Старіння та смерть клітин. Причини порушення клітинного циклу та їхні наслідки.

 Предмет Біологія і екологія, 10 клас

Група _________________

Дата __________________

 

Тема 4: Репродукція та розвиток

Тема уроку: Старіння та смерть клітин. Причини порушення клітинного циклу та їхні наслідки.

 

Мета:

• освітня: систематизувати знання про процеси старіння клітин; сформувати уявлення про види загибелі клітин; проаналізувати причини порушення клітинного циклу;

• розвивальна: розвивати вміння логічно мислити, визначати наслідки порушення клітинного циклу, формулювати висновки із власних спостережень;

• виховна: на прикладі процесів старіння виховувати розуміння єдності всіх біологічних процесів

Обладнання і матеріали: таблиці, що ілюструють старіння клітин, клітинний цикл.

Тип заняття: комбінований.

Організація онлайн-навчання: 3D моделі мітозу, онлайн-вправа, електронний підручник .

Базові поняття і терміни: старіння клітин, смерть клітин, апоптоз, некроз.

Ключові компетентності: спілкування державною мовою; уміння аналізувати, формулювати висновки; навчання впродовж життя; наукове розуміння природи; знання та розуміння фундаментальних принципів біології.

Очікувані результати навчання здобувачів освіти:

Знаннєвий компонент: з’ясувати особливості процесів старіння клітин; ознайомитися з видами загибелі клітин; одержати інформацію про гіпотези старіння.

Діяльнісний компонент: оперувати поняттям старіння клітин, смерть клітин; формулювати  висновки  про наслідки порушення клітинного циклу.

Ціннісний компонент: усвідомлювати старіння, як природний закономірний і незворотний процес вікових змін будови й функцій клітин.

 

Підручник:

В.І. Соболь. Біологія: підручник для 10 кл. загальноосвітніх навчальних закладів. – Кам’янець-Подільський: Абетка, 2018. – 272 с.: іл.

https://uahistory.co/pidruchniki/sobol-biology-and-ecology-10-class-2018-standard-level/62.php

 

Хід уроку

І. Організаційний етап. Добрий день, шановні ліцеїсти! Сподіваюсь всі ви почуваєтесь добре. Я пропоную відслідкувати ваш настрій перед уроком. Оберіть свій смайлик.

ІІ. Актуалізація опорних знань

Перевірка домашнього завдання

1.Ознайомтесь з 3Д моделлю. за посиланням: Мітоз

Спробуйте створити коментарі до відеоматеріалів. Сформулюйте висновок про біологічне значення мітозу.

2.Виконайте інтерактивну вправу «Ріст та розвиток»:

https://learningapps.org/3497876

ІІІ. Мотивація навчально-пізнавальної діяльності

3.1. Поміркуйте!

У світлі сучасних гіпотез старіння організмів, яких налічують понад 200, науковці виокремлюють найчастіше 9 ключових ознак: геномну нестабільність, теломерні скорочення, мітохондріальну дисфункцію, епігенетичні зміни, втрату білкового гомеостазу, нестачу й порушення надходження поживних речовин — нутрієнтів, виснаження стовбурових клітин, зміни міжклітинної комунікації та клітинне старіння. А що таке старіння клітин (англійською мовою — cellular senescence)?

3.2.Оголошення теми та мети уроку

Тема нашого уроку : Старіння та смерть клітин. Причини порушення клітинного циклу та їхні наслідки.

Мета уроку: вивчити особливості процесів старіння та смерті клітин. Визначити причини порушення клітинного циклу та їхні наслідки.

ІV. Вивчення нового матеріалу

4.1. Поняття про загибель та старіння клітин.( Застосовуємо метод КМ «читання з визначенням опорних слів») стор.227-228

https://uahistory.co/pidruchniki/sobol-biology-and-ecology-10-class-2018-standard-level/62.php

 Старіння клітини – закономірний не обернений руйнівний процес вікових змін, що призводить до порушень метаболізму клітини, її пристосувальних можливостей, підвищує вірогідність її смерті.

Найпоширенішими видами клітинної загибелі є апоптоз і некроз (рис. 1). Природна запрограмована смерть клітини називається апоптозом, на відміну від некрозу – пасивної загибелі клітин внаслідок інтенсивної дії шкідливих факторів навколишнього середовища (травм, нестачі кисню, високої температури тощо). Слід зазначити, що обидва процеси (апоптоз і некроз) можуть відбуватися незалежно один від одного, послідовно, і навіть одночасно.

