Сперматозоид- клетка, состоящая из ядра и некоторых других структур, обеспечивающих его встречу с яйцом. Это, как правило, мелкая клетка (30-50 мкм), в которой различают 3 отдела: головку, шейку и хвост (жгутик). Иногда сперматозоиды имеют не хвост, а другого типа двигательный аппарат или он вообще отсутствует.
Функции сперматозоида: нахождение и оплодотворение яйцеклетки.
Особенности строения яйцеклеток:
• В цитоплазме находятся гранулы желтка. В зависимости от количества желтка различают следующие типы яйцеклеток: алецитальные (безжелтковые), олиголецитальные (маложелтковые), мезолецитальные (среднежелтковые), полилецитальные (многожелтковые).
По характеру распределения желтка яйца классифицируют на:
• Изолецитальные (равномерное распределение желтка)
• Телолецитальные (неравномерное распределение желтка)
• Центролецитальные (вокруг ядра и на периферии имеются участки цитоплазмы, свободные от желтка)
• Яйцеклетки характеризуются полярностью. Различают анимальный полюс, куда смещено ядро и мало желтка, и вегетативный полюс, где много желтка. Неравномерно распределены в цитоплазме и различные органоиды, белки, РНК, а также т.н. морфогены. Это морфогенетически активные вещества, которые в дальнейшем будут определять дифференцировку клеток, в которые они попадут при дроблении. Внутреннюю разнокачественность участков яйца называют овоплазматической сегрегацией.
• Под плазмолеммой яйцеклетки находится плотный сократимый слой цитоплазмы толщиной 2-3 мкм – кортикальный слой. В нем расположены микрофиламенты и кортикальные гранулы, состоящие из мукополисахаридов, пигмента, различных структурных белков и ферментов. Этот слой играет важную роль в образовании оболочки оплодотворения и в цитодифференцировке.
• Яйцеклетки имеют специальные яйцевые оболочки, обеспечивающие защиту зародыша и связь его с внешней средой. Это- первичная оболочка (желтковая), образуется самим яйцом, есть всегда, у млекопитающих называется блестящей оболочкой (zona pellucida), в ее образовании участвуют фолликулярные клетки. Вторичная оболочка- вырабатывается фолликулярными клетками (хорион у насекомых, corona radiata у млекопитающих). Третичные оболочки- образуются железами яйцевода после оплодотворения (белковая, подскорлуповые и скорлуповая оболочки птиц).
Размер яйцеклетки зависит от количества желтка и от яйцевых оболочек (у плацентарных млекопитающих от 50 до 150 мкм, у рептилий и птиц- до нескольких см).
Связь строения яйца с типом дробления.
Оплодотворение- процесс слияния двух гаплоидных половых клеток, ведущий к образованию одной диплоидной клетки-зиготы.
Последовательные события, способствующие оплодотворению:
• Капацитация (формирование оплодотворяющей способности сперматозоидов у человека) происходит в результате смешивания сперматозоидов с семенной жидкостью, а так же во время продвижения сперматозоидов через слизь шейки матки и взаимодействия с секретами женских половых путей. Во время движения сперматозоидов важная роль отводится хемотаксису (яйцеклетка или фолликулярные клетки высвобождают сигнальные факторы, которые активируют подвижность сперматозоидов и направляют их в зону оплодотворения) и реотаксису (сперматозоиды способны двигаться против встречного течения жидкости маточных труб).
• Выделение сперматозоидом на поверхность головки фермента гиалуронидазы, который расщепляет внеклеточный матрикс, соединяющий фолликулярные клетки corona radiata (характерно для человека). Один сперматозоид не способен разрушить лучистый венец, требуется воздействие большого количества сперматозоидов для разрыхления и рассеивания клеток лучистого венца.
• Акросомальная реакция сперматозоида. В результате действия ферментов акросомы растворяются оболочки яйца, объединяются мембраны яйца и сперматозоида и по цитоплазматическому мостику в цитоплазму яйца переходит ядро и центриоль сперматозоида- происходит процесс плазмогамии. Завершается акросомальная реакция встраиванием мембраны сперматозоида в мембрану яйцеклетки.
У человека активатором акросомальной реакции является zona pellucida, гликопротеины которой связываются с олигосахаридами мембраны сперматозоида. Происходит слияние акросомальной мембраны с наружной мембраной головки спермия и формирование в обеих мембранах пор, через которые способны выходить из сперматозоида акросомальные энзимы. Эти ферменты способны разрушать контакты между клетками, формируя путь проникновения сперматозоида через блестящую оболочку ооцита.
• Параллельно с акросомной реакцией развивается реакция активации яйца, т.е. побуждение его к развитию. Проникновение сперматозоида через zona pellucida вызывает диффузию ионов кальция из головки сперматозоида во внеклеточную среду, окружающую яйцеклетку. Этот процесс способствует изменению свойств поверхностных гликопротеинов zona pellucida, в результате чего происходит растворение кортикальных гранул. Выделяемы при этом ферменты приводят к образованию оболочки оплодотворения. Все это носит название кортикальной реакции. Между цитоплазмой яйца и оболочкой оплодотворения образуется перивителлиновое (околожелточное) пространство, заполненное жидкостью и являющееся средой для ранних стадий развития зародыша. Биологическое значение кортикальной реакции заключатся в защите яйца от проникновения в него других сперматозоидов (полиспермии). Попадая в яйцеклетку, ядро сперматозоида погружается внутрь с помощью центриоли. В это время ядро сперматозоида называют мужским пронуклиусом. В момент кортикальной реакции ядро ооцита у человека завершает мейоз II. Из ооцита высвобождается второе полярное тельце. Мужской пронуклеус увеличивается в размерах. Затем мужской и женский пронуклеусы перемещаются навстречу друг другу, реплицируя ДНК в процессе миграции(стадия синкариона). Когда пронуклеусы приходят в контакт, их ядерные оболочки разрушаются (кариогамия). В результате образуется зигота с диплоидным числом хромосом.
53. Общая характеристика, сущность и основные клеточные механизмы дробления. Нарушения дробления.
Сущность дробления. Дробление - это ряд последовательных митотических делений зиготы и далее бластомеров, заканчивающихся образованием многоклеточного зародыша — бластулы. Возникающие при дроблении клетки называют бластомерами, образующие бластодерму с полостью - бластоцелью.
Особенностью митотических делений дробления является практически полное отсутствие в митотическом цикле периодов G1 и G2. Репликация ДНК в S периоде идет синхронно во всех репликонах, при этом наблюдается больше точек инициации. Вследствие этого деления происходят значительно быстрее, чем в обычных соматических клетках. Клетки, возникающие в результате дробления (бластомеры), заключают в себе разные участки ооплазмы зиготы.
Основные клеточные механизмы. Сначала бластомеры прилегают друг к другу, образуя скопление клеток, называемое морулой. Затем между клетками образуется полость — бластоцель, заполненная жидкостью. Клетки оттесняются к периферии, образуя стенку бластулы — бластодерму. То есть образуется бластула - многоклеточный односеменной зародыш.
Полное (или голобластическое) дробление. Встречается в олиго- и мезолецитальных яйцах. Такой тип дробления встречается у некоторых рыб, всех амфибий, а также у сумчатых и плацентарных млекопитающих. В результате: анимальном полюсе четыре более мелких бластомера — микромеры, на вегетативном — четыре более крупных — макромеры. Затем деление опять идет в меридианных плоскостях, а потом опять в широтных.
Частичное (меробластическое) дробление. Встречается в полилецитальных яйцеклетках костистых рыб, пресмыкающихся, птиц, а также однопроходных млекопитающих. Оно охватывает только свободную от желтка цитоплазму, которая располагается в виде тонкого диска на анимальном полюсе.
При характеристике типа дробления учитывают также взаимное расположение и скорость деления бластомеров. Если бластомеры располагаются рядами друг над другом по радиусам, дробление называют радиальным. Оно типично для хордовых и иглокожих.
Синхронное дробление - образующиеся клетки одинаковы по размеру.
Асинхронное дробление - образующиеся клетки различны по размеру.
Типы дробления и типы бластул хордовых:
Особенности дробления у плацентарных. Эмбриогенез в матке. В цитоплазме яйцеклетки человека очень мало желтка (крайне олиголецитальная, практически вторично алецитальная), который разделен равномерно. Дробление начинается к концу 1 суток и продолжается 3-4 суток по мере движения зародыша к матке. Дробление полное, неравномерное, асинхронное, ротационное (чередующееся; бластомеры делятся то меридионально, то экваториально). Морула на стадии 8-16 бластомеров разделяется на трофобласт (хорион) и эмбриобласт (зародыш, амнион, желточный мешок, аллантоис). На 5-6 сутки в результате всасывания эмбриотрофа в зародыше образуется полость с питательной жидкостью. Зародыш- бластоциста. Геном зародыша у плацентарных активируется очень рано, со второго деления дробления. Все бластомеры на этой стадии тотипотентны (равнонаследственны).
Нарушения дробления может произойти при следующих условиях:
Изменение свойств жидкости. Например, повышение содержания солей на ранних стадиях может сказаться на форме дробления. Гипертонический раствор – цитоплазма теряет воду, это приводит к повышению её вязкости и т. д.
Повышение температуры. Приводит к повышению скорости дробления. Понижение, наоборот.
Наличие в среде кислорода. Отсутствие – дробление не происходит (не у всех). Формирование монозиготных близнецов вследствие нарушения межклеточных контактов, а также двойниковых уродств. Возникновение мутаций в отдельных клетках может привести к мозаицизму или не проявляться, потому что в дифференцированных клетках активна только часть генов.
Экстракорпоральное оплодотворение
Вспомогательная репродуктивная технология, используемая в случае бесплодия. Во время ЭКО яйцеклетку извлекают из организма женщины и оплодотворяют искусственно в пробирке. Полученный эмбрион содержат в условиях инкубатора, где он развивается в течение 2—5 дней, после чего эмбрион переносят в полость матки для дальнейшего развития.
54. Дробление, общая характеристика. Особенности молекулярно-генетических и биохимических процессов при дроблении. Нарушения дробления.
Дробление- процесс митотических делений зиготы, в результате которых образуется многоклеточный зародыш- бластула. Бластула имеет полость – бластоцель и слой клеток- бластодерму, состоящую из бластомеров.
Особенностью делений дробления является практически полное отсутствие в митотическом цикле периодов G1 и G2. Репликация ДНК в S-периоде идет синхронно во всех репликонах, при этом наблюдается больше точек инициации. Вследствие этих причин деления проходят значительно быстрее, чем в обычных соматических клетках. Клетки, возникшие в результате дробления (бластомеры), заключают в себе разные участки ооплазмы зиготы.
Значение дробления заключается в накоплении клет. Материала, необходимого для первичной дифференцировки зародыша, и в восстановлении ядерно-плазменного отношения, нарушенного в ходе овогенеза. Важнейшим следствием дробления является распределение активных веществ по разным бластомерам, что приводит к их разнокачественности и определяет их дальнейшую дифференцировку в ткани и органы.
Нарушения дробления:
Самым распространенным отклонением от обычного развития на стадии дробления или на стадии бластоцисты является образование монозиготных близнецов(вследствие нарушение межклеточных контактов). Эта же причина лежит в основе образования двойниковых уродств.
Возникновении мутации в отдельных бластомерах может приводить либо к проявлению мозаицизма, либо может может вообще не проявляться (вследствие того, что в дифференцированных клетках активна только часть генов).
55. Дробление, определение. Дробление у представителей Хордовых. Особенности дробления у плацентарных млекопитающих. Внеутробное оплодотворение у человека.
