Biologia_Rukovodstvo_1

Тема следующего занятия:

«Временная организация клетки. Клеточный цикл и его периодизация. Митоз»

Вопросы для устного собеседования:

1.Клеточный цикл и его периодизация. Основные принципы организации клеточного цикла. Механизмы регуляции роста клеток.

2.Морфологическая и генетическая характеристика периодов интерфазы.

3.Митотический цикл. Морфологическая и генетическая характеристика стадий. Биологическое значение митоза.

4.Кариотип. Принципы классификации хромосом.

5. Патологические митозы, их значение. Эндомитоз. Понятие о стволовых клетках.

6.Особенности жизненных циклов дифференцированных клеток. Старение и гибель клеток.

Рекомендуемая литература:

1.Лекционный материал

2.Под ред. В.Н.Ярыгина. Биология (в двух книгах). М., «Высшая школа»,

2006. – Книга 1, с. 55-60

** * * *

Занятие № 4

Тема занятия: «Временная организация клетки. Жизненный цикл клетки и его периодизация. Митоз»

Цель занятия:

-изучить временную организацию клеток;

-сформировать представление о специфичности клеточного цикла для клеток различных тканей;

-ознакомиться с особенностями митотического цикла и механизмами его регуляции;

-научиться определять на микропрепаратах фазы митоза.

Самостоятельная аудиторная работа

В обобщенном жизненном цикле эукариотических клеток можно выделить несколько стадий, каждая из которых характеризуется определенными морфологическими и функциональными особенностями. Это – стадии размножения и роста, дифференцировки, функциональной активности, старения и смерти. С учетом большого многообразия клеточного состава организма человека каждый тип клеток характеризуется своими особенностями стадий жизненного цикла. Для одних клеток характерна высокая митотическая активность,

21

при этом фактически отсутствует стадия дифференцировки; как пример можно привести бластомеры или различные стволовые клетки организма. Эти клетки постоянно вступают в новый митотический цикл, который включает подготовку клетки к делению (рост клетки и репликация ДНК) и непосредственно деление – митоз. Другие клетки организма после образования проходят стадию дифференцировки и начинают проявлять свою функциональную активность, продолжительность которой может колебаться от нескольких дней (эпителий кишечника) до нескольких десятилетий (нейроны). В это время клетки находятся в периоде пролиферативного покоя. Одни дифференцированные клетки полностью утрачивают способность к митотическим делениям, поэтому при завершении жизненного цикла в этих клеток появляются признаки старения, затем наступает их гибель (но не смерть всего организма!). Другие дифференцированные клетки сохраняют способность к делениям, и в случае необходимости (физиологическая или репаративная регенерация) из стадии пролиферативного покоя переходят в митотический цикл: в клетках происходит репликация ДНК, затем происходит митоз.

Основные принципы организации жизненного цикла клеток:

1.Продолжительность цикла различна в зависимости от типа клеток.

2.В нормальных клетках начало следующей стадии цикла зависит от правильного завершения предыдущей стадии. Контроль за основными процес-

сами, происходящими в определенную стадию ЖЦК осуществляют многочисленные ферментативные и белковые системы клеток. При неблагоприятных условиях могут возникать задержки прохождения стадий клеточного цикла, например, для репарации ДНК.

3.Усиление дифференцировки клеток сопровождается снижением их митотической активности.

Работа 1. Особенности жизненных циклов клеток различных тканей

Используя учебные пособия и лекционный материал, заполните таблицу.

Форма записи схемы клеточного цикла: M → G1 → G0 → D1 → D2 → D3 → F , где М – митоз, G1 – постмитотический период, G0 – период пролиферативного покоя, D1-3 – различные стадии дифференцировки, F – гибель клетки.

22

Самостоятельная внеаудиторная работа

Работа 1. Структурная организация наследственного материала делящейся клетки

Изучите рисунок и укажите название уровней организации наследственного материала. В какую стадию жизненного цикла клеток эти уровни выявляются в клетках?

Рис. 6. Уровни организации наследственного материала

Таблица 3. Уровни укладки хромосом

Итоговое сокращение длины составляет приметно 10.000 раз

24

Работа 2. Соматические геномные мутации и их последствия.

Одно из возможных нарушений деления клетки связано с нерасхождением хроматид в анафазу митоза. Это является причиной возникновения соматических геномных мутаций и приводит к появлению клеточного мозаицизма.

Предположим, что нарушилось расхождение хроматид одной хромосомы. К каким последствиям это может привести?

Вопросы для самоконтроля знаний:

1.Чем жизненный цикл клетки отличается от митотического цикла?

2.Какой биологический смысл имеет спирализация хроматиновых нитей в профазу митоза?

