Тема урока: Опорно-двигательная система животных (эволюция строения)
Тип урока: урок изучения нового материала
Цель: изучить эволюцию строения ОДС животных, систематизировав знания о строении ОДС животных разных систематических групп
Задачи:
Образовательные
- выявить функции ОДС животных и причины эволюционных изменений ОДС
- обосновать взаимосвязь строения и функций ОДС животных
- сравнить строение ОДС животных разных систематических групп, выявить усложнения
(одноклеточные – многоклеточные, беспозвоночные – хордовые, бесчерепные – позвоночные, разные классы позвоночных – круглоротые, хрящевые рыбы, костные рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие)
- объяснить причины различий и обосновать приспособленность ОДС животных к различным условиям среды обитания, местообитаний
Развивающие
- развить умение работать с рисунками (учебник, ТПО, слайды презентации, демонстрационные таблицы), образцами наружных и внутренних скелетов (анализировать их содержание, описывать строение скелетов, сравнивать скелеты различных организмов…)
- развить умение приводить примеры животных (с различными типами скелетов)
- развить способность понимать целесообразность эволюционных изменений
- развивать мышление, коммуникативные навыки
Воспитательные
- продолжить воспитание чувств любви к природе, восхищения ее мудростью, целесообразностью
- воспитывать чувство ответственности за успешность своей учебы, стремление к самообразованию, саморазвитию
Основные понятия:
«опорно-двигательная система», «наружный скелет», «внутренний скелет», «осевой скелет», «позвоночник», «позвонок», «скелет конечностей», «пояса конечностей», «кость», «сустав», «череп».
Этапы урока:
Организационный момент
Приветствие, призыв к учащимся оценить свою готовность к уроку, скорректировать ее при необходимости
Целеполагание и мотивация
***Давайте определимся с темой сегодняшнего урока
***Какой «мостик» можно перебросить от прошлого урока к сегодняшнему?
Какая есть логика в последовательности изучения учебного материала нашего раздела?
Какой раздел мы изучаем?
- эволюция строения и функций органов и их систем
- от изучения внешних покровов переходим к изучению внутренних систем органов (образно говоря, рассмотрели животное внешне, теперь пытаемся заглянуть вглубь)
- так как покровы часто являются частью ОДС (мы помним понятие «кожно-мускульный мешок», помним, что у членистоногих мышцы обычно крепятся к наружному скелету…), логично после их изучения перейти именно к этой теме
***Какова главная цель нашего урока?
(изучить эволюцию строения ОДС животных, систематизировав знания о строении ОДС животных разных систематических групп)
Актуализация знаний
- Докажите, что организму необходима ОДС
(для передвижения, для защиты клеток, тканей, органов, для опоры и поддержания, сохранения постоянной формы тела…)
- Почему скелет и мускулатура, такие разные структуры, объединяются в одну систему органов?
(для успешной работы любого органа, выполняющего движение, ему нужна опора)
- Объясните причины эволюции ОДС, изменений в ней с течение времени
(освоение животными новых территорий, освоение новых видов пищи, необходимость, чтобы выжить, активнее искать пищу, лучше прятаться от врагов, постоянно совершенствовать свои приспособления к меняющимся условиям среды… таким образом, ОДС, изменяясь вместе с организмом, должна была обеспечивать все эти эволюционные изменения)
Усвоение знаний
***Какие этапы, «ступеньки» в достижении главной цели урока (в изучении эволюции ОДС от одной группы животных к другой) мы можем выделить?
1. одноклеточные – многоклеточные
2. беспозвоночные – хордовые
3. бесчерепные – позвоночные
4. разные классы позвоночных – рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие
***Давайте назовем основные опорно-двигательные структуры простейших и многоклеточных беспозвоночных и проследим эволюционные изменения
1. одноклеточные – многоклеточные беспозвоночные
Беседа с использование слайдов презентации
- какие опорные и двигательные структуры имеет тело простейших?
(амеба – оболочка клетки, ложноножки, эвглена – жгутик как вырост на оболочке, инфузория – реснички как выросты на оболочке)
- какие опорные и двигательные структуры появляются у кишечнополостных?
(эпителиально-мускульные клетки в эктодерме)
- какие изменения характерны для червей?
(внешние растяжимые покровы тела, кожно-мускульный мешок, гидроскелет)
- у моллюсков?
(раковины у брюхоногих и двустворчатых)
- у членистоногих?
(наружный скелет в виде хитиновых покровов насекомых, паукообразных, в виде пропитанных известью покровов ракообразных, к которому прикрепляются мышцы)
- а есть ли среди беспозвоночных животные с внутренним скелетом?
(у головоногих моллюсков внутренний хрящевой скелет – головная капсула, защищающий мозг и глаза, но это, скорее, исключение, так как настоящий внутренний скелет появляется только у хордовых животных)
***Давайте обратим внимание на эволюционные возможности внутреннего скелета, появившегося у хордовых животных
2. беспозвоночные – хордовые
Индивидуально-групповая работа по выявлению достоинств и недостатков наружного и внутреннего скелетов (1 вариант готовится назвать как можно больше достоинств наружного скелета, а второй – внутреннего) с последующими обсуждением, выводами
Пособие на доске – «весы» с натуральными объектами наружных и внутренних скелетов
+ наружного скелета
– прочность, прикрепление мышц и обеспечение передвижения, освоения новых способов перемещения (прыжки, полет), расселения
- наружного скелета
– не растет вместе с животным, делает животное беззащитным во время линьки, ограничивает размеры тела (особенно у сухопутных животных)
+ внутреннего скелета
– растет вместе с животным, увеличивает скорость перемещения тела за счет большей специализации отдельных мышц и их групп
ВЫВОД
:
более прогрессивным является внутренний скелет
***Мы помним, что хордовые делятся на низших и высших. Каковы «минусы» ОДС низших хордовых и «плюсы» ОДС высших хордовых?
