Урок "Життєвий цикл клітини"

УРОК на тему: Каріотип організму. Життєвий цикл клітини. Мітоз.

Мета: дати загальне уявлення про клітинний цикл, мітоз, фази мітозу та біологічне значення мітозу.

Обладнання та матеріали: таблиця зі схемою мітозу; малюнки і фотографії мітотичних хромосом; схема клітинного циклу.

Базові поняття та терміни: мітоз, інтерфаза, профаза, метафаза, метафазна; пластинка, анафаза, телофаза, клітинний цикл, веретено поділу, амітоз, ендомітоз, диплоїдні клітини.

Концепція уроку: використовуючи знання про будову ядра, хромосом, веретена поділу, розповісти про послідов­ність подій у клітинному циклі. Пояснити біологіч­не значення цих подій.

Структура уроку

І.Організаційний етап................................1 хв

II.Перевірка домашнього завдання...........5 хв

III.Актуалізація опорних знань і мотивація

навчальної діяльності.................................3 хв

IV.Вивчення нового матеріалу................35 хв

V.Домашнє завдання..................................1 хв

Хід уроку

І.Організаційний етап

ІІ.Перевірка домашнього завдання

Бесіда

1.Які функції в клітині виконує цитоскелет? Могла б клітина обійтися без цитоскелета?

2.Де в клітині можуть розташовуватися рибосоми?

3.Які клітини організму людини мають війки? джгутики? Які функції цих органел?

4.Що таке клітинний центр? Яка його будова?

5.Як пов'язані між собою структура та функції цитоскелета?

III.Актуалізація опорних знань і мотивація навчальної діяльності

Бесіда                                       

1.Що ви знаєте про поділ клітин?

2.Що повинно передувати поділу клітин?

3.Що повинно відбуватися при поділі клітин із хромосомами?

4.Яким чином можна забезпечити постійність числа хромосом при поділі клітин?

IV.Вивчення нового матеріалу

1. Мітоз

Звичайна помилка учнів — нерозуміння того, що процеси синтезу ДНК відбуваються саме в інтерфазі. Особливістю інтерфазного ядра є те, що хромосоми перебувають у деспіралізованому стані і їх не видно у світловому мікроскопі. Необхідно ввести поняття «інтерфазна хромосома» і «метафазна хромосома», показавши, що їх відмінності пов'язані з різною мірою спіралізації хроматину в хромосомах. Саме в інтерфазі відбувається подвоєння молекул ДНК, і подвоєння хромосом, оскільки хромосома — це одна гігант­ська молекула ДНК, інтегрована з білками. Хромосоми в ядрі є парними. Поняття про гомологічні хромосоми є актуальним для пояснення багатьох тем як цитоло­гічних, так і генетичних, тому його формуванню треба приділити увагу і час. Після подвоєння хромосом у ядрі з'являється 4 гомологи, які потім попарно розійдуться до полюсів клітини і ви­являться після поділу в різних дочірніх клітинах. В профазі ядерна оболонка розбирається і хромосоми розташовуються прямо в ци­топлазмі. Необхідно звернути увагу на те, що по екватору клітини в метафазі розташовуються тільки центромери, а не вся хромосома. Центромера — це місце прикріплення веретена поділу. Ще одне  питання — чому під час поділу «зникає» ядерце? Якщо школярі розуміють, що це місце синтезу рибосом, то стає зрозумілим, що під час поділу клітини цей синтез відбуватися не може, тому і ядерця немає.

