Урок "Клітинний цикл. Мітоз. Мейоз"

Тема: Клітинний цикл. Мітоз. Мейоз.

Мета:

Навчальна: ознайомити учнів із поняттям клітинного циклу та особливостями перебігу процесів мітозу і мейозу; навчити учнів розрізняти фази мітозу та мейозу у рослинних і тваринних клітинах;

Розвиваюча: розвивати критичне і логічне мислення, увагу, пам’ять;

Виховна: виховати інтерес до предмета, бережливе ставлення до власного здоров’я та здоров’я оточуючих.

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Методи та методичні прийоми: словесні (інтелектуальна розминка, розповідь з елементами бесіди, пояснення, фронтальне опитування),  практичні (самостійна робота), наочно-графічні (демонстрація схем клітинного циклу та схем, що дозволяють ілюструвати значення мітозу та мейозу).

Базові поняття і терміни: еукаріоти, прокаріоти, клітина, цитоплазма, ядро, хромосоми, гени, клітинний цикл, мітоз, інтерфаза, метафаза, анафаза, телофаза, мейоз, цитокінез.

Засоби навчання: підручник, схема «Клітинний цикл», схема «Мітоз», схема «Мейоз», схеми, що дозволяють ілюструвати значення мітозу та мейозу.

Додаткова література для учнів:

1. Кучеренко М.Є., Вервес Ю.Г., Балан П.Г., Войціцький В.М. Загальна біологія: Підручн. для 10 кл. загальноосвіт. навч. закл. – К.: Генеза, 2001. – 160 с.: іл.

2. Межжерін С.В., Межжеріна Я.О., Коршевнюк Т.В. Біологія: (профіл. рівень): підручн. для 10 кл. загальноосвіт. навч. закл. – К.: Планета книжок, 2010. – 336 с.: іл.

3. Балан П.Г., Вервес Ю.Г., Поліщук В.П. Біологія: Підручн. для 10 кл. загальноосвіт. навч. закл. К.: Генеза, 2010. – 288 с.: іл.

4. Тагліна О.В. Біологія: (рівень стандарту, академічний рівень): Підручн. для 10 кл. загальноосвіт. навч. закл. – Х.: Вид-во «Ранок», 2010. – 256 с.: іл.

Хронометраж уроку:

І. Організаційний момент..................................................................................2хв.

ІІ. Мотивація навчально-пізнавальної діяльності та актуалізація опорних знань..................................................................................................................15 хв.

ІІІ. Виклад вчителем нового матеріалу.........................................................50 хв.

ІV. Узагальнення та закріплення нового матеріалу.......................................8 хв.

V. Підсумок уроку.............................................................................................2 хв.

VI. Виставлення оцінок та їх мотивація..........................................................2 хв.

VII. Інструктаж з домашнього завдання..........................................................1 хв.

Хід уроку:

І. Організаційний момент

Привітання вчителя. Перевірка присутніх та готовності учнів до уроку (наявність робочих зошитів, підручників, ручок тощо). Привернення уваги та налаштування учнів на роботу.

ІІ. Мотивація навчально-пізнавальної діяльності та актуалізація опорних знань

 Запитання до учнів: Як ви вважаєте, чи відновлюються клітини живих організмів? Якщо відновлюються, то яким чином? Учні висловлюють свої припущення щодо шляхів відновлення клітин. Вчитель підводить учнів до вивчення нової теми.

ІІІ. Виклад вчителем нового матеріалу

 Розповідь вчителя з елементами бесіди:

Сьогодні на уроці ми з вами ознайомимося з таким поняттям як клітинний цикл та особливостями перебігу процесів мітозу і мейозу. Також ви маєте навчитися розрізняти фази мітозу та мейозу. Тож відкриваємо свої робочі зошити, записуємо число та тему уроку: Клітинний цикл. Мітоз. Мейоз.

План:

1. Поняття про клітинний цикл.

2. Характеристика проходження етапу інтерфази.

3. Етапи мітозу та його біологічне значення.

4. Етапи мейозу та його біологічне значення.

1. Поняття про клітинний цикл

 Всі еукаріотичні клітини утворюються внаслідок подвоєння, а потім поділу генетичного матеріалу ядра (мітоз, мейоз) та поділу тіла клітини (цитокінез), за винятком тих клітин, які утворюються за рахунок злиття. Клітини, які один раз сформувались, живуть і функціонують до тих пір, доки не поділяться знову загинуть. Деякі клітини, наприклад, еритроцити, нейрони та м’язові клітини серця, не здатні до поділу. У значної більшості клітин існує певний життєвий цикл. Вчитель задиктовує учням визначення клітинного циклу:

 Клітинний цикл – це період існування клітини від початку першого поділу та наступного або від початку останнього до її загибелі; це період життя клітини від її появи до закінчення поділу або загибелі. Клітинний цикл характеризується великою кількістю процесів, які відбуваються в клітині: ріст, розвиток, диференціювання, функціонування тощо.

