Митотический и жизненный циклы

Период существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки (включая само деление) до собственного деления или смерти называют жизненным (клеточным) циклом.

Продолжительность жизненного цикла у различных клеток многоклеточного организма различны. Так, клетки нервной ткани после завершения эмбрионального периода перестают делиться и функционируют на протяжении всей жизни организма, а затем погибают. Клетки же зародыша на стадии дробления, завершив одно деление, сразу же приступают к следующему, минуя все остальные фазы.

Митоз — непрямое деление соматических клеток, в результате которого сначала происходит удвоение, а затем равномерное распределение наследственного материала между дочерними клетками.

Биологическое значение митоза: В результате митоза образуется две клетки, каждая из которых содержит столько же хромосом, сколько их было в материнской. Дочерние клетки генетически идентичны родительской. В результате митозов число клеток в организме увеличивается, что представляет собой один из главных механизмов роста. Многие виды растений и животных размножаются бесполым путем при помощи одного лишь митотического деления клеток, таким образом, митоз лежит в основе размножения. Митоз обеспечивает регенерацию утраченных частей и замещение клеток, происходящее в той или иной степени у всех многоклеточных организмов.

Митотический цикл — состоит из интерфазы и митоза. Длительность митотического цикла у разных организмов сильно варьирует. Непосредственно на деление клетки уходит обычно 1-3 часа, то есть основную часть жизни клетка находится в интерфазе.

Интерфазой называют промежуток между двумя клеточными делениями. Продолжительность интерфазы, как правило, составляет до 90% всего клеточного цикла. Состоит из трех периодов: пресинтетический, или G₁; синтетический, или S, постсинтетический, или G₂.

Начальный отрезок интерфазы — пресинтетический период (2n2c, где n — количество хромосом, с — количество ДНК), период роста, начинающийся непосредственно после митоза. Синтетический период. Продолжительность синтетического периода различна: от нескольких минут у бактерий до 6-12 часов в клетках млекопитающих. Во время синтетического периода происходит самое главное событие интерфазы — удвоение молекул ДНК. Каждая хромосома становится двухроматидной, а число хромосом не изменяется (2n4c).

Постсинтетический период. Обеспечивает подготовку клетки к делению и также характеризуется интенсивными процессами синтеза белков, входящих в состав хромосом; синтезируются ферменты и энергетические вещества, необходимые для обеспечения процесса деления клетки.

Митоз. Для удобства изучения происходящих во время деления событий митоз искусственно разделяют на четыре стадии: профазу, метафазу, анафазу, телофазу.

Профаза (2n4c). В результате спирализации хромосомы уплотняются, укорачиваются. В поздней профазе хорошо видно, что каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединенных центромерой. Хромосомы начинают передвигаться к клеточному экватору. Формируется веретено деления, ядерная оболочка исчезает, и хромосомы свободно располагаются в цитоплазме. Ядрышко обычно исчезает чуть раньше.

Метафаза (2n4c). Хромосомы выстраиваются в плоскости экватора, образуя так называемую метафазную пластинку. Центромеры хромосом лежат строго в плоскости экватора. Нити веретена прикрепляются к центромерам хромосом, некоторые нити проходят от полюса к полюсу клетки, не прикрепляясь к хромосомам.

Анафаза (4n4c). Начинается с деления центромер всех хромосом, в результате чего хроматиды превращаются в две совершенно обособленные, самостоятельные дочерние хромосомы. Затем дочерние хромосомы начинают расходиться к полюсам клетки.

Телофаза (2n2c). Хромосомы концентрируются на полюсах клетки и деспирализуются. Веретено деления разрушается. Вокруг хромосом формируется оболочка ядер дочерних клеток, затем происходит деление цитоплазмы клетки (или цитокинез).

При делении животных клеток, на их поверхности в плоскости экватора появляется борозда, которая, постепенно углубляясь, разделяет материнскую клетку на две дочерние. У растений деление происходит путем образования так называемой клеточной пластинки, разделяющей цитоплазму. Она возникает в экваториальной области веретена, а затем растет во все стороны, достигая клеточной стенки.

© Закрепление. Беседа. Работа учащихся с тетрадью и кодограммой.

© Задание на дом. Изучить текст параграфа, ответить на вопросы.

Урок 2. Мейоз

Задачи. Сформировать знания об особенностях образования половых клеток с гаплоидным набором хромосом, об уникальности гамет и механизмах перекомбинации генетического материала во время мейоза, о сходстве и отличиях мейоза и митоза, о необходимости охраны природной среды от загрязнения мутагенами.

Повторить морфологию хромосом, митотический цикл и о процессы, происходящие в различные периоды митотического цикла, значение митоза.

Оборудование. Демонстрационный материал: таблицы по общей биологии, диафильм "Деление клетки", кодограмма.

Ход урока:

© Повторение.

Письменная работа с карточками на 10 мин.

1. Характеристика интерфазы.

2. Характеристика митоза.

3. Морфология хромосом.

Работа с карточкой у доски: приложение 2.

Компьютерное тестирование: приложение 3.

Устное повторение.

© Изучение нового материала: объяснение с помощью диафильма.

1. Первое деление мейоза.

Мейоз — основной этап образования половых клеток. Во время мейоза происходит не одно (как при митозе), а два следующих друг за другом клеточных деления. Первому мейотическому делению предшествует интерфаза I — фаза подготовки клетки к делению, в это время происходят те же процессы, что и в интерфазе митоза.

Первое мейотическое деление называют редукционным, так как именно во время этого деления происходит уменьшение числа хромосом, образуются две клетки с гаплоидным набором хромосом, однако хромосомы остаются двухроматидными. Сразу же после первого деления мейоза совершается второе — по типу обычного митоза. Это деление называют эквационным, так как во время этого деления хромосомы становятся однохроматидными.

Биологическое значение мейоза: благодаря мейозу происходит редукция числа хромосом. Из одной диплоидной клетки образуется 4 гаплоидных. Благодаря мейозу образуются генетически различные гаметы, т.к. в процессе мейоза трижды происходит перекомбинация генетического материала: за счет кроссинговера; случайного и независимого расхождения гомологичных хромосом, а затем и хроматид. Благодаря мейозу поддерживается постоянство диплоидного набора хромосом в соматических клетках.

I и II деление мейоза складываются из тех же фаз, что и митоз, но сущность изменений в наследственном аппарате другая.

Профаза I. (2n4c). Самая продолжительная и сложная фаза мейоза. Состоит из ряда последовательных стадий. Гомологичные хромосомы начинают притягиваться друг к другу сходными участками и конъюгируют. Конъюгацией называют процесс тесного сближения гомологичных хромосом. Пару конъюгирующих хромосом называют бивалентом. Биваленты продолжают укорачиваться и утолщаться. Каждый бивалент образован четырьмя хроматидами. Поэтому его называют тетрадой. Важнейшим событием является кроссинговер — обмен участками хромосом. Кроссинговер приводит к первой во время мейоза рекомбинации генов. В конце профазы I исчезают ядерная оболочка и ядрышко. Биваленты перемещаются в экваториальную плоскость. Центриоли (если они есть) перемещаются к полюсам клетки, и формируется веретено деления.

Метафаза I (2n; 4с). Заканчивается формирование веретена деления. Спирализация хромосом максимальна. Биваленты располагаются в плоскости экватора. Причем центромеры гомологичных хромосом обращены к разным полюсам клетки. Расположение бивалентов в экваториальной плоскости равновероятное и случайное, то есть каждая из отцовских и материнских хромосом может быть повернута в сторону того или другого полюса. Это создает предпосылки для второй за время мейоза рекомбинации генов. Нити веретена прикрепляются к центромерам хромосом.

Анафаза I (2n; 4с). К полюсам расходятся целые хромосомы, а не хроматиды, как при митозе. У каждого полюса оказывается половина хромосомного набора. Причем, пары хромосом расходятся так, как они располагались в плоскости экватора во время метафазы. В результате возникают самые разнообразные сочетания отцовских и материнских хромосом, происходит вторая рекомбинация генетического материала.

Телофаза I (1n; 2с). У животных и некоторых растений хроматиды деспирализуются, вокруг них формируется ядерная оболочка. Затем происходит деление цитоплазмы (у животных) или образуется разделяющая клеточная стенка (у растений). У многих растений клетка из анафазы I сразу же переходит в профазу II.

2. Второе деление мейоза.