Мал. 1. Морфологічні зміни клітини під час некрозу (1) та апоптозу (2)

На клітинному рівні смерть – процес нормальний і необхідний, відсутність якого порушила б певним чином функції організму. Розглядаючи смерть клітини як біологічну проблему, що не пов’язана зі смертю цілого організму, можна виділити дві категорії цього явища: смерть клітин внаслідок старіння, яка впродовж життя організму врівноважується відповідними  новоутво-реннями і заміщеннями молодих клітин; та смерть, яка настає у результаті нормальних процесів розвитку й диференціації, наприклад, під час

ембріонального розвитку організмів, метаморфозу личинок тощо.  Відомі усім випадки перетворення пуголовка на жабу, гусені на метелика супроводжуються загибеллю великої кількості клітин. Цікаво, що шляхом апоптозу клітин шкірних перетинок між пальцями формуються п’ятипалі кінцівки наземного типу (мал. 2).

 Мал. 2. Апоптоз клітин шкірних перетинок (їх вказано стрілками) під час ембріонального розвитку кінцівки миші

Отже, апоптоз – це нормальний генетично запрограмований процес загибелі клітин під час розвитку організму. Термін походить від грецького слова, що означає «листопад». Подібно до того, як рослина звільняється від листя з метою оновлення і збереження цілісного організму, апоптоз має велике значення у видаленні дефектних чи непотрібних клітин з цією ж метою! Щодня 50-70 млрд. клітин організму гине шляхом апоптозу.

Дослідження запрограмованої клітинної загибелі (ЗКЗ або PCD, від англ. programmed cell death) розпочалися з кінця 60-х років ХХ ст. американськими клітинними біологами Річардом Локшином і Керролом Вільямсом у Гарвардському університеті. У 1974 р. група дослідників з лабораторії молекулярної біології Кембриджа – Сідней Бреннер, Джон Салстон і Роберт Хорвіц розпочали вивчення розвитку досить вдалого об’єкту – Caenorhabditis elegans. Це один з видів нематод, круглих червів, в організмі якого всього 1090 клітин, причому під час ембріогенезу шляхом апоптозу гине 131. Як підсумок успішної праці, С. Бреннера, Дж. Салстона і Р. Хорвіца у 2002 р. було удостоєно Нобелівської премії за відкриття в галузі генетичної регуляції онтогенезу і дослідження механізмів запрограмованої

4.2. Лекція.

Які ж основні функції апоптозу, його біологічна роль? (Спочатку можна використати метод «мікрофон»).

Завдяки апоптозу здійснюються формоутворюючі процеси під час ембріонального розвитку; точно регулюється кількість клітин в тих чи інших органах і тканинах (підтримується тканинний гомеостаз); відбувається видалення старіючих клітин у зрілих тканинах, забезпечення важливих імунних реакцій, знищення генетично змінених чи потенційно небезпечних клітин (клітин пухлин, деяких лімфоцитів, пошкоджених, інфікованих бактеріями і вірусами клітин). Саме апоптоз називають запрограмованою клітинної загибеллю І типу.

 

4.3.Інформаційне повідомлення учня

Досить поширеною формою клітинної смерті (запрограмована загибель клітин ІІ типу) є аутофагія. Аутофагія – процес «самоперетравлення», при якому органели та ділянки цитоплазми оточуються мембранами, спрямовуються до власних лізосом, формуючи аутофагосому, та розщеплюються гідролітичними ферментами. Цей процес детально досліджено відомим бельгійським біохіміком, Нобелівським лауреатом в галузі фізіології і медицини, Крістіаном де Дювом. Він відкрив лізосоми і назвав їх «знаряддям самогубства» клітини. В нормальній клітині аутофагія використовується для омолодження вмісту клітини. Проте стресові чинники (пероксиди, опромінення, деякі протипухлинні препарати, зниження вмісту амінокислот і АТФ у цитоплазмі, тощо) значно активізують цей процес. У клітині виявляються численні мембранні пухирці (везикули, вакуолі) з компонентами клітини, що перетравлюються. Ядро при аутофагії не гетерохроматизоване, не містить фрагментів ДНК (на відміну від апоптозу). Аутофагія відіграє важливу роль при знищенні тканин під час індивідуального розвитку організму, метаморфозі комах, боротьбі з паразитарними інфекціями, пухлинами.

 

4.4. Порушення клітинного циклу та їхні наслідки. (Розповідь з елементами бесіди)

Контроль за нормальним перебігом клітинного циклу має виняткове значення для підтримання нормального клітинного складу організму. Наприклад, епітеліальні клітини, які вистилають кишечник, діляться частіше ніж двічі на добу, оскільки за цей час гине багато цих клітин, термін існування яких вичерпано. Натомість клітини печінки (гепатоцити) діляться лише раз чи два протягом року. Більшу частину клітинного циклу вони перебувають у G₁-періоді інтерфази. Дозрілі нейрони та м’язові клітини зазвичай ніколи не виходять з інтерфази і не діляться. Таким чином, інтервал між двома послідовними поділами клітин певного типу залежить від тривалості їхнього життя, стадії розвитку організму (період росту, дозрівання, старіння) тощо.

