М-21 біологія 15.03.22

 

15.03.2022

Комбіноване заняття (2 год.)

Тема 4.2. Репродукція, ріст та розвиток клітин та фактори, які на них впливають.

Опрацювати: Біологія 10 клас (за посиланням «Підручники»), §§56-59, с.219-234. 

Виконати (письмово):

1) скласти біологічний словник із термінів, виділених жирним шрифтом;

2) виконати тест-конструювання «Розвиток еритроцитів». За умови правильних відповідей отримаєте прізвище науковця, який відкрив еритроцити:

1. Де утворюються еритроцити в організмі дорослої людини?

К у печінці

Л у червоному кістковому мозку

М у нирках

Н у селезінці

 

2. Укажіть вихідні клітини, з яких починається еритропоез.

Д уніпотентні стовбурові

Е плюрипотентні гемацитобласти

Є проеритробласти

Ж ретикулоцити

 

3. Скільки триває процес диференціації еритроцитів у нормі?

А 100 – 120 днів

Б 50 – 60 днів

В 3 – 5 днів

Г упродовж одного дня

 

4. Які клітини є безпосередніми попередниками еритроцитів?

В гемоцитобласти

Г еритробласти

Д нормобласти

Е ретикулоцити

 

5. Де утворюється гормон еритропоетин, що регулює еритропоез?

К у наднирковій залозі

Л у печінці

М у тимусі

Н у нирках

 

6. Які вітаміни необхідні для росту й розвитку еритроцитів?

А тіамін й аскорбінова кислота

Б ретинол і нікотинова кислота

В ергокальцифероли

Г ціанкобаламін і фолієва кислота

 

7. Які біоелементи необхідні для еритропоезу?

У Ферум і Кобальт

Ф Натрій і Кальцій

Х Хром і Нікель

Ц Алюміній і Магній

 

8. Яка функція визначає особливості будови еритроцитів?

К дихальна

Л захисна

М зсідання крові

Н поживна

 

ВІДПОВІДЬ: __________________________________________

 

 

РЕПРОДУКЦІЯ КЛІТИН – відтворення нових клітин шляхом поділу вихідної клітини. Відтворення клітин – це не просто виникнення двох клітин з однієї, а утворення двох клітин, які містять однакову спадкову інформацію, та ще й подібну до інформації батьківської вихідної клітини.

За здатністю до репродукції клітини тваринного організму поділяють на чотири категорії:

1) високоспеціалізовані клітини, що не діляться (нейрони, клітини скелетних м’язів, кардіоміоцити);

2) поновлювані клітини (наприклад, ентероцити – клітини епітелію слизової оболонки кишечнику, що живуть 5 – 10 днів і оновлюються за допомогою камбіальних клітин);

3) стовбурові клітини (зберігають здатність до поділу протягом всього життя організму і замінюють клітини, які гинуть);

4) клітини, які зазвичай не розмножуються, але за певних умов можуть дедиференціюватися і вступати у мітоз (наприклад, гепатоцити, які набувають здатності до поділу за репаративної регенерації).

З репродукцією клітин пов'язані ріст організмів, фізіологічна й репаративна регенерація, нестатеве розмноження. Завдяки клітинному поділу забезпечується безперервність існування наступних поколінь клітин і цілісних організмів, оскільки індивідуальне життя більшості клітин обмежене порівняно коротким терміном. Репродукція клітин у багатоклітинних організмів різко збільшує їх адаптивні можливості й створює необхідні передумови для індивідуального та історичного розвитку. Основним типами репродукції клітин є мітоз та амітоз.

Отже, репродукція клітин забезпечує безперервність існування наступних поколінь клітин і цілих організмів.

МІТОЗ (від грец. mitos – нитка) – це поділ еукаріотичних клітин, внаслідок якого утворюються 2 дочірні клітини з таким самим набором хромосом, що й у материнської клітини.

Мітоз у клітинному циклі відбувається після інтерфази, під час якої клітина росте, синтезує органічні сполуки, подвоює спадкову інформацію, запасає енергію та готується до мітозу.

Мітоз умовно поділяють на 4 фази: профазу, метафазу, анафазу і телофазу.

Профаза – фаза конденсації хромосом. Основними процесами профази є: 1) конденсація (ущільнення) двохроматидних хромосом; 2) розходження центріолей до полюсів; 3) зникнення ядерця; 4) розпад ядерної оболонки; 5) формування веретена поділу.

Метафаза – фаза розташування хромосом на екваторі клітини. Спостерігається прикріплення коротких ниток веретена поділу до центромер і розташування двохроматидних хромосом на екваторі клітини в один ряд.

Анафаза – фаза розходження хромосом. В анафазі відбуваються скорочення ниток веретена поділу та розходження однохроматидних хромосом до полюсів.

Телофаза – фаза деконденсації хромосом. Це свого роду «профаза навпаки», в якій відбуваються: 1) деконденсація однохроматидних хромосом; 2) розташування центріолей біля ядра; 3) формування ядерець; 4) утворення ядерної оболонки; 5) руйнування веретена поділу.

Біологічна роль мітозу полягає в точному відтворенні клітин, забезпеченні рівномірного розподілу хромосом материнської клітини між двома дочірніми клітинами і підтриманні сталості каріотипу. Мітоз є основою росту, регенерації й нестатевого розмноження організмів.

Амітоз – це прямий поділ клітин, що відбувається шляхом поділу ядра, без реплікації ДНК й конденсації хромосом та без утворення веретена поділу.

Він властивий високоспеціалізованим клітинам (нейронам, хондроцитам, лейкоцитам крові, клітинам ендотелію кровоносних судин), клітинам пухлин, старіючим клітинам або клітинам, приреченим на загибель (наприклад, клітинам зародкових оболонок ссавців). Амітоз може супроводжуватись поділом клітини з утворенням двох клітин з приблизно однаковою спадковою інформацією, а може обмежуватись поділом ядра без поділу цитоплазми, що приводить до утворення дво- та багатоядерних клітин. Амітоз порівняно з мітозом трапляється рідше і відіграє другорядну роль у клітинному поділі організмів, оскільки клітини після амітозу зберігають функціональну активність, поділятися уже не можуть. Біологічна роль амітозу – це швидке поповнення клітинних популяцій у процесі репаративної регенерації. Отже, мітоз є основним способом репродукції еукаріотичних клітин тіла, що визначає ріст, фізіологічну регенерацію та нестатеве розмноження еукаріотів; амітоз – трапляється рідше й забезпечує репаративну регенерацію.

 

ЦИТОГЕНЕЗ – це ріст й розвиток клітин, що супроводжуються взаємопов’язаними кількісними й якісними перетвореннями.

Після свого утворення клітини починають «кількісно» рости й «якісно» розвиватися. Прикладом цитогенетичних перетворень є утворення клітин крові, сперматогенез, овогенез тощо.

Ріст клітин – це сукупність кількісних змін, що зумовлюють збільшення розмірів, маси та об’єму клітин. Ріст клітин визначається переважанням анаболічних процесів синтезу над катаболічними процесами розпаду речовин. Усі клітини здатні до росту, але в кожної з них він відбуватиметься з певними особливостями, що залежать від зовнішніх та внутрішніх чинників. На ріст клітин впливають температура, наявність поживних речовин й води, відсутність шкідливих чинників, функції, рН середовища тощо. Із внутрішніх чинників виокремимо генетичну інформацію та наявність чинників росту. Чинники росту  – природні  білки, що зв'язуються із  рецепторами  на поверхні клітин і стимулюють процеси росту. Крім того, чинники росту важливі для регулювання різноманітності клітинних процесів.

Розвиток клітин – це сукупність якісних змін, що ведуть до появи відмінностей порівняно з попередніми стадіями. У результаті розвитку виникає новий стан клітини, що визначається змінами її хімічного складу, будови й життєдіяльності. Ці зміни мають незворотний, напрямлений та закономірний характер. Під час розвитку відбуваються зміни в цитоплазмі клітин унаслідок її взаємодії з ядром.

Процесам росту й розвитку притаманні певні обмеження, що стримують збільшення розмірів й зміну форми в певних межах. Зі збільшенням лінійних розмірів вдвічі площа поверхні клітини збільшується в 4 рази, а об’єм – у 8  разів. Це має важливе значення для обміну речовин, енергії та інформації із зовнішнім для клітини середовищем. Розміри клітин обмежуються передусім ефективністю дифузії, що забезпечує транспортування важливих йонів, елементів і молекул у цитоплазмі й крізь клітинну мембрану. Знання цитогенезу кожної клітини і того, як гени контролюють їхній нормальний розвиток, допоможуть науковцям розкрити механізми виникнення захворювань і впливати на самооновлення клітин.

Отже, цитогенез клітин є нерозривною ю взаємопов’язаною єдністю процесів їхнього росту й розвитку.

 

Диференціація (від лат.  differentia  – відмінність) клітин – це утворення різних клітин із початково однорідних, що забезпечує таку важливу для організмів різноманітність. Генетичний матеріал клітин при цьому залишається незмінним.

Диференціація клітин створює різноманітність форми, функцій й поведінки, не порушуючи при цьому єдності організмів. А відмінності між клітинами, які мають однаковий набір генів, визначає диференціальна активність генів. У процесі диференціації вмикаються гени, під дією яких клітина перетворюється на певний один тип, і пригнічуються за участі спеціальних білків гени, які могли б спрямувати її по іншому шляху диференціації.

Диференціація клітин в організмі людини й хребетних тварин відбувається в ембріогенезі завдяки зародковим стовбуровим клітинам і продовжується у постембріогенезі завдяки стовбуровим клітинам дорослого організму. Їх можна виявляти практично в кожній тканині дорослого організму, в якому вони беруть участь в регенерації, загоєнні ран. Показано, що кількість стовбурових клітин в організмі зростає при фізичних навантаженнях, у стресових ситуаціях і зменшується з віком.

