7. Ситуационные задачи:

Задача 1. На электронограмме представлены мужские и женские половые клетки. Как по составу органелл можно отличить яйцеклетку от сперматозоида.

Задача 2. Даны два зародыша один на стадии двух бластомеров, другой на стадии морулы. Какой зародыш больше по массе?

Задача 3. В эксперименте у зародыша на стадии гаструляции блокирован процесс перемещения клеток через первичную полоску. Развитие какого зародышевого листка будет нарушено?

Задала 4. В эксперименте у зародыша на стадии гаструляции блокирован процесс перемещения клеток через головной узелок. Развитие какого осевого органа будет нарушено?

Задача.5. В условном эксперименте блокировано перемещение клеточного материала через первичную полоску и головной узелок. Какое нарушение в развитии зародыша вызовет это воздействие?

7. Контрольные вопросы

1. Понятие об эмбриогенезе, онтогенезе, филогенезе.

2. Виды половых клеток, строение, функции, оотипическая

дифферен цировка,

3. Принципы классификации яйцеклеток,

4. Оплодотворение, его биологическая сущность.

5. Значение периода зиготы,

6. Основные этапы эмбрионального развития, присущие всем видам животных.

7. Назовите части - отделы в сперматозоиде и структуры, которые они содержат.

8. Какие структурные и химические компоненты содержит яйцеклетка млекопитающих?

9. Что такое акросома и какую роль она играет?

10. По каким признакам классифицируют яйцеклетки и какие типы яйцеклеток существуют?

Занятие № 2. Ранние периоды эмбриогенеза - зигота; концептус; бластоциста; I-я фаза гаструляции,,

Первая неделя развития. Зигота - одноклеточный зародыш, ее геном, активация внутриклеточных процессов.

Дробление. Специфика дробления у человека и хронология процесса. Строение зародыша на разных стадиях дробления. Роль прозрачной зоны. Характеристика темных и светлых бластомеров, их межклеточных контактов. Уменьшение размеров бластомеров, их взаимодействие. Морула. Бластоциста. Внутренняя клеточная масса (эмбриобласт) и трофобласт. Стадия свободной бластоцисты.

Состояние матки к началу имплантации. Имплантация. Хронология процесса имплантации. 2.4. Дифференцировка трофобласта на цитотрофобпаст и синцитиотрофобласт. Активация синцитиотрофобласта. Образование лакун и их соединение с кровеносными сосудами эндометрия. Гистиотрофный тип питания. Формирование первичных и вторичных ворсин хориона. Гематрофный тип питания.

Вторая неделя развития. Гаструляция. Начало 1 -и фазы гаструляции. Разделение эмбриобласта на эпибласт и гипобласт. Преобразование гтобласта, формирование первичного желточного мешка.

Преобразование эпибласта: образование амниотической полости и выделение амниотической эктодермы, формирование амниотического пузыря; начало 2-й фазы гаструляции путем иммиграции - формирование первичной полоски и первичного узелка, образование зародышевой мезодермы, головного отростка, энтодермы зародыша, образование прехордальной пластинки. Образование зародышевой мезодермы.

1. Период зиготы - Zygota.

Это первый и самый кратковременный период эмбриогенеза. Он продолжается около 30 часов и длится с момента оплодотворения до начала дробления.

После слияния ядер мужской и женской половых клеток, формируется новая клетка - зигота («зи»~ двойственный, «готос». - наследие). Основу зиготы образует цитоплазма яйцеклетки, а ядро содержит новый, несуществовавший до этого генотип нового человека. Начинает осуществляться презумпция яйцеклетки, во время которой каждый участок шифрует построение определенного органа и ткани.

В течение первых 12 часов в синкарионе зиготы происходит объединение гомологичных пар хромосом и активный процесс кроссинговера. После завершения создания нового генотипа, который у человека содержит 70 тысяч генов, все гены в хромосомах блокируются и только в конце первых суток около 20 часов после оплодотворения в зиготе начинается активизация генов гомеобокса.