Дробление- процесс митотических делений зиготы, в результате которых образуется многоклеточный зародыш- бластула. Бластула имеет полость – бластоцель и слой клеток- бластодерму, состоящую из бластомеров.
Особенностью митотических делений дробления является то, что с каждым делением клетки становятся все мельче, роста клеток не происходит, митотические циклы в периоде дробления сильно укорочены, особенно в самом начале, следовательно общий размер зародыша к концу дробления на стадии бластулы не превышает размера зиготы.
Основные клеточные механизмы. Сначала бластомеры прилегают друг к другу, образуя скопление клеток, называемое морулой. Затем между клетками образуется полость — бластоцель, заполненная жидкостью. Клетки оттесняются к периферии, образуя стенку бластулы — бластодерму. То есть образуется бластула- многоклеточный односеменной зародыш.
Полное (или голобластическое) дробление. Встречается в олиго- и мезолецитальных яйцах. Такой тип дробления встречается у некоторых рыб, всех амфибий, а также у сумчатых и плацентарных млекопитающих. В результате: анимальном полюсе четыре более мелких бластомера — микромеры, на вегетативном — четыре более крупных — макромеры. Затем деление опять идет в меридианных плоскостях, а потом опять в широтных.
Частичное (меробластическое) дробление. Встречается в полилецитальных яйцеклетках костистых рыб, пресмыкающихся, птиц, а также однопроходных млекопитающих. Оно охватывает только свободную от желтка цитоплазму, которая располагается в виде тонкого диска на анимальном полюсе.
При характеристике типа дробления учитывают также взаимное расположение и скорость деления бластомеров. Если бластомеры располагаются рядами друг над другом по радиусам, дробление называют радиальным. Оно типично для хордовых и иглокожих.
Синхронное дробление- образующиеся клетки одинаковы по размеру.
Асинхронное дробление- о бразующиеся клетки различны по размеру.
Типы дробления и типы бластул хордовых
Экстракорпоральное оплодотворение
Вспомогательная репродуктивная технология, используемая в случае бесплодия. Во время ЭКО яйцеклетку извлекают из организма женщины и оплодотворяют искусственно в пробирке. Полученный эмбрион содержат в условиях инкубатора, где он развивается в течение 2—5 дней, после чего эмбрион переносят в полость матки для дальнейшего развития.
56. Общая характеристика и основные клеточные механизмы гаструляции. Презумтивные зачатки и их дальнейшее развитие.
Гаструляция — процесс образования зародышевых листков, образующихся посредством размножения и перемещения клеток. Процесс гаструляции у разных животных протекает неодинаково.
Различают следующие способы гаструляции:
1) деламинацию (расщепление скопления бластомеров на пластинки);
2) иммиграцию (перемещение клеток внутрь развивающегося зародыша);
3) инвагинацию (впячивание пласта клеток внутрь зародыша);
4) эпиболию (обрастание медленно делящихся бластомеров быстро делящимися с образованием наружного пласта клеток).
В результате гаструляции в зародыше любого вида животного
образуются три зародышевых листка:
1) эктодерма (наружный зародышевый листок);
2) энтодерма (внутренний зародышевый листок);
3) мезодерма (средний зародышевый листок).
Каждый зародышевый листок представляет собой обособленный пласт клеток. Между листками вначале имеются щелевидные пространства, в которые вскоре мигрируют отростчатые клетки, образующие в совокупности зародышевую мезенхиму (некоторые авторы рассматривают ее как четвертый зародышевый листок). Зародышевая мезенхима образуется путем выселения клеток из всех трех зародышевых листков, главным образом из мезодермы. Зародыш, состоящий из трех зародышевых листков и мезенхимы, носит название гаструлы. Процесс гаструляции у зародышей разных животных существенно отличается как по способам, так и по времени. В образующихся после гаструляции зародышевых листках и мезенхиме содержатся презумптивные (предположительные) зачатки тканей. После этого начинается третий этап эмбриогенеза — гисто- и органогенез.
· Нервная трубка. Пусковым механизмом в процессе нейруляции являются гуморальные в-ва клеток хорды. Нервная трубка дает начало ЦНС, а ганглиозная пластинка – ПНС.
· Хорда. Располагается под нервной трубкой. Функции: является осью тела и индуцирует образование нервной трубки. К концу эмбриогенеза редуцируется и от нее остается студенистое в-во межпозвоночных дисков.
· Кишечная трубка. Образуется из внутреннего листка кишечной энтодермы. Из кишечной трубки развивается эпителиальная выстилка пищеварилки и дыхалки, крупные железы ЖКТ (печень, поджелудочная).
57.Сущность и способы гаструляции. Гаструляция у различных представителей хордовых.
Сущность стадии гаструляции заключается в том, что однослойный зародыш — бластула — превращается в многослойный — двух- или трехслойный, называемый гаструлой. У примитивных хордовых, например у ланцетника, однородная однослойная бластодерма во время гаструляции преобразуется в наружный зародышевый листок — эктодерму — и внутренний зародышевый листок — энтодерму. Энтодерма формирует первичную кишку с полостью внутри — гастроцель. Отверстие, ведущее в гастроцель, называют бластопором или первичным ртом. У позвоночных образуется еще третий зародышевый листок — мезодерма, занимающая место между экто- и энтодермой. Развитие среднего зародышевого листка, является эволюционным усложнением фазы гаструляции у позвоночных. У более примитивных хордовых животных, таких, как ланцетник, мезодерма обычно образуется в начале следующей после гаструляции фазы — органогенезе.
Процесс гаструляции характеризуется важными, клеточными преобразованиями, такими, как направленные перемещения групп и отдельных клеток, избирательное размножение и сортировка клеток, начало цитодифференцировки и индукционных взаимодействий.
Способы гаструляции различны. Выделяют четыре разновидности, приводящих к преобразованию зародыша из однослойного в многослойный.
Инвагинация — впячивание одного из участков бластодермы внутрь целым пластом. У ланцетника впячиваются клетки вегетативного полюса, у земноводных инвагинация происходит на границе между анимальным и вегетативным полюсами в области серого серпа. Процесс инвагинации возможен только в яйцах с небольшим или средним количеством желтка.
Эпиболия — обрастание мелкими клетками анимального полюса более крупных, отстающих в скорости деления и менее подвижных клеток вегетативного полюса. Такой процесс ярко выражен у земноводных.
Деляминация —расслоение клеток бластодермы на два слоя, лежащих друг над другом. Деляминацию можно наблюдать в дискобластуле зародышей с частичным типом дробления, таких, как пресмыкающиеся, птицы, яйцекладущие млекопитающие. Деляминация проявляется в эмбриобласте плацентарных млекопитающих, приводя к образованию гипобласта и эпибласта.
Иммиграция — перемещение групп или отдельных клеток, не объединенных в единый пласт. Иммиграция встречается у всех зародышей, но в наибольшей степени характерна для второй фазы гаструляции высших позвоночных.
Морфология гаструляции. Инвагинация начинается на вегетативном полюсе. Из-за более быстрого деления клетки анимального полюса разрастаются и толкают внутрь бластулы клетки вегетативного полюса. Вследствие инвагинации бластоцель уменьшается, а гастроцель увеличивается. Одновременно с исчезновением бластоцеля эктодерма и энтодерма приходят в тесный контакт. У ланцетника (бесчерепные), как и у всех вторичноротых животных область бластопора превращается в хвостовую часть организма в отличие от первичноротых, у которых бластопор соответствует головной части. Ротовое отверстие у вторичноротых образуется на противоположном бластопору конце зародыша.
