Умблик
10 класс · углублённый
Биология · 10 класс · углублённый уровень
Биология · углублённый уровень · 10 класс · Урок 61

Митоз, контрольные точки и апоптоз: как клетка делится без потери набора

Митоз распределяет скопированные хромосомы, а цитокинез разделяет содержимое клетки. У разных организмов эти события устроены не одинаково; контрольные точки задерживают цикл при проблемах, а апоптоз — регулируемый вариант гибели. Разберём стадии и счёт хромосом без смешения с мейозом.

Жизненный цикл клетки

Федеральная программа · углублённый уровень · 10 класс

Жизненный цикл клетки

Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:

  • Профаза и прометафаза
  • Метафаза и прикрепление к веретену
  • Анафаза и разделение сестринских хроматид
  • Телофаза
  • Кариокинез и цитокинез
  • Цитокинез растений и животных
  • Типы митоза и нетипичные варианты деления
  • Контрольные точки клеточного цикла
  • Циклины и CDK
  • Повреждение ДНК и остановка цикла
  • Апоптоз
  • Наблюдение митоза на готовом препарате
Копирование ДНК и деление — разные событияS-фаза интерфазыМитозЦитокинезДНК копируется → хромосомы распределяются → клетки разделяются.После репликации хромосома обычно имеет две сестринские хроматиды.Продолжительности и взаимное перекрытие процессов здесь не показаны.
Стадии митоза — учебные интервалы непрерывного процесса; схематичное веретено не отражает все белковые механизмы и отличия растений.

Как это устроено

После репликации хромосомы состоят из сестринских хроматид. В профазе они конденсируются; при прометафазе ядерная оболочка разбирается и кинетохоры взаимодействуют с веретеном; в метафазе хромосомы обычно расположены в экваториальной области. В анафазе сестринские хроматиды разделяются и уже считаются самостоятельными хромосомами; в телофазе формируются будущие ядра. Названия стадий помогают описывать непрерывный процесс, но нельзя считать границы между ними физическими «переключателями» без промежуточных событий.

Кариокинез относится к распределению хромосом и ядра, цитокинез — к разделению остального клеточного содержимого. У типичной животной клетки образуется сократительная борозда, у высших растений — клеточная пластинка, которая участвует в формировании новой границы между дочерними клетками. Есть нетипичные варианты, когда ядерные деления и цитокинез не совпадают во времени или строение веретена отличается. Биологическое значение митоза — поддержание наследственной преемственности при росте, обновлении и некоторых формах размножения, но дочерние клетки не обязательно функционально одинаковы после последующей дифференцировки.

Контрольные точки помогают остановить переход при недостаточной готовности: перед копированием ДНК, перед митозом и до разделения сестринских хроматид. Циклины, CDK и другие белки образуют сеть регуляции; это не один «начальник клетки». Если ДНК повреждена, возможны остановка цикла и восстановление, а при определённых обстоятельствах — регулируемая гибель. Клетка может оставаться вне активного цикла, и отсутствие деления не значит, что она неживая. Нарушение контроля повышает риск патологий, но по одному снимку митоза нельзя поставить диагноз.

Апоптоз — регулируемый процесс гибели с характерными изменениями клетки и уборкой её частей. Его нельзя отождествлять с механическим разрушением ткани или объявлять «самоубийством по желанию клетки»; это сеть молекулярных решений в контексте организма. На школьном препарате корневого кончика можно подсчитать долю клеток в наблюдаемых стадиях митоза, но фиксированный снимок не показывает их скорость напрямую: разные стадии могут иметь разную продолжительность. Для корректного вывода нужны случайный выбор полей зрения, достаточное число клеток и единые критерии классификации.

Словарь урока

Каждое понятие — с примером

Митоз

Способ распределения предварительно скопированных хромосом эукариотической клетки между формирующимися дочерними ядрами.

Пример: При обычном митозе клетки корневого кончика растения два ядра получают соответствующие копии хромосом.

Кариокинез

Разделение ядерного генетического материала и формирование дочерних ядер при определённых типах деления клетки.

Пример: Ядерное разделение может происходить раньше полного разделения цитоплазмы.

Цитокинез

Физическое разделение цитоплазмы и мембранного содержимого клетки на дочерние клеточные единицы.

Пример: У животных часто образуется борозда деления, у высших растений — клеточная пластинка.

Профаза

Ранний этап митоза, при котором хроматин заметнее конденсируется и начинает формироваться аппарат разделения.

Пример: На фиксированном препарате профазные хромосомы становятся видимее интерфазного хроматина.

Прометафаза

Этап после начала разрушения ядерной оболочки, когда микротрубочки взаимодействуют с хромосомными кинетохорами.

Пример: Не все хромосомы сразу прикреплены и выстроены на одной линии.

Метафаза

Этап митоза с расположением реплицированных хромосом в области экватора веретена при проверке их прикрепления.

Пример: На метафазном кариотипе хромосомы заметно конденсированы и часто хорошо различимы.

Кинетохор

Белковый комплекс в области центромеры, через который хромосома взаимодействует с микротрубочками веретена.

Пример: Неправильное прикрепление кинетохоров может задержать переход к анафазе.

Анафаза

Этап митоза, когда сестринские хроматиды отделяются и становятся самостоятельными хромосомами, расходящимися к полюсам.

Пример: В одной ещё не разделившейся клетке временно можно насчитать больше хромосом, чем в каждом будущем ядре.

Телофаза

Поздний этап митоза, когда хромосомные наборы достигают полюсов и заново оформляются дочерние ядерные структуры.

Пример: Деконденсация хромосом и восстановление оболочки идут постепенно, а не мгновенным переключением.

Веретено деления

Динамическая система микротрубочек и белков, организующая прикрепление и распределение хромосом при делении.

Пример: Кинетохорные микротрубочки соединяют хромосомы с полюсами веретена.

Контрольная точка

Регуляторное условие перехода между этапами цикла, при котором клетка оценивает готовность или наличие определённых проблем.

Пример: Перед анафазой клетка проверяет прикрепление хромосом к веретену.

Циклин

Регуляторный белок, количество и активность которого меняются в цикле и влияют на работу циклин-зависимых киназ.

Пример: Изменение уровня определённого циклина помогает запускать переход к следующему этапу цикла.

CDK

Циклин-зависимая киназа, фермент, активность которого вместе с циклинами регулирует белки клеточного цикла.

Пример: Комплекс циклина и CDK может фосфорилировать белки, нужные для входа в митоз.

Апоптоз

Регулируемый клеточный процесс гибели с характерными последовательными изменениями, отличающийся от простой механической травмы клетки.

Пример: Удаление сильно повреждённой клетки может идти через программы апоптоза, но не каждое повреждение обязательно ведёт именно к нему.

Пример по шагам

У диплоидной клетки 2n=4. На снимке четыре двухроматидные хромосомы выстроены в центре. На следующем снимке видно восемь разошедшихся объектов. Что произошло?

  1. Первый снимок совместим с метафазой: четыре хромосомы и восемь хроматид.
  2. При разделении сестёр в анафазе каждая хроматида становится самостоятельной хромосомой.
  3. До завершения цитокинеза в одной клетке временно восемь хромосом, по четыре направляются к каждому будущему ядру.

Вывод: Удвоение счёта в одной анафазной клетке — следствие разделения сестёр, а не создания удвоенного набора в каждом дочернем ядре.

Практическая работа

Подсчёт стадий митоза на готовом препарате

  1. По нескольким заранее выбранным полям готового препарата кончика корня классифицируйте клетки по одинаковым признакам.
  2. Запишите число просмотренных клеток, число клеток каждой стадии и доли, не исключая непонятные изображения молча.
  3. Сравните результаты двух наблюдателей и обсудите ошибки классификации и выборки.

Что можно заключить: Распределение клеток по стадиям описывает образец, но требует осторожности при выводе о времени стадий и состоянии организма.

Безопасность: Используйте готовый фиксированный препарат и штатный световой микроскоп; не готовьте самостоятельно токсичные фиксирующие или окрашивающие растворы.

Практическая работа

Наблюдение митоза в клетках кончика корешка лука на готовых микропрепаратах

  1. На готовом препарате кончика корня лука найдите зону деления по указанию учителя и запишите увеличение; не считайте любую тёмную клетку митозом.
  2. Для ряда клеток подпишите наблюдаемые признаки интерфазы, профазы, метафазы, анафазы и телофазы, отмечая сомнительные случаи отдельно.
  3. Сосчитайте классифицированные клетки по стадиям и объясните, почему доля клеток на снимке не равна точной продолжительности стадии без дополнительных допущений о популяции клеток.

Что можно заключить: Готовый препарат позволяет сопоставить морфологические признаки стадий митоза; частоты стадий требуют осторожной интерпретации.

Безопасность: Не готовьте препараты с кислотами и фиксирующими растворами самостоятельно; используйте уже подготовленные стёкла и микроскоп под надзором.

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.