Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Иваницкий Г.Р. -> "Математическая биофизика клетки" -> 5

Математическая биофизика клетки - Иваницкий Г.Р.

Иваницкий Г.Р., Кринский В.И., Сельков Е.Е. Математическая биофизика клетки — Наука, 1978. — 312 c.
Скачать (прямая ссылка): matematicheskayabio1978.djvu
Предыдущая << 1 .. 2 3 4 < 5 > 6 7 8 9 10 11 .. 121 >> Следующая

В части 4 представлены работы, которые иллюстрируют различные области применения новых методов исследования пространственной организации клеточных структур:
трехмерную реконструкцию по электронно-микроскопическим снимкам биологических структур, обладающих определенными видами симметрии (на примере реконструкции хвоста фага);
голографический синтез объемных биологических объектов по их ракурсным снимкам, полученным в режиме вторичных электронов (на примере восстановления поверхностного рельефа мембраны нейрона);
моделирование гипотетической молекулярной структуры объекта путем расчета плоского изображения и сопоставления с истинным электронномикроскопическим изображением (на примере изучения структуры лейцинаминопептидазы);
машинное исследование изображений клеточных структур, наблюдаемых в оптический микроскоп, путем их сканирования с помощью телевизионных автоматов (на примере определения геометрических параметров глиальных клеток и метафазных хромосом);
восстановление первичной структуры биополимеров по набору их фрагментов (на примере анализа первичной последовательности РНК).
В просвечивающем электронном микроскопе имеют дело с проекциями клеточных структур. В световой микроскопии в зависимости от глубины резкости объектива наблюдают либо сечение клетки, либо ее проекцию на плоскость. Проекции и сечения биологических структур описываются двумерными функциями оптической плотности.
Дальнейший путь исследования может состоять либо в том, что ограничиваются плоскими представлениями о пространственной структуре, либо определяются некоторые количественные характеристики трехмерной структуры по имеющемуся в наличии набору плоских картин.
Иной подход состоит в том, чтобы, набрав достаточное количество плоских представлений объемной клеточной структуры, построить ее пространственную модель (аналогично тому, как на основе трех ортогональных проекций детали конструктор воссоздает ее пространственную форму).
Если объект симметричен, то для его моделирования в ряде случаев достаточно одной проекции. Например, при исследовании спиральных структур (таких, как волокна биополимеров или чехлы бактериофагов) можно избежать трудоемких операций съемки объекта в разных ориентациях в электронной микроскопии. Модель структуры чехла бактериофага, реконструированная таким методом, рассмотрена в разделе 9.3. Следует заметить, что организация отростка бактериофага, являющегося простейшей структурой, способной к сокращению, представляет исключительный интерес.
Возможны и другие применения этих методов. Часто бывает достаточно найти внешнюю форму структуры, например поверхность клетки, рельеф этой поверхности. Изменение внешней мембраны клеток отражает как метаболические процессы, происходя-
щие внутри клеток, так и характер контакта между клетками. Рельеф клетки сравнительно легко поддается наблюдению. Прогресс этих исследований стал заметен с распространением растровых электронных микроскопов, работающих на отражение во вторичных электронах. Однако, несмотря на заметный «эффект объемности», возникающий при рассмотрении изображений, полученных в растровом электронном микроскопе, количественная оценка размеров деталей рельефа затруднительна. Связано это с отсутствием параллакса в рассматриваемом изображении.
Здесь оказались полезными методы голографии, которые позволили объединить на одной голограмме информацию о различных ракурсах объекта. Эта информация содержится в наборе снимков, сделанных в растровом электронном микроскопе под различными углами.
Изображение, восстановленное с голограммы, отражает особенности поверхности клетки, так как объект выглядит объемным. Такой метод позволяет перенести изображение клетки размерного диапазона электронного микроскопа в размерный диапазон обычных оптических наблюдений, где возможны прямые измерения ее рельефа с помощью светящихся меток, сопряженных с измерительными механизмами. Этот метод рассмотрен в разделе 9.4.
При исследовании трехмерных клеточных структур по их сечениям и проекциям исследователь обычно сталкивается с проблемой некорректности обратных задач, т. е. задач, которые решаются в обратном порядке причинно-следственных отношений (по следствию необходимо выяснить причину). Почти все научные исследования — это решение обратных задач; наблюдается эффект, производимый изучаемой системой (следствие), а восстанавливается ее строение (причина).
Такие задачи часто не имеют решения. Иногда решение можно найти, но из-за неоднородности структуры возникает его неоднозначность, т. е. необходимая информация имеется, но ее недостаточно. Наконец, возможен третий случай: если удалось измерить интенсивность, поляризацию и фазу световых волн, рассеянных структурой клетки по отношению к падающему свету, как функцию углов рассеяния, то согласно формальной постановке обратной задачи этой информации, в принципе, достаточно для получения количественного описания микроструктуры объекта. Однако вычислительная схема подобных задач очень чувствительна к небольшим ошибкам регистрируемых данных. Если интегральные значения измеряются с ошибкой (а при измерениях погрешность всегда существует), то вычисляемая подынтегральная функция может сильно отличаться от истинного значения.
Предыдущая << 1 .. 2 3 4 < 5 > 6 7 8 9 10 11 .. 121 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed