Cykl komórkowy i mitoza
Cykl komórkowy oraz mitoza to jedne z najważniejszych procesów biologicznych, które umożliwiają organizmom eukariotycznym wzrost, regenerację tkanek oraz przekazywanie materiału genetycznego kolejnym pokoleniom komórek. Każdy organizm, niezależnie od stopnia złożoności, opiera swoje funkcjonowanie na precyzyjnie kontrolowanych podziałach komórkowych. Dzięki nim możliwe jest nie tylko powstawanie nowych komórek, ale także utrzymanie homeostazy i prawidłowego funkcjonowania całego organizmu. Zaburzenia w przebiegu cyklu komórkowego czy mitozy mogą prowadzić do poważnych konsekwencji, takich jak choroby nowotworowe, co dodatkowo podkreśla wagę zrozumienia tych zjawisk.
Podczas zajęć uczniowie będą mieli okazję krok po kroku prześledzić przebieg cyklu komórkowego, od faz przygotowawczych po sam proces podziału, a następnie szczegółowo poznać etapy mitozy. Zrozumienie, jak chromosomy są replikowane, segregowane i przekazywane do komórek potomnych, pozwoli uczniom lepiej pojąć podstawy genetyki oraz mechanizmy odpowiadające za dziedziczenie informacji genetycznej.
Celem tego wprowadzenia jest ukazanie uczniom, że zagadnienia omawiane podczas zajęć mają nie tylko znaczenie teoretyczne, ale także praktyczne – dotyczą bowiem procesów zachodzących w ich własnych organizmach każdego dnia. Dzięki temu zdobywana wiedza stanie się bardziej zrozumiała, atrakcyjna i powiązana z codziennym życiem, a uczniowie zyskają solidne podstawy do dalszego zgłębiania zagadnień związanych z genetyką, biologią molekularną, fizjologią roślin i zwierząt, rozwojem organizmów i powstawaniem chorób u człowieka.
Poziom: liceum, technikum
Czas trwania: 2 godziny lekcyjne (2×45 minut)
Przedmiot: biologia
Cele ogólne:
- Zrozumienie istoty cyklu komórkowego i jego faz,
- Poznanie przebiegu mitozy i jej znaczenia.
Cele operacyjne:
Uczeń:
- wyjaśnia, czym jest cykl komórkowy,
- wymienia i opisuje etapy cyklu komórkowego oraz fazy mitozy,
- potrafi analizować schematy i obrazy mikroskopowe przedstawiające komórki w różnych fazach mitozy,
- potrafi pracować w grupie i rozwijać swoje umiejętności, jest gotowy do poszerzania wiedzy na temat komórki i jej podziałów.
Metody pracy:
- metoda podająca (krótki wykład),
- metoda praktyczna (praca w grupach, analiza ilustracji mikroskopowych, wykonywanie preparatów mikroskopowych),
- metoda eksponująca (film ukazujący przebieg cyklu komórkowego i mitozy).
Środki dydaktyczne:
- prezentacja multimedialna,
- zdjęcia mikroskopowe i schematy obrazujące podziały komórkowe,
- karty pracy,
- mikroskop i preparaty mikroskopowe z podziałami mitotycznymi.
Przebieg 1 lekcji
- Faza wprowadzająca (5 min)
Nauczyciel zadaje pytania naprowadzające:
- Dlaczego organizmy wielokomórkowe muszą się dzielić?
- Co by się stało, gdyby komórki nie potrafiły się dzielić?
- Kiedy nasze ciało potrzebuje nowych komórek? (np. wzrost, regeneracja)
- Jakie procesy w naszym organizmie zależą od regularnego, kontrolowanego podziału komórek?
- Jaki główny cel biologiczny spełnia mitoza?
- Nauczyciel podaje temat lekcji i cele.
- Przypomnienie pojęć podstawowych (3 min)
Przypomnienie takich pojęć jak: chromatyna, chromosomy, DNA, komórki somatyczne i gamety – prezentacja multimedialna.
