§ 25. Життєвий цикл клітин. Поділ клітин евкаріотів. Мітоз

• До змісту відповідей

ПОМІРКУЙТЕ Й ОБГОВОРІТЬ СИТУАЦІЮ

Усі ми знаємо про життя людини, про те, що вона народжується, потім відбуваються певні періоди її життя: дитинство, молодість, зрілість, старість. А як живе клітина? У який спосіб відбувається її життя? Які періоди цього життя вона переживає? Чи відрізняється це життя від життя людини?

Життя клітини відбувається у формі клітинного циклу — від її появи внаслідок поділу материнської клітини до власного поділу на дві дочірні або загибелі. Вона проходить два головні періоди: інтерфазу (етапи росту, активного метаболізму, реплікації ДНК і підготовки до поділу) та власне мітоз (поділ спадкового матеріалу й цитоплазми). Життя клітини відрізняється від людського своєю циклічністю: здатна до поділу клітина не помирає від старості, а ділиться навпіл і продовжує жити у двох нових дочірніх клітинах.

ЗНАЙДІТЬ ІНФОРМАЦІЮ Й ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ

Чому в організмі людини жорстко контролюються процеси поділу клітин і регенерація?

Цей контроль необхідний для підтримання постійної кількості клітин та збереження цілісності органів і тканин. Без жорсткого регулювання неконтрольований і занадто швидкий поділ призводить до утворення ракових пухлин. Якщо ж поділ або регенерація навпаки загальмуються, організм не зможе замінювати відмерлі клітини, загоювати рани та відновлювати органи після хвороб.

ЛАБОРАТОРНЕ АБО ВІРТУАЛЬНЕ МІКРОСКОПІЧНЕ ВИВЧЕННЯ ФАЗ МІТОЗУ

1. Підготуйте мікроскоп до роботи.

Порядок підготовки мікроскопа:

1. Поставити мікроскоп штативом до себе на робочому столі на відстані 5–10 см від краю.
2. Повернути револьверний пристрій до клацання, встановивши об’єктив малого збільшення (8× або 10×).
3. Дивлячись в окуляр, налаштувати дзеркальцем або ввімкнути підсвічування так, щоб усе поле зору було рівномірно та яскраво освітлене.
4. Покласти постійний мікропрепарат кінчика кореня цибулі на предметний столик і зафіксувати його затискачами.

2. За малого збільшення мікроскопа знайдіть на препараті клітини, що здійснюють поділ. Розгляньте їх. За великого збільшення мікроскопа знайдіть клітини, які перебувають на стадії метафази. Замалюйте їх. Напишіть, що відбувається в цій фазі мітозу. Зробіть висновки.

Схематичний малюнок клітини на стадії метафази:

Що відбувається в метафазі:

1. Завершується повне формування веретена поділу.
2. Двохроматидні хромосоми прикріплюються своїми центромерами до ниток веретена поділу та вишиковуються в одній площині вздовж клітинного екватора.
3. Утворюється метафазна пластинка, а самі хромосоми досягають максимальної щільності (конденсації).

Висновок: метафаза є найбільш зручною стадією для підрахунку кількості хромосом і вивчення їхньої форми та розмірів у світловому мікроскопі.

3. За малого збільшення мікроскопа знайдіть на препаратах клітини, що здійснюють поділ. Розгляньте їх. За великого збільшення мікроскопа знайдіть клітини, які перебувають на стадії анафази. Замалюйте їх. Напишіть, що відбувається в цій фазі мітозу. Зробіть висновки.

Схематичний малюнок клітини на стадії анафази:

Що відбувається в анафазі:

1. Центромери розділяються, і зв’язок між сестринськими хроматидами кожної хромосоми руйнується.
2. Нитки веретена поділу скорочуються й розтягують хроматиди (які тепер стають самостійними однохроматидними дочірніми хромосомами) до протилежних полюсів клітини.
3. До кожного з полюсів відходить абсолютно ідентичний набір спадкової інформації.

