Клітинний цикл. Ріст і розвиток клітин.

Лекція № 14.

Розділ: Репродукція та розвиток.

Тема: Репродукція як механізм забезпечення безперервності існування видів. Клітинний цикл. Ріст і розвиток клітин.

Мета вивчення:

• з’ясувати, як репродукція забезпечує безперервність існування видів;

• сформувати знання про ріст і розвиток клітин;
• з’ясувати фактори, які впливають на ріст і розвиток клітин, процеси старіння та порушення клітинного циклу.

Література:

1. Біологія і екологія: підруч. для 10 кл. закладів загальної середньої освіти: рівень стандарту/О. А. Андерсон, М. А. Вихренко, А. О. Чернінський. – К.: Школяр, 2018. – 216 с.: іл.

2. Біологія і екологія (рівень стандарту): підруч. для 10 кл. закл. заг. серед. освіти / В. І. Соболь. – Кам’янець-Подільський: Абетка, 2018. – 272 с.: іл.

3. Задорожний К.М. Біологія і екологія (рівень стандарту): підруч. для 10 кл. закл. загал. серед. освіти / К.М. Задорожний. — Харків: Вид-во «Ранок», 2018. — 208 с.: іл.

План

1. Репродукція як ознака живого.

2. Репродукція та еволюція.

3. Клітинний цикл.

4. Типи поділу клітин.

5. Ріст та розвиток клітин.

6. Загибель клітин.

Основний зміст

1. Репродукція як ознака живого.

На молекулярному рівні репродукція забезпечена механізмами реплікації нуклеїнових кислот і пов’язаним із цим синтезом білків. Ключову роль у цьому відіграє принцип комплементарності.

На основі інформації, записаної в ДНК, синтезуються молекули РНК та білки. Деякі ферменти забезпечують процес подвоєння молекул ДНК – реплікацію.

Інші білки беруть участь у клітинному поділі, забезпечуючи передавання молекул ДНК дочірнім клітинам, у результаті чого цикл молекулярної репродукції замикається.

На клітинному рівні основою самовідтворення є процес поділу. Клітинний поділ пов’язаний з описаними вище молекулярними процесами, адже йому передує подвоєння генетичного матеріалу.

На організмовому рівні репродукція пов’язана з утворенням нових організмів у процесі розмноження.

У багатьох видів розмноження відбувається статевим шляхом, пов’язано з обміном між різними організмами генетичною інформацією за допомогою спеціалізованих статевих клітин.

Значення репродукції організмів полягає в підтримці чисельності популяцій, що є важливим для підтримки їхньої стійкості та існування видів загалом.

2. Репродукція та еволюція.

Репродукція забезпечує відтворення та підтримку живих систем. За змін умов існування живі форми також змінюються, адаптуючись під них. Механізмом цього є природний добір, матеріалом для якого є спадкова мінливість, зокрема мутаційна.

Шляхом накопичення з покоління в покоління змін організми можуть стати настільки відмінними від вихідної форми, що ми починаємо розглядати їх як різні види. Такі зміни відбуваються дуже поступово, їх можна побачити лише на великих часових проміжках.

Варто наголосити, що не існує дискретних моментів, коли один вид перестає бути ним і стає іншим. Учені детально дослідили становлення багатьох груп організмів, зокрема і нашого біологічного виду – Людина розумна, що ви вивчали у минулому році.

3. Клітинний цикл.

Клітинний цикл – період існування клітини від початку одного поділу до наступного або від початку останнього поділу клітини до її смерті.

Клітинний цикл поділяється:

Інтерфазу – період від утворення клітини до початку наступного поділу (рис. 1). В інтерфазі виокремлюють три періоди:

•   пресинтетичний – клітини ростуть, утворюють потрібні для життєдіяльності речовини, запасають енергію. У цей період збільшується кількість органел клітин.
•   синтетичний – утворюються копії молекул ДНК клітини, тобто відбувається реплікація.
•   постсинтетичний – тривають накопичення енергії, синтез РНК й білків.

Рисунок 1. Клітинний цикл.

4. Типи поділу клітин.

Мітоз – це спосіб поділу еукаріотичних клітин, за якого з однієї материнської клітини утворюються дві дочірні, що є її генетичними копіями.

Він має чотири фази.

1. Профаза. Починає конденсуватися хроматин, формуються Х-подібні хромосоми. Центріолі клітинного центру починають розходитися до протилежних полюсів клітини; формується веретено поділу. Ядерна оболонка розпадається на дрібні мембранні пухирці, зникають ядерця.