 У зв’язку з тим, що тривалість життя кожної клітини обмежена, багатоклітинний організм, щоб існувати довго, має утворювати нові клітини з тією самою швидкістю, з якою гинуть старі.

 Поділ клітин – найважливіше явище у житті всіх організмів.

 Одне з положень клітинної теорії стверджує, що нові клітини походять тільки з попередніх. Цей процес і називається поділом клітини. У одноклітинних організмів поділ веде до збільшення кількості особин. У багатоклітинних організмів життя починається з утворення зиготи внаслідок злиття гамет. Під час інтенсивного поділу зиготи утворюються мільярди клітин, які диференціюються, ростуть і формують тканини і органи. З розмноженням клітин (проліферацією) пов’язані ріст і оновлення багатьох структур у багатоклітинному організмі. Після повного формування організму клітини втрачають здатність до інтенсивного розмноження, хоч час від часу діляться для заміщення клітин, які загинули, та підтримання цілісності тканин, органів і всього організму. В основі поділу клітин лежить молекулярно-генетичний механізм – реплікація молекул ДНК.

 Клітинний цикл складається з тривалого періоду інтерфази, а також коротких періодів мітозу та цитокінезу. Наприклад, у лейкоцитів мітоз і цитокінез тривають 10 хвилин, а стадія інтерфази – понад 24 години. Клітинний цикл, який закінчується поділом, властивий для більшості різновидів клітин багатоклітинного організму та для всіх одноклітинних. Усі різновиди клітин мають різну тривалість як усього циклу, так і окремих його періодів, навіть у різних тканинах одного і того самого організму. Наприклад, у людини тривалість клітинного циклу для клітин епітелію шкіри становить 10-20 діб, для лейкоцитів - 4-5 діб, для клітин кісткового мозку – 8-12 годин. Тривалість життя клітин запрограмована генетично та успадковується. На певному етапі життєдіяльності в клітинах утворюються спеціальні білкові молекули, певна концентрація яких сигналізує про необхідність поділу або загибель.

2. Характеристика проходження етапу інтерфази

 Інтерфаза – це період життя клітин, упродовж якого не відбувається їх поділу. Клітина живе, функціонує та готується до поділу. В цьому періоді життєвого циклу клітини підтримують свій гомеостаз і виконують певні функції. Дослідження різноманітних груп клітин окремого організму свідчать, що більшість з них знаходяться в інтерфазі. Тільки невелика частина клітин – близько 1% - може бути залученою на цей момент до мітозу. Початком інтерфази та всього клітинного циклу  можна вважати момент закінчення попереднього цитокінезу. Вчитель демонструє схему клітинного циклу та пояснює її:

 Перший період інтерфази – предсинтетичний, або G₁. Протягом цього періоду генетична інформація, закодована в ДНК, знаходиться у стані максимального функціонування – ДНК керує синтезом РНК і білків. У цей період, який є най тривалішим, клітини ростуть, диференціюються та виконують свої функції. В ядрах таких клітин міститься диплоїдний набір хромосом, кожна з яких складається з однієї молекули ДНК. Генетична формула клітини в цей період – 2n2c, де n – гаплоїдний набір хромосом, c – кількість копій ДНК.

 Під час наступного, синтетичного, поділу (S) синтезується і подвоюється ДНК. Внаслідок цього кожна хромосома вже складається з двох хроматид, з двох дочірніх молекул ДНК, з’єднаних між собою у ділянці центромери. Кількість генів збільшується удвічі. Подвоюється і кількість білків хроматину. Генетична формула в цей період - 2n4c. Реплікація ЛНК є дуже важливим моментом під час підготовки клітини до поділу. Тільки реплікація лежить в основі як нестатевого, так і статевого розмноження, а отже, й неперервності життя. Початок синтезу ДНК є початком S-періоду. Після початку подвоєння ДНК клітина вже не може повернутися до G₁ – періоду і обов’язково має поділитися. Момент початку фази S називається точкою рестрикції. Синтез ДНК запускається з появою спеціальних сигнальних молекул білків-активаторів S-фази. В кінці S-фази, після повної реплікації ДНК, білок-активатор руйнується, і клітина може переходити до наступного періоду. Клітини, які не мають «дозволу» на поділ, не здатні пройти точку рестрикції. Такі клітини на певний період часу зупиняються в стані «спокою» - G₀-фазі, підтримуючи метаболізм і виконуючи свої функції. Це, наприклад, нейрони або м’язові клітини, які можуть функціонувати протягом усього життя організму.