- у низших – ланцетника – в течение всей жизни сохраняется хорда, а у высших она замещается в процессе развития позвоночником, который частично или полностью окостеневает
- у высших – позвоночных — появляется череп
- у позвоночных появляются скелеты конечностей и их поясов
- у позвоночных более сложная мускулатура
3. бесчерепные – позвоночные
Скелет большинства позвоночных образован костями, хрящами, сухожилиями.
Кости состоят из органических и неорганических веществ и обладают большой прочностью.
Самостоятельная индивидуальная работа по выявлению типов соединения костей (последний абзац на стр. 194 учебника, задание 4 в ТПО на стр. 98) с последующим выводом о прогрессивном значении суставов
Неподвижное (срастание костей) и подвижное (с помощью сустава) соединение.
Кости скелета позвоночных имеют специальные места для прикрепления мышц (прикрепляясь к двум костям скелета, соединенным через сустав, мышца приводит их в движение).
Динамическая пауза (опережающее творческое задание получил наш инструктор
, который поможет нам сделать разминку основных суставов – у нас они имеют типичное для всех млекопитающих строение)
(упражнения на разминку суставов плечевого, локтевого, лучезапястного, тазобедренного, коленного, голеностопного)
Скелет состоит из трех основных частей: осевой скелет, скелет конечностей и скелет головы – череп.
Осевой скелет бесчерепных представлен хордой, а позвоночных – позвоночником, состоящим из хрящевых или костных позвонков.
Самостоятельная индивидуальная работа с учебником и ТПО по выявлению особенностей строения позвонка (рис. 147 учебника на стр. 195, ТПО – задание 6 на стр. 99) с последующим вы вводом о прогрессивном значении появления позвонков в осевом скелете
(состоит из тела, верхних и нижних дуг, концы верхних дуг позвонков, срастаясь между собой, образуют канал, в котором располагается спинной мозг, к концам нижних дуг, направленных в стороны, прикрепляются ребра)
Появление позвонков – важная прогрессивная черта, так как они придают прочность и гибкость скелету, являются защитой для спинного мозга.
***Давайте проследим изменения скелетов у позвоночных разных систематических групп
4. разные систематические группы позвоночных – рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие
Групповая работа с учебником, ТПО и карточкой
(5 групп выявляют особенности скелетов рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц, млекопитающих, выполняют соответствующие задания в карточках) с последующим обсуждением выводов об основных направлениях эволюции скелета позвоночных животных
Эксперты внимательно прослушают выступления представителей всех пяти групп и помогут нам сделать соответствующие выводы об основных направлениях эволюции скелета позвоночных.
Группа 1. Задание: выявить особенности строения скелета рыб.
Учебник – текст на стр. 195, 197-198, рис. 148 на стр. 196.
- позвоночник состоит из туловищного и хвостового отделов
- череп образован множеством костей
- есть скелет плавников парных – грудных и брюшных и непарных – спинного, хвостового, анального
Группа 2. Задание: выявить особенности строения скелета земноводных.
Учебник – текст на стр. 195, 197-198, рис. 149 на стр. 196.
- усложнение позвоночника – шейный (1), туловищный (7 с ребрами, оканчивающимися свободно), крестцовый (1 с прикрепленными к нему костями таза) отделы + хвостовой отдел у хвостатых
Группа 3. Задание: выявить особенности строения скелета пресмыкающихся.
Учебник – текст на стр. 195, 197, 198, рис. 150 на стр. 196.
- 5 отделов позвоночника – шейный, грудной, поясничный, крестцовый, хвостовой
- подвижное соединение позвонков в шейном отделе
- у некоторых есть грудная клетка (ребра соединяются с грудиной, грудная клетка защищает внутренние органы и обеспечивает лучшее поступление воздуха в легкие – делает дыхание более активным процессом)
- есть череп, скелет конечностей и их поясов
Группа 4. Задание: выявить особенности строения скелета птиц.
Учебник – текст на стр. 197, 198, рис. 151 на стр. 197.
-
5 отделов позвоночника – шейный (9-25 позвонков, соединенных подвижно), грудной (сросшиеся грудные позвонки – 3-10 — и ребра, соединенные с грудиной, образуют грудную клетку; у многих есть киль), поясничный, крестцовый, хвостовой – 6-9 (последний грудной, поясничные, крестцовые и первый хвостовой позвонки срастаются, образуя мощный крестец для большей прочности, для опоры задних конечностей
- легкие кости (многие имеют полости внутри)
- есть череп, скелет конечностей и их поясов (скелет верхней конечности
(кисть) видоизменен в связи с развитием крыла — приспособления к полету)
Группа 5. Задание: выявить особенности строения скелета млекопитающих.