Стовбурові клітини за своїми можливостями (потенцією) поділяють на такі основні категорії:1) тотипотентні клітини – клітини, які можуть диференціюватися в будь-який тип клітин організму і з яких може утворитися цілий організм (наприклад, зигота, бластомери); 2) плюрипотентні клітини – клітини, які також можуть дати початок кожному типу клітин, але новий організм з них утворитися вже не може (наприклад, мезенхімні клітини, які дають початок клітинам крові, хрящової, кісткової та гладкої м’язової тканин); 3) уніпотентні клітини – клітини, які можуть перетворюватися лише на клітини одного типу (наприклад, клітини епітелію шкіри, сперматогоніїв). Отже, ДИФЕРЕНЦІАЦІЯ КЛІТИН, або цитодиференціація, – процес виникнення структурних і функціональних відмінностей між клітинами, в результаті чого ці клітини стають спеціалізованими для різних процесів життєдіяльності багатоклітинних організмів.

 

Детермінація клітин (від лат. determinatio – визначення) – сукупність процесів, які спрямовують розвиток клітин. Це процес визначення шляху розвитку клітини та виникнення якісної своєрідності клітин.

Єдиної теорії механізму детермінації у науці поки що немає. Науковці вважають, що детермінація відбувається внаслідок дії низки чинників, основними з яких є такі.

1. Диференціальна активність генів. Диференціація клітин відбувається без змін генотипу, тобто всі клітини мають певний набір генів, властивий організму, але експресія цих генів регулюється таким чином, що різні клітини синтезують різні білки і стають спеціалізованими клітинами. Основними механізмами, що зумовлюють вибіркову діяльність генів, є: а) генетичні механізми регуляції (на рівні транскрипції, процесингу РНК, трансляції і післятрансляційної модифікації білків); б) епігенетичні механізми регуляції (РНК-інтерференція, метилювання, регуляція на рівні хроматину).

2. Цитоплазматичний розподіл (сегрегація), в результаті чого якісно відмінні ділянки цитоплазми зиготи потрапляють в різні дочірні клітини. Цитоплазма впливає певним чином на активацію або гальмування генів, що приводить до синтезу певних молекул РНК, а тим самим і синтезу білків, даного типу клітин.

3. Ембріональна індукція – взаємовпливи поруч розміщених клітин.

4. Інтеграція клітин – це сукупність процесів, що забезпечують існування клітин у сталих або тимчасових клітинних комплексах для виконання певних функцій. У таких комплексах першочергову роль відіграють міжклітинні контакти. Завдяки інтеграції проявляються властивості біологічних систем, що є ефектом взаємодії клітин. Ці нові властивості, яких немає в окремих клітин і які виникають в клітинних комплексах, називаються емерджентними (від лат. emergo – виникаю).

Отже, основними чинниками детермінації розвитку клітин є низка внутрішніх і зовнішніх для клітини біологічних, хімічних та фізичних впливів на її спадкову інформацію.

 

СТАРІННЯ КЛІТИН – це природний закономірний і незворотний процес вікових змін будови й функцій клітин, що спричиняє зниження їхніх адаптивних можливостей.

Чому клітини гинуть? Смерть клітин може наставати як у нормі, так і в разі патології. Гинуть клітини в ембріональному розвитку (під час формування тканин і органів) й у дорослому організмі внаслідок старіння, в разі втрати функцій і під дією шкідливих чинників. Розрізняють два види загибелі клітин: апоптоз і некроз.

Апоптоз – генетично запрограмована загибель клітини, в якій провідну роль виконують внутрішньоклітинні механізми. Цей вид загибелі клітин є енергетично залежним й регульованим процесом. У разі апоптозу ядро й цитоплазма діляться на кілька частин, не відбувається руйнування клітинної мембрани, вміст клітин не потрапляє в позаклітинне середовище й не спричиняє запалення. Особливе значення апоптоз має в ембріональному розвитку, коли відбувається зміна ембріональних зачатків. У зрілому організмі апоптоз забезпечує клітинний гомеостаз – відносну сталість складу тканин і органів, а в разі старіння чи патології регулює кількість клітин в органах відповідно до зниження функціональних можливостей організму. Апоптоз також відіграє важливу роль в разі зараження інфекційними агентами, зокрема вірусними, у ліквідації пухлинних клітин.

Некроз – це загибель клітин у результаті незворотного пошкодження під дією шкідливих чинників. До них належать перегрівання, переохолодження, нестача кисню, порушення кровопостачання, дія отрут, хімічних препаратів, механічні травми. Цей процес генетично не запрограмований, є пасивним і не потребує затрат енергії. У разі некрозу відбуваються хаотичне руйнування клітинних мембран й органел, вивільнення ферментів й розщеплення вмісту. Некроз клітин супроводжується запаленням, що спричинене продуктами розпаду клітин. Реакція запалення – це основна фізіологічна відмінність некрозу від апоптозу.

Отже, загибель клітин може бути природним або патологічним процесом, що відбувається під дією генів або шкідливих чинників середовища.