مطالعه سلولها

صادق بهداد

گلها، درختان، مردم، حشرات، پرندگان و ... چیزهایی است که همه ما هر روز سر راه خود می‌بینیم. با اینکه هم اینها از سلول ساخته شده اند، به زحمت می‌توان سلولهای آنها را دید.

سلولها خیلی کوچکند. یک سلول جانوری بین 10 تا 20 میکرون قطر دارد، یعنی پنج بار کوچکتر از کوچکترین ذره ای که شما می‌توانید با چشم خود ببینید. همین کوچکی سلول باعث شد تا زمان اختراع میکروسکوپ نوری، هیچ کس نفهمد که همه جانداران از سلول ساخته شده اند.

در سال 1665، رابرت هوک با یک میکروسکوپ نوری به تراشه های نازک چوب پنبه نگاه کرد. او تصویری شبیه شکل زیر دید. او هر یک از این بخشهای کوچک را یک سلول نامید، چون او را به یاد سلول های زندان می‌انداخت. چوب پنبه در واقع تعداد زیادی سلول گیاهی مرده است که فقط جداره آنها باقی مانده است. هوک اولین کسی بود که سلول را دید.
هر چه ابزارها و روش‌ها پیشرفت کرد، تصاویر بهتری به دست آمد.

میکروسکوپ نوری
با میکروسکوپ نوری می‌توان سلول را مشاهده کرد، اما از نور برای بزرگنمایی استفاده می‌شود. اجزایی از سلول کوچکتر از 500 نانومتر باشند به وضوح دیده نمی شوند. با میکروسکوپ می‌توان اندامهای اصلی سلول مانند هسته و میتوکندری را مشاهده کرد. معمولا برای اینکه تصاویر بهتری به دست آید، این اندامها را به مواد رنگی آغشته می‌کنند.
امروز برای مشاهده سلولها، ابتدا آنها را با مواد فلورسنت رنگ می‌کنند و سپس با میکروسکوپ فلورسنت آنها را می‌بینند. با استفاده از این میکروسکپها می‌توان حتی پروتئینها را هم دید.

میکروسکوپ الکترونی
در دهه 1940 اولین میکروسکوپ های الکترونی ساخته شد و دانشمندان توانستند پیچیدگی های درون سلول را به خوبی مشاهده کنند. در این میکروسکوپها به جای نور، از الکترونها استفاده می‌شود. چون طول موج الکترونها کمتر از نور است، تصاویر بزرگنمایی بسیار خوبی دارند و حتی می‌توان ذراتی با ابعاد 0.1 نانومتر را به خوبی دید. اما الکترون قدرت نفوذ خیلی بالایی ندارد و باید نمونه های ریزی با ابعاد 50 تا 100 نانومتر بسازیم. پس آماده کردن نمونه برای این میکروسکوپها کار ساده ای نیست. وضوح بالا آن، این امکان را به ما می‌دهد که تصاویر سه بعدی تهیه کنیم.

با میکروسکوپ الکترونی دو نوع تصویر می‌توان تهیه کرد: SEM و TEM. در SEM الکترونها را پس از انعکاس از سطح شی به یک گیرنده می‌فرستند. این کار در دفعات متعدد و برای لایه های مختلف نمونه انجام می‌شود و سپس با ترکیب این داده ها، یک تصویر سه بعدی به دست می‌آید. در TEM، الکترونها از نمونه عبور می‌کنند و به گیرنده می‌رسند. SEM برای مشاهده سطح اشیاء و TEM برای مشاهده عمق نمونه‌ها به کار می‌رود. در شکل زیر SEM، TEM و یک میکروسکوپ نوری با هم مقایسه شده است.

کریستالوگرافی با اشعه X
برای اینکه بتوانیم اجزای کوچکتر سلول مانند پروتئینها را ببینیم از این روش استفاده کنیم.
اشعه X به کریستالها تابانده می‌شود و پراش پیدا می‌کند. نور پراش پیدا کرده، جمع آوری می‌شود و با استفاده از آن تصویری از آرایش اتمهای مولکول به دست آید.

تولید تصاویر در این روش کار بسیار مشکل و پیچیده ای است. دشوارترین و طولانی ترین مرحله کار، تهیه نمونه هایی کریستالی است که برای این کار مناسب باشند. گاهی کشف ساختار یک پروتئین، چندین ماه طول می‌کشد. با وجود این همه مشکلات، این روش یکی از تکنیکهایی است که اکنون به طور گسترده برای روش کردن ساختمان پروتئینها استفاده می‌شود.