Базовая опора: Клеточный цикл: репликация ДНК, митоз и апоптоз
Повторение материала базового уровня перед углублённым разбором. Разберём, когда удваивается ДНК, как расходятся хромосомы и почему гибель отдельной клетки иногда необходима целому организму.
Федеральная программа · углублённый уровень · 10 класс
Жизненный цикл клетки
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Интерфаза и клеточный цикл
- Репликация ДНК
- Диплоидный и гаплоидный наборы, хроматиды
- Стадии и смысл митоза
- Цитокинез
- Апоптоз
- Лабораторная работа № 3: митоз в готовом препарате корешка лука
Как это устроено
Клеточный цикл не состоит только из видимого митоза. В интерфазе клетка выполняет функции, растёт, копирует ДНК в S-фазе и проверяет готовность к делению. Репликация увеличивает число молекул ДНК и образует сестринские хроматиды, но до их разделения не удваивает число хромосом при школьном подсчёте по центромерам. Кариотип обычно описывают по клеткам, где хромосомы хорошо видны; утверждение «все клетки человека всегда содержат ровно 46» неверно для гамет и ряда специализированных или изменённых клеток.
В профазе хромосомы уплотняются и перестраивается ядерная организация; в метафазе хромосомы располагаются в области экватора веретена; в анафазе сестринские хроматиды расходятся; в телофазе восстанавливаются структуры дочерних ядер. Учебная последовательность помогает описать видимые стадии, но реальные переходы непрерывны и включают контроль прикрепления хромосом к веретену. Митоз распределяет ядерные хромосомы, а цитокинез разделяет цитоплазму; эти процессы связаны, но не тождественны.
Митоз помогает росту многоклеточных, обновлению тканей и некоторым формам бесполого размножения. Он обычно сохраняет число наборов хромосом, но это не гарантия полной генетической идентичности при любом случае: ошибки копирования ДНК и распределения могут возникать. Поэтому фраза «митоз делает абсолютно одинаковые клетки» — полезная учебная модель лишь при отсутствии ошибок и изменений среды.
Апоптоз — не случайное механическое повреждение клетки. Он регулируется сигналами и участвует в формировании органов и поддержании тканей; организм также использует другие способы удаления повреждённых клеток. Слишком слабая или чрезмерная гибель в определённых условиях может быть связана с болезнями, но школьное наблюдение клеток корешка не ставит медицинский диагноз. Для изучения митоза используют готовые препараты и не нарушают безопасность лаборатории.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Клеточный цикл
Последовательность состояний клетки от одного деления до следующего или до выхода из цикла, включающая подготовку, копирование ДНК и деление.
Пример: Клетки кончика корня лука проходят интерфазу и митоз в зоне активного роста.
- Интерфаза
Часть клеточного цикла между делениями, в которой клетка растёт, работает, обычно копирует ДНК и готовится к следующему делению.
Пример: В S-фазе интерфазы образуются новые копии молекул ядерной ДНК.
- Репликация ДНК
Ферментное копирование ДНК по существующим цепям с комплементарным подбором нуклеотидов и системами исправления части ошибок.
Пример: После репликации каждая хромосома типично имеет две сестринские хроматиды до их разделения.
- Хромосома
Организованная ядерная структура из ДНК и связанных белков, число которой считают по определённым правилам в зависимости от стадии цикла.
Пример: Метафазная хромосома после репликации имеет две сестринские хроматиды.
- Сестринская хроматида
Одна из двух копий реплицированной хромосомы до разделения, содержащая отдельную молекулу ДНК и связанные белки.
Пример: В анафазе митоза сестринские хроматиды расходятся к противоположным полюсам.
- Кариотип
Набор хромосом организма или клетки, характеризуемый их числом и морфологическими признаками, обычно изучаемый в определённой стадии деления.
Пример: Для человека типичен диплоидный набор из 46 хромосом, но отдельные клетки могут иметь иные состояния.
- Диплоидный набор
Состояние с двумя наборами гомологичных хромосом, обычно по одному набору от каждого родителя у половых организмов.
Пример: Обычные соматические клетки человека имеют диплоидный набор, если не учитывать специализированные исключения.
- Гаплоидный набор
Состояние с одним набором хромосом, которое у животных обычно характерно для зрелых половых клеток.
Пример: Зрелый сперматозоид человека обычно содержит один набор из 23 хромосом.
- Митоз
Процесс распределения реплицированных ядерных хромосом между двумя дочерними ядрами эукариотической клетки.
Пример: При росте корня клетки делятся митозом, сохраняя основной набор хромосом в дочерних клетках.
- Веретено деления
Динамическая система микротрубочек и белков, взаимодействующая с хромосомами и участвующая в их распределении при делении.
Пример: Микротрубочки веретена связаны с кинетохорами хромосом во время митоза.
- Цитокинез
Разделение цитоплазмы и клеточной границы после или вместе с делением ядра, в результате которого формируются отдельные дочерние клетки.
Пример: В клетках растения при цитокинезе формируется новая перегородка между дочерними клетками.
- Апоптоз
Регулируемый процесс клеточной гибели с последовательностью клеточных изменений, который может помогать развитию и обновлению тканей.
Пример: Во время развития некоторых органов удаление определённых клеток помогает формированию нормальной формы.
Пример по шагам
После репликации в диплоидной клетке человека нарисованы 46 двуххроматидных хромосом. Ученик подписал «92 хромосомы». Исправьте.
- До разделения две сестринские хроматиды одной реплицированной хромосомы связаны в области центромеры.
- В принятом школьном счёте здесь 46 хромосом и 92 хроматиды, то есть 92 молекулы хромосомной ДНК.
- Когда хроматиды разделяются в анафазе, они рассматриваются как самостоятельные дочерние хромосомы, распределяемые к двум полюсам.
Вывод: Нужно различать число хромосом, хроматид и молекул ДНК и всегда указывать стадию цикла.
Практическая работа
Митоз на готовом микропрепарате корешка лука
- Рассмотрите готовый безопасный препарат или серию фотографий с обозначенным увеличением; найдите клетки разных стадий.
- Для каждой отнесённой клетки нарисуйте видимые хромосомы и укажите признаки, позволяющие отличить профазу, метафазу, анафазу и телофазу.
- Посчитайте клетки по категориям в нескольких полях зрения и укажите, что частота наблюдения не даёт точной длительности стадии без допущений.
Что можно заключить: Распределение видимых стадий позволяет исследовать деление, но стадия одной клетки — лишь снимок процесса.
Безопасность: Используйте только готовые препараты; не готовьте самостоятельно фиксирующие растворы или опасные красители.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.