Мітоз — такий спосіб поділу, під час якого клітини, що утворюються, є точною копією материнської клітини. Відносно клітин, що діляться шляхом мітозу, вживають поняття клітинний (мітотичний цикл) цикл, який є періодом життя клітини від поділу до поділу. Клітинний цикл складається з інтерфази та власне мітотичного поділу (мітозу). Інтерфаза, у свою чергу, складається з трьох періодів: G1 (передсинтетичного), S (синтетичного) і G2 (постсинтетичного). Період G1 характеризується інтенсивним ростом клітини, активним синтезом білків, збільшенням об'єму цитоплазми та площі клітинних мембран. Передсинтетичний період є найтривалішим (до декількох діб), і складає основну частину життя переважної більшості клітин. Далі йде синтетичний, або S період, під час якого відбувається реплікація ДНК і формування Х-подібних хромосом. Кожна хромосома складається тепер з двох сестринських хроматид, ідентичних одна одній. У певній ділянці — центромері обидві хроматиди зали­шаються сполученими одна з одною. Центромера утворюється в міс­ці, де повного подвоєння ДНК не відбулося, і складається з щільно упакованого хроматину. У цей період хромосоми ще тонкі, дуже зіг­нуті і їх не видно у світловий мікроскоп. Подвоєння ДНК в синтетичний період приводить до того, що у клітини тимчасово збіль­шується кратність набору хромосом. Так, якщо вона була диплоїдною (2n), то в цей період стає тетраплоїдною (4n). Оскільки процес поділу клітини надзвичайно складний і енергоємний, то перед його початком їй необхідно синтезувати достатню кількість АТФ і білки веретена поділу. Ці процеси відбуваються в завершальний — G2 (постсинтетичний) період інтерфази. Після закінчення інтерфази починається власне мітотичний поділ (мітоз), який відбувається в декілька стадій (фаз), котрі без­перервно переходять одна в одну. Клітина вступає в профазу — першу фазу мітотичного поділу. У цей період центріолі клітинного центру розходяться до протилежних полюсів, а оболонка ядра поступово розпадається на маленькі мембранні пухирці. Такі ж зміни відбуваються з аппаратом Гольджі й ЕПР. У хромосомах спостерігається конденсація хроматину (багаторазове збільшення щільності упаковки), і вони починають проявлятися під світловим мікроско­пом у вигляді нитчастих структур. Процеси транскрипції повністю припиняються, й утворення необхідних клітині білків може здійс­нюватися тільки за рахунок раніше синтезованих молекул і-РНК. У метафазі конденсація хроматину досягає максимуму. Утво­рюються т.зв. метафазні хромосоми, які добре видно у світловий мікроскоп (більшість фотографій і малюнків ілюструють хро­мосоми саме на цій стадії клітинного циклу). Кожна хромосома складається: 1) із двох сестринських хроматид, які утворюють плечі хромосоми; 2) центромери; 3) кінцевих ділянок — теломерів. Положення центромери й довжина плечей різні у різних хромосом, що є надійним критерієм для їхньої ідентифікації. Під час метафази хромосоми вибудовуються на екваторі кліти­ни. Формується веретено поділу — білкові нитки (мікротрубочки), що тягнуться від центріолей до центромер хромосом. При цьому до кожної центромери може прикріплятися декілька ниток (до 40 у клі­тинах ссавців). У клітинах рослин центріолі відсутні, і їхню функ­цію виконують скупчення мембран ендоплазматичного ретикулума на полюсах клітини. З ними зв'язуються мікротрубочки, формуючи веретено поділу. В анафазі подвійні хромосоми розриваються веретеном поділу, і сестринські хроматиди, зберігаючи максимальний ступінь кон­денсації генетичного матеріалу, відходять до протилежних полюсів клітини. При цьому вони орієнтовані центромерами до відповідно­го полюса, а теломерами — до екватора клітини. Механізм пере­сування хроматид залишається невідомим. Важливу роль у цьому процесі можуть відігравати спеціалізовані цитоплазматичні білки. Відбувається більш-менш рівномірний поділ органел. Далі настає телофаза, в якій навколо хромосом починають фор­муватися оболонки ядер, з'являються ядерні пори, відновлюється парність центріолей, цитоплазма й органели більш-менш рівномір­но розподіляються між дочірніми клітинами. Хромосоми поступо­во деспіралізуються, починають формуватися ядерця. Далі йде процес розділу цитоплазми з утворенням двох дочірніх клітин — цитокінез. У тварин цитокінез починається з утворення невеликої складки плазмалеми — борозни поділу. Поступо ця складка дедалі глибше заходить у цитоплазму, формуючи т.зв. скоротливе кільце, що складається з білкових ниток. Кільце, як шнурок, стягує цитоплазму (сили, яку воно створює достатньо, щоб зігнути тонку скляну голку, введену в клітину). Урешті-решт, цитоплазма повністю розділяється з утворенням двох дочірніх клітин, у кожній з яких міститься диплоїдний набір хромосом і приблизно однакова кількість органел. 