2. Метафаза. Унаслідок формування веретена поділу кожна хромосома розташовується на однаковій відстані від клітинних центрів, тобто в серединній, «екваторіальній» площині клітини.

3. Анафаза. Парні хроматиди, що утворюють хромосому, розділяються й починають рухатися за допомогою мікротрубочок веретена поділу до різних полюсів клітини. Оскільки хроматиди утворені однаковими молекулами ДНК, до кожного полюса клітини прямує по одній копії кожної молекули ДНК материнської клітини.

4. Телофаза. У заключній фазі дочірні хромосоми, що складаються з однієї хроматиди, досягають двох полюсів клітини. Навколо них формується ядерна оболонка. Далі відбувається поділ цитоплазми та формування двох нових клітин (рис. 2).

Біологічне значення мітозу полягає в точному передаванні спадкової інформації від материнської клітини дочірнім.

Рисунок 2. Основні події мітотичного поділу.

Мейоз – тип клітинного поділу, за якого вдвічі зменшується число хромосом (кількість молекул ДНК). Унаслідок мейозу з диплоїдної клітини утворюються гаплоїдні клітини (рис. 3). Мейоз передбачає два послідовні поділи клітини. В інтерфазі, що передує початку мейозу відбувається реплікація, тобто клітина вступає в мейоз із удвічі збільшеним набором ДНК. Кожен поділ мейозу має чотири фази.

Рисунок 3. Основні події мейозу.

Перший поділ мейозу.

Профаза I. Конденсується хроматин, формуються Х-подібні хромосоми, формується веретено поділу, руйнується ядерна оболонка. Важливою відмінністю профази I є процес, який називають кросинговером. Гомологічні хромосоми наближаються одна до одної, після чого відбувається обмін подібними ділянками. Після кросинговеру гомологічні хромосоми з’єднані попарно.

Метафаза I. В екваторіальній площині клітини розташовуються утворені в профазі І пари гомологічних хромосом.

Анафаза I. На відміну від мітозу, до полюсів поділу розходяться не хроматиди, а цілі хромосоми.

Телофаза I. Хромосоми досягають двох полюсів клітини, навколо них, як у мітозі, формується ядерна оболонка. Відбувається поділ цитоплазми й формуються дві нові клітини.

Другий поділ мейозу.

Після завершення першого поділу дочірні клітини перебувають у короткому періоді спокою, після якого починається другий поділ. В цей час молекули ДНК не подвоюються. Другий поділ відбувається аналогічно мітозу. У результаті описаних процесів формуються чотири клітини з одинарним гаплоїдним набором хромосом.

Значення мейозу полягає в зменшенні числа хромосом клітини, що необхідно для утворення статевих клітин.

5. Ріст та розвиток клітин.

Організм починає своє існування зі стадії однієї клітини – зиготи, що утворюється в результаті запліднення. Нащадки цієї клітини утворюють різноманіття клітин різного типу, що можуть входити до складу організмів. Наприклад, організм дорослої людини складається з 3,0-3,7х1013 клітин, які залежно від особливостей будови та функціонування поділяються на більш ніж 200 типів. Формування клітин того чи іншого клітинного типу називають диференціацією.

Регуляція диференціації відбувається за допомогою регуляторних сполук – факторів росту, гормонів тощо. Вони ж впливають на інтенсивність росту та поділу клітин.

6. Загибель клітин.

Іноді для розвитку організмів необхідна загибель певних клітин, зокрема, у такий спосіб у людини під час ембріонального розвитку формуються проміжки між пальцями кінцівок, а в пуголовків руйнується хвіст.

Таку програмовану смерть клітин називають апоптозом. Деякі старі клітини також руйнуються шляхом апоптозу. Імунні клітини можуть запускати апоптоз інших клітин у разі, якщо ідентифікують наявність у них мутацій. В середньому в організмі дорослої людини щодня від 50 до 70 млрд. клітин гине шляхом апоптозу.

Питання для самостійної роботи:

1. Дайте означення поняття репродукція.

2. Поясніть механізми, які уможливлюють репродукцію на різних рівнях живого.

3. Поясніть взаємозв’язок репродукції з еволюційними процесами.

4. Запропонуйте аргументи на підтвердження думки щодо репродукції як механізму забезпечення безперервності існування виду.

5. Дайте означення понять клітинний цикл, мітоз, мейоз.

6. Порівняйте способи поділу клітин.

7. Поясніть біологічне значення мітозу та мейозу.

8. У яких випадках загибель клітин є нормальною, а в яких ні?