Предлагаемое пособие представляет собой подробное и полное описание процессов деления клетки, размножения и индивидуального развития организмов. Оно написано в соответствии с примерной программой курса общей биологии и программой для поступающих в вузы. Пособие адресовано учащимся 10–11 классов, изучающим общую биологию, абитуриентам, поступающим на факультеты биологического и медицинского профиля.

Книга будет полезна тем учащимся, которые хотели бы разобраться в сложных процессах воспроизведения клеток и организмов. Пособие не подменяет учебник, а дополняет, поясняет его, систематизирует учебный материал, поможет разобраться в том, что осталось не совсем понятным после изучения темы. В пособии на доступном уровне подробно рассматриваются вопросы, которые вызывают наибольшие затруднения у учащихся. Это жизненный цикл клетки, митоз и мейоз, особенности образования половых клеток у растений и животных; размножение и эмбриональное развитие животных; жизненные циклы растений всех изучаемых в школе типов. Рисунки и схемы, сопровождающие текст, облегчат понимание и усвоение учебного материала.

После каждой темы даны вопросы для самопроверки и задания различного уровня сложности. Любой ученик, ознакомившись с приведенным в пособии теоретическим материалом и ответивший на предлагаемые вопросы, может считать, что он вполне освоил данную тему.

Пособие будет полезным при подготовке к выпускным и вступительным экзаменам.

Пособие будет интересно и учителям биологии.

Желаем всем успешной работы с предлагаемым учебным пособием и надеемся, что книга окажет помощь в овладении биологическими знаниями.

Непрерывность жизни на Земле обеспечивается размножением организмов — одним из важнейших проявлений жизни. Размножение обеспечивает передачу наследственной информации, преемственность поколений, увеличение численности организмов. Индивидуальное развитие организмов — онтогенез — охватывает все этапы развития особи от момента образования оплодотворенной яйцеклетки — зиготы до старения и естественной смерти.

Рис. 1. Клеточный цикл: А — интерфаза; Б — деление клетки

В основе размножения лежит деление клеток. Период жизнедеятельности клетки от момента ее возникновения до момента ее деления на две дочерние называется клеточным циклом. В этот период происходит ряд событий, обеспечивающих рост, развитие и размножение клетки.

Длительность клеточных циклов в разных тканях даже у одного и того же организма различна и широко варьирует. Она может быть меньше одного часа в дробящихся клетках эмбрионов позвоночных животных, а может составлять и целый год, как, например, в клетках печени взрослого человека. Клеточный цикл состоит из интерфазы и деления.

Продолжительность клеточного цикла в клетках различных тканей

Интерфаза — это фаза жизненного цикла между двумя делениями клетки. Она характеризуется активными процессами обмена веществ, синтезом белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, накоплением клеткой питательных веществ, увеличением количества всех его органелл, ростом и увеличением объема.

В интерфазе различают три последовательные фазы: предсинтетическую — G, синтетическую — S и пост-синтетическую — G₂.

Предсинтетическая фаза G, характеризуется интенсивными процессами обмена веществ. В этот период клетка активно синтезирует органические вещества, в ней увеличивается количество всех органоидов: хлоропластов, митохондрий, лизосом, вакуолей с клеточным соком и т. д. Увеличивается в размерах эндоплазматическая сеть и аппарат Гольджи. В ядре активно синтезируются все виды РНК, в ядрышке образуются и собираются рибосомы. Происходит интенсивный рост клетки.

Синтетическая фаза S наступает в середине интерфазы и характеризуется удвоением ДНК — редупликацией. В результате в клетке образуется удвоенное количество молекул ДНК. До начала S-фазы каждой хромосоме соответствует одна молекула ДНК, а после редупликации одна хромосома состоит уже из двух ДНК.

Далее клетка вступает в непродолжительную пост-синтетическую фазу G₂. Здесь также продолжается интенсивный биосинтез веществ, увеличивается энергетический запас клетки за счет синтеза АТФ. В это время удваиваются центриоли клеточного центра. Клетка подготавливается к делению.

Продолжительность интерфазы зависит от типа клеток и в среднем составляет не менее 90 % от общего времени клеточного цикла. Это время чаще всего зависит от фазы G, длительность которой варьирует в очень широких пределах. Она может практически отсутствовать, когда клетки быстро делятся, например при дроблении зиготы. Но может составлять очень большую величину — практически всю жизнь организма. Так, например, нервные клетки взрослого человека находятся в фазе G, интерфазы всю жизнь и более не делятся.

Интерфаза заканчивается, и клетка вступает в следующий период клеточного цикла — в стадию деления.

1. Назовите основные периоды клеточного цикла.

2. Что такое интерфаза? Какие процессы протекают в этот период?

3. На какие фазы подразделяется интерфаза? Охарактеризуйте процессы, протекающие в каждую из этих фаз.

4. В какой период интерфазы происходит главное событие в клетке? Почему его считают основным?

5. Сравните данные, приведенные в таблице, и сделайте вывод о длительности клеточного цикла. От чего он зависит?

6. Общая масса всех молекул ДНК в соматической клетке человека составляет 6 х 10^-9 мг. Чему равна масса всех молекул ДНК в предсинтетический период и в постсинтетический период? За счет чего она изменилась?

Важная роль в клеточном цикле принадлежит хромосомам. Хромосомы — носители наследственной информации клетки и организма, содержащиеся в ядре. Они не только осуществляют регуляцию всех обменных процессов в клетке, но и обеспечивают передачу наследственной информации от одного поколения клеток и организмов другому. Число хромосом соответствует числу молекул ДНК в клетке. Увеличение числа многих органоидов не требует точного контроля. Все содержимое клетки при делении распределяется более или менее равномерно между двумя дочерними клетками. Исключением являются хромосомы и молекулы ДНК: они должны удвоиться и совершенно точно распределиться между вновь образуемыми клетками.

Изучение хромосом эукариотических клеток показало, что они состоят из молекул ДНК и белка. Комплекс ДНК с белком называется хроматином. В прокариотной клетке содержится только одна кольцевая молекула ДНК, не связанная с белками. Поэтому, строго говоря, ее нельзя назвать хромосомой. Это нуклеоид.

Если бы удалось растянуть нить ДНК каждой хромосомы, то ее длина значительно превысила бы размер ядра. Важную роль в упаковке гигантских молекул ДНК играют ядерные белки — гистоны. Последние исследования структуры хромосом показали, что каждая молекула ДНК соединяется с группами ядерных белков, образуя множество повторяющихся структур — нуклеосом (рис. 2). Нуклеосомы являются структурными единицами хроматина, они плотно упакованы вместе и образуют единую структуру в виде спирали толщиной 36 нм.

Рис. 2. Строение интерфазной хромосомы: А — электронная фотография хроматиновых нитей; Б — нуклеосома, состоящая из белков — гистонов, вокруг которых располагается спирально закрученная молекула ДНК