2. Мейоз                                                                   

Мейоз — це особливий спосіб поділу клітин, під час якого відбувається зменшення (редукція) кількості хромосом і перехід клі­тин із диплоїдного стану в гаплоїдний. З цієї причини мейозом не можуть ділитися клітини, що початково мають гаплоїдний набір хромосом.

Мейоз складається з двох поділів — редукційного й екваційного. Кожний із них, так само як і мітоз, умовно поділяється на ряд стадій (фаз): профазу, метафазу, анафазу та телофазу. Ці стадії в першому поділі позначаються римською цифрою І а в другому— цифрою II. Процеси, що відбуваються в інтерфазі мейозу, ідентичні таким під час мітозу: відбувається інтенсивний синтез білків, збільшення поверхні клітинних мембран, подвоєння ДНК. У профазі І спостерігається попарне зближення подвоєних і спіралізованих гомологічних хромосом (утворення бівалентів) і кросинговер — злиття й обмін гомологічними ділянками. Так само, як і під час мітозу, руйнується оболонка ядра й розходяться центріолі. У метафазі І біваленти гомологічних хромосом розташовують­ся на екваторі, а веретена поділу прикріплюються до центромер. В анафазі І до полюсів розходяться подвоєні хромосоми (а не сестринські хроматиди, як у мітозі) — по одній хромосомі з кожного біваленту. Саме в цей період відбувається зменшення вдвічі (редукція)  числа  хромосом  і  їх  випадковий  перерозподіл  у  майбут­ніх  гаметах. У

телофазі І відбувається утворення дочірніх клітин вже з гап­лоїдним набором хромосом. Кожна з хромосом складається з двох сестринських хроматид, ідентичних одна одній. На цьому перший редукційний поділ мейозу закінчується, клі­тини вступають у коротку інтерфазу II, ДНК, що не супрово­джується подвоєнням, і починається другий поділ — екваційний. В анафазі II дочірні хроматиди розходяться до протилежних по­люсів, а в телофазі II з двох клітин, що виникли внаслідок редук­ційного поділу, утворюються чотири клітини, що несуть гаплоїд­ний набір хромосом. Мейоз здійснюється під час утворення статевих клі­тин у тварин та спор у рослин (нестатеве розмноження).

Кросинговер – явище обміну ділянками гомологічних хромосом після кон'югації у профазі І мейозу.

Явище кросинговеру було доведено за допомогою введення в різні ділянки гомологічних хромосом ізотопних атомів(міток).Після заверешення кросинговеру такі мітки, введені в одну з гомологічних хромосом, виявляли у відповідних ділянках іншої. 

Схема кросинговеру

V. Домашнє завдання                                                      

1. Вивчити матеріал підручника, § 17, 18.

2. Виконати завдання:

- підручник, с. 81, №. 1—3, 5, 6; с. 84, № 1—6.

https://wordart.com/zbx8b0w6vlph/

Додатковий матеріал до уроку

Цей матеріал може бути поданий на додаткових заняттях або в класах з поглибленим вивченням біології.

Біологічне значення мітозу. Біологічне значення мітозу поля­гає в підтримуванні сталості числа хромосом у клітинних поколіннях — дочірні клітини отримують таку ж генетичну інформацію, яка міститься в ядрі материнської клітини.

Біологічне значення утворення мітотичних хромосом. Кон­денсація хромосом необхідна для їх подальшого впорядкованого розходження в дочірні клітини. Складний мітотичний аппарат став необхідний з появою клітин, що містять велику кількість ДНК в декількох окремих хромосомах. У прокаріотичних клітинах міститься єдина кільцева хромосома і поділ гене­тичного матеріалу після подвоєння ДНК здійснюється за допомо­гою плазматичної мембрани, без попередньої конденсації. З появою еукаріотів геном ускладнився, збільшилися розміри та число хромосом. Виникла необхідність у створенні складнішого механізму поділу хромосом між дочірніми клітинами.