биология. Навчально-методичний посібник 2022-2023 (1). Навчальнометодичний посібник для студентів фармацевтичних факультетів спеціальності Фармація, промислова фармація
 Скачать 2.45 Mb.
|
|
ЦИКЛ КЛІТИНИ. МІТОЗ 2. Актуальність теми. Розмноження – одне з основних властивостей живого. З розмноженням клітин (проліферацією), пов’язані ріст і поновлення багатьох структур багатоклітинного організму. Розмноження клітин шляхом мітозу утворює дві генетично ідентичні клітини. Керування поділом клітин, вивчення впливу на нього різних факторів (типу тканини, фізіологічного стану організму, зовнішніх факторів) має велике практичне значення у фармації. 3. Мета заняття. Вивчити будову хромосом, методи вивчення каріотипу людини та принципи класифікації хромосом. Ознайомитися з життєвим циклом клітин. Вміти аналізувати зміни клітин та їх структур під час життєвого циклу та значення порушення мітозу. 4. Завдання для самостійної праці під час підготовки та проведення заняття. 4.1. Теоретичні питання до заняття: 1. Рівні упакування генетичного матеріалу. 2. Каріотип людини. Правила хромосом. 3. Організація клітини у часі. Клітинний цикл. 4. Мітоз, фази мітозу, характеристика. 5. Біологічне значення мітозу. 6. Поняття про мітотичну активність тканин. Фактори, які впливають на мітотичну активність. 7. Амітоз. Порушення мітозу. Хроматин клітини може знаходитись на декількох рівнях організації або упакування. 33 Нуклеосомний. Тонка нитка нуклеопротеїду складається з нуклеосом. Нуклеосома – це частина, що містить диски з 8 молекул білків- гістонів (Н 2В , Н 2А , Н 3 , Н 4 ), на яку накручується ділянка ДНК, що складається з 140 пар нуклеотидів. Вона робить 2 оберти навколо нуклеосоми і вкорочується приблизно в 7 разів. ДНК має негативний заряд, а нуклеосома –позитивний, що забезпечує міцний зв'язок між ними. Між нуклеосомами знаходиться ДНК, довжиною в 60-100 пар нуклеотидів. Нуклеомерний. Відбувається подальше вкорочення ДНК за рахунок зближення 8-10 нуклеосом, завдяки дії ще одного гістонового білка Н 1 Утворюються нуклеомери. Довжина ДНК зменшується в 6-10 разів. Хромомерний (хромонемний, петлеподібний). Нуклеомери збираються в групи, утворюючи хромомери. Довжина ДНК зменшується в 10-30 разів та утворюються хромонеми. Метафазний. Щільно упакована хромонема у вигляді дисків утворює метафазну хроматиду. Загалом довжина ДНК зменшується в 10 тисяч разів. Кожна хромосома складається з двох хроматид, які з’єднані між собою первинною перетяжкою (центромерою). Вона поділяє хромосому на 2 плеча. На центромері розташовуються спеціальні білки, що утворюють кінетохори, до яких під час поділу клітини прикріплюються нитки веретена. Кінці плечей називаються теломерами. Вони не дозволяють з’єднатися хромосомам між собою. Центромера може мати різне розташування, від цього залежить форма хромосом. Розрізняють: • Метацентричні –мають рівні чи майже рівні плечі; • Субметацентричні –мають плечі різної довжини; • Акроцентричні – мають паличкоподібну форму, з дуже коротким другим плечем. Маленькі плечі часто мають вторинну перетяжку. • Телоцентричні – мають тільки одне плече з центромерою на кінці (патологічні). Деякі хромосоми мають вторинні перетяжки, які відокремлюють ділянки хромосом (супутники). Такі хромосоми називають ядерцевими організаторами. Хромосомні набори еукаріот підлягають таким правилам: 1. Правило постійності кількості хромосом (число хромосом та характерні особливості їх будови – видова ознака). 2. Правило парності хромосом(хромосоми, які відносяться до одної пари, називаються гомологічними: вони мають однаковий розмір і будову). 3. Правило індивідуальності хромосом (кожна пара характеризується 34 своїми особливостями). 