Питання для самоперевірки
1. Які основні положення клітинної теорії?
2. Які організми відносяться до прокаріотів?
3. Перелічіть основні риси будови прокаріотів.
4. Вкажіть основні відмінності між прокаріотами і еукаріотами.
5. В чому полягає суть обміну інформації в системі "середовище - організм"?
6. Опишіть будову та функції органел клітини (апарат Гольджі, цитоплазма, рибосома, мітохондрії, та ін.).
7. Вкажіть які органели клітини мають власну ДНК.
8. Вкажіть органели, що відповідають за збереження, реалізацію та передачу спадкової інформації.
9. Будова ядра.
10. Що таке хромосоми, яка їх будова.
11. Класифікація хромосом.
12. Поняття про каріотип.
13. Поняття про хромосомний індекс.
14. Поняття про гомологічні та не гомологічні хромосоми.
Список рекомендованої літератури
Меркурьева Е.К., Абрамов З.В., Бакай А.В., Кочиш И.И. Генетика -М.: Агропромиздат, 1991. - 446 с.
Коновалов В.С., Коваленко В.П., Недвига М.М. та ін. Генетика сільськогосподарських тварин. - К.: Урожай. - 1996. - 432. с.
Стрельчук С.І., Демидов С.В., Бердишев Г.Д., Голда Д.М. Генетика з основами селекції, - Кіїв: фітосоціоцентр, 2000. – 292с.
Иванова О.А. Генетика. – М.: Колос, 1974. – 431с.
Ватти К.В., Тихоморова М.М. Руководство к практическим занятиям по генетике. / издание 2-е, исправленное/ - М.: «Просвещение», 1979. – 189с.
Заняття №3. Типи поділу клітин. Мітоз
Мета заняття: Вивчити основні типи поділу клітин тваринних організмів. Розглянути мітотичний цикл та фази поділу клітини. Біологічна сутність мітозу, особливості розподілу спадкового матеріалу. Заповнити відповідні сторінки зошити для практичних занять.
Теоретичні положення
У житті клітини розрізняють життєвий цикл і клітинний цикл. Життєвий цикл значно довший - це період від утворення клітини внаслідок поділу материнської клітини і до наступного поділу або до загибелі клітини. Впродовж життя клітини ростуть, диференціюються, виконують специфічні функції.
Клітинний цикл значно коротший. Це власне процес підготовки до поділу (інтерфаза) і сам поділ (мітоз). Тому цей цикл називають ще мітотичним.
Така періодизація (на життєвий і мітотичний цикл) досить умовна, оскільки життя клітини - безперервний, неподільний процес. Так, в ембріональний період, коли клітини швидко діляться, життєвий цикл співпадає з клітинним (мітотичним). Після диференціювання клітин, коли кожна з них виконує специфічну функцію, життєвий цикл триваліший від мітотичного.
Клітинний цикл складається з інтерфази, мітозу і цитокінезу (рис. 14). Тривалість клітинного циклу в різних організмів різна.
Рис. 14. Клітинний цикл.
Інтерфаза - це підготовка клітини до поділу, на її частку припадає 90 % всього клітинного циклу.
На цій стадії відбуваються найбільш активні металічні процеси. Ядро має гомогенний вигляд – воно заповнено тонкою сіткою, яка складається з переметених між собою досить довгих і тонких ниток - хромонем. Ядро відповідної форми, оточене двошаровою ядерною мембраною з порами діаметром близько 40 мкм. В інтерфазному ядрі проходить підготовка до поділу Інтерфазу поділяють на певні періоди: G1 - період, який передує реплікації ДНК; S-період реплікації ДНК; G2 - період з моменту закінчення реплікації до початку мітозу. Тривалість кожного періоду можна визначити, скориставшись методом радіоавтографії.
Пресинтетичний період (G1 - від. англ. gap - інтервал) настає зразу за поділом. Тут відбуваються такі біохімічні процеси: синтез макромолекулярних сполук необхідних для побудови хромосом і ахроматинового апарату (ДНК, РНК, гістонів та інших білків), зростає кількість рибосом і мітохондрій, відбувається накопичення енергетичного матеріалу для здійснення структурних перебудов і складних рухів під час поділу. Клітина інтенсивно росте і може виконувати свою функцію. Набір генетичного матеріалу буде 2n.
У синтетичному періоді (S) подвоюється ДНК, кожна хромосома внаслідок реплікації створює собі подібну структуру. Проходить синтез РНК і білків, мітотичного апарату і точне подвоєння центріоль. Вони розходяться в різні боки, утворюючи два полюси.
Набір генетичного матеріалу складає 2n х 2 = 4n.
Далі настає післясинтетичний період (G2) - клітина запасається енергією. Синтезуються білки ахроматинового веретена, йде підготовка до мітозу. Генетичний матеріал складає 2п4с. Після досягнення клітиною певного стану: накопичення білків, подвоєння кількості ДНК та ін. вона готова до поділу - мітозу.
Спадкова інформація передається в процесі поділу клітини. Результатом мітотического поділу є 2 клітини, що знов утворюються, та мають однакові каріотип і генетичну інформацію, закодовану в молекулах ДНК – в цьому і є біологічно сутність мітотичного поділу, які відбувається наступним чином:
Профаза. На початку профази (рання профаза, рис.15) Клітина має вигляд, як в інтерфазе, лише ядро помітно збільшується в розмірах і в ньому виявляються хромосоми, що мають вид довгих тонких хроматичних ниток; В пізній профазі відбувається спіралізуція хроматинових ниток, внаслідок чого вони набувають форму, властиву хромосомам даного вигляду, стають більш щільними і короткими. В цій фазі можна побачити, що кожна хромосома складається з двох хроматид, спіральний скручених і сполучених центромером.
У профазі інтенсивно формується мітотический апарат клітини. Він складається з ниток, кожна з яких є пучком мікротрубочок, утворених макромолекулами фибриллярних білків. Розрізняють два типи ниток: що тягнуть нитки веретена, прикріпляється у мітафазі до центромерів хромосом, і опорні, сполучають полюси клітини.
Рис.15. Схема мітоза
На при кінці профази в кожній хромосомі чітко виявляється центромер (кинетохор), спочатку у вигляді невеликої перетяжки, а потім — у вигляді світло фарбовано ділянки 1. В кінці профази відбувається фрагментація ядерної оболонки і зникнення ядерець.
Метафаза. Початком метафази (прометафаза) прийнято вважати період, коли ядерна оболонка повністю фрагментується і хромосоми наближаються до екватору клітини. В метафазі хромосоми розташовуються в одній площині на екваторі клітини, утворюючи так звану метафазну (екваторіальну) пластинку; Центромер кожної хромосоми, скріпляючий обидві хроматиди, розташовується строго в площині екватору клітини, а плечі хромосом бувають витягнутими більш менш паралельно ниткам веретена.
У метафазі добре виявляється форма і будова кожній хромосоми. Закінчується формування мітотического апарату і здійснюється прикріплення ниток, що тягнуться, до центромерам. В кінці мітафази відбувається одночасний розподіл центромер всіх хромосом даної клітки.
Анафаза. Зразу ж після розподілу центромер хроматиди відділяються (відштовхуються) одна від одної і розходяться до протилежних полюсів клітини. Все хроматиди почінають рухатися до полюсів одночасно і досить швидко. Велику роль в орієнтованому русі хроматид грають центромери. Якщо хроматида із якоїсь причини втратила центромер, вона втрачає здібність орієнтованого переміщення до полюса і порушує картину нормального перебігу анафази. Фрагмент такий хроматиди може зберегатися в клітині лише в тому випадку, якщо він приєднається до іншої хроматиди, має центромер.
У анафазі хроматиди називають сестринськими хромосомами. Рух сестринських хромосом в анафазі відбувається при взаємодії двох процесів: скорочення і подовження опорних ниток мітотического веретена. Закінчується анафаза, коли сестринські хромосоми досягнуть полюсів клітини.
Телофаза. На початку телофази закінчується рух сестринських хромосом, і вони концентруються на полюсах клітини у вигляді компактних утворень. Хромосоми диспирализуются і втрачають видиму індивідуальність. Утворюється ядро, оточене оболонкою, відновлюються ядерця в тій же кількості, в якому вони були в ядрі початкової материнської клітини, закладається клітинна оболонка. Одночасно з формуванням дочірніх ядер в телофазі відбувається розділення всього вмісту початкової материнської клітки і утворення двох дочірніх кліток (цитокинез).
Процес формування двох нових дочірніх кліток називається цитокинезом.
Таким чином, дочірні клітини, що виникли в результаті мітозу, містять ту ж спадкову інформацію, що й початкова материнська, але по кількості цитоплазми і органел вони можуть мати істотні відмінності.
Після цитокинезу клітина може вступити в наступний мітотичний цикл або перейти в стан диференціації.
Інтенсивність поділу клітин певної тканини отримало назву Мітотична активність., вона залежить від сукупності великої кількості факторів. Показником мітотичної активності є Мітотичний індекс (МІ). Його визначають як співвідношення кількості клітин, що знаходяться в мітозі (М) до загалдьбної кількості клітин на даній ділянці тканини (N), виражене у відсотках у промілі (0/00).
МІ = (М / N)*100
Біологічне значення мітозу. Мітоз — найбільш поширений спосіб репродукції клітин тварин. Це основа росту і вегетативного розмноження всіх еукаріотів - організмів, які мають ядро. Основна його роль полягає у точному відтворенні клітин, забезпеченні рівномірного розподілу хромосом материнської клітини між виникаючими з неї двома дочірніми клітинами і підтриманні сталості числа і форми хромосом у всіх клітинах тварини. Мітоз сприяє росту організму в ембріональному і постембріональному періодах, копіюванню генетичної інформації і утворенню генетично рівноцінних клітин. Тому організми, які розмножуються вегетативно (гриби, водорості, найпростіші, багато рослин) утворюють велику кількість ідентичних особин, або клонів. Клонування можливе в деяких багатоклітинних, здатних відновлювати цілий організм із частини тіла: кишковопорожнинних, червів. Клонування хребетних відбувається тільки на ранніх стадіях ембріогенезу. Так, у тварин і людини утворюються монозиготні близнюки з однієї заплідненої яйцеклітини внаслідок її мітотичного розділення. За рахунок мітозу всі функціонально застарілі клітини організму замінюються новими.
Цей поділ лежить в основі процесу регенерації - відновлення втрачених тканин.
Амітоз. Амітоз відбувається шляхом поділу ядра, а згодом і цитоплазми. Під час амітозу ядерце видовжується, перешнуровується, а потім витягується і ядро. У деяких випадках в ядрі виникає перегородка, що ділить його на дві частини. Поділ ядра іноді супроводжується поділом цитоплазми.
Розрізняють кілька форм амітозу: рівномірний, коли утворюється два рівних ядра; нерівномірний, коли утворюються нерівні ядра; фрагментація, коли ядро розпадається на багато дрібних ядер однакової або різної величини. Таким чином, амітоз - це поділ, що відбувається без спіралізації хромосом і без утворення веретена поділу. Чи відбувається попередній синтез ДНК перед початком амітозу і як вона розподіляється між дочірніми ядрами - невідомо. Іноді при поділі певних клітин мітоз чергується з амітозом.