Методичні вказівки до роботи студентів на практичних заняттях

Тема № 8. Життєвий цикл клітини. Поділ клітини.

ВИД ЗАНЯТТЯ: лабораторно – практичне.

ЧАС ПРОВЕДЕННЯ: 2 години.

АКТУАЛЬНІСТЬ ТТЕМИ: вивчити закономірності розмноження клітин так як це є дуже актуальною проблемою з точки зору теперішнього стану біологічної науки. Цей процес лежить в основі таких важливих процесів життєдіяльності як постійне оновлення клітин, механізмів виникнення низки патологічних процесів.

МЕТА ЗАНЯТТЯ: вивчити хронологічні закономірності організації життєвого циклу клітини. Ознайомитися з моделями регуляції мітотичного циклу і методами його дослідження.

КОНКРЕТНА МЕТА ЗАНЯТТЯ: уміти на постійних мікропрепаратах визначати різні фази мітозу. Орієнтуватися в проблемі клітинної проліферації. Давати характеристику різних фаз мітозу. Оцінювати позитивні та негативні сторони клонування.

 

При підготовці до заняття користуватися літературою.

Основна:

1. Медична біологія: Підручник /за ред.В.П.Пішака, Ю.І.Бажори.- Вінниця: Нова книга, 2004.- С.118-125.

2. Биология В 2кн. Кн.1: Учеб. для мед.спец. вузов /Под ред. В.Н.Ярыгина. 6-е изд. -М.: Высш. шк., 2004.- С.55-61.

3. Слюсарєв А.О., Жукова С.В. Біологія: Підручник / Пер. з рос. В.О.Мотузний. - К.: Вища шк., 1992. - С.41-45.

4. Збірник задач і вправ з біології. Навч. посібник /За ред. А.Д. Тимченка. – К.: Вища шк., 1992. – С. 32-45.

 

Додаткова:

1. Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки: В 3-х т. 2-е изд. Т.2. Пер. с англ. - М.: Мир, 1994.- С.438-443.
2. Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки: В 3-х т. 2-е изд. Т.3. Пер. с англ. - М.: Мир, 1994.- С.125-127

 

Теоретичні питання:

1. Організація клітини в часі. Клітинний цикл.
2. Способи поділу клітини: амітоз, мітоз. Ендомітоз, політенія.
3. Зміни клітини та їхніх структур під час мітотичного (клітинного) циклу (інтерфази і мітозу).
4. Ріст клітин. Фактори росту.
5. Мітотична активність тканин. Порушення мітозу, соматичні мутації.
6. Мейоз, його біологічне значення.
7. Життя клітин поза організмом. Клонування клітин.

 

АЛГОРИТМ ПРОВЕДЕННЯ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ.

Методика проведення лабораторної роботи.

Основним методом вивчення організації клітинного циклу в теперішній час є статокінетичний. Метод заклечається в клітинному визначенні числа клітин в популяції, які находяться в фазах мітозу і S фазі в даний момент часу. Для мітки клітин в S фазі використовують тимідин, мічений тритієм (³Н – тимідин), який метаболізується лише в момент синтезу ДНК. Колхамін та його похідні за рахунок здатності розрушати веретено поділу, призупиняють клітини, які ввели в певний проміжок часу в мітоз, образуючи в метафазі К – мітози. Зрізи з тканини, що вивчають покриваючі фотоемульсією, експонують, проявляють, фарбують гематоксиліном і мікроскопіють.

 

Хід роботи.

На постійному препараті слизової оболонки пілоричного відділу шлунку при малому збільшенні знаходять певні ділянки, опісля переходять на велике збільшення. При цьому побачимо клітинні ядра, частина із яких інтенсивно пофарбована в синій колір, вони округлої форми, злегка сегментовані (К – мітози). Над деякими ядрами видно групи (не менше 5 глибок) срібла чорного кольору (мітки). Це говорить про те, що ці клітини метаболізовані ³Н – тимідином, тобто вони знаходяться в синтетичній фазі за період введення ³Н – тимідину до фіксації препарату.

Розглянути під імерсією радіоавтогради епітелію слизової оболонки шлунку.

Необхідно підрахувати всі клітини (ядра), що попадають в поле зору (не менше 5000) та кількість міток в цих полях, які продивляються. За формулою оприділити ДНК – синтетичну активність:

Ім’я = М/К*100%, де

М- число міток

КК – кількість клітин у всіх проглянутих полях.

Також оприділити мітотичну активність (МА або МІ) за формулою:

 

МА (або МІ) = КМ/Кк*100%., де

МА – мітотична активність;

МІ – мітотичний індекс;

КМ – кількість К – мітозів;

КК – кількість клітин у всіх проглянутих полях.

В подальшому вирахувати час клітинного обновлення за формулою:

 

ЧКО= ЧД/МІ (МА)*100%, де

ЧД – час діб колхіцину (або його похідних), в даному випадку - 3 години.

МІ – мітотичний індекс.

 

Виконайте завдання.

1. При дослідженні проліферативної активності з допомогою ³Н – тімідину виявилося, що на протязі доби 80% клітин вступили в фазу синтезу ДНК, однак сумарне число мітозів за добу становило лише 20%. Чим пояснити таке явище?
2. При значних клітинних втратах постійність складу тканини підтримується за рахунок клітин, що знаходяться в стадії спокою. На яких фазах вони вступають в мітотичний цикл?
3. Алкалоїд колхіцин блокує синтез білка тубуліну. На які клітинні структури може подіяти цей препарат? Як це відбивається на хід мітотичного поділу?
4. У деяких випадках пухлинний ріст пов'язаний з переходом певної клітинної популяції до розмноження шляхом амітозу. Чим будуть відрізнятися клітини такої популяції від нормальної, в якій відбувається типовий мітоз?
5. Під час кросинговеру, дія мутагенного чиннику привела до появи хімічного зв’язку між гомологічними Х – хромосомами і перешкодила їх подальшому розходженні. Який хромосомний набір отримають гамети утворені внаслідок цього?
6. Відомо, що механізм ІІ – го поділу мейозу подібний із таким же у мітозі. Яка різниця у морфологічній картині метафази ІІ метотичного поділу та метафазі мітозу в клітинах одного й того ж організму?

 

Методичні вказівки до роботи студентів на практичних заняттях

 

Життєвий цикл клітини – це період існування клітини від моменту її утворення шляхом поділу материнської клітини до власного поділу або смерті.

Обов’язковим компонентом цього циклу є мітотичний цикл.

Мітотичний цикл – комплекс взаємопов’язаних хронологічних подій, які проходять на протязі поділу клітини.

Клітинний цикл – послідовність подій, які проходять між утворенням даної клітини та її поділом на дочірні.

Як відомо, багатоклітинний організм складається із спеціалізованих клітин, які мають властиву їм будову та функції. Це відповідно відбивається і на життєвому циклі клітини.

Перш за все, потрібно уяснити відмінності життєвого циклу від клітинного.

Слід уважно розглянути схему мітотичного циклу, починаючи з інтерфази, вияснити процеси, які проходять в кожній із них (пресинтетичні, синтетичні та постсинтетичні) та власне в мітозі. В подальшому потрібно звернути увагу на біологічну суть клітин, які знаходяться в стані спокою, а також їх подальшу судьбу, враховуючи, що клітини резервних популяцій не тільки можуть поповнювати втрати тканини при всякому травмуванні, але вони є більш стійкими в стані спокою до агресивних чинників. Клітини знаходячись в стані спокою, також більш здатні до диференціювання, а ніж клітини, які знаходяться в мітозі. Прослідкуйте за процесами функціональної потенції клітини на шляху: детермінація – спеціалізація – диференціація.

Розглядаючи закономірності регуляції мітотичного циклу, потрібно пригадати значення популяції клітин, що знаходяться в стані спокою, як про резерв для проліферативної системи, а також для диференціювання клітин. Слід пам’ятати, що перехід із проліферативної системи не диференціювання і навпаки, проходить через ……. Потрібно звернути увагу на здатність Кейлонів (Сетрен, 1956) переводити клітини в стан спокою і тим самим збільшувати число диференціювання клітин.

Треба уяснити, що мітоз – це складний поділ ядра клітини, біологічне значення якого заклечається в точному ідентичному розприділенні дочірніх хромосом в яких знаходиться генетична інформація, між ними. Мітоз проходить у клітинах всіх видів, які мають ядро. Універсальність мітозу слугує доказом матеріальної єдності органічного світу. Біологічне значення полягає в тому, що із однієї материнської клітини утворюється дві дочірні, які мають однакове число хромосом (2n), при чому генетичний матеріал розподілений рівномірно і забезпечує постійність хромосом в ряді поколінь.

За телофазою відбувається цитокінез (цитотомія). У клітинах тварин цей процес розпочинається з утворення у екваторіальній зоні перетяжки, яка поглиблюючись розділяє сестринські клітини.

У рослинних клітин поділ сестринських клітин розпочинається з середини материнської клітини (міхурці ендоплазматичної сітки зливаються, утворюючи клітинну мембрану).

При різних патологічних станах нормальний хід мітозу може порушуватися. Розрізняють наступні основні види патології:

· Пошкодження хромосом (набухання, склеювання, фрагментація, порушення руху, пошкодження центроляр);

· Пошкодження мітотичного апарату (колхіцином та його похідними);

· Порушення цитотомії (виникнення 2 – х або багатоядерних клітин).

Амітоз – поділ клітини, який здійснюється прямим ………. ядра з наступною плазмотомією або без неї.

Вперше описаний Р. Ренарком в 1841 році, а в 1882р. А.Фимінгом запропонований термін «амтоз».

Існують наступні форми:

Генеративний – проходить упорядкуванням розприділеного всього спадкового матеріалу. Після цього можливий мітоз.

Реактивний – обумовлений впливом на клітину різних пошкоджуючи агентів (наприклад, високої температури). Він не закінчується цитотомією та приводить до утворення багатоядерних клітин. Розглядається, як внутріклітинна компенсаторна реакція, яка забезпечує підвищення метаболізму клітини.

Дегенеративний – зв’язаний з процесом дегенерації чи необоротної диференціації клітини (фрагментація або брунькування ядер, не зв’язане із синтезом ДНК, що являється ознакою некрозу).

Амітоз не рахують повноцінним способом розмноження ядер клітин еукаріот.

При ендомітозі після репродукції хромосом, поділ ядра не відбувається, таким чином це спричинює збільшення числа хромосом в десятки раз, утворюються поліплоїдні клітини (наприклад, в генатоцитах).

Політенія – відтворення у хромосомах …..структур – хромонем, кількість яких може досягати до 1000. хромосоми не бувають великих розмірів. Спостерігається у деяких спеціалізованих клітинах (наприклад, у слинних залозах двокрилих). Клітини з полі темними хромосомами у дрозофіли використовують для побудови цитологічних карт – хромосом.

Особливе значення мають фактори росту, якими можуть бути білки або невеликі молекули типу пептидів чи стероїдів.

Усі відомі в теперішній час поліпептидні фактори росту можуть бути розподілені на декілька суперсімейств, а саме:

• Інсуліноподібні чинники росту (інсулін, проінсулін, релаксин);
• Епідермальні чинники росту;
• Бомбензинові (бомбензин, літорин, нейротензин);
• Чинники росту фітроблестів;
• Трапеформувальні чинники росту;
• Чинники росту тромбоцитів;
• Цитоклітини.

Необхідно звернути увагу на те, що статевим клітинам притаманний гаплоїдний (n) набір хромосом.

При допомозі такого процесу, як метотичний поділ, вони зберігають властивий представнику виду певний набір хромосом. В процесі поділу статевих клітин, в них завдяки особливості стадії профази першого метотичного поділу (редукційного) число хромосом зменшується, тобто із диплоїдного (2n) утворюється гаплоїдний (n).

В стадії пахітени відбувається так званий перехрест хромосом, або кросинговер, що спричинює обмін ділянками хромосом.

 

Схема кросинговеру.

А а А А а а

S

В в В В В в

 

А А а а А А а а

 

В в В в В в В в

 

Слід також звернути увагу, що в анафазі І мейозу до полюсів розходяться гомологічні хромосоми, і що цей поділ приводить до утворення клітин, які мають гаплоїдний набір хромосом. Вони складаються із 2 – х хромосом, але мають подвоєну кількість ДНК (2n 4с). Отже, клітини після першого поділу мейозу вже готові до наступного етапу поділу (екваційного). Біологічна роль якого заклечається в приведенні кількості ДНК у відповідність хромосомному набору (1n 1с).

Значення метотичного поділу в наступному:

• Це той механізм, який забезпечує підтримання постійності хромосом;
• Утворюється велика кількість різних нових комбінацій негомологічних хромосом;
• У процесі кросинговеру відбувається рекомбінація генетичного матеріалу.

У процесі розмноження проходить відтворення осіб того ж виду, а якщо нове покоління походить від однієї батьківської особи, то його називають клоном. Отримання багатьох ідентичних за формою і функціями генетично однакових нащадків однієї клітини або одного організму називають клонуванням.

Прикладом отримання одного клону клітин є культивування клітин поза організмом. Якщо у середовищі є необхідні поживні речовини, то вирощують клітини різних тканин.

Можливість клонування тварин доведено професором Гетордоном з Оксфордського університету, який вирощував пуголовків і так з окремо взятих ядер клітин жаби і пересаджених на місце видалених або зруйнованих ядер яйцеклітин. Таким чином було доведено, що спеціалізовані клітини тварин містять всю інформацію, яка необхідна для всього організму. Аналогічні висновки були отримані у вищих рослин.

У 1987 році було здійснено клонування вівці Доллі із окремих клітин вилиці. Технологія клонування запроваджується для створення трансгенних тварин – донорів для створення клонованих тварин – донорів органів для ксенотрансплантаціїї.

Підписано медичний меморандум членами Ради Європи, який забороняє клонування людини.