Интерфаза II (1n; 2с). Характерна только для животных клеток. Репликации ДНК не происходит.

Вторая стадия мейоза включает также профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Она протекает так же, как обычный митоз.

Профаза II (1n; 2с). Хромосомы спирализуются, ядерная мембрана и ядрышки разрушаются, центриоли, если они есть, перемещаются к полюсам клетки, формируется веретено деления.

Метафаза II (1n; 2с). Формируются метафазная пластинка и веретено деления, нити веретена деления прикрепляются к центромерам.

Анафаза II (2n; 2с). Центромеры хромосом делятся, хроматиды становятся самостоятельными хромосомами, и нити веретена деления растягивают их к полюсам клетки. Число хромосом в клетке становится диплоидным, но на каждом полюсе формируется гаплоидный набор. Поскольку в метафазе II хроматиды хромосом располагаются в плоскости экватора случайно, в анафазе происходит третья рекомбинация генетического материала клетки, так как в результате кроссинговера хроматиды стали отличаться друг от друга и к полюсам отходят дочерние хроматиды, но отличные друг от друга.

Телофаза II (1n; 1с). Нити веретена деления исчезают, хромосомы деспирализуются, вокруг них восстанавливается ядерная оболочка, делится цитоплазма. Таким образом, в результате двух последовательных делений мейоза диплоидная клетка дает начало четырем дочерним, генетически различным клеткам с гаплоидным набором хромосом.

© Закрепление. Беседа. Работа учащихся с тетрадью и кодограммой.

© Задание на дом. Изучить текст параграфа, ответить на вопросы.

Приложение 1. Кодограмма. Приложение 2 Карточки у доски.

			Запишите номера вопросов, против них — правильные ответы:     1. Как называется набор хромосом, характерный для вида? 2. Как называется хромосомный набор, полученный от родителей? 3. Как называется набор хромосом гаметы? 4. Как называются структуры на концах хромосом? 5. Сколько хроматид в хромосоме перед митозом? После митоза? 6. Сколько хромосом и ДНК в различные периоды интерфазы? 7. Сколько хромосом и ДНК в профазу митоза? 8. Сколько хромосом и ДНК в метафазу митоза? 9. Сколько хромосом и ДНК в анафазу митоза? 10. Сколько хромосом и ДНК в телофазу митоза?   Запишите ответы и садитесь на место.

Приложение 3. Компьютерное тестирование.

Задание 14. "Митоз".

Тест 1. Удваивается количество ДНК в клетке:

1. В пресинтетический период.

2. В синтетический период.

3. В постсинтетический период.

4. В метафазу.

Тест 2. Активный рост клетки происходит:

1. В пресинтетический период.

2. В синтетический период.

3. В постсинтетический период.

4. В метафазу.

Тест 3. Клетка имеет набор хромосом и ДНК 2n4c и готовится к делению:

1. В пресинтетический период.

2. В синтетический период.

3. В постсинтетический период.

4. В метафазу.

Тест 4. Начинается спирализация хромосом, растворяется ядерная оболочка:

1. В анафазу.

2. В профазу.

3. В телофазу.

4. В метафазу.

Тест 5. Хромосомы выстраиваются по экватору клетки:

1. В профазу.

2. В метафазу.

3. В анафазу.

4. В телофазу.

Тест 6. Хроматиды отходят друг от друга и становятся самостоятельными хромосомами:

1. В профазу.

2. В метафазу.

3. В анафазу.

4. В телофазу.

**Тест 7. Количество хромосом и ДНК равно 2n4c:

1. В профазу.

2. В метафазу.

3. В анафазу.

4. В телофазу.

Тест 8. Количество хромосом и ДНК равно 4n4c:

1. В профазу.

2. В метафазу.

3. В анафазу.

4. В телофазу.

***Тест 9. Неактивная часть ДНК в клетке называется:

1. Хроматин.

2. Эухроматин.

3. Гетерохроматин.

4. Вся ДНК в клетке активна.

**Тест 10. Количество хромосом и ДНК в клетке равно 2n4c:

1. В пресинтетический период. 5. В метафазу.

2. В конце синтетического периода. 6. В анафазу.

3. В постсинтетический период. 7. В телофазу.

4. В профазу.

Поиск по сайту: