Народна Освіта » Біологія » § 10. Деление клеток

НАРОДНА ОСВІТА

§ 10. Деление клеток

Вы узнаете, как клетка готовится к самому главному событию своей жизни—делению, и что во время этого события с клеткой происходит.

Почему ДНК есть у каждого человека ? От чего возникает опасная болезнь - «рак»?

Рост клетки и все процессы, которые его обеспечивают (в частности питание, фотосинтез или внутриклеточное пищеварение, выделение, дыхание), являются подготовкой клетки к важнейшему событию её жизни — делению. В результате деления из одной материнской клетки образуются две «новые» — дочерние.

Таким образом, биологическое значение деления клетки заключается в передаче эстафеты жизни новым поколениям клеток»

Развитие клетки от её образования (после деления материнской клетки) до завершения собственного деления — называется клеточным циклом. Он включает две стадии: стадию роста и собственно стадию деления (рис. 15). Б клеточном цикле большую часть времени клетка пребывает в стадии роста. Эта стадия, в зависимости от типа клетки, может продолжаться от нескольких часов до нескольких месяцев. Далее следует кратковременная стадия деления: её продолжительность обычно составляет от 30 минут до 2 часов.

В стадии роста клетка синтезирует сложные органические вещества, и, как следствие, растёт. Затем в ядре происходит удвоение носителей наследственной информации — молекул ДНК (рис. 16).

Молекула ДНК имеет вид тонкой, но очень длинной нити. Она состоит из двух спирально закрученных цепочек. Одна молекула ДНК, упакованная с помощью специальных белков, называется хромоеТмой (рис. 17). До начала деления клетки хромосомы находятся в ядре в виде рыхлой перепутанной массы, где каждая отдельная нить в оптический микроскоп не видна.

Если вытянуть в одну линию молекулы ДНК, содержащиеся в хромосомах одной клетки человека, то её дли на будет более 2-х м; при этом диаметр ядра, где располагаются молекулы ДНК, в среднем составляет л ишь 5мкм. Если же вытянуть в длину все молекулы ДНК, содержащиеся в клетках организма одного взрослого человека (около одного квадриллиона клеток), то расстояние в 10 тыс. раз превысит расстояние от Земли до Солнца.

Каждая молекула ДНК удваивается путём копирования. Как следствие, вместо одной материнской молекулы ДНК в хромосоме появляются две её точные копии.

У разных видов организмов количество молекул ДНК в клетке разное. Например, клетки тела человека содержат в ядре 46 хромосом, то есть 46 молекул упакованной ДНК. Однако в конце фазы роста количество молекул ДНК в хромосоме удваивается, и 46 хромосом содержат уже 92 молекулы ДНК.

Стадия, деления начинается после завершения роста клетки и удвоения её ДНК, а завершается образованием двух дочерних клеток. Сначала хромосомы очень плотно сворачиваются и становятся видны в оптический микроскоп.

Без плотной упаковки хромосом распределение копий ДНК между дочерними клетками напоминало бы невозможную попытку разделить две сплетённые в беспорядочный клубок нити таким образом, чтобы ни нити не порвались, ни узлы не образовались. Именно в обеспечении распределения копий ДНК заключается роль плотной упаковки хромосом при делении клетки.

Хромосома на стадии деления имеет две палочкоподобные части, соединённые одним общим участком, — это две соединённые между собой копии материнской молекулы ДНК. Далее хромосома по общему участку расщепляется, и каждая её часть становится

Рис. 17. В ядре молекула ДНК упакована с помощью специальных белков и образует структуру, которая называется хромосомой

новой самостоятельной дочерней хромосомой. Дочерние хромосомы расходятся к противоположным полюсам клетки. Таким образом, при делении ядра копии ДНК равномерно распределяются между двумя будущими дочерними клетками (рис. 18).

Далее клеточная мембрана разделяет цитоплазму на две части. На этом деление завершается, и каждая дочерняя клетка начинает свой собственный клеточный цикл.

Судьба дочерних клеток. Все клетки «рождаются» только в результате деления материнской клетки. Но далеко не все дочерние клетки завершают делением свой собственный клеточный цикл.

У многоклеточных организмов, особенно у имеющих сложное строение, многие клетки в течение всей своей жизни остаются на стадии роста и работают для обеспечения жизнедеятельности других клеток своего организма. Например, не способны к делению красные кровяные тельца — эритроцбты, не делится большинство клеток костей, мозга, мышц. Такие клетки являются специализированными, для выполнения определённых функций. Они уже не могут делиться. Жизнь специализированных клеток завершается не делением, а отмиранием. Новые же клетки в организме образуются благодаря делению особых, не специализированных клеток, которые у человека и животных называются стволов ими.

1.    Деление клеток обеспечивает непрерывность передачи жизни последующим поколениям.

2.    В результате деления дочерние клетки получают в наследство программу роста и развития — молекулы ДНК, входящие в состав хромосом.

3.    Вследствие деления цитоплазмы дочерние клетки наследуют органеллы и структуры, необходимые для выполнения программы, записанной в молекуле ДНК.

Клеточный цикл, стадия роста, стадия деления, хромосома.

1.    Какие основные процессы происходят в клетке на стадии роста?

2.    Какие основные процессы происходят в клетке на стадии деления?

3.    Какую роль играют хромосомы при делении клетки?

4.    В какой последовательности происходят события на протяжении клеточного цикла: деление цитоплазмы, удвоение ДНК, рост, деление ядоа?

5.    В чём заключается биологическое значение деления клеток?

В средствах массовой информации часто используют выражения: «Земля — живая планета», «живой океан», «живое существо», «живая вода», «живое растение». Какие из этих высказываний, с точки зрения биологии, правильные, а какие — нет? Ответ обоснуйте.

Ответ на вопрос школьника «От чего возникает опасная болезнь — «рак»?»

Отмирающие специализированные клетки замещаются новыми, которые образуются в результате деления неспециализированных клеток, приобретающих далее определённую «профессию». Но если новая клетка не специализируется, то она завершает клеточный цикл делением и передаёт эту способность своим потомкам. Такие клетки начинают неконтролируемо делиться, образуя опухоли. Возникает болезнь — рак. Отдельная клетка раковой опухоли может отделиться и попасть в другие здоровые части тепа. Там она даёт начало новой опухоли — метастазу.

Сейчас известно, что для превращения здоровой клетки в раковую, необходимо чтобы при копировании ДНК в некоторых её участках — определённых генах — появились ошибки, то есть чтобы наследственная информация при копировании была определённым образом искажена. Такие ошибки (они называются мутация/ии) происходят случайно и очень редко (например, мутация в одном гене, который вызывает развитие рака, происходит примерно 1 раз на 1 млн — 1 млрд делений).

Однако под влиянием некоторых факторов, которые называются канцерогенами, мутации происходят в десятки, сотни и тысячи раз чаще. Соответственно вероятность возникновения неспециализированных клеток вместо специапизированных возрастает в десятки, сотни и тысячи раз и, учитывая большое количество клеток, из которых состоит тело человека (примерно 1 ООО ООО ООО ООО ООО клеток — один квадриллион), из маловероятной становится достаточно вероятной.

Канцерогенами является радиоактивное излучение, продукты горения пластмасс, испарения бензина и подобных ему веществ, табачный дым. Канцерогенные соединения также образуются при подгорании мяса, масла и сала, при сжигании мусора. Канцерогены могут возникать в организме и при употреблении пищи с высоким содержанием нитратов и нитритов.

Практическая работа 1

Строение светового микроскопа и работа с ним

Цель работы; используя постоянный препарат животных клеток, научиться работать с оптическим (световым) микроскопом при малом и большом увеличении.

Оборудование, инструменты и реактивы: микроскоп.

Материал: постоянный микропрепарат животных клеток (препарат клеток плоского эпителия).

Препараты, пригодные для изучения в течение десятков лет, изготовленные с использованием прозрачных смол, которые затвердевают, называются постоянными. Именно таким является препарат животных клеток, который вы будете использовать в этой работе.

Ход работы

1. Рассмотрите световой (оптический) микроскоп. Вспомните и распознайте его основные части.

2.    Подготовка микроскопа к работе.

• Установите микроскоп на рабочем столе напротив левого плеча на расстоянии около 2-5 см от края стола зеркалом от себя.

