Деление клетки. Митоз. Мейоз

Цель урока:

· Обуч. Углубить знания учащихся о значении непрямого деления клетки - митозе, а так же изучить особенности мейоза о подготовке клетки к делению и их фазах.

· Развив. Сформировать у школьников умение объяснять причины и следствия внутриклеточных процессов, происходящих при митозе и мейозе.

· Воспит. Убедить старшеклассников в том, что деление клетки действительно является основой размножения и индивидуального развития организма.

Методы активизации мыслительной деятельности 3-5 мин.

Орг. момент. План урока.

Методы контроля знаний (опрос) 5-7 мин.

1. Какова роль ядра в управлении жизнью клетки?

2. Каковы особенности строения ядра в связи с выполняемой функцией?

3. Какие структуры ядра являются носителями наследственной ин формации?

4. Назовите отличия клеток растений и животных.

5. В чем заключаются принципиальные различия между прокариотами и эукариотами?

6. В чем сходство и отличия клеток грибов от клеток растений и животных?

Основная часть (новый материал).

Митоз.

Основной способ деления эукариотических клеток. Процессу деления клеток предшествует этап клеточного цикла, который называется «интерфаза». В это время клетка осуществляет подготовку к делению.

Интерфаза.

1. Удвоение нитей ДНК в хромосомах.

2. Синтез молекул РНК, АТФ, белков.

3. Увеличение числа цитоплазмы(митохондрий, хлоропластов)

В митозе различают четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу, телофазу.

Профаза - в ядре появляются тонкие нити, это хромосомы, в это время они укорачиваются и утолщаются. Хромосомы становятся хорошо видны. Каждая хромосома это удлиненное тело, состоящее из двух частей. К концу профазы ядерная оболочка растворяется, и хромосомы свободно располагаются в цитоплазме.

Метафаза. Завершается образование веретена деления и хромосомы располагаются по экватору. У каждой хромосомы происходит отделение хроматид друг от друга. В дальнейшем хроматиды расходятся к полюсам клетки.

Анафаза. Хроматиды находятся у полюсов за счет нитей веретена деления. При этом используется энергия АТФ.

Телофаза. У полюсов хромосомы начинают раскручиваться и они приобретают вид длинных нитей. В дочерних клетках вновь образуется ядерная оболочка , формируется ядрышко и происходит деление цитоплазмы. Клетки отделяются друг от друга.

Весь процесс длится в течении 1-2 часов.

Значение митоза:

1. Каждая дочерняя клетка получает точно такое же количество хромосом.

2. Точная передача наследственной информации от материнской клетки к дочерней.

Число хромосом.

Основу генетического вида составляет число хромосом характерное для данного вида (таблица стр. 184). Хромосомы содержатся по парам (Так 46 хромосом человека составляют 23 пары). Совокупность хромосом называется хромосомным набором. Любой многоклеточный организм несет два вида клеток.

Соматические клетки содержат диплоидный (двойной) набор хромосом. Ядра половых клеток содержат гаплоидный (одинарный) набор хромосом.

Неотъемлемым свойством всего живого является способность к размножению. Это общее свойство живых организмов обеспечивается клеточным делением. Период жизни клетки от одного деления до следующего называется клеточным циклом (рис. 29). Его делят на 2 периода: интерфазу (подготовка к делению) и сам процесс деления митоз (или другой способ). Интерфаза, или фаза роста, занимает примерно 80% клеточного цикла. У разных типов клеток, принадлежащих разным организмам, эта цифра сильно варьирует. Во время интерфазы происходит рост клеток, накопление энергии в виде АТФ и питательных веществ, увеличение количества органоидов. Зрелая клетка, готовая к делению, имеет обычно крупное ядро. У многих типов клеток сигналом готовности к делению служит соотношение объемов цитоплазмы и ядра.

Самое важное событие, без которого невозможно последующее деление, - это репликация (самоудвоение молекул ДНК). Если она не произойдет, дочерним клеткам не хватит хромосом, и они будут обречены на гибель. Процесс репликации происходит примерно в середине интерфазы. К концу интерфазы и началу деления каждая хромосома клетки содержит по две молекулы ДНК. Эти молекулы являются копией друг друга. Они соединены в месте перетяжки (центромера) и заключены в общую белковую оболочку. Такие удвоенные молекулы ДНК называются хроматидами.

Таким образом, к началу деления каждая хромосома состоит из двух половинок - хроматид (рис. 30). Каждая хроматида содержит одну молекулу ДНК.

Деление клеток - это процесс, лежащий в основе непрерывности жизни. На смену старым клеткам должны приходить новые, а взрослые организмы должны давать начало молодым. В природе существуют два основных способа деления клеток: митоз и мейоз.

Митоз - это способ деления клеток, когда из одной материнской образуются 2 дочерние клетки. Набор хромосом в них не изменяется. Если митозом поделилась клетка, содержащая 10 хромосом, образуются 2 дочерние клетки с 10 хромосомами в каждой. Часто говорят, что «митоз - это способ деления, когда хромосомный набор сохраняется» или «дочерние клетки точно копируют материнскую». У человека, животных, растений и грибов (у всех эукариот) клетки тела делятся митозом (рис. 31).

Стадии митоза. Как и любой сложный процесс, митоз происходит не мгновенно. Клетка проходит ряд последовательных фаз. В результате каждая дочерняя клетка получает такой же набор хромосом, каким он был в материнской клетке. Различают 4 фазы митоза: профаза, метафаза, анафаза и телофаза.

Приставка про в переводе с латинского - перед, первый. Значит, профаза - это первая фаза.

Каждая фаза занимает определенное время. Постепенно меняется состояние клетки (рис. 32).

Физминутка.

Основной тип деления клетки, в результате которой образуются яйцеклетка и сперматозоиды, называется мейозом. Соматические клетки содержат диплоидный (двойной) набор хромосом, а половые клетки содержат гаплоидный (одинарный) набор хромосом. Они образуются путем мейоза. Этот процесс происходит в два этапа.

При первом происходит уменьшение числа хромосом, а во втором не меняется. Интерфаза происходит, так же как и в процессе митоза.

Первое деление мейоза:

· Растворение ядерной оболочки.

· Спирализация хромосом.

· Расхождение центриолей к разным полюсам клетки.

· Образование нитей веретена деления.

· Сближение парных хромосом или их конъюгация.

· Обмен участками между гомологичными хромосомами каждой пары, то есть их перекрест, или кроссинговер.

· Расположение гомологичных хромосом по экватору клетки (попарно, напротив друг друга).

· К каждой хромосоме присоединяется одна нить веретена деления.

· Пары гомологичных хромосом разделяются.

· Целые хромосомы конкретной пары расходятся к разным полюсам клетки.

· Каждая хромосома состоит по-прежнему состоит из двух хроматид.

Второе деление мейоза:

· Очень укорочена, без кроссинговера.

· Происходит по принципу митоза, но при гаплоидном наборе хромосом.

· Осуществляется по принципу митоза.

· Процессы идут параллельно в двух клетках, образовавшихся после первого деления мейоза.

· Происходят те же процессы, что и при митозе.

· В итоге образуются четыре гаплоидные клетки.

· Хромосомы в каждой из клеток однохроматидные.

Сходство и отличие митоза и мейоза.

Мейоз 1 имеет ряд серьезных отличий. Во-первых, в профазе 1 мейоза происходит конъюгация хромосом (переплетение, объединение) и возможен кроссинговер - обмен участками гомологичных хромосом. У каждого диплоидного организма первая хромосома отца соответствует по размерам, форме и составу генов первой хромосоме матери. Такие хромосомы называются гомологичными.

Еще одно существенное отличие связано с тем, что нити веретена деления в метафазе 1 крепятся не к дочерним хроматидам, а сразу к целым хромосомам. В анафазе не происходит разрыва центромеры, и в дочерние клетки расходятся целые двойные хромосомы, состоящие из двух двуспиральных молекул ДНК. В результате такого процесса образуются две дочерние клетки, в которых содержится гаплоидный набор хромосом 1n. Но каждая хромосома по-прежнему состоит из двух хроматид, т. е. двух полноценных молекул ДНК.

В мужском организме все четыре гаплоидные клетки, образовавшиеся в процессе мейоза, преобразуются в сперматозоиды. У особей женского пола из четырех клеток до яйца дозревает только одна. При делении цитоплазма неравномерно распределяется между дочерними клетками, поэтому основной запас пищи остается только в одной клетке. Три оставшиеся клетки вскоре погибают.

Образовавшаяся яйцеклетка покрывается оболочкой, а у пресмыкающихся и птиц образуется плотная оболочка (скорлупа яйца).

Таким образом, биологическая сущность мейоза состоит в процессе редукционного (редукция - уменьшение) деления клеток. В половых клетках путем двукратного мейотического деления число хромосом уменьшается вдвое. Если бы уменьшения хромосом вдвое не происходило, то в каждом следующем поколении при слиянии ядер яйцеклетки и сперматозоида число хромосом увеличивалось бы бесконечно. Благодаря мейозу зрелые половые клетки получают гаплоидное (1n) число хромосом, а при оплодотворении восстанавливается свойственное данному виду диплоидное (2n) число.

Кроме митоза и мейоза есть еще один способ деления: амитоз. Он похож на митоз, но хромосомы по дочерним клеткам распределяются не поровну. В одну может попасть, например, 48 хромосом, в другую 44. Подобные клетки не могут давать нормальное жизнеспособное потомство. Они недолговечны, не дают начало другому организму, тканям или органам. Так образуются эндосперм (запас питательных веществ в семенах растений) и клетки зародышевых оболочек у человека, которые отторгаются при родах.

Заключение.

Клетка - основная структурная и функциональная единица жизни. Каждой клетке присущи все свойства живого: размножение, обмен веществ, рост, развитие, старение, смерть и многое другое. Все клетки живых организмов схожи между собой по строению и химическому составу. Они покрыты мембраной, которая выполняет защитную функцию, а также осуществляет избирательную проницаемость, у грибов, растений и многих бактерий кроме мембраны есть еще и клеточная стенка (из хитина, целлюлозы или муреина). Цитоплазма (жидкое содержимое) есть у всех клеток. Ядро имеют клетки всех организмов кроме бактерий. Ядерные организмы называются эукариотами. Это грибы, растения и животные. Безъядерные клетки присущи только бактериям и синезеленым водорослям (цианобактерии). Они называются прокариотами. Ядро управляет жизнью клетки, контролируя через биосинтез белков (ферменты) все химические процессы. Эукариотические клетки, утратившие ядро (такие как эритроциты или тромбоциты) теряют способность к размножению. Ядро - это двумембранный органоид. Внутри него находится ядерный сок - кариоплазма, в котором плавают ядрышки и хромосомы, состоящие из хроматина - смеси ДНК и белков. Они - хранители наследственной информации о строении белков.

В цитоплазме находятся органоиды. Все органоиды имеют постоянное строение и выполняют строго определенную функцию. По наличию мембран органоиды можно разделить на три группы: немембранные (самые мелкие), одномембранные (средние по размерам) и двумембранные (самые крупные, такие как ядро).

Немембранные органоиды:

1. Рибосомы осуществляют биосинтез белков (соединяют аминокислоты в белок). Есть во всех живых клетках, даже в прокариотических.

2. Центриоли. или клеточный центр - два блока микротрубочек. Когда клетка приступает к делению, они образуют веретено деления специфический органоид, который равномерно распределяет хромосомы по дочерним клеткам (в неделящейся клетке отсутствует).

3. Жгутики, реснички - органоиды движения. Состоят из сократительных белков в виде микротрубочек. Есть у простейших, в эпителии дыхательных путей человека и у многих одноклеточных водорослей.

Одномембранные органоиды:

1. Лизосомы - пищеварительные вакуоли (мембранные пузырьки, заполненные пищеварительными ферментами). Разлагают вредные или питательные вещества. Могут осуществлять самопереваривание - автолиз.

2. ЭПС (эндоплазматическая сеть) - мембранные канальцы внутри цитоплазмы. Гладкая ЭПС (без рибосом) осуществляет синтез жиров и углеводов. Шероховатая ЭПС (с рибосомами) - биосинтез сложных белков. В целом -внутриклеточный транспорт веществ.

3. Комплекс Голъджи - цистерны и мембранные полости. Синтезирует мембранные пузырьки, предназначенные для выделения наружу или длительного хранения веществ. Внутриклеточный транспорт, модификация и синтез жиров и углеводов, лизосом.

4. Настоящая вакуоль есть только у растений и грибов. Осуществляет хранение вредных или запасных веществ в растворенном состоянии (чаще в виде концентрированных растворов) и поддерживает внутриклеточное (тургорное) давление в растительных клетках.

Двумембранные органоиды:

1. Ядро (описано выше).

Митохондрии и пластиды - полуавтономные органоиды. Напоминают самостоятельные бактериальные организмы, содержат кольцевую молекулу ДНК, все виды РНК и собственные мелкие рибосомы. Возможно, в начале биологической эволюции они были самостоятельными клетками, но затем, попав в более крупную клетку, остались в ней в виде органоидов (эндосимбиоз).