3. Что такое атипические митозы?

4. Что означают термины: политения, полиплоидия, эндомиоз? 5. Чем характеризуется период пролиферативного покоя?

6.Какие внеклеточные факторы принимают участие в регуляции жизненного цикла клеток?

7.В печени в норме встречаются одноядерные клетки с диплоидным набором хромосом и двуядерные клетки. Объясните механизмы появления этих клеток.

8.Что такое стволовые клетки?

9.Какие морфологические признаки характеризуют процесс старения клеток?

10.В каких биологических процессах имеет место апоптоз? Чем апоптоз отличается от некроза?

11.Какие можно привести примеры в доказательство того, что соматические клетки организма имеют идентичный генотип?

25

Темы учебно-исследовательской работы студентов:

1.Проблемы клеточной пролиферации в медицине.

2.Сигнальные системы в регуляции жизненного цикла клетки.

3.Явление апоптоза: биологическое и медицинское значение.

4.Стволовые клетки и их использование в медицины.

** * * *

Словарь терминов Амитоз – прямое деление соматических клеток, при котором происходит пе-

решнуровка или фрагментация (распад) ядра; характерен для стареющих клеток и клеток злокачественных опухолей, образующиеся при этом дочерние клетки содержат различную наследственную информацию Антионкогены (гены супрессоры опухолевого роста) – в норме отвечают за

подавление клеточной пролиферации (деления) на определенных стадиях онтогенеза; мутации антионкогенов – одна из причин возникновения опухолей. Апоптоз – генетически запрограммированный и энергозависимый процесс гибели отдельных клеток, позволяющий уничтожить клетки, выполнившие свои функции, или клетки, ставшие опасными для организма (с нарушениями генетического материала, пораженные вирусом и т.д.).

Воспаление – реакция на местное повреждение; биологический смысл состоит в ликвидации (или отграничении от здоровой ткани) очага повреждения и вызвавших его патогенных агентов.

Дифференцировка – процесс формирования морфологических особенностей клеток, обеспечивающих выполнение специфических функций; основной генетический механизм дифференцировки клеток – дифференциальная активность генов.

Интерлейкины – цитокины, действующие как факторы роста и дифференцировки лимфоцитов и других клеток организма.

Интерфаза – период жизненного цикла между двумя последующими делениями клеток.

Кариотип – полный парный набор хромосом диплоидной клетки, характеризующийся совокупностью признаков: число хромосом, их размеры и форма, особенности дифференциального окрашивания.

Кариокинез – начальная стадия митоза, заключающаяся в процессе деления клеточного ядра; в результате одноядерная клетка становится двуядерной. Кейлоны – группа биологически активных соединений, способных угнетать деление и дифференцировку определенных клеток.

Клетки тотипотентные – вид стволовых клеток, каждая из которых способна дат начало самостоятельному организму. Пример: бластомеры на ранних стадиях дробления.

Клетки полипотентные – вид стволовых клеток, которые способны дать начало различным видам клеток. Пример: клетки зародышевых листков, стволовые кроветворные клетки.

26

Клетки унипотентные – клетки, способные при делении образовывать дочерние этого же вида. Пример: дифференцированные клетки, сохранившие способность к делениям.

Жизненный цикл клетки – совокупность событий, происходящих от образования клетки до последующего деления или до ее гибели.

Митоз – непрямое деление клеток, включающее цито- и кариокинез. В результате митоза образуются дочерние клетки с идентичной наследственной информацией, т.е. сходные по кариотипу и генотипу.

Митотический индекс (МИ)– показатель митотической активности ткани или культуры ткани; представляет собой число делящихся путем митоза клеток из 1000 изученных на гистологическом препарате.

Митотический цикл – совокупность событий, предшествующих делению (рост клетки, репликация ДНК) и включающих деление клетки – митоз. Некроз – вариант гибели клеток, возникающий под действием резко выраженных повреждающих факторов, при этом наблюдается гибель значительного числа клеток, на месте некроза возникает воспалительная реакция.

Период полиферативного покоя – стадия клеточного цикла, во время которой происходит дифференцировка клеток и последующее их активное функционирование в составе ткани. Дифференцированные клетки могут сохранить способность к делению (возвращаются в митотический цикл) или завершают свой клеточный цикл гибелью.

Полиплоидия – увеличение числа хромосом на кратное гаплоидному. Пролиферация – увеличение числа клеток в результате митотических делений. Протоонкогены – группа генов, контролирующих нормальное клеточное деление и последующую дифференцировку клеток.

Соматические клетки – клетки тела животного или растения, содержащие диплоидный набор хромосом.

Центромера – первичная перетяжка хромосомы.

Цитокинез – стадия митоза, во время которой происходит разделение цитоплазмы исходной клетки; в результате из двуядерной образуются две одноядерные дочерние клетки.

Цитокины – межклеточные медиаторы, осуществляющие через специфические рецепторы взаимодействия между клетками, вовлекаемые в защитный (иммунологический или воспалительный) ответ, регулируют дифференцировку, пролиферативную активность и экспрессию фенотипа клеток-мишеней. К ним относятся факторы роста клеток, интерлейкины, факторы некроза опухолей, интерфероны, факторы супрессии и др.

Факторы роста – белки, усиливающие митотическую активность в определенных тканях.

Эндомитоз – вариант митоза, при котором происходит удвоение числа хромосом без разрушения ядерной оболочки. В результате возникают одноядерные полиплоидные клетки.

* * * * *

27

Занятие № 5 Тема занятия: «Размножение организмов. Гаметогенез.

Оплодотворение»

Цель занятия:

-изучить основные формы размножения организмов;

-разобрать особенности гаметогенеза у человека;

-выявить возможные нарушения гаметогенеза и их последствия;

-оценить роль комбинативной изменчивости в фенотипическом разнообразии организмов;

-изучить формы осеменения организмов, фазы и биологическое значение опло дотворения.

Самостоятельная аудиторная работа

Размножение – обязательное и уникальное свойство живых организмов. В природе существует большое разнообразие способов и форм размножения: одни организмы размножаются только бесполым путем, другие – половым, а у третьих – имеет место сочетание того и другого. Способ размножения любого организма (от бактерии до человека) – это генетически закрепленный признак, возникший в ходе биологической эволюции, и этот способ (или способы) решает основную цель – сохранение вида.

Одним из первых ароморфозов многоклеточных организмов было появление половых клеток, которые по своим генетическим характеристикам отличались от других клеток тела. Появление такого способа деления клеток как мейоз способствовало возникновению гаплоидных клеток. А, это в свою очередь, явилось механизмом поддержания числа хромосом при смене поколений. Следующим важнейшим ароморфозом полового размножение было возникновение разнополости у организмов. В ходе эволюции возникли различные генетические механизмы, определяющие пол организма. Один из них – гетерогаметность одного из полов.

Огромное значение для организмов, размножающихся половым путем, имеет перекомбинация наследственного материала, которая возникает во время мейоза. Новые комбинации генов, возникающие у потомков, являются одной из причин фенотипического разнообразия организмов, что дает материал для естественного отбора. По этой причине половое размножение организмов считается биологически более прогрессивным, чем бесполое.

Работа 1. Морфологический и генетический анализ гаметогенеза

Перенесите в альбом общую схему гаметогенеза (Рис. 7), укажите названия стадий гаметогенеза, а также названия клеток и их генетическую характеристику.

29

1

2

3

4

Рис.7 Схема гаметогенеза

Работа 2. Деление созревания в яйцеклетках лошадиной аскариды.

На микропрепарате представлен поперечный срез матки аскариды. На малом увеличении микроскопа хорошо видно, что матка заполнена округлыми клетками (овоцитами) с толстыми оболочками. Рассмотрите клетки под большим увеличением микроскопа.

На препарате можно наблюдать клетки, находящиеся на разных стадиях деления созревания. Следует помнить, что у аскариды процесс созревания начинается после оплодотворения, поэтому, в клетках можно увидеть не только хромосомный аппарат овоцитов, но и ядро сперматозоида. В одних овоцитах обнаруживаются биваленты – пара рядом расположенных гомологичных хромосом (определяются в виде двух темных «палочек»), в других – тетрады – каждая хромосома состоит из двух хроматид (определяются в виде четырех темных «точек»). Сделайте рисунок с обозначениями: оболочка овоцита, цитоплазма овоцита, биваленты (или тетрады), ядро сперматозоида.

Работа 3. Стадии внутреннего оплодотворения яйцеклеток лошадиной аскариды.

Непосредственно перед оплодотворением сперматозоид должен преодолеть три барьера: лучистый венец, состоящий из нескольких слоев фолликулярных клеток, прозрачную оболочку (zona pellucida) и плазматическую мембрану яйцеклетки. Сперматозоиды легко проникают между фолликулярными клетками и связываются со специфическими рецепторами прозрачной оболочки. Следующий этап – возникновение акросомальной реакции. Мембраны акросомы и яйцеклетки сливаются, от головки сперматозоида отделяются маленькие пузырьки, содержащие ферменты (гиалунидазу, акросомин, протеазы, липазы и др.). Под действием ферментов в прозрачной оболочке образуется узкий канал, в который внедряется головка сперматозоида. В месте образования контакта

30