Конспект уроку з біології у 10 класі Стовбурові клітини

Тема. СТОВБУРОВІ КЛІТИНИ

Цілі уроку: ознайомити учнів з особливостями будови й функцій стовбурових клітин; проаналізувати їх подібність і відмінність від звичайних клітин; розглянути досягнення і перспективи сучасних досліджень стовбурових клітин.

Обладнання й матеріали: таблиці «Будова рослинної клітини», «Будова тваринної клітини», «Мітоз», «Мейоз».

Базові поняття й терміни: клітина, взаємодія клітин, диференціація клітин,

стовбурові клітини.

ХІД УРОКУ

І. Організаційний етап

ІІ. Актуалізація опорних знань і мотивація навчальної діяльності учнів

Питання для бесіди

1. Які положення містить сучасна клітинна теорія?

2. Яке значення для організму мають стовбурові клітини?

3. Яке значення для людини має розвиток цитотехнологій?

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

Розповідь елементами бесіди

Термін «стовбурова клітина» (СК) був уведений у біологію О. 0. Максимо­вим у 1908 р. Досліджуючи процеси кровотворення, Максимов дійшов висно­вку: у нашому організмі протягом усього життя зберігаються недиференційовані клітини, які можуть перетворюватися на лімфоцити та інші спеціалізовані клітини сполучної тканини й крові.

На ранніх стадіях розвитку ембріона клітини неспеціалізовані. Вони отри­мали назву стовбурових (СК), тому що розташовані біля основи уявного стов­бура генеалогічного дерева клітин, яке вінчає корона з різних спеціалізованих клітин. На відміну від звичайних клітин, приречених виконувати суворо ви­значені функції в організмі, СК у процесі розвитку мають можливість набувати спеціалізації.

ДНК у всіх клітинах одного організму (крім статевих), у тому числі й стов­бурових, однакова. Клітини різних органів і тканин, наприклад клітини кістки й нервові клітини, відрізняються лише тим, які гени в них увімкнені, а які вим­кнені, тобто регулюванням експресії генів, наприклад, з допомогою метилювання ДНК. Тобто геном у всіх клітин ідентичний, але режим роботи, у якому він перебуває, - різний.

Крім того, СК мають ще кілька відмітних властивостей. Вони неспеціалізо­вані, тобто не мають тканево-специфічних структур, що дозволяють виконувати спеціалізовані функції. СК розмножуються шляхом поділу, як і всі інші кліти­ни. Відмінність полягає в тому, що вони можуть ділитися необмежено, а зрілі клітини зазвичай мають обмежену кількість циклів поділу. Тож говорять, що СК здатна до проліферації, тобто до тривалого розмноження і репродукції вели­кої кількості клітин.

Вони здатні до диференціювання - процесу необоротної спеціалізації клі­тин. Сили, що дають поштовх початку диференціювання, очевидно, можуть бути внутрішніми й зовнішніми. Внутрішні сигнали управляються генами клітини, а зовнішні - хімічними речовинами, які виділяють інші клітини, фі­зичним контактом із сусідніми клітинами, а також деякими молекулами на­вколишнього середовища. У всіх випадках ці впливи мають по суті інформацій­ний характер, а не фізичний, хімічний чи характер середовища.

Сьогодні вже немає жодних сумнівів, що всі тканини організму людини утворюються із СК різних клітинних ліній у результаті процесів проліферації, міграції, диференціювання й дозрівання. Однак ще донедавна вважалося, що СК у дорослому організмі є тканево-специфічними, тобто здатними виробляти лінії спеціалізованих клітин лише тих тканин, у яких вони знаходяться. Це концептуальне положення було спростовано фактами трансформації гемопоетичних СК не лише в клітинні елементи периферичної крові, але й в овальні клітини печінки. Крім того, і нейрональні СК виявилися здатними давати по­чаток як нейронам і гліальним елементам, так і лініям клітин - попередників гемопоезу. У свою чергу, мезенхімальні стовбурові клітини, що зазвичай проду­кують клітинні елементи кісткової, хрящової та жирової тканин, здатні транс­формуватися в нейрональні стовбурові клітини.

Отже, останніми роками встановлено такі факти трансдиференціювання СК дорослого організму:

• гематопоетичні СК можуть диференціюватися в нейрони та інші клітини мозку, м'язові клітини, клітини печінки;

• стромальні клітини кісткового мозку можуть диференціюватися в клітини серцевого і скелетного м'язів;

• СК мозку можуть диференціюватися в клітини крові та скелетних м'язів.
Справа в тому, що в процесі дозрівання СК проходять кілька стадій. У ре­зультаті в організмі існує низка популяцій СК різного ступеня зрілості. У нор­мальному стані чим більш зрілою є клітина, тим менша ймовірність того, що вона зможе перетворитися на клітину іншого типу. У різних органах і тканинах дорослого організму існують такі частково дозрілі СК, готові швидко дозріти
й перетворитися на клітини потрібного типу. Вони називаються бластними клі­тинами. Наприклад, частково дозрілі клітини мозку - це нейробласти, кіст­ки - остеобласти і так далі.

Диференціювання можуть запускати як внутріш­ні причини, так і зовнішні. Будь-яка клітина реагує на зовнішні подразники, у тому числі й на спеціальні сигнали - цитокіни. Наприклад, є сигнальна речо­вина, що служить ознакою перенаселеності. Якщо клітин стає забагато, то вона стримує поділ. У відповідь на сигнали, що надходять, клітина може регулюва­ти експресію генів.

Однією з основних характеристик СК є здатність до асиметричного поділу. У результаті поділу спеціалізованих клітин утворюються пари таких самих клі­тин, абсолютно тотожних одна одній. А для СК це правило не обов'язкове: вони діляться несиметрично - лише одна дочірня клітина ідентична батьківській і залишається стовбуровою, друга проходить низку перетворень і стає спеціалі­зованою. Клітина в проміжній стадії між стовбуровою і спеціалізованою нази­вається камбіальною. Якби відбувалося інакше, організм швидко витратив би запас СК, і відновлення тканин стало б неможливим. Цей процес порушується з віком, у людей похилого віку менше СК, ніж у дітей і дорослих, але певна їх кількість зберігається до глибокої старості.

IV. Узагальнення, систематизація й контроль знань і вмінь учнів

Дати відповіді на питання:

1. Хто відкрив стовбурові клітини?

2. Навіщо організму потрібні стовбурові клітини?

3. Чим стовбурові клітини відрізняються від інших клітин організму?

V. Домашнє завдання