Тема 12

РОЗМНОЖЕННЯ ЕУКАРІОТИЧНИХ КЛІТИН. МІТОЗ

МЕТА ЗАНЯТТЯ: Провести і вивчити динаміку клітинних структур у ході мітотичного циклу, з’ясувати його біологічне значення.

Питання для самопідготовкИ:

1. Життєвий та мітотичний цикл клітини.

2. ЦОМТ – структура, функція, локалізація в клітині.

3. Характеристика періодів інтерфази: пресинтетичного, синтетичного, постсинтетичного.

4. Характеристика фаз мітозу.

5. Поділ цитоплазми.

6. Біологічне значення мітозу.

Навчальні завдання

ЗАВДАННЯ 1. Схема мітотичного циклу.

Використовуючи малюнки таблиці, кодограм, описів фаз мітозу в підручнику і практикумі, складіть схему мітотичного циклу, подібну до приведеної в методичних рекомендаціях.

У мітотичному циклі відбувається характерна динаміка хромосом. У G₀ вони складаються з однієї хроматиди (однієї молекули ДНК), у S-періоді вони подвоюються і складаються вже з двох хроматид (2-х молекул ДНК). У такому стані вони існують до анафази, коли дочірні хроматиди стають самостійними. Після анафази будова хромосом повертається до вихідного стану – вони складаються з однієї хроматиди. З будовою хромосом пов’язана і їх плоїдність. У G₁ періоді плоїдність хромосом і ДНК співпадають по 2n, тому що хромосома – це одна молекула ДНК. У S-періоді кількість молекул ДНК подвоюється, але вони утримуються разом в одній хромосомі. Тому плоїдність хромосом залишається 2n, а плоїдність молекул ДНК – 4 n. Такий стан плоїдності зберігається до анафази. Після поділу хроматид (молекул ДНК) плоїдність у клітині стає для хромосом 4n, як і для молекул ДНК – 4n. Після цитокінезу, у телофазі, що роз’єднує 2 набори молекул ДНК на полюсах, плоїдність хромосом і ДНК повертається до вихідної: 2n хромосом, 2n ДНК у кожній дочірній клітині.

У мітотичному циклі відбувається характерна динаміка хромосом. У G₀ вони складаються з однієї хроматиди (однієї молекули ДНК), у S-періоді вони подвоюються і складаються вже з двох хроматид (2-х молекул ДНК). У такому стані вони існують до анафази, коли дочірні хроматиди стають самостійними. Після анафази будова хромосом повертається до вихідного стану – вони складаються з однієї хроматиди. З будовою хромосом пов’язана і їх плоїдність. У G₁ періоді плоїдність хромосом і ДНК співпадають по 2n, тому що хромосома – це одна молекула ДНК. У S-періоді кількість молекул ДНК подвоюється, але вони утримуються разом в одній хромосомі. Тому плоїдність хромосом залишається 2n, а плоїдність молекул ДНК – 4n. Такий стан плоїдності зберігається до анафази. Після поділу хроматид (молекул ДНК) плоїдність у клітині стає для хромосом 4n, як і для молекул ДНК – 4n. Після цитокінезу, у телофазі, що роз’єднує 2 набори молекул ДНК на полюсах, плоїдність хромосом і ДНК повертається до вихідної: 2n хромосом, 2n ДНК у кожній дочірній клітині.

Примітка: Хрс – хромосома; хрт (молекула ДНК) – хроматида.

У ході звичайного мітозу можуть бути модифікації: одна з них – вихід клітин із мітотичного циклу в G періоді, ця стадія клітини позначається G₀. Менша частина клітин у G₀ періоді залишається стовбуровими клітинами, більша частина клітин вступає у фазу диференціювання. Модифікація мітозу також може йти по типу блоку однієї з його стадій: 1) блок каріокінезу в G₂-періоді до мітотичної конденсації хромосом – називається ендоредуплікацією, що призводить до політенії (у двокрилих) або до поліплоїдії; 2) блок каріокінезу в профазі після мітотичної конденсації хромосом називається ендомітозом і призводить до поліплоїдії; 3) блок цитокінезу в телофазі призводить до багатоядерності. Політенія, поліплоїдія та багатоядерність мають місце при нормальному гістогенезі тканин.