Учебник – текст на стр. 197-198, рис. 152 на стр. 198.
- 5 четко выделенных отделов позвоночника – шейный (7 позвонков за редким исключением), грудной (12-15 позвонков), поясничный (2-9 позвонков), крестцовый (обычно 4 сросшихся позвонка), хвостовой
- есть череп (мозговой и лицевой отделы), скелет конечностей и их поясов (плечевой и тазовый)
ВЫВОД О НАПРАВЛЕНИЯХ ЭВОЛЮЦИИ СКЕЛЕТА ПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ (ЭКСПЕРТЫ):
- дифференцировка осевого скелета – позвоночника
- подвижное соединение шейных позвонков
- появление и развитие грудной клетки
- дифференцировка черепа но мозговой и лицевой отделы, развитие мозгового отдела
- появление и развитие парных передних и задних конечностей и их поясов – плечевого и тазового
- появление и развитие частных приспособлений в связи с вторичной утратой конечностей у змей, в связи с полетом у птиц и т. п.
Информирование о домашнем задании
(перед закреплением учебного материала темы и проверкой его усвоения давайте запишем в дневники домашнее задание,
обратим внимание на дифференцированную его часть)
§ 37, ТПО, понаблюдать за способами передвижения своих домашних животных (аквариумных рыб и моллюсков, черепах, птиц, хомяков, кошек, собак… а, может быть и, например, тараканов, моли…), подготовить небольшой устный рассказ о способах их передвижения, о том, способны ли они менять способ передвижения при изменении условий, например, при прикосновении.
Применение знаний (закрепление изученного материала)
Коллективное обсуждение биологических задач (ТВОРЧЕСКОЕ ОПЕРЕЖАЮЩЕЕ ЗАДАНИЕ с использованием ресурсов ИНТЕРНЕТ)
Задача 1.
Известно, что рыбы не могут поворачивать голову. Могут ли это делать лягушки и тритоны? Ответ поясните.
- могут; лягушки могут только лишь поднимать и опускать голову – у них имеется один позвонок в шейном отделе; тритоны могут еще и поворачивать голову, так как в шейном отделе у них позвонки соединены подвижно
Задача 2.
В скелете змей отсутствует грудная клетка. В связи с чем она была утрачена у этих животных?
(стр. 125-126 учебника – если учащиеся не ответят на вопрос))
- в связи с отсутствием конечностей и выработкой особого способа передвижения путем боковых изгибов позвоночника и ребер, которые своими нижними концами способны сдвигаться вперед и назад
Задача 3.
Любой лишний груз был бы помехой при полете. Какие изменения в связи с этим произошли в опорной структуре птиц?
- кости тонкие, заполнены воздухом
- челюсти без зубов
Задача 4.
Шея у млекопитающих имеет разную длину: у собаки она короткая, у жирафа длинная. Чем определяются такие различия?
- это зависит не от количества шейных позвонков (их 7), а от длины их тел
Биологическая задача:
О чем свидетельствует разное положение конечностей относительно туловища
у разных классов позвоночных?
- об эволюции конечностей от земноводных и пресмыкающихся – к птицам и млекопитающим; о том, что приподнятое над землей тело дает гораздо больше возможностей животным в плане активного передвижения в поисках пищи, защиты от врагов (у земноводных конечности упираются в землю по бокам тела; у пресмыкающихся - тоже, но тело более приподнято; лишь у птиц и млекопитающих конечности подпирают тело снизу)
Ответы на вопросы закрепления учебного материала
Вопрос 1. Что лежит в основе эволюционных изменений опорно-двигательной системы?
В основе эволюционных изменений опорно-двигательной системы лежит, прежде всего, переход животных из водной среды обитания в наземно-воздушную. Новая среда требовала от опорно-двигательного аппарата большей прочности и возможности осуществлять более сложные и разнообразные движения. В качестве примера можно привести появление составных парных конечностей с подвижными (суставными) соединениями частей и усложненной мускулатуры у представителей класса земноводных - первых наземных позвоночных.
Вопрос 2. О чем говорит сходный план строения скелетов разных позвоночных животных?
Общий план строения скелетов разных позвоночных животных говорит об общности происхождения, эволюционном родстве. А наличие сходных частных образований - о том, что животные ведут сходный образ жизни в сходных условиях среды. Например, костный гребень (киль) на грудной кости имеется и у летающих птиц, и у летучих мышей.
Вопрос 3. Какой вывод можно сделать, познакомившись с общими функциями опорно-двигательной системы у животных организмов?
Несмотря на значительные различия в строении опорно-двигательных структур у разных животных, их скелеты выполняют сходные функции: опоры тела, защиты внутренних органов, перемещения тела в пространстве.
Проверка уровня усвоения учебного материала урока
Выполнение письменного тестового задания
Скелет. Птицы обладают прочным и легким скелетом (рис. 159). Кости у них легкие: все длинные кости трубчатые, имеют воздушные полости; небольшие воздушные полости есть и в некоторых плоских костях. Прочность скелету придает срастание многих костей . Единую кость представляет собой череп, с ним подвижно соединена только нижняя челюсть.
Позвоночник состоит из пяти отделов: шейного (9 -25 позвонков), грудного (3 -10 позвонков), поясничного (6 позвонков), крестцового (2 позвонка) и хвостового (5 позвонков срослись со сложным крестцом, 6 остались свободными и 4 последних срослись в копчиковую косточку).
