΕΚΑΕΤΙΑ ΤΟΥ 1940 ΤΟ ΔΙΑΚΡΙΤΙΚΟ ΟΡΙΟ ΚΆΘΕ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗΣ ΠΕΡΙΟΡΙΖΟΤΑΝ ΣΤΟ ΜΕΓΕΘΟΣ ΤΩΝ 240nm ΔΗΛΑΔΗ ΟΣΟ ΕΊΝΑΙ ΤΟ ΜΕΓΕΘΟΣ ΕΝΌΣ ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΟΥ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Β_2012, Μαργαρίτης

41 ΌΛΑ ΤΑ ΑΛΛΑ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΠΟΥ ΞΕΡΟΥΜΕ ΣΗΜΕΡΑ ΗΤΑΝ ΑΟΡΑΤΑ ΜΙΚΡΟΙΝΙΔΙΑ ΜΙΚΡΟΩΛΗΝΙΣΚΟΙ DNA ΜΕΜΒΡΑΝΕΣ ΡΙΒΟΣΩΜΑΤΑ ΕΥΧΡΩΜΑΤΙΝΗ, ΕΤΕΡΟΧΡΩΜΑΤΙΝΗ ΥΠΟΔΟΧΕΙΣ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Β_2012, Μαργαρίτης

42 ΟΡΟΣΙΜΟ ΥΠΗΡΞΕ Η ΑΝΑΚΑΛΥΨΗ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟΥ, 1897 Η ΘΕΩΡΙΑ ΤΗΣ ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ, 1920 Η ΕΞΙΣΩΣΗ Ε=hv = 1/2mv 2 H ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΟΠΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΦΑΚΩΝ, 1930 ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Β_2012, Μαργαρίτης

43 Αρχή λειτουργίας ΗΜ E=eV=h v = 1/2 mv 2 λ=v/ v = 150/V Χ φωτόνια ΒΙΟΛ. ΚΥΤΤΑΡΟΥ, ΑΣΚΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΥ_2014, Λ.Χ. Μαργαρίτης 48

44 ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟΙ ΦΑΚΟΙ 49

45 ΕΠΙΝΟΗΣΗ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΥ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟΥ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Β_2012, Μαργαρίτης

46 ΑΚΟΛΟΥΘΗΣΕ ΡΑΓΔΑΙΑ ΕΞΕΛΙΞΗ Video1 video 2 ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Β_2012, Μαργαρίτης

47 ΕΙΚΟΝΕΣ ΛΕΠΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΤΙΚΩΝ ΕΚΑΝΑΝ ΤΟ ΓΥΡΟ ΤΟΥ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟΥ ΚΟΣΜΟΥ ΑΝ ΚΑΙ ΟΙ ΕΠΟΧΕΣ ΗΤΑΝ ΠΟΛΎ ΔΥΣΚΟΛΕΣ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Β_2012, Μαργαρίτης

48 Τεσσερις απο τους 210 κυτταρικούς τύπους που διαθέτει το ανθρώπινο σώμα ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3d_2012, Μαργαρίτης

49 ΒΑΚΤΗΡΙΟΦΑΓΟΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3d_2012, Μαργαρίτης

50 Η ΜΕΘΟΔΟΣ ΤΗΣ ΣΚΙΑΣΗΣ Χρησιμοποιείται Κυρίως για την Παρατήρηση βιομορίων DNA βακτηριοφάγου ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3d_2012, Μαργαρίτης

51 ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3d_2012, Μαργαρίτης ΛΑΧΝΕΣ ΛΕΠΤΟΥ ΕΝΤΕΡΟΥ

52 ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3d_2012, Μαργαρίτης

53 ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3d_2012, Μαργαρίτης ΒΛΕΦΑΡΙΔΕΣ ΣΤΗΝ ΤΡΑΧΕΙΑ

54 ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3d_2012, Μαργαρίτης

55 ΟΙ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΣΗΜΕΡΑ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ, ΚΕΦ. 3Α_2012, Μαργαρίτης