•  Проверьте состояние корпуса и зеркала. Если они пыльные или грязные, очистите их мягкой салфеткой. Затем одноразовой мягкой бумажной салфеткой, увлажнённой 70% -ным этиловым спиртом или другой специальной жидкостью для оптики, протрите поверхности линз объективов и окуляра. Далее следует насухо вытереть эти поверхности сухой частью этой же салфетки.

Помните: если оптическая система загрязнённая, настроить микроскоп вы не сможете и качественного изображения не получите.

• Наклоните штатив на 10-20°. Убедитесь, что микроскоп не шатается. Включите объектив малого увеличения (10-кратный).

3.    Настройка ми кроскопа.

• Положите препарат на предметный столик так, чтобы центральная часть покровно-

Рис. 19. Настройки освещения: а — зеркальце наведено на прямые солнечныелучи (неправильно, запрещено!) б — света не хватает (неправильно); в — освещение настроено правильно

го стекла расположилась точно под объективом. Прижмите предметное стекло лапками держателей препарата.

•  Наблюдая за движением тубуса сбоку, макровинтом медленно опустите его так, чтобы расстояние между объективом и препаратом составляло примерно 5 мм.

• Настройте освещение. Для этого полностью откройте диафрагму. Далее, вращая зеркало в направлении окна или яркой лампы, направьте на препарат поток света. Посмотрите в окуляр и убедитесь, что поле зрения хорошо освещено (рис. 19)*

Внимание! Категорически запрещается использовать прямые солнечные лучи для освещения препарата!

•  Наблюдая сквозь окуляр, макровинтом медленно поднимайте объектив до получения изображения клеток (рис. 20, а). При этом сначала до двух раз могут появляться и исчезать чёткие и зоб раже -н ия раз личных м ел ьч ай ш и х ч аст и ц. Пе рв ым и будут ми кроч аст и цы грязи, налипшие на нижнюю сторону предметного стекла, второй — микроскопическая грязь на верхней стороне предметного стекла и только за ними — животные клетки внутри препарата. Прикрывая диафрагму, отрегулируйте контрастность изображения.

Внимание! При наблюдении в окуляр оба глаза наблюдателя должны быть открытыми.

•  Переключите микроскоп на большое увеличение. Для этого осторожно поверните револьверную насадку и включите 40-крат -ный объектив. В момент включения вы услышите лёгкий щелчок пружины фиксатора объект и в а. Отрегулируйте чёткость изображения микровинтом. С помощью диафрагмы увеличьте яркость освещения препарата. Если все манипуляции выполнены правильно, то картинка будет похожей на приведённую на рисунке 20,6.

4. Наблюдение объекта в микроскоп.

При проведении исследований с микроскопом работают индивидуально. Разные люди имеют разную остроту зрения, поэтому каждый исследователь настраивает резкость под свой глаз.

На большом увеличении просмотрите препарат на всю его глубину, постоянно слегка поворачивая микровинт вперёд-назад примерно на 1 /10 от полного его оборота.

Вы увидите много клеток неправильной округлой формы, внутри которых заметно достаточно большое тельце. Эго ядро, расположенное в цитоплазме. Зарисуйте одну клетку на большом увеличении. Подпишите ядро и цитоплазму.

Рисунок выполняется обязательно в большом масштабе. Для определения правильного масштаба диаметр поля зрения принимают равным высоте ученической тетради (24 см) и, исходя из этого, рассчитывают приблизительный размер рисунка Например, если длина одной клетки на большом увеличении составляет около трети поля зрения, то на рисунке её длина должна составить примерно 8 см (24 см : 3). Рисунок выполняют простым хорошо заточенным карандашом средней твёрдости. Изображение раскрашивают только после получения чёткого чёрно-белого эскиза.

5. Завершение работы:

• переведите микроскоп на малое увеличение;

• снимите препарат;

• уберите рабочее место.

1.    Из каких элементов состоит оптическая система микроскопа?

2.    Как подготовить оптический микроскоп к работе?

3.    Как осуществить настройку оптического микроскопа?

4.    Какой объектив включают первым при работе с микроскопом?

5.    Каким образом рассчитать масштаб при выполнении рисунка исследуемого объекта?

6.    Как правильно закончить работу с микроскопом?

Практическая работа 2

Изготовление микропрепарата кожицы чешуи лука и наблюдение за ним с помощью оптического микроскопа

Цель работы: на временных препаратах кожицы лука, изготовленных самостоятельно, обнаружить в клетке цитоплазму, ядро, вакуоль с клеточным соком, клеточную оболочку.

Оборудование, инструменты и реактивы: микроскоп, набор инструментов яля изготовления временных препаратов — пипетка, ножницы, скальпель или острый нож, пинцет, две препаровальные иголки, стеклянная палочка, предметное и покровное стёкла (рис. 21), ёмкость для воды,

Рис. 21. Набор инструментов для изготовления временных препаратов: а — пипетка, б — нож, в — ножницы, г — стеклянная палочка, д — пинцет, е — препаровальные иголки, ж — скальпель; з — покровное стекло (в коробке и отдельно); и — два предметных стекла

контейнер для мусора, расходные материалы (фильтровальная бумага и бумажные салфетки), раствор йода спиртовой.

Материал: луковица огородного лука.

Препараты, при изготовлении которых материал погружается в воду, долго не хранятся. Они называются временными. Такие препараты вы должны научиться изготавливать самостоятельно. Чтобы рассмотреть в растительной клетке клеточную оболочку, цитоплазму и ядро предлагаем изготовить временный препарат кожицы чешуи обыкновенного лука.

Ход работы

1.    Подготовьте микроскоп к работе.

2.    Сделайте временный неокрашенный препарат верхней кожицы чешуи луковицы:

а)    на предметное стекло нанесите пинеткой каплю воды. Снимите с луковицы внешние сухие чешуйки. Ножом или скальпелем разрежьте луковицу крестообразно вдоль. Отделите верхнюю сочную чешую {рис. 22).

Внимание! Будьте осторожны! При работе с ножом или скальпелем выполняйте только указанную процедуру. В случае получения травмы сразу обратитесь к учителю и воспользуйтесь аптечкой первой помощи;

б)    ножом или скальпелем надрежьте вогнутую поверхность снятой чешуи так, чтобы образовались квадраты со стороной примерно 1 см. Пинцетом снимите с поверхности квадрата кожи-

цу (она тонкая и почти прозрачная). положите её на предметное стекло в каплю воды и осторожно расправьте препаровальными иголками;

в) покровное стекло поставьте с наклоном у края капли и осторожно опустите его на объект {рис. 23).

Между предметным и покровным стёклами не должно быть пузырьков воздуха. Если воды мало и она не заполняет пространство между предметным и покровным стеклом, осторожно добавьте под покровное стекло воду, прикоснувшись смоченной в воде стеклянной палочкой к краю предметного стекла на границе его с покровным. Если воды много и она слишком выступает за края стекла — оттяните избыток воды полоской фильтровальной бумаги.

3.    Положите препарат на предметный столик и прижмите его лапками держателей. Настройте микроскоп на малом увеличении и получите изображение клеток.

В неокрашенных препаратах отчётливо заметны клетки, плотно прижатые друг к другу. У многих клеток хорошо различается только клеточная оболочка. У некоторых клеток в центре виден кристалл (его ошибочно можно принять за ядро). Ядра частично или полностью невидны фи с. 24. а).

4.    Включите объектив большого увеличения. Отрегулируйте резкость изображения микровинтом, а яркость и контрастность — диафрагмой. Рассмотрите клетки.

Рис. 24. Клетки кожицы лука в неокрашенном препарате на малом (а) и большом (б. в) увеличении. На большом увеличении в клетках наблюдаются плохо различимые ядра (красные стрелки) и тяжи цитоплазмы (синие стрелки), проходящие сквозь вакуоль

При лёгком вращении микровинта в каждой клетке (но в разных плоскостях препарата) видны большие, почти прозрачные ядра (рис. 24, 6у в). По углам большинства клеток можно увидеть плохо различимую грань между цитоплазмой и вакуолью, а вокруг ядра — тонкие тяжи цитоплазмы, пронизывающие вакуоль (рис. 24, в).

Обратите внимание: когда в клетке ядро лежит в центре и наблюдается чётко, то клеточная оболочка видна нечётко; при попытке навести микровинтом резкость на клеточную оболочку — расплывается изображение ядра. Одновременно ядро и клеточная оболочка хорошо видны лишь тогда, когда ядро находится сбоку, но тогда его форма не округлая.