Грудные позвонки, срастаясь вместе, образуют единую спинную кость . Она соединена суставом со сложным крестцом . К грудным позвонкам причленяются ребра. Каждое ребро состоит из спинного и брюшного отделов, соединенных подвижно. Брюшные отделы ребер соединяются с грудиной. Грудные позвонки, ребра и грудина образуют грудную клетку, защищающую внутренние органы.
У летающих птиц крупная грудина имеет высокий киль , к которому прикрепляются сильные грудные мышцы, двигающие крылья. С позвоночником срастаются тазовые кости. Поясничные, крестцовые и часть хвостовых позвонков образуют сложный крестец, создающий надежную опору для задних конечностей. Таз у птиц открытый – лобковые кости не срастаются, а широко расходятся в стороны. Это позволяет птицам откладывать крупные яйца, покрытые жесткой скорлупой .
Пояс передних конечностей состоит из парных мечевидных лопаток, двух сросшихся в вилочку ключиц (они амортизируют резкие толчки при опускании крыльев) и двух крупных коракоидов (вороньих костей), упирающихся в грудину. Скелет передней свободной конечности – крыла , как и у других наземных позвоночных, состоит из трех отделов: плеча, предплечья и кисти. Часть костей запястья и пясти срастаются в единый отдел – пряжку . Сохраняются рудименты второго, третьего и четвертого пальцев. Скелет свободной задней конечности состоит из бедренной кости, сросшихся вместе костей голени и стопы. Часть костей предплюсны и все плюсневые кости срослись и образовали единую кость – цевку . Ноги большинства птиц четырехпалые: три пальца направлены вперед, один назад. У бегающих птиц число пальцев сокращается до трех, а у африканского страуса – до двух.
Мышцы. Важное значение для полета птиц имеют большие грудные мышцы , опускающие крыло (рис. 160). Они прикрепляются к килю грудины и заканчиваются сухожилиями на костях крыла. Под большими грудными мышцами располагаются поднимающие крылья подключичные мышцы . Хорошо развиты мышцы шеи и задних конечностей. Движения задних конечностей обеспечивают более 30 мышц. Они начинаются на костях таза, бедра, голени. К пальцам подходят длинные сухожилия , которые при посадке птицы на ветку натягиваются, сжимая пальцы, поэтому птицы не падают с веток во время сна. Межреберные и другие мышцы стенок тела обеспечивают подвижность грудной клетки. Есть несколько мышц, двигающих перья.
Видеоурок 1: Деление клетки. Митоз
Видеоурок 2: Мейоз. Фазы мейоза
Лекция: Клетка - генетическая единица живого. Хромосомы, их строение (форма и размеры) и функции
Клетка - генетическая единица живого
Базовой единицей жизни признана отдельная клетка. Именно на клеточном уровне происходят процессы, отличающие живую материю от неживой. В каждой из клеток хранится и интенсивно используется наследственная информация о химической структуре белков, которые должны синтезироваться в ней и поэтому она называется генетической единицей живого. Даже безъядерные эритроциты на начальных этапах своего существования обладают митохондриями и ядром. Только в зрелом состоянии они не имеют структур для синтеза белка.
На сегодняшний день науке неизвестны клетки, в которых бы не содержалась ДНК или РНК в качестве носителя геномной информации. При отсутствии генетического материала клетка не способна к синтезу белков, а следовательно – жизни.
ДНК имеется не только в ядрах, ее молекулы содержатся в хлоропластах и митохондриях, эти органоиды могут размножаться внутри клетки.
ДНК в клетке находится в виде хромосом – сложных белково-нуклеиновых комплексов. Хромосомы эукариот локализованы в ядре. Каждая из них представляет собой сложную структуру из:
Единственной длинной молекулы ДНК, 2 метра которой упакованы в компактную структуру размером (у человека) до 8 мкм;
Специальных белков-гистонов, чья роль сводится к упаковке хроматина (вещества хромосомы) в знакомую палочковидную форму;
Хромосомы, их строение (форма и размеры) и функции
Такая плотная упаковка генетического материала производится клеткой перед делением. Именно в этот момент можно рассмотреть в микроскоп плотно упакованные сформированные хромосомы. Когда ДНК свернута в компактные хромосомы, называемые гетерохроматином – синтез матричной РНК невозможен. В период набора клеткой массы и ее интерфазного развития хромосомы находятся в менее упакованном состоянии, которое названо интерхроматином и в нем синтезируется мРНК, происходит репликация ДНК.
Основными элементами структуры хромосом являются:
Центромера. Это часть хромосомы с особой последовательностью нуклеотидов. Она соединяет между собой две хроматиды, участвует в конъюгации. Именно к ней прикрепляются белковые нити трубочек веретена деления клетки.
Теломеры . Это концевые участки хромосом, которые не способны к соединению с другими хромосомами, они играют защитную роль. Состоят из повторяющихся участков специализированной ДНК, образующей комплексы с белками.
Точки инициации репликации ДНК.
Хромосомы прокариот очень сильно отличаются от эукариотических, представляя собой расположенные в цитоплазме, ДНК-содержащие структуры. Геометрически они представляют собой кольцевую молекулу.