Наслідком порушення регуляції клітинного циклу може бути нестримний поділ клітин, що призводить до розвитку онкологічних захворювань.

4.3. Сформулюйте власне ставлення. (стор.230 підручника)

Біологія + Генеалогія. Успадкування ознак у людини

Синдактилія у людини є вадою розвитку й спадковим захворюванням, що характеризується повним чи частковим зрощенням між собою двох і більше сусідніх пальців рук або ніг. Розвивається внаслідок порушення загибелі клітин, завдяки чому в нормі досягається розділення пальців. А який тип успадкування у цієї ознаки?

Оцініть значення знань про загибель клітин для генетики й медицини.

V. Динамічна пауза

Вправи для очей

1.     Погляд спрямовувати вліво-вправо, вправо-прямо, вгору-прямо, додолу-прямо без затримки в кожному положенні. Повторити 5 разів.

2.     Заплющити очі на рахунок «раз-два», розплющити і подивитися на кінчик носа на рахунок «три-чотири».

3.     Колові рухи очей: до п’яти кіл уліво і вправо.

VІ. Узагальнення, систематизація та контроль знань і вмінь здобувачів освіти

6.1.Самостійна робота.

Завдання 1. Таблиця «Порівняльна характеристика апоптозу та некрозу клітини». Опрацювання таблиці та формулювання висновку

 

Ознаки	Апоптоз	Некроз
Причини загибелі клітин	Руйнування ДНК, порушення роботи генів, метаболізму клітини внаслідок сприйняття мембранними рецепторами сигналів зовні, порушення ферментних систем клітини	Порушення цілісності мембран внаслідок агресивних зовнішніх чинників (температури, опромінення, токсичних речовин)
Локалізація первинного ушкодження	В ядрі	В плазмалемі
Швидкість розвитку	1-12 год	В межах 1 год
Зміни розміру клітини	Зменшення (зморщення)	Збільшення (набухання)
Зміни ядра	Спіралізація хроматину, каріопікноз, фрагментація	Набухання
Зміни в цитоплазмі	Конденсація гіалоплазми, ущільнення гранул	Розрив мембран гранул, їх лізис
Зміни плазмалеми	Втрата мікро ворсинок, утворення пухирців	Порушення цілісності
Стан ДНК	Розрив на великі фрагменти	Невпорядкована деградація
Залежність від органічних сполук та енергії	Залежить від енергії АТФ, синтезу РНК і білка	Не залежить
Завершальні стадії загибелі	Фагоцитоз апоптозних тілець макрофагами сполучної тканини без запального процесу й імунної відповіді організму	Фагоцитоз залишків клітини, супроводжується запальним процесом та імунними реакціями

 

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

 

Завдання 1. ДІЯЛЬНІСТЬ (стор.225)

Тести (Самоперевірка)

1. Прикладом апоптозу є :

   А-загибель клітин при гипоксії

+Б -интерфазна загибель клітин

   В -токсичне  пошкодження клітин

   Г - перекисне пошкодження клітин

2. Основною біохімічною ознакою апоптозу є:

   А - деградація білка

   Б - фрагментація полісахаридів

   В - ензиматичне розщеплення РНК

+ Г - міжнуклеосомна деградація ДНК

3.Під час апоптозу відбувається:

 +А - зморщування клітин

    Б - набухання клітин

    В - розрив мембран

    Г - запалення

4.  Як пояснити те, що один і той самий вид клітин може за різних умов гинути різноманітними типами клітинної смерті? Який із типів клітинної смерті є більш розповсюдженим у організмі людини?

5. Складання сенкану з теми.

 

VІІ. Домашнє завдання

—  Ознайомитися з матеріалом § 58;

—  Усно відповісти на запитання № 8  (стор.230);

—  Виконайте самостійну роботу з ілюстрацією  (стор.229)

—  Переглянути відео за посиланнями:

­   10 клас. Біологія. Старіння та смерть клітин. Причини порушення клітинного циклу (Тиж.6:ПТ) MON UKRAINE: https://www.youtube.com/watch?v=PnnujrlKYIk

­   https://www.youtube.com/watch?v=Eq2lZcyPcBk

VІІІ.Рефлексія

1) Чи отримали ви сьогодні новий досвід? Який саме?
2) Що нового ви дізналися на уроці?
3) Про що ви хотіли б дізнатися більше?
4) Які думки, почуття викликала у вас ця робота?