 У постсинтетичному періоді G₂ клітина «готується» до мітозу. Відбувається поступове руйнування цитоскелета, починається конденсація та спіралізація хроматину. Посилюється синтез АТФ, білків, РНК, ліпідів і вуглеводів. Формуються нові органели клітини. Розміри клітини значно збільшуються. Синтезуються спеціаліні білки регулятори, які сприяють переходу клітини із фази G₂ до поділу. Період G₂ переходить у профазу мітозу. Це той момент клітинного циклу, коли вперше у світловий мікроскоп можна побачити хромосоми, які сформувалися з хроматину.

 Життєвий цикл клітин багатоклітинного організму контролюється оточуючими клітинами та гуморальними факторами організму. Суттєву роль в регуляції відіграють також спеціальні білки, які утворюються клітиною під впливом власної генетичної програми.

3. Етапи мітозу та його біологічне значення

 Мітоз – це основний спосіб поділу клітин, за якого передається 100% спадкової інформації від материнської клітини дочірній. У мітозі розрізняють чотири фази: профазу, метафазу, анафазу і телофазу. Вчитель демонструє схему мітозу та пояснює її:

В інтерфазі ядра клітини округлі, в них помітні ядерце і грудки хромосом. У профазі зникає ядерце і ядерна оболонка, хромосоми нагадують короткі нитки і розташовані у центрі цитоплазми. У метафазі завершується утворення веретена поділу, хромосоми розташовані вздовж екватора клітини.              В анафазі хромосоми розташовані центром ерами до полюсів клітини, а їхні кінці направлені до її центра. У телофазі відбувається де спіралізація ДНК, знову утворюється ядерна оболонка, зникають нитки веретена поділу, формується клітинна перегородка, що розділяє цитоплазму на дві дочірні клітини.

 Яке біологічне значення мітозу? Вчитель демонструє учням схему, що ілюструє значення мітозу та коментує її:

Мітотичний поділ забезпечує точну передачу спадкової інформації впродовж низки послідовних клітинних циклів. Кожна з дочірніх клітин одержує по одній хроматині від кожної хромосоми. Завдяки цьому зберігається і постійна кількість хромосом в усіх дочірніх клітинах. Отже, процес мітозу забезпечує стабільність каріотипу організмів певного виду.

4. Етапи мейозу та його біологічне значення

 Мейоз – це форма ядерного поділу, яка супроводжується зменшенням числа хромосом з диплоїдного до галоїдного. При цьому у батьківській клітині відбувається однократне подвоєння хромосом (реплікація ДНК як під час мітозу), після якого йдуть два цикли клітинних і ядерних поділів (перший та другий поділи мейозу). Другий поділ мейозу відбувається практично відразу за першим і ДНК в інтервалі між ними не синтезується (по суті між першим і другим поділами немає інтерфази). Вчитель демонструє учням схему мейозу та пояснює її:

 Кожний з цих поділів, як і мітоз, має чотири послідовні фази: профазу, метафазу, анафазу і телофазу.

 Під час профази першого мейотичного поділу (профази І) хромосоми ущільнюються, набуваються вигляду паличкоподібних структур. Гомологічні хромосоми зближуються і кон’югують. Під час кон’югації може відбуватися і кросинговер, за якого хромосоми обмінюються певними ділянками. В результаті кросинговеру утворюються нові комбінації спадкового матеріалу. Таким чином, кросинговер є одним із джерел спадкової мінливості.

 Через певний час гомологічні хромосоми починають відходити одна від одної і стає помітним, що кожна з них складається із двох хроматид. Утворюються комплекси із чотирьох хроматид, сполучених між собою у певних місцях. Триває вкорочення і ущільнення хромосом. Наприкінці профази І гомологічні хромосоми розходяться, зникають ядерця, руйнується ядерна оболонка і починає формуватись веретено поділу.

 У метафазі першого поділу мейозу (метафаза І) нитки веретена поділу приєднуються до центромер хромосом, центромери яких розташовані одна навпроти одної, а не на одній лінії, як під час мітозу.

 У анафазі першого поділу мейозу (анафаза І) гомологічні хромосоми розходяться до протилежних полюсів клітини (при цьому кожна з них складається з двох хроматид). Наприкінці анафази І у кожного з полюсів клітини опиняється половинний набір хромосом. Розходження окремих гомологічних хромосом є випадковою подією, тобто невідомо, яка з них до якого з полюсів клітини відійде. Отже, це також є одним із джерел спадкової мінливості.