Гены гомеобокса эволюционно более консервативны и ответственны за пространственную организацию организма. Они объединяют 38 родственных генов, получивших название гомейозисных. Гомейозисные гены экспрессируют ядерные белки

• индукторы, которые в дальнейшем активизируют гены в новых клетках эмбриона. Таким образом, включение гомейозисных генов создает программу построения организма; т. е. определяет пол, симметрию, размеры будущего организма, и даже цвет

Зигота человека в стадии сближении мужского и женского пронуклеусов

(по Б.П.Хватову).

Рис. 8

В период зиготы в цитоплазме резко повышается обмен веществ, который происходит на базе ферментов яйцеклетки и поэтому протекает по материнскому типу. В клетке начинают активно работать органоиды, преимущественно, также материнские, так как сперматозоид приносит в зиготу только один органоид - клеточный центр. Под влиянием материнских ферментов идет активный синтез белка

Начинается интенсивная работа митохондрии, что сопровождается «энергетическим взрывом», так как количество выделяемой энергии увеличивается в 70 - 100 раз. В этот момент оболочка зиготы резко меняет свою проницаемость, и через нее выходят мельчайшие капельки воды, растекающиеся по поверхности клетки. Вместе с водой уходят ионы натрия, а количество ионов калия по сравнению с окружающей средой возрастает, что нарушает ионное равновесие. В результате этого, оболочка зиготы получает электрический заряд, повышается ее поверхностное натяжение и подвижность.

Оболочка начинает прогибаться, углубляться по направлению от аиимального к вегетативному полюсу. Вследствие этого возникает первая перетяжка или борозда дробления и зигота к 30 часам своего существования начинает делиться на две дочерние клетки. Эмбрион вступает в качественно новый период, в результате которого происходит переход от одноклеточного в многоклеточный организм.

Следует учитывать, что зигота, особенно к 20 - 24 часу своего существования, очень чувствительна ко всем внешним влияниям, таким как алкоголь, радиация, температура и др. Установлено, что до 30% образованных зигот погибают, поэтому треть всех беременностей не осуществляется.

2. Пвриод дробления - Fission.

Во время второго периода собственно эмбрионального развития - дробления происходит основополагающий этап дифференцировки - бластомерный. У человека имеется специфика этого процесса и жесткая хронология его реализации.

Главными процессами, характерными для дробления, являются пролиферация клеток и дифференцированная активация генов в ядрах новых клеток.

Особенность митотического цикла клеток в этом периоде заключается в том, что в интерфазе каждого последующего деления отсутствует период роста. Поэтому с каждым новым делением клетки становятся мельче материнских, а общая масса зародыша остается равной массе исходной клетки - зиготе. Этим своеобразным,

vS

неувеличивающимся клеткам дали название - бластомеры (blastos - зародыш, meros - часть, единица).

Образующиеся бластомеры не идентичны и с каждым делением они все сильнее отличаются друг от друга структурой как карио -, так и цитоплазмы.

Во - первых, в ядре каждого бластомера происходит синтез ДНК и полная дупликация хромосом перед каждым новым делением, т.е. каждый раз воспроизводится кариотип нового организма - зиготы.

Во - вторых, и это главное, после репликации ДНК все гены хромосом блокируются на определенный промежуток времени, пока гомейозисные гены гомеобокса не начнут экспрессировать индукторы для активации генов.

Схема процессов оплодотворения и дроблении

Рис. № 9

1. — цитоплазма ооцита второго порядка; 2 — деление созревания; 3 — редукционные тельца; 4 — блестящая оболочка; 5 — бугорок оплодотворения; 6 — спермин; 7 — фолликулярные клетки; 8 — женский пронуклеус; 9 — формирование мужского проиуклеуса; 10 — профаза мужского и женского про-нуклеусов; 11—анафаза первого деления дробления зиготы; 12—первые два бластомера; 13 — асинхронное дробление - три бластомера; 14 — оболочка оплодотворения; 15 - стадия четырех

9 9

(s\s &

бластомеров; 16 -- 17 — последующие стадии дробления; а — эмбриобласт; б - трофобласт; 18 ~ морула; 19 - ранняя бластоциста; 20 - поздняя бластоциста; г - зародышевый узелок; в - бластоцель

Количество активных - деблокированных генов у каждого бластомера резко отличается, поэтому с каждым новым делением происходит нарастание различий, как в количестве активированных генов, так и в качественном их наборе. Поэтому к концу периода дробления ни один бластомер не имеет аналогичных наборов активных генов.