ЗАВДАННЯ 2. Напівконсервативний спосіб редуплікації ДНК у мітотичному циклі.

Напівконсервативний спосіб редуплікації ДНК на прикладі диференційного забарвлення хроматид хромосом лімфоцитів людини.

Роздивіться 3 мікрофотографії метафазних пластинок лімфоцитів, які пройшли 1, 2, 3 мітотичних цикли в середовищі з 5-бромдезоксиуридином (БДУ), що знижує тінкторіальні (барвні) властивості хромосом. На метафазній пластинці лімфоцита, що ділиться 1-й раз, хроматиди хромосом пофарбовані однаково з нормальною інтенсивністю. У метафазі 2-го мітотичного поділу одна хроматида має нормальне забарвлення, а ступінь забарвлення 2-ої хроматиди значно слабша. У лімфоцитів, що проходять 3-й мітоз, половина хромосом із неоднаковим забарвленням, як у 2-му мітозі, а в іншій частині хромосом обидві хроматиди слабозабарвлені.

Таке забарвлення хроматид у 2-му і 3-му мітозах відбувається при культивуванні лімфоцитів у середовищі, де постійно знаходиться БДУ. Цей штучний нуклеотид є аналогом тимідину і включається до складу ДНК при редуплікаціях. Якщо обидва ланцюги молекули ДНК будуть містити БДУ замість тимідину, то така хроматида (цитологічний рівень молекули ДНК) слабо забарвлюється. У хроматидах 1-го мітотичного поділу тільки в одному ланцюзі молекули ДНК включений БДУ, а другий вихідний (матричний ланцюг) зберігає природний тимідин. Тому барвні властивості речовини хроматид зберігаються (див. схему). У хромосомах 2-го мітотичного поділу молекула ДНК однієї хроматиди має один ланцюг із БДУ, другий із тимідином (темна хроматида), в іншій хроматиді обидва ланцюги молекули ДНК включили БДУ (світла хроматида). У хроматидах хромосом 3-го мітотичного поділу половина хромосом мають ДНК із БДУ в обох ланцюгах, а в половині хромосом включення БДУ аналогічне хромосомам у 2-му мітотичному поділі.

На навчальному столі розкладіть ланцюги-фішки ДНК із БДУ і тимідином, молекули ДНК у першому, другому і третьому мітозах відповідно. Паралельно з умовними молекулами ДНК збоку розташуйте відповідні мікрофотографії метафазних пластинок лімфоцитів, що проходять 1-й, 2-й і 3-й мітози. Порівняйте збіг у фарбуванні хроматид на мікрофотографіях, що є дослідом (експериментом), із розподілом пофарбованих і не пофарбованих ланцюгів у молекулах ДНК у трьох мітозах із урахуванням кольору її ланцюгів залежно від наявності в ній БДУ або тимідину. Зробіть схему напівконсервативного способу редуплікації ДНК, на якій замалюйте по одній хромосомі від кожного мітозу і розподіл ланцюгів-фішок ДНК (гіпотеза) відповідного кольору, зробіть висновок про спосіб редуплікації ДНК, що теоретично пояснює феномен диференційного фарбування сестринських хроматид.

Зробіть аналіз фотографій метафазних пластинок із диференціальним фарбуванням хроматид хромосом лімфоцитів людини протягом трьох мітотичних циклів із застосуванням 5-бромдезоксиуридину (БДУ), що знижує барвні властивості хромосом.

СХЕМА НАПІВКОНСЕРВАТИВНОГО СПОСОБУ РЕДУПЛІКАЦІЇ ДНК І ХРОМОСОМ.