Висновок: анафаза є найкоротшою фазою мітозу, яка забезпечує точний і рівномірний розподіл генетичного матеріалу між двома майбутніми клітинами.

ЛАБОРАТОРНЕ АБО ВІРТУАЛЬНЕ МІКРОСКОПІЧНЕ ВИВЧЕННЯ ФАЗ МІТОЗУ

4. Порівняйте метафазу й анафазу мітозу. Зробіть висновки.

Метафаза й анафаза відповідають за рівномірний розподіл спадкового матеріалу. Якщо в метафазі подвоєні хромосоми шикуються на екваторі для точного розділення, то в анафазі сестринські хроматиди фактично розтягуються до полюсів, утворюючи два майбутні однакові набори ДНК.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Яку біологічну роль відіграє утворення клітин?

Утворення нових клітин забезпечує розвиток багатоклітинного організму із заплідненої яйцеклітини та його подальший ріст. Також завдяки появі нових клітин організм відновлює пошкоджені чи відмерлі тканини й здійснює розмноження.

2. Поясніть, чому мітоз називають «непрямим поділом».

Його називають «непрямим», бо клітина не просто перешнуровується навпіл, а проходить складні послідовні фази перетворень. Для рівномірного розподілу генетичного матеріалу клітині необхідно спочатку спакувати ДНК у хромосоми, побудувати веретено поділу, вишикувати хромосоми на екваторі та точно розвести копії до полюсів.

3. У якій фазі життєвого циклу клітин відбувається подвоєння молекул ДНК?

Подвоєння (реплікація) молекул ДНК відбувається в синтетичному періоді (S-періоді) інтерфази.

4. У чому біологічне значення мітозу?

Мітоз забезпечує точну передачу спадкової інформації від материнської клітини до двох дочірніх, зберігаючи постійну кількість хромосом у ряді поколінь клітин. Цей поділ лежить в основі росту багатоклітинних істот, регенерації тканин та нестатевого розмноження.

5. Дізнайтеся, як біологи та біологині контролюють клітинні поділи. Підготуйте про це коротку доповідь і презентуйте її в класі.

Для керування процесами клітинного поділу науковці використовують регуляторні речовини, зміну умов середовища та генетичні методи:

1. За допомогою поживних середовищ і факторів росту (наприклад, фітогормонів у рослинництві) дослідники стимулюють активний поділ клітин для регенерації тканин або мікроклонального розмноження рослин.
2. Спеціальні хімічні речовини, зокрема колхіцин, руйнують мікротрубочки веретена поділу й зупиняють мітоз на стадії метафази, що дозволяє науковцям точно рахувати хромосоми та створювати поліплоїдні сорти культур.
3. У медицині застосовують цитостатики — препарати, які блокують реплікацію ДНК або розходження хромосом, зупиняючи неконтрольоване розмноження клітин злоякісних пухлин.
4. Змінюючи температуру культивування чи впливаючи на гени білків-регуляторів клітинного циклу, біологи можуть тимчасово «консервувати» клітинні культури або примусово спрямовувати дефектні клітини на самознищення (апоптоз).

6. Якщо в клітині в G1 період інтерфази міститься 7 пг (пікограмів) ДНК, то яка маса ДНК буде в клітині на стадії профази?

Дано:
$m(\text{ДНК в } G_1) = 7\text{ пг}$

Розв’язання:

1. У пресинтетичному ($G_1$) періоді інтерфази клітина містить звичайний набір однохроматидних хромосом ($2n\,2c$), загальна маса ДНК становить $7\text{ пг}$.
2. У синтетичному ($S$) періоді інтерфази відбувається реплікація (подвоєння) молекул ДНК, тому кожна хромосома стає двохроматидною ($2n\,4c$), а загальна маса ДНК подвоюється: $7\text{ пг} \times 2 = 14\text{ пг}$.
3. У профазі мітозу поділ хроматид ще не відбувся, тому клітина зберігає подвоєну кількість ДНК ($2n\,4c$).

Відповідь: 14 пг.