5. Проведите окраску препарата раствором йода:

• включите объектив малого увеличения, снимите препарат с предметного столика и разместите его на столе, на листе белой бумаги;

• стеклянной палочкой возьмите капельку йода. Осторожно нанесите её на предметное стекло на границе с покровным. Для того чтобы йод попал под покровное стекло, к противоположной стороне покровного стекла приложите полоску фильтровальной бумаги. Когда большая часть капли йода попадёт под стекло, разбавьте её остатки одной-двумя каплями воды и оттяните их полоской фильтровальной бумаги.

В правильно окрашенном препарате часть кожицы лука с одной стороны будет желтоватой (там, куда попал йод), с другой — останется бесцветной.

6. Положите препарат на предметный столик и рассмотрите его на малом увеличении. Перемещайте препарат от окрашенного края к неокрашенному. Найдите клетки с разной степенью окраски. Сравните полученное изображение с приведённым на фотографиях (рис. 25, а, б).

Рис. 25. Клетки кожицы лука в препарате, окрашенном раствором йода: а — на малом увеличении на границе между окрашенной (слева) и неокрашенной (справа) частями; б — на малом увеличении в окрашенной части препарата; в — на большом увеличении. В клетке хорошо заметно ядро (красная стрелка) и тонкие тяжи цитоппазмы (синие стрелки), проходящие через вакуоль

7.    Переведите микроскоп на большое увеличение, рассмотрите ядро, цитоплазматические тяжи и клеточные оболочки окрашенной клетки {рис. 25, е\

8.    Зарисуйте окрашенную раствором йода клетку, подпишите клеточную оболочку, ядро, цитоплазматические тяжи, вакуоль.

Контрольные вопросы

1.    Какая структура в препарате кожицы чешуи лука видна лучше всего?

2.    Во всех ли клетках в неокрашенных препаратах различается ядро?

3.    Во всех ли клетках имеется ядоо?

4.    Почему ядро в одних клетках наблюдается в центре, а в других — сбоку, у клеточной оболочки?

5.    Почему при работе с объективом большого увеличения микровинт постоянно нужно немного поворачивать вперёд-назад?

Подведём итоги

1.    Мы выяснили четыре основных положения современной клеточной теории:

• клетка является наименьшей единицей жизни. Клетку нельзя разделить на более мелкие живые единицы, хотя она состоит из многих тесно связанных между собой частей;

• свойства, отличающие живое от неживого, — способность к росту и размножению — проявляются на уровне клетки;

в все живые организмы состоят из одной или множества клеток;

• любые клетки образуются только из существующих клеток.

2. Мы запомнили, что все живые клетки обязательно отделены от внешней среды клеточной мембраной, имеют цитоплазму с органеллами и содержат молекулы ДНК, управляющие работой клетки и обеспечивающие передачу наследственной информации последующим поколениям (рис. 26).

3. Мы поняли, что работа клетки направлена на обеспечение непрерывности жизни. Она состоит в подготовке к делению и последующем делении — размножении, осуществляемых на протяжении клеточного цикла (рис. 27).

4. Мы выяснили, что на стадии роста клетки: а) поглощают вещества — питаются; б) синтезируют из простых веществ сложные органические вещества, за счёт которых увеличиваются в размере

— растут; в) обеспечивают себя энергией в процессе дыхания, при этом клетки большинства организмов потребляют кислород; г) избавляются от вредных продуктов жизнедеятельности — осуществляют процесс выделения; д) копируют носителя наследственной информации — удваивают количество молекул ДНК.

5. Мы увидели, что клетки, несмотря на принципиальное сходство, могут существенно отличаться (например, клетки растений и клетки животных) (рис. 28).

Знаю — умею

• Я знаю строение оптического микроскопа и умею его настраивать.

• Я знаю, что такое временный препарат, и умею его изготовлять.

• Я знаю, из каких наименьших живых единиц состоит организм, и могу объяснить, почему эти единицы живые.

• Я знаю, из каких частей состоит клетка, и умею эти части различать.

• Я знаю, какие функции выполняют различные органеллы, и могу объяснить роль этих органелл в жизни клетки.

• Я знаю, чем отличается растительная клетка от животной, и умею эти типы клеток распознавать.

 

Это материал из учебника Биология 6 класс Костиков

 

Категорія: Біологія

Автор: admin от 24-09-2014, 00:09, Переглядів: 7218