 У телофазі першого мейотичного поділу (телофаза І) у дочірніх клітинах формується ядерна оболонка. У клітинах тварин і деяких рослин хромосоми деспіралізуються і поділяється цитоплазма материнської клітини.

 Отже, внаслідок першого мейотичного поділу утворюються клітини або лише ядра з половинним порівняно з материнською клітиною набором хромосом.

 Інтерфаза між першим і другим мейотичними поділами вкорочена: молекули ДНК у цей період не подвоюються, тому клітини майже відразу переходять до другого поділу.

 Під час профази другого поділу мейозу (профаза ІІ) хромосоми, кожна з яких складається з двох хроматид, ущільнюються, зникають ядерця, руйнується ядерна оболонка, хромосоми починають пересуватись до центральної частини клітини, знову формується веретено поділу.

 У метафазі другого мейотичного поділу (метафаза ІІ) завершується ущільнення хромосом і формування веретена поділу. Як і під час мітотичного поділу, центромери хромосом розташовані в одній площині в центральній частині клітини і до них прикріплюються нитки веретена поділу.

 В анафазі другого мейотичного поділу (анафаза ІІ) поділяються центромери і хроматиди кожної з хромосом розходяться до різних полюсів клітини.

 Під час телофази другого мейотичного поділу (телофаза ІІ) хромосоми знову деспіралізуються, зникає веретено поділу, формуються ядерця і ядерна оболонка. Завершується телофаза ІІ поділом цитоплазми. У результаті другого мейотичного поділу кількість хромосом залишається такою ж, як і після першого, але кількість хроматид кожної з хромосом зменшується вдвічі.

 Отже, після двох послідовних мейотичних поділів диплоїдної материнської клітини утворюється чотири гаплоїдні дочірні. При цьому дочірні клітини можуть відрізнятись за набором спадкової інформації.

 Яке ж біологічне значення мейозу? Мейоз являє собою досконалий механізм, який забезпечує сталість каріотипу видів, які розмножуються статевим способом. Завдяки двом мейотичним поділам статеві клітини мають половинний порівняно з нестатевими набір хромосом. А набір хромосом, характерний для організмів певного виду, відновлюється під час запліднення.

 Мейоз також забезпечує і спадкову мінливість організмів. По-перше, в профазі І гомологічні хромосоми обмінюються ділянками. По-друге, в анафазі І гомологічні хромосоми, які можуть містити різний набір спадкової інформації, опиняються в різних дочірніх клітинах. Тому клітини, що утворилися внаслідок мейозу, можуть мати відмінний від материнської набір спадкової інформації.

ІV. Узагальнення та закріплення нового матеріалу

 Сьогодні на уроці ми ознайомилися з поняттям клітинного циклу, мітозу, мейозу та особливостями їх перебігу. З’ясували значення мітозу та мейозу для всіх живих організмів.

 Фронтальне опитування учнів:

1. Дайте визначення поняттю мітоз та коротко охарактеризуйте його.

2. Що називають мейозом? Охарактеризуйте перший та другий мейотичний поділи.

3. Яке біологічне значення мітозу і мейозу?

V. Підсумок уроку

 Проходить у вигляді співбесіди з учнями щодо теми, яка вивчається та з’ясовує матеріал, який учні погано зрозуміли.

VI. Виставлення оцінок та їх мотивація

Вчитель оголошує учням оцінки за урок та аргументує їх.

VII. Інструктаж з домашнього завдання

Пояснення вчителем особливостей виконання домашнього завдання, враховуючи обсяг, можливості його засвоєння окремими групами учнів.

 На наступний урок учням необхідно прочитати  за підручником М.Є. Кучеренко, Ю.Г., Вервес, П.Г. Балан, В.М. Войціцький §17 ст. 79-81; §18 ст. 81-85. Ті, хто бажають поглибити свої знання з даної теми можуть скористатися такими підручниками:

1. Межжерін С.В., Межжеріна Я.О., Коршевнюк Т.В. Біологія: (профіл. рівень): підручн. для 10 кл. загальноосвіт. навч. закл. – К.: Планета книжок, 2010. – 336 с.: іл.

2. Балан П.Г., Вервес Ю.Г., Поліщук В.П. Біологія: Підручн. для 10 кл. загальноосвіт. навч. закл. К.: Генеза, 2010. – 280 с.: іл.

3. Тагліна О.В. Біологія: (рівень стандарту, академічний рівень): Підручн. для 10 кл. загальноосвіт. навч. закл. – Х.: Вид-во «Ранок», 2010. – 256 с.: іл.

 У зошитах для домашніх робіт заповнити табличку: