Базовая опора: Митоз, мейоз и стволовые клетки: почему деления бывают разными
Повторение основы перед углублённым разбором. Сравним результат двух типов деления клетки, разберём хромосомный набор и объясним, как из потомков одной клетки формируются ткани.
Федеральная программа · углублённый уровень · 9 класс
Общий обзор клеток и тканей организма человека
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Клеточный цикл, удвоение ДНК и деление клеток
- Соматические и половые клетки
- Хромосомный набор: диплоидное и гаплоидное состояние
- Митоз и сохранение набора
- Мейоз, уменьшение набора и образование гамет
- Стволовые клетки и специализация клеток
Как это устроено
Перед делением клетка не просто «раскалывается»: она растёт, копирует ДНК и распределяет хромосомы. После репликации каждая хромосома состоит из двух связанных копий ДНК, но её принято считать одной удвоенной хромосомой до разделения этих копий. Поэтому фраза «ДНК стала вдвое больше» не означает, что сразу стало вдвое больше отдельных хромосом в обычном подсчёте. Этот нюанс помогает не путать количество ДНК с числом хромосом.
Митоз нужен для роста, обновления и восстановления многих тканей. Сначала скопированные хромосомы выстраиваются и расходятся к противоположным сторонам клетки, затем формируются два ядра, а цитоплазма разделяется. В норме дочерние клетки сохраняют тот же набор хромосом, что и исходная. Но это не значит, что всякая клетка тела делится бесконечно: зрелые нейроны и эритроциты имеют иные ограничения; восстановление ткани часто обеспечивают её клетки-предшественники.
Для полового размножения нужен другой результат. При мейозе после одного копирования ДНК идут два деления: сначала разделяются соответствующие гомологичные хромосомы, затем копии внутри удвоенных хромосом. В итоге образуется гаплоидный набор. Перераспределение и обмен участками хромосом создают различия между продуктами. При образовании сперматозоидов из одной исходной клетки обычно получается четыре функциональные клетки; при образовании яйцеклетки деление цитоплазмы неравное, обычно возникает одна крупная клетка и небольшие полярные тельца, а второе деление завершается только при оплодотворении. После объединения наследственного материала двух обычных гамет в зиготе снова возникает диплоидный набор.
Стволовая клетка не равна «клетке без назначения». Её потомки при определённых сигналах могут специализироваться, меняя форму, состав белков и функции. Кроветворные стволовые клетки дают несколько линий крови, но обычная клетка кожи не превращается произвольно в нейрон. Вопросы применения стволовых клеток в медицине требуют подтверждённых методов и строгой безопасности; школьное описание механизма не является обещанием лечения.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Соматическая клетка
Клетка тела, не являющаяся половой клеткой; у человека большинство таких клеток имеет две копии набора хромосом.
Пример: Клетка кожи — соматическая клетка, которая может образовываться после митоза.
- Гамета
Специализированная половая клетка, которая при оплодотворении объединяется с другой гаметой и вносит наследственный материал в зиготу.
Пример: Яйцеклетка и сперматозоид человека обычно содержат по 23 хромосомы.
- Диплоидный набор
Набор хромосом с двумя соответствующими комплектами, обычно по одному полученному от каждого родителя при оплодотворении.
Пример: У типичной ядерной соматической клетки человека диплоидный набор равен 46 хромосомам.
- Гаплоидный набор
Один комплект хромосом, характерный для нормальных человеческих гамет после созревания.
Пример: У обычного сперматозоида человека гаплоидный набор составляет 23 хромосомы.
- Клеточный цикл
Последовательность стадий жизни делящейся клетки от одного деления до следующего, включающая рост, копирование ДНК и собственно деление.
Пример: Клетка-предшественник кожи копирует ДНК до того, как распределит хромосомы между дочерними клетками.
Важно: Не каждая зрелая клетка продолжает делиться.
- Репликация ДНК
Копирование молекул ДНК перед клеточным делением, чтобы новые клетки могли получить наследственную информацию.
Пример: Перед митозом каждая хромосома получает вторую копию своей ДНК.
- Митоз
Способ деления ядра эукариотической клетки, при котором скопированные хромосомы распределяются между двумя дочерними ядрами с сохранением набора.
Пример: При обновлении эпителия образуются дочерние клетки с тем же обычным набором хромосом.
Важно: Ошибки деления возможны; слово «сохранение» описывает нормальный механизм, а не абсолютную гарантию генетической идентичности.
- Мейоз
Особый процесс двух последовательных делений после одного копирования ДНК, уменьшающий число наборов хромосом и участвующий в образовании половых клеток.
Пример: В ходе образования гамет человека мейоз уменьшает набор от диплоидного к гаплоидному.
- Гомологичные хромосомы
Пара хромосом сходного строения с соответствующими генами, обычно полученная от разных родителей.
Пример: Две хромосомы одной обычной аутосомной пары человека расходятся в первом делении мейоза.
- Стволовая клетка
Клетка, способная при определённых условиях поддерживать свою линию делением и давать потомков, которые развиваются в специализированные клетки.
Пример: Кроветворные стволовые клетки костного мозга служат источником разных клеток крови.
Важно: Способности разных стволовых клеток неодинаковы; не каждая может превратиться в любую клетку организма.
- Дифференцировка
Постепенное приобретение клеткой специализированного строения и функций благодаря изменению работы генов и взаимодействию со средой.
Пример: Клетка-предшественник может развиться в клетку крови с определённой функцией.
Пример по шагам
У обычной клетки тела человека 46 хромосом. Сколько будет в типичной гамете и в клетке-потомке после нормального митоза?
- Митоз сохраняет обычный диплоидный набор: каждая новая ядерная клетка имеет 46 хромосом.
- Мейоз уменьшает набор вдвое: типичная гамета содержит 23 хромосомы.
- При оплодотворении 23 и 23 объединяются в обычные 46 у зиготы; реальные исключения требуют отдельного анализа.
Вывод: Итог зависит от типа деления, а не от того, что в начале процесса ДНК была скопирована.
Практическая работа
Два типа деления на карточках
- Возьмите модель двух пар хромосом разных цветов и пометьте, какая копия получена от каждого родителя.
- Для митоза сначала покажите удвоение ДНК, затем разложите копии в две клетки с сохранённым набором; для мейоза покажите два деления и итоговые гаплоидные клетки.
- Проверьте подсчёт отдельно для числа хромосом и количества копий ДНК; подпишите, чего модель не показывает: фаз, рекомбинации, ошибок и созревания гамет.
Что можно заключить: Одинаковое копирование ДНК перед началом не делает митоз и мейоз одинаковыми по результату и механизму.
Безопасность: Используйте только бумажные модели и готовые схемы; не исследуйте человеческие половые клетки и не делайте выводов о здоровье по учебной модели.
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.