А так как каждый ген кодирует структуру определенного белка, то и каждый бластомер кодирует тот качественный состав белков, которые будут в дальнейшем синтезироваться данной клеткой. Иными словами, каждый бласгомер, пройдя дифференциальную активацию генов, создает свой неповторимый фенотип. В общей сложности к концу дробления образуется 210 различных бластомеров, которые соответствуют количеству фенотипически отличающихся клеток организма человека. Все бластомеры получили название клеток - родоначальниц каждого фенотипа или стволовых клеток.

Лимфатические «латки 374 _{Мозг 3} * §₅

Эндотелиальные (под- s *\ ₍~_лаз д^-у стилающие) клетки 1031 | ) _KnrTh аш

Для более наглядной информации о дифференциальной активации генов можно рассмотреть карту - схему человеческого организма, на которой указано количество активных генов в клетках определенных тканей и органов человеческого организма см.рис 10.

Как видно из этой схемы, для создания фенотипа эритроцита из 70 ООО генов, которые могут активироваться у человека, нужна активация всего лишь 8 генов, в то же время для другой клетки крови - лейкоцита, активируется уже 1624 гена, что указывает на огромный размах отличий в синтезе различных белков необходимых, данной клетке.

Г лавной закономерностью бластомериой дифференцировки активности генов является детерминация, обусловленная воздействием ядеряых индукторов активации. А это, в свою очередь, приводит к дивергенции (расхождению) качественных признаков у бластомеров.

Таким образом, причиной дифференцированной активации генов являются белки

• индукторы, поэтому весь процесс бластомериой диффер 3 ировки детерминировал, и протекает как цепочка причинно - следственных взаимоотношений. Образующиеся стволовые клетки, различаясь между собой, и, конечно же, отличаясь от зиготы, создают дивергентный ряд клеток, несущих различные фенотипические свойства.

Собственно процесс дробления зародыша человека начинается еще в яйцеводе или маточной трубе, где произошло и оплодотворение. Дробясь, зародыш медленно продвигается по яйцеводу к матке, чему способствуют перистальтические сокращения мускулатуры яйцевода, мерцание ресничек его эпителия, и ток секреторной жидкости в сторону матки. Питание зародыша в первые сутки осуществляется за счет запаса питательных веществ яйцеклетки, а затем - за счет белково-слизистого секрета эпителиальных клеток яйцевода. Характер дробления зависит от многих факторов, в том числе от количества лецитина. Яйцеклетка человека по содержанию и распределению лецитиновых включений относится к изолециталъному типу, т.е. лецитиновых зерен мало и они распределены преимущественно равномерно по всей цитоплазме, хотя на анимальном полюсе лецитина несколько меньше, чем на вегетативном.

Дробление зиготы человека полное, неравномерное, асинхронное, радиальное. Что это значит? Так как небольшое количество лецитина не затрудняет дробления, то на бластомеры делится вся зигота, поэтому дробление - полное. Но в зиготе не все участки цитоплазмы равнозначны по содержанию лецитина, РНК, ферментов и др. Поэтому образующиеся бластомеры будут отличаться друг от друга размером, формой и содержанием в цитоплазме различных веществ, т.е. по качеству цитоплазмы дробление - неравномерное. Выделяются 2 типа бластомеров: бластомеры трофобласта, которые располагаются у вегетативного полюса и бластомеры эмбриобласта у анимального полюса морулы.

© Бластомеры эмбриобласта более темные, имеют базофильную цитоплазму, так как содержат большое количество РНК. Из них развивается тело зародыша.

® Бластомеры трофобласта имеют светлую, прозрачную цитоплазму. Это внезародышевые бластомеры, которые будут обеспечивать его питание (трофику).