4. Правило неперервності хромосом (хромосоми, здатні до авторепродукції під час поділу клітини). В ядрах клітин тіла (соматичних клітинах) міститься повний, подвійний набір хромосом. Такий набір називається диплоїдним і позначається 2n. В ядрах статевих клітин з кожної пари гомологічних хромосом присутня лише одна. Такий набір називається гаплоїдним і позначається n. Диплоїдний набір хромосом клітини, який характеризується їх числом, розмірами та формою, називається каріотипом. Ідіограма – це систематизований каріотип, коли хромосоми розташовуються у порядку зменшення їх довжини. Нормальний каріотип людини – 46 хромосом або 23 пари. З них 22 пари – хромосоми однакові у чоловіків і жінок (аутосоми) і одна пара – статеві хромосоми (гетерохромосоми). У жіночому організмі – ХХ, а у чоловічому – ХУ Рис.10. Ідіограми жінки та чоловіка Життєвий цикл клітини – це період онтогенезу від народження клітини (ділення) до загибелі або наступного поділу. Клітинний (мітотичний) цикл – це період життя клітини від одного поділу до другого. Цей цикл складається з трьох головних стадій: • Інтерфаза • Мітоз (каріокінез) • Цитокінез. Інтерфаза– це період між поділами клітини. Він включає три етапи: 1) Пресинтетичний (G 1 ) – відбувається синтез РНК і структурних 35 білків. За їх рахунок відновлюються та диференціюються органоїди клітини після мітозу. Клітина росте. Хромосоми складаються з однієї хроматиди. Набір генетичного матеріалу 2n2c, де n – кількість хромосом, с – кількість ДНК. 2) Синтетичний (S) – відбувається редуплікація ДНК, синтез ядерних білків (гістонів). Тепер кожна хромосома складається з двох хроматид, 2n4c. 3) Постсинтетичний (G 2 ) – йде синтез АТФ, РНК, білків веретена поділу. Діляться мітохондрії та хлоропласти. Центріолі подвоюються, починає утворюватись веретено поділу. Генетичний матеріал – 2n4c. Мітоз складається з 4-х фаз: 4) Профаза – хромосоми скручуються, вкорочуються, потовщуються. Хроматиди відштовхуються і поєднані лише в області центромери. Ядерця та ядерна мембрана руйнуються. Хромосоми потрапляють у цитоплазму. В цей же час центріолі розходяться до полюсів клітини. Навколо кожної центріолі утворюється веретено поділу (зірка). В клітинах вищих рослин немає центріолей. Веретено поділу будується від полюсів клітини. Генетичний матеріал – 2n4c. 1) Метафаза – хромосоми прикріплюються своїми центромерами до ниток веретена поділу. Вони вишиковуються на екваторі в одну лінію, їх добре видно і в них Х-подібна форма, 2n4c. 2) Анафаза – кожна центромера розщеплюється на дві, хроматиди відходять одна від одної. Нитки веретена поділу розтягують дочірні хромосоми до протилежних полюсів, 4n4c. 3) Телофаза – хромосоми деспіралізуються, подовжуються та їх вже не видно. Нитки веретена руйнуються. У кожного полюсу навколо хромосом утворюється ядерна оболонка, з'являється ядерце, 2n2c. Телофаза завершується цитокінезом. Рис.11. Схема мітозу 36 Цитокінез – це поділ цитоплазми між двома дочірніми клітинами. Набір генетичного матеріалу в кожній клітині – 2n2c. Поділ цитоплазми у клітинах тварин відбувається шляхом втинання мембрани від периферії до центру. У рослинних клітинах поділ цитоплазми розпочинається з середини материнської клітини (вгинанню з боків заважає клітинна стінка). Клітинна мембрана утворюється з дрібних пухирців ендоплазматичної сітки, а потім кожна клітина будує свою клітинну стінку. Значення мітозу: 1) Генетична стабільність. В результаті мітозу утворюються дві дочірні клітини, які містять стільки ж хромосом, скільки їх було в батьківській клітині. 2) Ріст. У результаті мітозів кількість клітин в організмі збільшується. 3) Лежить в основі нестатевого розмноження, регенерації та заміщення клітин. У складних багатоклітинних організмах рослин і тварин клітини окремих органів і тканин характеризуються різною мітотичною активністю. Дослідження клітинного поділу засобами радіоавтографії дало можливість розділити всі тканини на три категорії клітинних комплексів: • стабільні – практично не діляться (нервові тканини); • що ростуть – частина клітин здатна до мітозу (м'язи); • що оновлюються – всі клітини діляться. Кількість знов утворених клітин дорівнює кількості відмерлих (епітелій шкіри). Мітотична активність