Гаструляция у земноводных (анамнии) имеет много общего с гаструляцией ланцетника, но так как в яйцеклетках у них желтка намного больше и расположен он преимущественно на вегетативном полюсе, крупные бластомеры амфибластулы не способны впячиваться внутрь. Инвагинация проходит иначе. На границе между анимальным и вегетативным полюсами в области серого серпа клетки сначала сильно вытягиваются внутрь, принимая вид «колбовидных», а затем тянут за собой клетки поверхностного слоя бластулы. Возникают серповидная бороздка и спинная губа бластопора. Одновременно более мелкие клетки анимального полюса, делящиеся быстрее, начинают перемещаться в сторону вегетативного полюса. В области спинной губы они подворачиваются и впячиваются, а с боков и со стороны, противоположной серповидной бороздке, обрастают более крупные клетки. Затем образуются боковые и брюшная губы бластопора. Бластопор смыкается в кольцо, внутри которого некоторое время видны крупные светлые клетки вегетативного полюса в виде желточной пробки. Позднее они полностью погружаются внутрь, а бластопор сужается. Конкретные области бластодермы, называемые презумптивными. Известно, что у бесхвостых амфибий материал презумптивной хорды и мезодермы на стадии бластулы лежит не на ее поверхности, а во внутренних слоях стенки амфибластулы. Определенное сходство процессов гаструляции и области презумптивных органов у земноводных и ланцетника, т.е. гомология основных органов, таких, как нервная трубка, хорда, вторичная кишка, указывает на их филогенетическое родство. Гаструляция у зародышей с мepoблacтическим типом дробления и развития имеет свои особенности. К моменту откладки яйца зародыш уже состоит из нескольких слоев: верхний слой называют эпибластом, нижний—первичным гипобластом. Между ними находится узкая щель—бластоцель. Затем образуется вторичный гипобласт. Основные события гаструляции и окончательное образование трех зародышевых листков начинаются после откладки яиц с началом инкубации. Возникает скопление клеток в задней части эпибласта. Образуется первичная полоска, которая вытягивается в направлении к головному концу. В центре первичной полоски образуется первичная бороздка, а по краям—первичные валики. На головном конце первичной полоски возникает утолщение—гензеновский узелок, а в нем —первичная ямка.
Часть клеток, мигрирующая из эпибласта через гензеновский узелок, образует будущую хорду. Одновременно с закладкой и удлинением хорды гензеновский узелок и первичная полоска постепенно исчезают в направлении от головного к хвостовому концу. Это соответствует сужению и закрытию бластопора.
58. Гаструляция, её сущность. Особенности молекулярно-генетических и биохимических процессов на стадии гаструляции. Нарушения гаструляции.
Гаструляция характеризуется разнообразными клеточными процессами. Продолжается митотическое размножение клеток. Наиболее характерная черта гаструляции состоит в перемещении клеточных масс. Это приводит к изменению строения зародыша и превращению его из бластулы в гаструлу. Происходит сортировка клеток по их принадлежности к разным зародышевым листкам, внутри которых они «узнают» друг друга.
На фазу гаструляции приходится начало цитодифференцировки, что означает переход к активному использованию биологической информации собственного генома. Одним из регуляторов генетической активности является различный химический состав цитоплазмы клеток зародыша, установившийся вследствие овоплазматической сегрегации.
Появление первичной полоски у птиц — результат индукционного взаимодействия между гипобластом и эпибластом. Изменение положения гипобласта по отношению к эпибласту вызывает изменение ориентации первичной полоски.
ЭКЗОГАСТРУЛЯЦИЯ - нарушение процесса гаструляции у зародышей многоклеточных животных, заключающееся в изменении обычного направления морфогенетич. движений. Происходит при неблагоприятных условиях развития; в эктодерме не дифференцируется нервная ткань, аформируется лишь атипичный эпидермис, тогда как материал хордомезодермы и энтодермы, детерминированный на предыдущих стадиях развития, претерпевает дифференцировку. Явление чётко демонстрирует необходимость контакта между хордомезодермой и эктодермой в период гаструляции у хордовых для детерминации зачатка ЦНС.