Занятие 5. Тема:Клеточный цикл. Хромосомы

Тема: Клеточный цикл. Хромосомы. Митоз.

Цель: Иметь представление о жизненном цикле, хромосомах и кариотипе, изучить митотический цикл диплоидных клеток, его периоды и фазы.

Задание на самоподготовку

1. Геном, ген, генетический код.

2. Компактизация ДНК.

3. Строение и морфологические типы хромосом.

4. Кариотип и построение идиограмм.

5. Жизненный и митотический циклы клетки. Биологическое значение.

6. Периоды интерфазы. Какие процессы происходят в клетках в эти периоды?

7. Митоз и амитоз. Фазы митоза и цитокинез. Особенности цитокинеза в животных и растительных клетках.

8. Заполнить таблицы 12, 13 (см. Приложение 2).

Ген – минимальный отрезок ДНК, который определяет (детерминирует) один признак (функцию) и который кодирует одну полипептидную цепь (один белок). Геном – совокупность генов организма. Генетический код – система последовательного расположения и сочетания нуклеотидов в ДНК, определяющая последовательность аминокислот в белке.

Хроматин – особое состояние хромосом (комплекс ДНК с белками), это деспирализованые и гидратированые хромосомы. Хроматин интерфазных ядер представляет собой хромосомы, которые находятся в состоянии деконденсации, и теряют в это время свою компактную форму. Степень такого разрыхления может быть различной. Зоны полной деконденсации, содержащие активные гены, называются эухроматиновыми. При неполном же разрыхлении хромосом в интерфазном ядре видны участки конденсированного хроматина, называемого гетерохроматином.

Во время деления клетки хроматин конденсируется, образуя хромосомы. Выделяют несколько уровней упаковки ДНК: нуклеосомный, нуклеомерный, хромомерный, хромонемный, хроматидный.

В хромосомах различают первичную перетяжку (центромеру), делящую ее на два плеча. На ней располагается кинетохор, к которому при делении клетки прикрепляются нити веретена деления. В зависимости от места первичной перетяжки различают метацентрические, субметацентрические, акроцентрические, спутниковые и телоцентрические хромосомы. Концевые участки хромосом называются теломерами и имеют специфический набор нуклеотидов, препятствующий склеиванию хромосом между собой.

Количество хромосом в клетках постоянно, причем в ядрах соматических клеток они находятся в парах. Диплоидный набор хромосом, характеризующийся числом, величиной и формой, называют кариотипом. Все хромосомы делятся на 2 группы: аутосомы (одинаковые хромосомы у мужчин и у женщин) и гетерохромосомы или половые хромосомы. Половые хромосомы (Х и У) негомологичны друг другу.

При исследовании хромосом после окрашивания их располагают попарно в порядке убывания величины в виде идиограммы.

В результате процессов обмена веществ и энергии клетка все время изменяется, происходит ее онтогенез, т.е. жизненный цикл клетки. Жизненный цикл клетки – совокупность процессов, протекающих в клетке от момента ее появления до гибели или деления на две дочерние, включая само деление. Совокупность процессов, происходящих в клетке от одного деления до следующего, включая само деление, и заканчивающихся образованием двух новых клеток, называется митотическим циклом.

Митоз или кариокинез – одна из форм размножения клеток путем деления. В результате митоза из одной материнской клетки образуются две дочерние клетки. При этом происходит передача информации по наследству от материнской клетки к дочерним. Наследственный материал (ДНК) неизменно и в таком же количестве, в каком он был представлен в материнской клетке, распределяется во время митоза между дочерними клетками. В этом заключается биологический смысл митоза.

Для осуществления митоза необходимо, чтобы в материнской клетке перед ее делением произошло удвоение наследственного материала. Только в этом случае дочерние клетки смогут получить его в равном с материнской клеткой количестве. Удвоение количества ДНК происходит во время интерфазы – периода жизни клетки между двумя делениями.

В интерфазе выделяют три периода: пресинтетический (постмитотический), синтетический и постсинтетический (премитотический).

Пресинтетический период является начальным периодом интерфазы. В этот период ДНК еще не синтезируется, но накапливается РНК и белок, необходимые для образования клеточных структур. Это наиболее длительный период, продолжающийся от нескольких часов до нескольких суток.

Синтетический период характеризуется синтезом ДНК и редупликацией хромосомных структур. Продолжается синтез РНК и белков.

Постсинтетический период отличается накоплением в клетке энергетического резерва и продолжается синтез РНК и белка.

Вслед за интерфазой наступает митоз. Митоз – непрямое деление клетки, которому предшествует удвоение хромосом. Амитоз – прямое деление клетки путем образования перетяжки ядра: ядерный материал делится произвольно и неравномерно. Амитоз характерен для прокариот. Митоз подразделяется на четыре основные фазы: профаза, метафаза, анафаза, телофаза.

Профаза происходит реорганизация ядра:

- хромосомы спирализуются, состоят из двух хроматид, соединенных в области центромеры;

- ядрышки и ядерная оболочка растворяются;

- центриоли расходятся к полюсам, образуя нити веретена деления.

Метафаза образуется метафазная пластинка:

- двухроматидные хромосомы выстраиваются на экваторе клетки;

- нити веретена деления прикрепляются к кинетохору на центромере;

- удваивается центромерный участок хромосом.

Анафаза хроматиды растягиваются нитями веретена деления к полюсам клетки (нити веретена деления разбираются у центриолей – происходит разрушение веретена деления). Хроматиды становятся однонитчатыми хромосомами.

Телофаза восстановление ядра:

- хромосомы деспирализуются;

- формируются ядрышки и ядерные оболочки.

Далее происходит разделение цитоплазмы, т.е. цитокинез. В растительных и животных клетках он проходит по-разному: в животных клетках образуется борозда деления от периферии клетки к центру до полного смыкания цитоплазматической мембраны, в растительных клетках из элементов аппарата Гольджи и эндоплазматической сети на экваторе клетки образуется клеточная перегородка от центра клетки к периферии.

РАБОТА 1

Митотический цикл клетки

По таблице изучить митотический цикл клетки.

Зарисовать в тетрадь схему, отметить периоды и фазы. Записать процессы, которые происходят в клетках в пресинтетический, синтетический и постсинтетический периоды и фазы митоза.

РАБОТА 2

Кариокинез в клетках корешка лука

На микропрепарате клеток корешка лука при малом увеличении микроскопа найти в поле зрения хорошо видимые клетки. Этот участок изучить при большом увеличении. Найти в клетках стадию интерфазы и различные фазы митотического деления. Нарисовать клетки с разными фазами.

Зарисовать клетки на различных стадиях митоза и в интерфазе. На рисунках должны быть обозначены: интерфаза (ядро, цитоплазма, хроматин), профаза (хромосомы), метафаза (материнская звезда или метафазная пластинка), анафаза (две дочерние звезды), телофаза (ядра дочерних клеток), цитокинез.