Зиготе человека свойственен радиальный тин дробления, при котором происходит чередование меридиональных и экваториальных борозд. Чередование борозд дробления заметно лишь на ранних стадиях, а затем их направление проследить бывает невозможно, так как дробление разных бластомеров происходит с различной скоростью. Такой тип дробления, когда одни бластомеры начинают дробиться быстрее, а другие медленнее, называется - асинхронным дроблением.

Борозда первого дробления проходит по меридиану примерно через 30 часов после оплодотворения, в результате чего образуются два одинаковых по размеру и качеству бластомера. Иногда они могут разойтись, и тогда каждый из них может дать полноценного зародыша, в этом случае развиваются однояйцовые близнецы.

За стадией двух бластомеров идут стадии 3, 4, 5 бластомеров, т.е. уже с первых дроблений оно становится неравномерным и асинхронным. Первые борозды дробления образуются медленно, и на 4 сутки после оплодотворения зародыш состоит всего из 8-12 бластомеров. Размер зародыша в это время' равен размеру зиготы, а так как бластомеры плотно прилежат друг к другу, то такого зародыша обычно сравнивают с тутовой ягодой, и эта стадия дробления получила название - стадия морулы(morum - тутовая ягода).

Со стадии морулы (12 бластомеров) темные бластомеры эмбриобласта начинают перемещаться в центр зародыша, а светлые трофобласта - на периферию. Светлые бластомеры дробятся быстрее, они становятся более мелкими и сплошным слоем покрывают с поверхности группу более крупных темных бластомеров эмбриобласта. Бластомеры трофобласта, оказавшись на поверхности зародыша, начинают выполнять питательную функцию, захватывая небольшое количество белковой жидкости из полости яйцевода. Эта жидкость накапливается между бластомерами в начале в виде

мельчайших капель, которые затем сливаются в одну большую каплю,

располагающуюся между слоем бластомеров трофобласта и группой бластомеров эмбриобласта. Поэтому зародыш принимает вид пузырька, крошечная полость которого заполнена жидкостью.

Рис №11

Микрофотография, полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа; А - Яйцеклетка с многочисленными спермиями, прикрепившимися к ее поверхности; Б - Зигота в момент образования синкариона; В - Стадия двух бластомеров; Г - Стадия пяти бластомеров; Д - Стадия морульт; Е - Концептус.(Д. Альберте, 1983 г)

Эта стадия развития получила название ранней бластоцисты зародышевого пузырыса. Бластомеры трофобласта образуют стенку этого пузырька, а бластомеры эмбриобласта плотной группой лежат внутри. Есть данные о том, что если бластомеры эмбриобласта на этой стадии расходятся на 2 отдельные группы, то и в этом случае могут развиваться однояйцовые близнецы. Но при неполном разделении зародышевого материала близнецы бывают сросшимися - сиамские близнецы.

К концу 4-х суток развития бластоциста попадает в полость матки. В яйцеводе в течение всего периода дробления вокруг зародыша сохранялись остатки оболочки оплодотворения, которая препятствовала преждевременному его прикреплению к слизистой яйцевода, и развитию внематочной беременности. В полости матки оболочка оплодотворения разрушается, и зародыш свободно перемещается в течение 2-3 дней. Он питается секретом желез слизистой оболочки матки, который богат гликогеном, жиром и имеет белый цвет.

Таблица№ 4

Опреде­

ление

Через 4,5 - 5 суток образуется бластоциста - зародышевый пузырёк, заполненный жидкостью.2. В виде свободной бластоцисты зародыш находится в полости матки около

2. суток (с 5“Ж по 7-е сутки).

Компонен­ты бласто­цисты

■ однослойная стенка из мелких светлых клеток (впоследствии из трофобласта развивается внезародышевый орган - хорион).

Эмбриобласт (2), ! - скопление крупных тёмных бластомеров в

или внутренняя [ виде узелка на внутренней поверхности

клеточная масса ; трофобласта у одного из полюсов.

• 

  Бластоцель. (3)

  ! 1

  полость, заполненная жидкостью.