залежить від виду тканини та її функції, віку та стадії розвитку організму. Амітоз або прямий поділ клітин відбувається шляхом поділу ядра перетяжкою без утворення веретена поділу. Характерний для клітин із зниженою мітотичною активністю (клітини, що старіють або патологічні). Під час амітозу зберігається інтерфазний стан ядра, добре видно ядерце і ядерну оболонку. Реплікація ДНК відсутня. Спадковий матеріал розподіляється випадково. Ендомітоз – збільшення кількості хромосом. Виникає в результаті того, що після поділу хромосом, поділ ядра не відбувається. Так утворюються поліплоїдні ядра. При ендомітозі клітини продовжують свою життєдіяльність. Так , наприклад, утворюються двоядерні клітини печінки людини. Політенія – збільшення кількості хромонем. Утворюються гігантські хромосоми (виявлені у слинних залозах личинок двокрилих). Порушення мітозу призводять до утворення клітин з різними 37 каріотипами. Порушення будови веретена поділу призводить до некратного збільшення або зменшення числа хромосом у соматичних клітинах. Це викликає різні захворювання. 4.2. Матеріали для самоконтролю: 1. Який вид хроматину є функціонально активним в інтерфазній клітині? A. Факультативний гетерохроматин B. Конститутивний гетерохроматин C. Еухроматин D. У-хроматин E. Х-хроматин 2. На якій стадії клітинного циклу гомологічні хромосоми досягають полюсів клітини, деконденсуються, навколо них формується ядерна оболонка, відновлюється ядерце? A. Профаза B. Метафаза C. Телофаза D. Прометафаза E. Анафаза 3. Ділянки хромосом, до яких приєднуються нитки веретена поділу, називають: A. Плече B. Теломера C. Кінетохор D. Вторинна перетяжка E. Супутник 4. Яка кількість хромосом у каріотипі жінки? A. 23 B. 46 C. 24 D. 48 E. 92 5. У культурі клітин злоякісної пухлини спостерігали поділ клітин, при якому ядро поділилося шляхом утворення перетяжки без утворення ахроматинового апарату. Такий поділ називається: A. Політенія B. Мейоз C. Мітоз D. Ендомітоз E. Амітоз 6. У який період мітотичного циклу відбувається подвоєння ДНК? A. Інтерфаза B. Телофаза C. Профаза D. Метафаза E. Анафаза 7. До якого типу клітин за здатністю до поділу відносяться клітини печінки? A. Стабільні B. Генеративні C. Що ростуть D. Що оновлюються E. Соматичні 8. Який набір генетичного матеріла на стадії анафази мітозу? A. nc 38 B. 2n2c C. n2c D. 2n4c E. 4n4c 9. Як називається фаза мітотичного циклу, на якій вивчають каріотип людини? A. Інтерфаза B. Анафаза C. Цитокінез D. Телофаза E. Метафаза 10. На якій стадії мітотичного циклу хромосоми розходяться до полюсів клітини? A. Анафаза B. Телофаза C. Інтерфаза D. Метафаза E. Профаза Протокол практичного заняття Дата_________ Робота №1. Рівні пакування генетичного матеріалу. Визначте правильну послідовність пакування генетичного матеріалу, починаючи із молекули ДНК (позначте цифрами). Дайте назву рівням організації хроматину. 1._______________________________________________________________ 2._______________________________________________________________ 3._______________________________________________________________ 4._______________________________________________________________ 5._______________________________________________________________ Робота №2. Будова та типи хромосом людини. Вивчіть за мікрофотографією метафазної пластинки з культури лімфоцитів типи хромосом людини. Знайдіть всі типи, Зарисуйте в альбом протоколів по одній хромосомі, мета-, субмета- та акроцентричну зі супутником. На одній хромосомі позначте центромеру, плечі, вторинну перетяжку, супутник. 39 Робота №3. Мітотичний цикл клітини. Вивчіть за таблицею схему мітотичного циклу диплоїдної клітини (2n). Знайдіть та зарисуйте стадії інтерфази, про-, мета-, ана-, телофази, вказавши назву періоду, кількість хромосом і ДНК. Зверніть увагу на хромосоми на стадії метафази. Дата і підпис викладача__________________________________________ Питання для обговорення: 1. Під час порушення мітозу у клітині (культура тканини людини) хроматиди однієї із хромосом не розійшлися у дочірні ядра, а попали в одне ядро. Скільки хромосом буде в ядрах дочірніх клітин? 