Хромосомный набор клетки имеет свое название – кариотип. Каждый из видов живых организмов имеет свои, характерные только для него состав, количество и форму хромосом.
Соматические клетки содержат диплоидный (двойной) хромосомный набор, от каждого из родителей получено по половине.
Хромосомы, отвечающие за кодирование одних и тех же функционально белков – называются гомологичными. Плоидность клеток может быть различной – как правило, у животных гаметы гаплоидны. У растений полиплоидия в настоящее время довольно частое явление, использующееся при создании новых сортов в результате гибридизации. Нарушение количества плоидности у теплокровных и человека вызывает серьезные врожденные заболевания, такие как синдром Дауна (наличие трех копий 21-й хромосомы). Чаще всего хромосомные нарушения приводят к нежизнеспособности организма.
У человека полный хромосомный набор состоит из 23 пар. Наибольшее известное число хромосом – 1600, найдено у простейших планктонных организмов – радиолярий. Самый маленький хромосомный набор у австралийских черных муравьев-бульдогов – всего 1.
Жизненный цикл клетки. Фазы митоза и мейоза
Интерфаза , иначе говоря, отрезок времени между двумя делениями, определяется наукой как жизненный цикл клетки.
В течение интерфазы в клетке совершаются жизненные химические процессы, она растет, развивается, накапливает запасные вещества. Подготовка к размножению предусматривает удвоение содержимого – органоидов, вакуолей с питательным содержимым, объема цитоплазмы. Именно благодаря делению, как способу быстрого увеличения количества клеток возможны продолжительная жизнь, размножение, увеличение размеров организма, его выживание при ранениях и регенерация тканей. В клеточном цикле выделяются следующие этапы:
Интерфаза. Время между делениями. Сначала клетка растет, затем увеличивается число органоидов, объем запасного вещества, синтезируются белки. В последней части интерфазы хромосомы готовы к последующему делению – они состоят из пары сестринских хроматид.
Митоз. Так называется один из способов деления ядра, характерный для телесных (соматических) клеток, в его ходе из одной получаются 2 клетки, с идентичным набором генетического материала.
Для гаметогенеза характерен мейоз. Прокариотические клетки сохранили древний способ размножения - прямое деление.
Митоз состоит из 5 основных фаз:
- Анафаза . Усилия микротрубочек отрывают соединения хромосом в области центромеры, и с силой растягивают их к полюсам клетки. При этом хромосомы из-за сопротивления цитоплазмы иногда принимают V-образную форму. В области метафазной пластинки появляется кольцо из белковых волокон.
- Телофаза. Ее началом считается момент, когда хромосомы достигают полюсов деления. Начинается процесс восстановления внутренних мембранных структур клетки – ЭПС, аппарата Гольджи, ядра. Хромосомы распаковываются. Собираются ядрышки, начинается синтез рибосом. Веретено деления распадается.
- Цитокинез . Последняя фаза, в которой появившееся в центральной области клетки белковое кольцо начинает сжиматься, расталкивая цитоплазму к полюсам. Происходит разделение клетки на две и образование на месте белкового кольца клеточной мембраны.
Профаза. Ее началом считается момент, когда хромосомы становятся столь плотно упакованными, что видны в микроскоп. Также, в этом время разрушаются ядрышки, образуется веретено деления. Активизируются микротрубочки, продолжительность их существования уменьшается до 15 секунд, но скорость образования вырастает тоже значительно. Центриоли расходятся к противоположным сторонам клетки, формируя огромное количество постоянно синтезирующихся и распадающихся белковых микротрубочек, которые протягиваются от них к центромерам хромосом. Так формируется веретено деления. Такие мембранные структуры как ЭПС и аппарат Гольджи распадаются на отдельные пузырьки и трубочки, беспорядочно расположенные в цитоплазме. Рибосомы отделяются от мембран ЭПС.
Метафаза . Образуется метафазная пластинка, состоящая из хромосом, уравновешенных в середине клетки усилиями противоположных центриольных микротрубочек, тянущих их каждая в свою сторону. При этом продолжается синтез и распад микротрубочек, своеобразная их «переборка». Эта фаза самая длительная.
Регуляторами процесса митоза являются специфические белковые комплексы. Результатом митотического деления становится пара клеток, обладающих идентичной генетической информацией. В гетеротрофных клетках митоз протекает быстрее, чем в растительных. У гетеротрофов этот процесс может занимать от 30 минут, у растений – 2-3 часа.
Для генерации организмом клеток, имеющих половинное от нормального количество хромосом используется другой механизм деления – мейоз .
Он связан с необходимостью производства половых клеток, у многоклеточных позволяет избежать постоянного увеличения в два раза количества хромосом в последующем поколении и дает возможность получения новых комбинаций аллельных генов. Он отличается количеством фаз, являясь более длительным. Происходящее при этом уменьшение количества хромосом приводит к образованию 4 гаплоидных клеток. Мейоз представляет собой два деления, следующих друг за другом без перерыва.
Определены следующие фазы мейоза:
Профаза I . Гомологичные хромосомы приближаются друг к другу и продольно объединяются. Такое объединение названо конъюгацией. Затем происходит кроссинговер – двойные хромосомы перекрещиваются своими плечами и обмениваются участками.
Метафаза I. Хромосомы разъединяются и занимают места на экваторе клеточного веретена деления, принимая V-образную форму из-за натяжения микротрубочек.