2. Митоходрии - энергетические станции клетки (синтез АТФ). Есть во всех эукариотических клетках. В них осуществляется последний этап клеточного дыхания и пищеварения. Из органических веществ (белки, жиры или углеводы) под действием кислорода образуются вода и углекислый газ, а выделившаяся энергия запасается в виде АТФ. Процесс происходит на кристах.

3. Пластиды - органоиды только растительных клеток; бывают трех типов:

1). Хлоропласты содержат зеленый пигмент хлорофилл и осуществляют фотосинтез. Из углекислого газа воздуха и воды, полученной из почвы, первой образуется глюкоза. А затем из нее - и другие органические вещества: полисахариды (крахмал и целлюлоза), жиры и белки. Как побочный продукт выделяется кислород. Процесс происходит на внутренней мембране, уложенной в стопочки (граны). Могут превращаться в лейкопласты.

2). Лейкопласты - белые или бесцветные. Накапливают крахмал - запас питательных веществ. Могут превращаться в хлоропласты и хромопласты.

3). Хромопласты содержат красные, желтые или оранжевые пигменты - каротиноиды. Накапливают питательные (в моркови, свекле) или вредные вещества (в осенних листьях); привлекают насекомых (яркие лепестки цветковых). Последняя стадия развития пластид, не перерождаются ни в хлоропласты, ни в лейкопласты.

Типы деления клеток.

Клеточный цикл любой живой клетки состоит из двух основных стадий: деления клетки и жизни между делениями - интерфазы. В интерфазе клетка растет и удваивает свой генетический материал ДНК. К концу интерфазы каждая клетка содержит в два раза больше молекул ДНК, т. е. каждая хромосома состоит из двух хроматид.

Существуют два типа деления клеток: митоз и мейоз. Митозом размножаются все клетки тела. При этом число хромосом в дочерних клетках не изменяется. Из одной материнской клетки образуются 2 дочерние, в которых содержится такой же набор хромосом, как и в материнской. Таким способом размножаются одноклеточные эукариоты, все клетки тел растений, грибов и животных, клетки зародышей. Процесс идет в четыре последовательные стадии: профаза, метафаза, анафаза и тело фаза.

Мейоз - способ размножения, при котором из одной материнской образуются 4 дочерние клетки. Набор хромосом в них уменьшается в 2 раза. Таким способом образуются половые клетки - гаметы (мужские сперматозоиды или женские яйцеклетки) и споры у растений. Процесс проходит в восемь последовательных стадий, или в два деления подряд: мейоз-1 состоит из профазы 1, мета фазы 1, анафазы 1 и телофазы 1; мейоз-2 - профаза 2, метафаза 2, анафаза 2 и тело фаза 2.

Образовавшиеся после первого деления клетки имеют в 2 раза меньше хромосом, чем было в материнской. Поэтому количество хромосом в половых клетках у большинства организмов в 2 раза меньше, чем в клетках тела, "у человека в клетках тела 46 хромосом, а в половых клетках - 23. Это происходит потому, что половым клеткам предстоит сливаться (оплодотворяться). Объединившись, сперматозоид с яйцеклеткой восстановят нормальное число хромосом в зиготе (оплодотворенной яйцеклетке). Именно поэтому половые клетки неспособны размножаться. Они либо оплодотворяются, либо погибают.

Текущий контроль, закрепление материала 5-7 мин.

Работа с переменой мест.

1. В чем особенность митоза?

2. Какие четыре фазы различают в митозе?

3. Что происходит в первую фазу?

4. Что происходит во вторую фазу?

5. Что происходит в третью фазу?

6. Что происходит в четвертую фазу?

7. Что такое хромосомы?

8. Сколько по времени занимает митоз?

9. Каково значение митоза?

10. Особенности хромосомного набора.

11. Какие две формы размножения организмов существуют?

12. В чем особенность бесполого размножения?

13. В чем особенность полового размножения?

14. Как происходит развитие половых клеток?

15. Какие процессы происходят в период подготовки клетки к делению?

16. Что такое митоз? Из каких фаз он состоит?

17. В чем заключается биологическое значение митоза?

18. Охарактеризуйте фазы митоза.

19. Какую структуру называют хроматидой?

20. Как образуются половые клетки?

21. Какую функцию выполняет центромера?

22. Опишите этапы мейоза.

23. В чем состоит биологическая сущность мейоза?

Итоговый контроль. Анализ урока. П. № 13