Схема редуплікації ДНК і хромосом (гіпотеза)

Фарбування хромосом у метафазі (дослід)

Висновки

1.

2.

3.

4.

ЗАВДАННЯ 3. Мітоз у клітинах корінця цибулі.

При малому збільшенні мікроскопа можна розрізнити в корінці 3 зони: 1) кінцеву частину – чохлик, 2) зона розподілу – меристема, 3) зона росту або розтягу. Ділення клітин відбувається тільки в другій зоні. При великому збільшенні мікроскопу в ній можна знайти інтерфазні клітини (які не діляться) і клітини на всіх стадіях мітозу. В інтерфазі клітини прямокутні, ядро овальне, з 1-2 ядерцями та дрібними глибками хроматину. У профазі помітні тонкі нитки конденсованого хроматину, зібраного в клубки. В метафазі хромосоми тісно концентруються на екваторі (екваторіальна пластинка). В анафазі йде розходження хроматид до полюсів, хромосоми у вигляді шпильок. В телофазі хромосоми, що відійшли, формують полярні шапки, починається цитокінез утворенням двох дочірніх клітин.

ЗАВДАННЯ 4. Мітоз у яйцеклітинах аскариди, що дробляться.

Зріз проходить через тіло матки кінської аскариди. Порожнина матки заповнена заплідненими яйцеклітинами, що знаходяться на різних стадіях дроблення. Для вивчення мітозу треба вибирати розподіл на стадії двох бластомерів. На більш пізніх стадіях дроблення клітини менше, і вивчення на них мітозу менш зручне. Кожне яйце оточене товстою гомогенною оболонкою, що має більш забарвлений контур. Ця оболонка світлою смужкою звичайно відділена від зиготи, що дробиться. При великому збільшенні в частині яєць видно, що присутні різні стадії мітозу. Мітотичний поділ зигот аскариди в принципі не відрізняється від мітозу в інших клітинах тварин. Проте у аскариди дуже добре видно веретено поділу, центріолі і сяйво навколо центріолей. Тому, розглядаючи цей препарат, зверніть увагу на стадії метафази та анафази, на яких мітотичний апарат виражений найбільш чітко.

ЗАВДАННЯ 5. Мітоз у клітинах епітелію шкіри личинок амфібій.

Препарат являє собою тонку плівку епітелію, в якій клітини лежать у декілька шарів, тому потрібно обрати більш тонку ділянку препарату. Між епітеліальними клітинами лежать більш значні, неправильної форми, з розгалуженими відростками пігментні клітини. Вони заповнені коричневими гранулами пігменту.

Епітеліальні клітини утворюють суцільний шар, мають багатогранну форму. Ядра великі, округлі або овальні з вираженими глибками хроматину, ядерцями, ядерною оболонкою. На препараті можна знайти всі фази мітозу, що не відрізняються від описаних в інших препаратах. Варто звернути увагу на стадію метафази, тому що крім звичайних екваторіальних пластинок, зустрічаються метафази, які видно з полюсу. У цьому випадку хромосоми своїми центромерами обернені одна до одної в центр клітини, а теломірні кінці спрямовані на периферію. Хромосоми мають форму вигнутих паличок, тому на препараті видна картина, що нагадує зірку і цю стадію називають стадією материнської зірки.

Питання для самоКОНТРОЛЮ:

1. Що вказує на ендосимбіотичне походження центрів організаторів мікротрубочок?

2. Який подвійний механізм розходження сестринських хромосом до полюсів поділу?

3. В який період мітотичного циклу в клітині є одночасно тетраплоїдний набір хромосом і молекул ДНК?

4. Які докази напівконсервативного способу редуплікації ДНК?

5. Чому утворені дочірні клітини в результаті мітозу генетично подібні одна до одної? В чому тоді причина структурно-функціональної відмінності диференційованих клітин?

7. Назвіть головні структурні відмінності відкритого, закритого, напіввідкритого мітозів.