Анафаза I. Гомологичные хромосомы растягиваются микротрубочками к полюсам клетки. Но в отличие от митотического деления, они расходятся целыми, а не отдельными хроматидами.
Результатом первого деления мейоза становится образование двух клеток, имеющих половинное количество целых хромосом. Между делениями мейоза интерфаза практически отсутствует, удвоения хромосом не случается, они и так двуххроматидные.
Сразу следующее за первым повторное мейотическое деление полностью аналогично митозу – в нем хромосомы разделяются на отдельные хроматиды, распределяемые поровну между новыми клетками.
оогонии проходят стадию митотического размножения на эмбриональном этапе развития, так что женский организм уже рождается с неизменным их количеством;
сперматогонии способны к размножению в любой момент репродуктивного периода мужского организма. Генерируется их намного большее количество, чем женских гамет.
Гаметогенез животных организмов происходит в половых железах – гонадах.
Процесс превращения сперматогониев в сперматозоиды происходит в несколько этапов:
Митотическое деление превращает сперматогонии в сперматоциты 1-го порядка.
В результате однократного мейоза они превращаются в сперматоциты 2-го порядка.
Второе мейотическое деление позволяет получить 4 гаплоидные сперматиды.
Наступает период формирования. В клетке происходит уплотнение ядра, уменьшение количества цитоплазмы, формирование жгутика. Также, запасаются белки и увеличивается количество митохондрий.
Формирование яйцеклеток во взрослом женском организме происходит следующим образом:
Из овоцита 1-го порядка, которых в организме находится определенное количество, в результате мейоза с уменьшением количества хромосом вдвое образуются ооциты 2-го порядка.
В результате второго мейотического деления образуются: зрелая яйцеклетка и три мелких редукционных тельца.
Это неравновесное распределение питательных веществ между 4-мя клетками призвано обеспечить большой ресурс питательных веществ для нового живого организма.
Яйцеклетки у папоротников и мхов образуются в архегониях. У более высокоорганизованных растений – в специальных семяпочках, расположенных в завязи.
| | |
Лекция №3
Тема: Организация потока генетической информации
План лекции
1. Структура и функции клеточного ядра.
2. Хромосомы: структура и классификация.
3. Клеточный и митотический циклы.
4. Митоз, мейоз: цитологическая и цитогенетическая характеристика, значение.
Структура и функции клеточного ядра
Основная генетическая информация заключена в ядре клеток.
Клеточное ядро (лат. – nucleus ; греч. – karyon ) было описано в 1831г. Робертом Броуном. Форма ядра зависит от формы и функций клетки. Размеры ядер изменяются в зависимости от метаболической активности клеток.
Оболочка интерфазного ядра (кариолемма ) состоит из наружной и внутренней элементарных мембран. Между ними находится перинуклеарное пространство . В мембранах имеются отверстия – поры. Между краями ядерной поры располагаются белковые молекулы, которые образуют поровые комплексы. Отверстие пор закрыто тонкой пленкой. При активных процессах обмена веществ в клетке большинство пор открыто. Через них идет поток веществ – из цитоплазмы в ядро и обратно. Количество пор у одного ядра
Рис. Схема строения клеточного ядра
1 и 2 – наружная и внутренняя мембраны ядерной оболочки, 3
– ядерная пора, 4 – ядрышко, 5 – хроматин, 6 – ядерный сок
достигает 3-4 тысяч. Наружная ядерная мембрана соединяется с каналами эндоплазматической сети. На ней обычно располагаются рибосомы . Белки внутренней поверхности ядерной оболочки формируют ядерную пластинку . Она поддерживает постоянной форму ядра, к ней прикрепляются хромосомы.
Ядерный сок – кариолимфа , коллоидный раствор в состоянии геля, который содержит белки, липиды, углеводы, РНК, нуклеотиды, ферменты. Ядрышко – непостоянный компонент ядра. Оно исчезает в начале клеточного деления и восстанавливается в конце его. Химический состав ядрышек: белок (~90%), РНК (~6%), липиды, ферменты. Ядрышки образуются в области вторичных перетяжек спутничных хромосом. Функция ядрышек: сборка субъединиц рибосом.
Хроматин ядра – это интерфазные хромосомы. Они содержат ДНК, белки-гистоны и РНК в соотношении 1:1,3:0,2. ДНК в соединении с белком образует дезоксирибонуклеопротеин (ДНП). При митотическом делении ядра ДНП спирализуется и образует хромосомы.
Функции клеточного ядра:
1) хранит наследственную информацию клетки;
2) участвует в делении (размножении) клетки;
3) регулирует процессы обмена веществ в клетке.
Хромосомы: структура и классификация
Хромосомы (греч. – chromo – цвет, soma – тело) – это спирализованный хроматин. Их длина 0,2 – 5,0 мкм, диаметр 0,2 – 2 мкм.
Рис. Типы хромосом
Метафазная хромосома состоит из двух хроматид , которые соединяются центромерой (первичной перетяжкой ). Она делит хромосому на два плеча . Отдельные хромосомы имеют вторичные перетяжки . Участок, который они отделяют, называется спутником , а такие хромосомы – спутничными. Концевые участки хромосом называются теломеры . В каждую хроматиду входит одна непрерывная молекула ДНК в соединении с белками-гистонами. Интенсивно окрашивающиеся участки хромосом – это участки сильной спирализации (гетерохроматин ). Более светлые участки – участки слабой спирализации (эухроматин ).
Типы хромосом выделяют по расположению центромеры (рис.).
1. Метацентрические хромосомы – центромера расположена посередине, и плечи имеют одинаковую длину. Участок плеча около центромеры называется проксимальным, противоположный – дистальным.
2. Субметацентрические хромосомы – центромера смещена от центра и плечи имеют разную длину.
3. Акроцентрические хромосомы – центромера сильно смещена от центра и одно плечо очень короткое, второе плечо очень длинное.
В клетках слюнных желез насекомых (мух дрозофил) встречаются гигантские, политенные хромосомы (многонитчатые хромосомы).
Для хромосом всех организмов существует 4 правила:
1. Правило постоянства числа хромосом . В норме организмы определенных видов имеют постоянное, характерное для вида число хромосом. Например: у человека 46, у собаки 78, у мухи дрозофилы 8.
2. Парность хромосом . В диплоидном наборе в норме каждая хромосома имеет парную хромосому – одинаковую по форме и по величине.
3. Индивидуальность хромосом . Хромосомы разных пар отличаются по форме, строению и величине.
4. Непрерывность хромосом . При удвоении генетического материала хромосома образуется от хромосомы.
Набор хромосом соматической клетки, характерный для организма данного вида, называется кариотипом .
Классификацию хромосом проводят по разным признакам.
1. Хромосомы, одинаковые в клетках мужского и женского организмов,называются аутосомами . У человека в кариотипе 22 пары аутосом. Хромосомы, различные в клетках мужского и женского организмов, называются гетерохромосомами, или половыми хромосомами . У мужчины это Х и Y хромосомы, у женщины – Х и Х.
2. Расположение хромосом по убывающей величине называется идиограммой . Это систематизированный кариотип. Хромосомы располагаются парами (гомологичные хромосомы). Первая пара – самые большие, 22-я пара – маленькие и 23-я пара – половые хромосомы.
3. В 1960г. была предложена Денверская классификация хромосом. Она строится на основании их формы, размеров, положения центромеры, наличия вторичных перетяжек и спутников. Важным показателем в этой классификации является центромерный индекс (ЦИ). Это отношение длины короткого плеча хромосомы ко всей ее длине, выраженное в процентах. Все хромосомы разделены на 7 групп. Группы обозначаются латинскими буквами от А до G.
Группа А включает 1 – 3 пары хромосом. Это большие метацентрические и субметацентрические хромосомы. Их ЦИ 38-49%.
Группа В . 4-я и 5-я пары – большие метацентрические хромосомы. ЦИ 24-30%.
Группа С . Пары хромосом 6 – 12: средней величины, субметацентрические. ЦИ 27-35%. В эту группу входит и Х-хромосома.
Группа D . 13 – 15-я пары хромосом. Хромосомы акроцентрические. ЦИ около 15%.
Группа Е . Пары хромосом 16 – 18. Сравнительно короткие, метацентрические или субметацентрические. ЦИ 26-40%.
Группа F . 19 – 20-я пары. Короткие, субметацентрические хромосомы. ЦИ 36-46%.
Группа G . 21-22-я пары. Маленькие, акроцентрические хромосомы. ЦИ 13-33%. К этой группе относится и Y-хромосома.
4. Парижская классификация хромосом человека создана в 1971 году. С помощью этой классификации можно определять локализацию генов в определенной паре хромосом. Используя специальные методы окраски, в каждой хромосоме выявляют характерный порядок чередования темных и светлых полос (сегментов). Сегменты обозначают по названию методов, которые их выявляют: Q – сегменты – после окрашивания акрихин-ипритом; G – сегменты – окрашивание красителем Гимза; R – сегменты – окрашивание после тепловой денатурации и другие. Короткое плечо хромосомы обозначают буквой p, длинное – буквой q. Каждое плечо хромосомы делят на районы и обозначают цифрами от центромеры к теломеру. Полосы внутри районов нумеруют по порядку от центромеры. Например, расположение гена эстеразы D – 13p14 – четвертая полоса первого района короткого плеча 13-й хромосомы.
Функция хромосом: хранение, воспроизведение и передача генетической информации при размножении клеток и организмов.
Похожая информация.
Хромосомы эукариот
Центромера
Первичная перетяжка
X. п., в которой локализуется центромера и которая делит хромосому на плечи.
Вторичные перетяжки
Морфологический признак, позволяющий идентифицировать отдельные хромосомы в наборе. От первичной перетяжки отличаются отсутствием заметного угла между сегментами хромосомы. Вторичные перетяжки бывают короткими и длинными и локализуются в разных точках по длине хромосомы. У человека это 13, 14, 15, 21 и 22 хромосомы.
Типы строения хромосом
Различают четыре типа строения хромосом:
- телоцентрические (палочковидные хромосомы с центромерой, расположенной на проксимальном конце);
- акроцентрические (палочковидные хромосомы с очень коротким, почти незаметным вторым плечом);
- субметацентрические (с плечами неравной длины, напоминающие по форме букву L);
- метацентрические (V-образные хромосомы, обладающие плечами равной длины).
Тип хромосом является постоянным для каждой гомологичной хромосомы и может быть постоянным у всех представителей одного вида или рода .
Спутники (сателлиты)
Сателлит - это округлое или удлинённое тельце, отделённое от основной части хромосомы тонкой хроматиновой нитью, по диаметру равный или несколько меньший хромосоме. Хромосомы, обладающие спутником принято обозначать SAT-хромосомами. Форма, величина спутника и связывающей его нити постоянны для каждой хромосомы.
Зона ядрышка
Зоны ядрышка (организаторы ядрышка ) - специальные участки, с которыми связано появление некоторых вторичных перетяжек.
Хромонема
Хромонема - это спиральная структура, которую удаётся увидеть в декомпактизованных хромосомах через электронный микроскоп. Впервые наблюдалась Баранецким в 1880 году в хромосомах клеток пыльников традесканции , термин ввёл Вейдовский. Хромонема может состоять из двух, четырёх и более нитей, в зависимости от исследуемого объекта. Эти нити образуют спирали двух типов:
- паранемическую (элементы спирали легко разъединить);
- плектонемическую (нити плотно переплетаются).
Хромосомные перестройки
Нарушение структуры хромосом происходит в результате спонтанных или спровоцированных изменений (например, после облучения).
- Генные (точковые) мутации (изменения на молекулярном уровне);
- Аберрации (микроскопические изменения, различимые при помощи светового микроскопа):
Гигантские хромосомы
Такие хромосомы, для которых характерны огромные размеры, можно наблюдать в некоторых клетках на определённых стадиях клеточного цикла . Например, они обнаруживаются в клетках некоторых тканей личинок двукрылых насекомых (политенные хромосомы) и в ооцитах различных позвоночных и беспозвоночных (хромосомы типа ламповых щёток). Именно на препаратах гигантских хромосом удалось выявить признаки активности генов .
Политенные хромосомы
Впервые обнаружены Бальбиани в -го, однако их цитогенетическая роль была выявлена Костовым, Пайнтером, Гейтцем и Бауером. Содержатся в клетках слюнных желёз , кишечника , трахей , жирового тела и мальпигиевых сосудов личинок двукрылых .
Хромосомы типа ламповых щеток
Бактериальные хромосомы
Имеются данные о наличии у бактерий белков, связанных с ДНК нуклеоида , но гистонов у них не обнаружено.
Литература
- Э. де Робертис, В. Новинский, Ф. Саэс Биология клетки. - M.: Мир, 1973. - С. 40-49.
См. также
Wikimedia Foundation . 2010 .
- Хромченко Матвей Соломонович
- Хроника
Смотреть что такое "Хромосомы" в других словарях:
ХРОМОСОМЫ - (от хромо... и сома), органоиды клеточного ядра, являющиеся носителями генов и определяющие наследств, свойства клеток и организмов. Способны к самовоспроизведению, обладают структурной и функциональной индивидуальностью и сохраняют её в ряду… … Биологический энциклопедический словарь
ХРОМОСОМЫ - [Словарь иностранных слов русского языка
ХРОМОСОМЫ - (от хромо... и греч. soma тело) структурные элементы ядра клетки, содержащие ДНК, в которой заключена наследственная информация организма. В хромосомах в линейном порядке расположены гены. Самоудвоение и закономерное распределение хромосом по… … Большой Энциклопедический словарь
ХРОМОСОМЫ - ХРОМОСОМЫ, структуры, несущие генетическую информацию об организме, которая содержится только в ядрах клеток ЭУКАРИОТОВ. Хромосомы нитеобразны, они состоят из ДНК и обладают специфическим набором ГЕНОВ. У каждого вида организмов есть характерное… … Научно-технический энциклопедический словарь
Хромосомы - Структурные элементы ядра клетки, содержащие ДНК, в которой заключена наследственная информация организма. В хромосомах в линейном порядке расположены гены. В каждой клетке человска присутствует 46 хромосом, разделенных на 23 пары, из которых 22… … Большая психологическая энциклопедия
Хромосомы - * храмасомы * chromosomes самовоспроизводящиеся элементы клеточного ядра, сохраняющие структурнофункциональную индивидуальность и окрашивающиеся основными красителями. Являются главными материальными носителями наследственной информации: генов… … Генетика. Энциклопедический словарь
ХРОМОСОМЫ - ХРОМОСОМЫ, ом, ед. хромосома, ы, жен. (спец.). Постоянная составная часть ядра животных и растительных клеток, носители наследственной генетической информации. | прил. хромосомный, ая, ое. Х. набор клетки. Хромосомная теория наследственности.… … Толковый словарь Ожегова
хромосомы - – структурные элементы клеточного ядра, содержащие гены, организованные в линейном порядке … Краткий словарь биохимических терминов
ХРОМОСОМЫ - ХРОМОСОМЫ, важнейшая составная часть ядра, резко выявляющаяся в процессе кариокинеза благодаря своей способности интенсивно окрашиваться основными красками. Совокупность современных биол. данных заставляет рассматривать X. как носителей… … Большая медицинская энциклопедия
Хромосомы - (от Хромо... и Сома органоиды клеточного ядра, совокупность которых определяет основные наследственные свойства клеток и организмов. Полный набор Х. в клетке, характерный для данного организма, называется Кариотипом. В любой клетке тела… … Большая советская энциклопедия