Відтворення на клітинному рівні
Відтворення на клітинному рівні
Мета. Знати життєвий цикл клітин, процеси, що протікають в мітотичного циклу і при термінальній диференціювання. Мати уявлення про механізми регуляції клітинного циклу. Вміти визначати на мікропрепаратах фази мітозу і обчислювати митотический коефіцієнт. Знати сутність і біологічне значення мейозу.
Завдання для студентів
Робота 1. Клітинний цикл
Соматичні клітини організму утворюються в результаті мітозу. Надалі можливі три варіанти життєвого шляху (циклу) клітин:
1. Клітини готуються до поділу і закінчують своє життя митозом (мітотичний цикл).
2. Клітини диференціюються, функціонують і гинуть.
3. Клітини переходять в період G0, в якому можуть перебувати від кількох годин до багатьох років. При певних умовах вони можуть перейти з цього періоду в мітотичний цикл або термінальну диференціювання.
Вивчіть і замалюйте схему життєвого циклу клітин, представлену на рис. 1.
G1 - пресинтетичний період; S - синтетичний період; G2 - постсинтетичний період;
МЦ (мітотичний цикл) = G1 + S + G2 + мітоз;
G0 - період клітинного циклу, який включає:
• клітини пролиферативного пулу медленнообновляющіхся тканин;
• клітини, що вийшли з МЦ для репарації ДНК;
• клітини, нездатні пройти МЦ через дефіцит поживних речовин або факторів росту;
• резервні і стовбурові клітини; n - гаплоїдний набір хромосом;
c - одинарний набір ДНК
Робота 2. Подвоєння хромосом і реплікація ДНК у еукаріот
Подвоєння ДНК і хромосом відбувається в S-періоді мітотичного циклу.
Реплікація ДНК починається одночасно в багатьох місцях - точках ініціації (рис. 2а). Відбувається прикріплення комплексу ферментів ( «репликативная машина»), ДНК звільняється від гістонів і розплітається, утворюється реплікаційний вічко (рис. 2б). Поділ вихідних матричних і синтез нових дочірніх ланцюгів ДНК в очку відбуваються одночасно в обидва боки в Реплікаційний качанах (рис. 2в). Після подвоєння ДНК з ними з'єднуються гістони, і хромосома стає подвійний, що складається з двох хроматид, які з'єднані в області центромери (рис. 2г).
Мал. 2б. Освіта Реплікаційний очок і Реплікаційний вилок
1 - матричні ланцюга ДНК; 2 - фермент геліказа, що розділяє ланцюга матричної ДНК; 3 - ДСБ-білки, що перешкоджають возз'єднання ланцюгів ДНК; 4 - праймаза; 5 - РНК-запал (синтезується РНК-полімераза - праймазой); 6 - ДНКполімеразу, що синтезує дочірні ланцюга; 7 - лідируюча дочірня ланцюг ДНК; 8 - лігаза, що з'єднує фрагменти Окадзакі відстає ланцюга ДНК; 9 - фрагмент Окадзакі (150-200 нуклеотидів); 10 - топоізомераза
Мал. 2г. Завершення подвоєння ДНК і хромосоми
Вивчіть схему реплікації ДНК і подвоєння хромосом, представлену на рис. 2а-2г. Замалюйте рис. 2в.
Робота 3. Мітоз рослинних клітин
Розгляньте під великим збільшенням мікроскопа микропрепарат корінця цибулі. Знайдіть клітини, що знаходяться в інтерфазі і різних фазах мітозу. Замалюйте і позначте:
I - стадії мітозу: 1 - профаза;
II - интерфаза (клітки, що не).
Робота 4. Мітоз клітин людини
Розгляньте під малим збільшенням цитогенетический препарат лімфоцитів крові людини. Знайдіть клітку в стадії мітозу. Переведіть на велике збільшення, поставивши іммерсійний об'єктив (х90). Розгляньте на препараті метафазну пластинку. Зверніть увагу на будову хромосом людини, їх розміри, розташування центромери, кількість хроматид в метафазної хромосомі. Визначте набір хромосом, знайдіть гомологічні хромосоми. Замалюйте метафазні хромосоми з різним розташуванням центромер.
Робота 5. Визначення мітотичного коефіцієнта
На мікропрепаратах корінця цибулі порахуйте число діляться і не діляться клітин в декількох полях зору (близько 1000 клітин). Визначте митотический коефіцієнт за формулою:
МК виражається в проміле (% о).
Робота 6. Види тканин в залежності від рівня клітинної проліферації
Стабільні - все клітини знаходяться в стані незворотною диференціювання. Загибель частини клітин протягом життя організму веде до зменшенням загальної кількості клітин в тканини.
Зростаючі - кількість клітин в тканини збільшується, так як частка клітин, що йдуть в мітотичний цикл, перевищує частку клітин, що йдуть в диференціювання.
Оновлюються - відбувається розмноження клітин, однак загальна кількість клітин залишається постійним, так як половина клітин переходить в необоротну диференціювання і гине.
Вивчіть і перепишіть таблицю.
Примітка: Pc - проліферативний пул; Т - тривалість мітотичного циклу; МК - митотический коефіцієнт. Проліферативний пул - частка клітин, що знаходяться у всіх фазах мітотичного циклу і в пулі G0, здатних до розмноження.
Робота 7. Стовбурові клітини. Їх біологічне і медичне значення
Стовбурові клітини - це клітини, що зберігають здатність до розмноження протягом усього життя організму. В ембріональному періоді вони потрібні для розвитку органів і тканин, в постембріональному - для росту організму, відновлення тканин, регенерації та вегетативного розмноження.
Вид стовбурових клітин ХарактерістікаЗначеніе
Здатні давати початок будь-якого виду клітин (бластомери на ранніх етапах дроблення)
З ембріональних тотипотентних клітин починається розвиток організму при статевому розмноженні. Соматичні дають початок новим організмам при вегетативному розмноженні
Здатні давати різні види клітин (клітини зародкових листків; клітини червоного кісткового мозку)
Формування органів та тканин організму, що розвивається. Необхідні для поновлення або регенерації тканин, в яких немає власних стовбурових клітин - еритроцитів і лейкоцитів, нейронів, кардіоміоцитів
При розмноженні утворюють клітини тільки одного виду (епітелій ротової порожнини, слинних залоз)
Джерело клітин для зростання, відновлення і регенерації органів
Виділені ембріональні стовбурові клітини, в яких методами генної інженерії змінено склад генів
Використання в медицині дозволяє вирощувати органи і тканини з заданими властивостями. Їх застосування для репродуктивного клонування є джерелом генномодифікованих організмів
Застосування стовбурових клітин в медицині і стоматології
Удосконалення методів виділення стовбурових клітин, вивчення факторів, що регулюють їх ріст і диференціювання, відкриває широкі можливості для використання таких клітин у медицині. Стовбуровими клітинами, узятими з пуповинної крові або з інших тканин, можна замінювати власні пошкоджені клітини в будь-яких органах, не побоюючись їх відторгнення. Застосування ембріональних клітин, терапевтичне клонування і використання методів генної інженерії дозволять вирощувати органи і тканини і отримувати доступний матеріал для трансплантації. В даний час у експериментальних тварин зі стовбурових клітин вдається отримати цілі зуби або їх окремі тканини (емаль, пульпу і інші). Так, зародки зуба, вирощені у мишей із клітин зубного сосочка, після імплантації дорослим тваринам замість вилучених різців прижилися і сформували повноцінні зуби. У людини зі стовбурових клітин пульпи або апікального горбка видалених зубів мудрості вдалося виростити коріння і періодонтальні зв'язки, на основі яких відновили (поки - за допомогою звичайних методів протезування) коронку зуба. Таким чином в подальшому планується отримання матеріалу для аутотрансплантації. Використання мезенхімальних стовбурових клітин і композитних матеріалів дозволило розробити імплантати для заміщення кісткових дефектів в щелепно-лицевої хірургії. Необхідно відзначити, що в даний час застосування стовбурових клітин знаходиться на стадії експериментальних досліджень або клінічних випробувань. Їх широке впровадження в практичну медицину - справа найближчого майбутнього.
Робота 8. Різні напрямки диференціювання клітин ротової порожнини
Вивчіть і замалюйте схему 1.
У оновлюються тканинах постійне кількість клітин підтримується в результаті саморегуляції, здійснюваної за принципом негативного зворотного зв'язку. При зменшенні кількості клітин включаються механізми, що активують протоонкогени. Індукція цих генів веде до синтезу чинників зростання, надає мітогенний стимуляцію на клітини, які знаходяться в Go -періоде, в тому числі стовбурові клітини. Відбувається їх посилене розмноження і збільшення кількості. Надлишок клітин веде до репресії протоонкогенов і активації генів-супресорів, що відповідають за синтез інгібіторів клітинної проліферації. Періодичні коливання числа клітин, які діляться, які проявляються в добових ритмах проліферації, дозволяють досягти стану динамічної рівноваги - кількість клітин підтримується на тому рівні, який необхідний для даної тканини.
Вивчіть схему 2. Наведіть приклади факторів росту і інгібіторів клітинного поділу.
Робота 10. Порівняльна характеристика нормальних клітин і клітин злоякісних пухлин
Спонтанно чи при дії канцерогенних факторів можуть відбуватися мутації протоонкогенов або генів супресорів, що регулюють розмноження клітин. Протоонкогени перетворюються на онкогени, які не реагують на регуляторні фактори і утворюють велику кількість факторів росту. Пошкодження генів-супресорів не дозволяє стримувати надмірне розмноження клітин - виникає пухлина. Для клітин пухлини характерна генетична нестабільність - в них виникають нові мутації, які ще більше порушують регуляцію клітинної проліферації. Доброякісна пухлина може трансформуватися в злоякісну.
ПараметриНормальние клеткіОпухолевие клітини
в) Роз'єднання матричних ланцюгів ДНК
г) Стабілізація матричних ланцюгів ДНК
д) Синтез дочірніх ланцюгів ДНК
е) Зшивання фрагментів Окадзакі
Встановити правильну послідовність. 10. ПОДІЇ ПРИ РЕПЛІКАЦІЇ ДНК:
1. Поділ ланцюгів ДНК
2. З'єднання фрагментів Окадзакі
3. Синтез праймерів
4. Видалення праймерів
5. Синтез фрагментів Окадзакі
Кн. 1. - С. 55-60, 72-79, 118-144, 200-207.