2. У ядрі соматичної клітини людини 46 хромосом. Скільки хромосом буде в клітині на стадії завершення телофази мітозу? Чи зміниться маса ДНК і обсяг генетичної інформації? 3. У ядрі клітини шкіри людини 46 хромосом. Скільки хромосом буде в клітині на стадії анафази мітозу? 40 Терміни для запам’ятовування: Рівні організації хроматину, центромера, кінетохор, теломера, супутник, каріотип, ідіограма, аутосоми, гетерохромосоми, життєвий цикл клітини, мітотичний цикл, інтерфаза, мітоз, цитокінез, амітоз, ендомітоз, політенія. ЗАНЯТТЯ №5. 1. ТЕМА: РОЗМНОЖЕННЯ – УНІВЕРСАЛЬНА ВЛАСТИВІСТЬ ЖИВОГО. БІОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ РЕПРОДУКЦІЇ ЛЮДИНИ. ГАМЕТОГЕНЕЗ 2. Актуальність теми. Розмноження забезпечує морфогенетичну безперервність у ряду поколінь. Завдяки розмноженню відбувається розвиток та наступність життя на всіх рівнях його організації. В основі статевого розмноження, яке пов’язане з утворенням і розвитком статевих клітин, лежить мейоз. Людині, як біологічному виду, притаманне статеве розмноження. Проте, на відміну від тварин, цей процес має не тільки біологічний характер, а й набуває соціального значення. Знання біологічних особливостей репродукції людини та впливів на неї соціальних факторів дуже важливе для кожної людини. 3. Мета заняття. Пояснити механізми перебігу мейозу I та мейозу II, їх біологічне значення. Навчитися трактувати особливості репродукції людини у зв’язку з її біосоціальною суттю; вивчити механізм гаметогенезу, з’ясувати характерні відмінні риси ово- та сперматогенезу та особливості запліднення. 4. Завдання для самостійної роботи під час підготовки та проведення заняття. 4.1. Теоретичні питання до заняття: 1. Розмноження – основна властивість живого. Форми розмноження. 2. Мейоз: цитологічні та генетичні закономірності. Значення мейозу. 3. Статеві клітини. Будова, функції. 4. Гаметогенез: сперматогенез, овогенез. 5. Запліднення. Особливості репродукції людини. Розмноження– це здатність організмів відтворювати собі подібних. Форми розмноження: I. Нестатеве. • У одноклітинних: 1. Бінарний поділ – в основі лежить мітоз, утворюється дві клітини (саркодові, джгутикові, інфузорії). 41 2. Шизогонія або множинний поділ (малярійний плазмодій). 3. Брунькування (бактерії, дріжджі). 4. Спороутворення(водорості, гриби). • У багатоклітинних: 1. Вегетативне – розмноження групою клітин. а) Брунькування (гідра); б) Фрагментація (кільчасті черви); в) Поліембріонія – розвиток з однієї зиготи декількох організмів (їздці, броненосці, монозиготні близнюки у людини); г) Вегетативними органами (корінь, лист). 2. Спорами – розмноження спеціалізованою клітиною(мохи, папороті). II. Статеве. • У одноклітинних: 1. Кон'югація – статевий процес, при якому нові особини не утворюються, а лише відбувається обмін генетичною інформацією (інфузорія). 2. Копуляція – дві особини перетворюються на гамети, з'єднуються і утворюють зиготу (малярійний плазмодій). Зустрічається три види копуляції: − ізогамія – зливаються рухомі, одинакові за розміром гамети; − анізогамія – зливаються рухомі, але різні за розміром гамети; − овогамія – зливаються гамети: велика нерухома (яйцеклітина) і дрібна рухома (сперматозоїд). • У багатоклітинних – копуляція. Розвиток гамет відбувається у статевих залозах. Сперматозоїди утворюються в сім'яниках, а яйцеклітини в яєчниках. III. Партеногенез – особлива форма статевого розмноження. Це розвиток організмів із незаплідненої яйцеклітини. Буває природним та штучним. Природний – облігатний (обов'язковий) та факультативний. Мейоз – це спосіб утворення статевих клітин еукаріот, в результаті якого хромосомний набір зменшується в два рази. Мейоз відбувається при утворенні сперматозоїдів та яйцеклітин у тварин і при утворенні спор у більшості рослин. Мейоз складається з двох послідовних поділів: • |