- Cykl komórkowy – omówienie (10 min)
Do omówienia cyklu komórkowego nauczyciel wykorzystuje swoją prezentację lub prezentacje https://zpe.gov.pl/a/przeczytaj/D1Fen4kxo
Treści do omówienia:
Definicja cyklu komórkowego
Fazy cyklu:
- G₁ – wzrost komórki, synteza białek, przygotowanie komórki do replikacji DNA, punkt restrykcyjny – możliwość wejścia w stan spoczynkowy (faza G0), punkt kontrolny cyklu komórkowego
- S – replikacja DNA, każdy chromosom zbudowany jest z dwóch chromatyd siostrzanych
- G₂ – przygotowanie do podziału – synteza białek potrzebnych do mitozy, dalszy wzrost komórki, punkt kontrolny cyklu komórkowego
- M – podział mitotyczny zakończony cytokinezą
2. kontrola cyklu komórkowego
Aktywność uczniów: uczniowie w zeszytach sporządzają krótką notatkę graficzną – rysują schemat cyklu komórkowego, zaznaczając poszczególne fazy cyklu.
- Mitoza – omówienie etapów (20 min)
Nauczyciel prezentuje kolejne fazy, pokazując obrazy mikroskopowe lub animację – prezentacja multimedialna.
Etapy mitozy:
1.Profaza
- kondensacja chromatyny
- powstawanie wrzeciona podziałowego
- zanikanie otoczki jądrowej i jąderka
- zmniejszenie lepkości cytoplazmy
2.Metafaza
- maksymalna kondensacja chromosomów
- wrzeciono podziałowe przemieszcza się w miejsce zajmowane przez jądro komórkowe
- chromosomy łączą się z mikrotubulami wrzeciona i ustawiają się w płaszczyźnie równikowej
3.Anafaza
- podział centromeru
- przesuwanie się rozdzielonych chromatyd siostrzanych do biegunów komórki
4.Telofaza
- dekondensacja chromosomów
- odtworzenie otoczki jądrowej i jąderka
- zanik wrzeciona podziałowego
5.Cytokineza
- podział cytoplazmy (różnice u roślin i zwierząt)
Aktywność uczniów (wybór):
- Praca w grupach – każda grupa uczniów otrzymuje zestaw zdjęć mikroskopowych komórek w różnych fazach mitozy, mają za zadanie ułożenie ich w kolejności zajścia oraz opisanie cechy poszczególnych faz.
Przebieg 2 lekcji
Faza wprowadzająca – omówienie znaczenia mitozy (5 min)
Krótka dyskusja – proponowane pytania do dyskusji:
- Dlaczego organizmy wielokomórkowe nie mogłyby istnieć bez mitozy?
- Dlaczego ważne jest, aby komórki potomne były genetycznie identyczne z komórką macierzystą?
- Czy wszystkie komórki w organizmie dzielą się tak samo często? Dlaczego nie?
- Jak mitoza pomaga organizmowi utrzymać stałą liczbę chromosomów w kolejnych pokoleniach komórek?
Przygotowanie preparatów mitotycznych (15 minut)
- Praca w grupach dwuosobowych – każda grupa przygotowuje preparat mitotyczny wg załącznika 1 lub analizuje gotowe preparaty mitotyczne.
- Uczniowie analizują preparat pod mikroskopem świetlnym, najpierw pod powiększeniem obiektywu 10x, a następnie 40x
- Każdy z uczniów wykonuje rysunek faz mitozy i podpisuje go.
Podsumowanie (10 min)
- Nauczyciel przedstawia przygotowany przez siebie mini-quiz na tablicy interaktywnej lub kartę pracy (załącznik 2) dotyczący cyklu komórkowego i przebiegu mitozy.
Praca domowa:
- Przeanalizuj schemat kontroli cyklu komórkowego i napisz, czym może skutkować jej zaburzenie (maks. 8 zdań).
Załącznik nr 1 do przeprowadzenia zajęć
Autor scenariusza: dr hab. Magdalena Achrem, prof. US