Гаплоидия, полиплоидия, анеуплоидия.

1. Сущность мутаций числа хромосом, причины и механизмы возникновения.

Каждый вид организмов характеризуется своим кариотипом. Постоянство кариотипа в ряду поколений поддерживается благодаря процессам митоза и мейоза. Иногда в ходе митоза или мейоза нарушается расхождение хромосом, в результате возникают клетки с измененным числом хромосом. В клетках может изменяться число целых гаплоидных наборов хромосом, в таком случае возникают такие мутации как:

Гаплоидия – одинарный набор хромосом (n)

Полиплоидия – увеличение числа хромосом кратное гаплоидному набору (3n, 4n и т.д.)

Анэуплоидия – изменение числа отдельных хромосом (46 +1).

Набор хромосом может измениться как в соматических клетках, так и в половых клетках.

Причины нарушения расхождения хромосом:

увеличение вязкости цитоплазмы

изменение полярности клетки

нарушение функции веретена деления.

Все эти причины приводят к так называемому явлению “анафазного отставания”.

Это значит, что в анафазу митоза или мейоза хромосомы распределяются неравномерно, т.е. какая-то хромосома или группа хромосом не успевают за остальными хромосомами и теряется для одной из дочерних клеток.

2. Гаплоидия, характер изменения кариотипа, распространенность, феноти­пическое проявление.

Гаплоидия – это уменьшение числа хромосом в клетках организма до гаплоидного. В клетках резко уменьшается количество хромосом и доза генов, то есть изменяется система генотипа, а значит, изменяется и фенотип.

В естественных условиях такие организмы появляются при партеногенезе. Чаще всего Гаплоидия чаще встречается у растений (пшеница, кукуруза, дурман). Эти растения имеют маленькие размеры, сниженную жизнеспособность, ибо у них фенотипически проявляются вредные рецессивные гены. У животных и человека такие мутации не встречаются.

3. Полиплоидия, характер изменения кариотипа. Митотическая, зиготичес­кая и мейотическая полиплоидизация.

Полиплоидия – это увеличение числа гаплоидных наборов хромосом в клетках. В клетках организма вместо диплоидного набора хромосом может содержаться трёх, четырёх, шестиплоидный (до 12n) набор хромосом.

При этом увеличивается доза генов, а значит, изменяется генотип и фенотип. Такие мутации могут возникать в результате нарушения расхождения хромосом при митозе, при первом делении зиготы, а также в результате нарушения расхождения хромосом при мейозе. Поэтому различают митотическую, зиготическую и мейотическую полиплоидию.

Митотическая полиплоидия. Если нарушается расхождение хромосом в анафазу митоза, то в результате часть клеток в организме будут мутантными, а часть нормальными. Такое явление называется – мозаичная форма полиплоидии или мозаицизм.

Накануне митоза происходит репликация ДНК, и клетка вступает в митоз с удвоенным набором хромосом. Однако в анафазу хромосомы не расходятся к полюсам клетки, а остаются в одной клетке.

2n

2n ® интерфаза ® 4n

зигота 2n

норма

0

2n ® интерфаза ® 4n 4n

зигота 4n ® интерфаза ® 8n

тетраплоидная 4n

клетка тетраплоидные

клетки

В результате образуется тетраплоидная клетка, далее в результате ее деления в организме образуется группа тетраплоидных клеток.

Зиготическая полиплоидия. Механизм такой же, как и при митотической полиплоидии, но хромосомы не расходятся при самом первом делении зиготы. В итоге образуется организм, у которого все клетки будут тетраплоидными.

Мейотическая полиплоидия. Нарушение расхождения хромосом может быть во время анафазы мейоза 1 или во время анафазы мейоза 2.

Р 2n x 2n P 2n x 2n

Г Г

F₁ 2n F₁ 3n n

норма триплоид гаплоид

После слияния гамет образуется триплоидная или тетраплоидная зигота, из которой разовьется соответствующий организм.

В живой природе тетраплоидных организмов больше, чем триплоидных, и тому есть несколько причин:

· тетраплоидные растения могут размножаться не только вегетативно, но и половым путем.

· тетраплоидные растения могут возникать не только за счёт мейотической полиплоидии, но и за счёт зиготической полиплоидии.

· большее количество цепей ДНК создает больше возможностей для скрытия рецессивных мутаций в гетерозиготном состоянии

4. Распространенность полиплоидии в живой природе. Фенотипическое про­явление.

В живой природе полиплоидия встречается у растений и используется в селекции растений. Полиплоидные растения имеют большую массу, в их клетках много питательных веществ, они более устойчивы во внешней среде. Полиплоидия используется в селекции растений для преодоления бесплодия у межвидовых гибридов.

У высших животных и человека полиплоидия встречается чаще в виде мозаичных форм, но всегда эта мутация приводит к гибели организма на ранних стадиях развития.

5. Анэуплоидия, механизмы возникновения. Мозаичные формы анеуплоидий у человека.

Анэуплоидия – это изменение числа отдельных хромосом в клетках организма. Такая мутация возникает в результате нарушения расхождения отдельных хромосом во время митоза или мейоза (чаще во время мейоза 1).

Если нарушается расхождение хромосом во время деления соматических клеток, то возникают мозаичные формы анеуплоидии. Чем больше мутантных клеток, тем ярче выражено то или иное заболевание.

Если нарушается расхождение хромосом во время мейоза 1, то возникают гаметы с измененным числом хромосом.

Если гамета несет лишнюю хромосому и сливается с нормальной гаметой, то образуется зигота, которая содержит лишнюю хромосому. Такая мутация называется – полисомия. Разновидностью полисомии является трисомия, когда зигота содержит на 1 хромосому больше и развивающийся из неё организм имеет набор хромосом 2n + 1.

Если гамета несет на 1 хромосому меньше и сливается с нормальной гаметой, то возникает зигота, которая содержит на 1 хромосому меньше и развивающийся из неё организм имеет набор хромосом 2n – 1. Такая мутация называется – моносомия.

Р 46 х 46 Р 46 х 46

Г Г

F₁ 46 F₁ 47 45

норма 2n + 1 2n – 1

трисомия моносомия

Анэуплоидии встречаются у всех организмов, у человека они являются причиной хромосомных болезней.

6. Общая характеристика фенотипического проявления анэуплоидий у чело­века.

Если возникает моносомия по аутосомам, то такой организм погибает на ранних стадиях развития (чаще на стадии зиготы). Трисомии сопровождаются множественными пороками развития.

Больные, как правило, рано погибают или же страдают бесплодием, что не позволяет передавать анэуплоидию по наследству.

7. Хромосомные болезни, механизмы их развития, наследования, частота возникновения. Примеры наиболее распространенных хромосомных болез­ней, связанных с хромосомными абберациями и мутациями числа хромо­сом.

Хромосомные болезни – это наследственные болезни, причиной которых могут являться структурные мутации хромосом или мутации числа хромосом.

1. Синдром кошачьего крика (синдром Лежена). Частота рождения 1: 40- 50000.Вызывается делецией короткого плеча пятой хромосомы. Был так назван потому, что дети, страдающие этим заболеванием, имеют особый, жалобный, «мяукающий» тембр голоса.

2. Синдром Шерешевского-Тернера. Частота рождения 1:5000.У больных отсутствует одна Х-хромосома. Болеют только женщины. Их кариотип 45, ХО.

3. Синдром Клайнфельтера. В классическом варианте 47, ХХУ; (46 + Х). Частота рождения 1:500.

Кроме синдрома Клайнфельтера с двумя Х-хромосомами описаны его варианты с тремя и четырьмя Х-хромосомами: 48, ХХХУ; 49, ХХХХУ. Чем больше Х-хромосом в кариотипе больных, тем больше выражены фенотипические признаки заболевания и степень дебильности

4. Трисомия Х (ХХХ); 47 хр. (46 + Х). Частота рождения 1:5-7.000

Впервые описан в 1959 году у женщины с наличием двух телец полового хроматина,

Её кариотип которой состоял из 47 хромосом с тремя Х-хромосомами.

5. Синдром Дауна. В классическом варианте трисомия 21; 47 хр. (46 + третья 21 хр.). У 5-7% больных наблюдается транслокационный синдром. Частота рождения 1:700

6. Синдром Патау. Трисомия 13; 47 хр. (46 + третья 13 хр.). Частота рождения 1:5-7.000

7. Синдром Эдвардса. Трисомия 18. Частота рождения 1:7 – 10.000

Выявление хромосомных болезней:

- кариотипирование.

- выявление полового хроматина, или телец Барра (в случае анеуплоидии по половым хромосомам). Количество Х-хромосом на единицу больше количества телец Барра. (или количество телец Барра на одну единицу меньше количества Х-хромосом).

ЛЕКЦИЯ 12Основные методы изучения наследственности человека.

1. Генетика человека, определение.

Генетика человека – это наука, изучающая наследственность и изменчивость человека.

Ежегодно в мире рождается 5–7 % детей с наследственными заболеваниями.

У человека известно большое количество заболеваний, имеющих в своей основе наследственную предрасположенность. Например: сахарный диабет, язвенная болезнь, гипертоническая болезнь. Таким образом, очевидно, что какие-то поломки в наследственном аппарате кочуют из одного поколения в другое.

Генетика человека подразделяеется на:

собственно генетику человека, которая изучает наследственность и изменчивость человека в норме.

медицинскую генетику, которая изучает причины и механизмы возникновения наследственных заболеваний, а также разрабатывает пути лечения и профилактики этих заболеваний.

2. Человек как специфический объект генетического анализа.

1. у человека известно большое количество хромосом и генов, что обеспечивает большое генетическое разнообразие людей.

2. в генетике человека не используется гибридологический метод, т.к. невозможно подбирать родительские пары для скрещивания.

3. человек поздно достигает половой зрелости

4. у человека малочисленное потомство, а у дрозофилы 1.000 потомков.

5. для человека характерна медленная сменяемость поколений. Например, у дрозофилы каждые 2 недели происходит смена поколения, а у человека только через ≈ 25 лет.

Пункты 3, 4, 5 затрудняют статистический анализ потомства

3. Основные методы изучения наследственности человека:

а) генеалогический

Это метод родословных, который давно используется в генетике человека. Человек, который первым попадает в поле зрения врача генетика, называется – пробанд. В отношении этого человека составляется родословная. Дети одной супружеской пары называются – сибсы.

Этот метод позволяет:

- определить является ли признак наследственным или он не наследственный (фенокопия).

- определить пенетрантность гена (степень проявления гена в признак, количественный показатель).

- определить тип наследования.

Типы наследования признаков.

Аутосомно-доминантный (карий цвет глаз, праворукость, многопалость, короткопалость).

один из родителей больного ребенка, как правило, болен.

признак проявляется в каждом поколении, то есть наследуется по вертикали.

носителей рецессивного гена нет.

признак в равной степени проявляется у обоих полов

ген проявляется в признак в гетерозиготном состоянии

Аутосомно-рецессивный (голубой цвет глаз, леворукость, пятипалость, глухонемота, катаракта, муковисцидоз, галактоземия, фенилкетонурия).

оба родителя могут быть здоровыми (гетерозиготные носители рецессивного гена).

признак проявляется не в каждом поколении, то есть наследуется по горизонтали.

вероятность рождения больного ребенка у гетерозиготных родителей 25%.

признак в равной степени проявляется у обоих полов.

ген проявляется в признак в гомозиготном состоянии, вероятность рождения больных детей увеличивается при близкородственных браках.

Х-сцепленный доминантный (цилиндроматоз – рак волосистой части головы).

в 100% случаев отец больной, и передает заболевание дочерям.

больной отец никогда не передает заболевание сыновьям.

Х-сцепленный рецессивный (гемофилия, дальтонизм)

признак наследуется гораздо чаще мужчинами

у матери ребенка этот признак может отсутствовать (носительница рецессивного гена)

признак проявляется не в каждом поколении (через 1-2 поколения)

в семье рождается половина мальчиков больными, половина девочек являются носительницами мутантно гена.

У-сцепленный, или голандрический (оволоснение ушной раковины, перепонки между пальцами, дифференцировка гонад по мужскому типу)

признак наследуется только мужчинами

признак проявляется в каждом поколении (все мальчики рождаются больными)

отец ребёнка обязательно имеет этот признак.

б) близнецовый

На земле 1,5-2% близнецов. Бывают однояйцевые (монозиготные), и разнояйцевые (дизиготные) близнецы.

Монозиготные близнецы развиваются из одной зиготы, имеют одинаковый генотип. Дизиготные близнецы развиваются из разных зигот и имеют разный генотип.

Если признаки у близнецов совпадают, то говорят о конкордантности признака.

Если признаки не совпадают, то говорят о дискордантности признака.

Этот метод позволяет:

- установить в какой мере признак обусловлен наследственностью, а в какой мере он обусловлен влиянием внешней среды

- установить степень пенетрантности (количественного проявления) и экспрессивности гена (степени выраженности, качественного проявления).

в) цитогенетический

Основан на изучение хромосом на стадии метафазы митоза. Для исследований чаще берут лейкоциты крови или фибробласты кожи. Клетки, которые выделили, помещают в питательную среду, добавляют специальные вещества (митогены), которые вызывают митоз. Через 48 часов лейкоциты будут на стадии метафазы митоза. Деление клеток останавливают колхицином, который разрушает нити веретена деления. Далее хромосомы окрашивают и микроскопируют. Для идентификации хромосом используется дифференциальное окрашивание (у каждой хромосомы свой рисунок).

Этот метод применяется в диагностике хромосомных болезней, ибо он позволяет:

установить число хромосом и их структуру

установить число телец полового хроматина (телец Барра) в интерфазных ядрах.

г) популяционно-статистический

Он основан на законе Харди - Вайнберга. Математическое выражение закона: (Р+ g)² = P² + 2Pg + g² = 1

Р – частота встречае­мости доминантного гена

g – частота встречаемости рецессивно­го гена.

Суммы всех частот аллельных генов (и генотипов) = 1.

Этот метод позволяет:

рассчитать частоту доминантного и рецессивного гена в популяции

рассчитать частоту встречаемости гомозигот и гетерозигот в популяции

установить степень пенетрантности и экспрессивности гена.

д) методы генетики соматических клеток

Из организма выделяют соматические клетки и помещают их в питательную среду. В питательной среде клетки живут, функционируют и выделяют продукты функциональной активности генов (белки). Эти продукты изучают и делают выводы о работе соответствующих генов.

Кроме того, можно провести гибридизацию клеток (in vitro – в стекле), т.е. соединить соматические клетки различных видов организмов и получить гибридные клетки. Чаще всего проводят гибридизацию клеток человека и мышей.

Полученная гибридная клетка начинает делиться, и при каждом делении из ядра выталкиваются хромосомы человека и разрушаются в цитоплазме. Наступает момент, когда гибридная клетка будет содержать все хромосомы мыши и только 1 (или 2) хромосомы человека. Гены, которые находятся в данной (человеческой) хромосоме обеспечивают синтез соответствующих белков, которые выделяются в питательную среду. Эти белки изучают и делают вывод о том, в какой именно хромосоме локализованы гены.

Этот метод используется для:

построения генетических карт хромосом человека

изучения работы генов

выявления генных мутаций

е) методы моделирования

В его основе лежит закон Н. И. Вавилова. Близкородственные животные используются как модели различных наследственных заболеваний (на собаках изучают наследование альбинизма, на кошках – гемофилии, на мышах – катаракты, на морских свинках – врождённой глухоты)

ж) дерматоглифический метод

Изучают рисунок на коже ладоней и подошв. За этот рисунок отвечают соответствующие гены и на основании этого рисунка можно заподозрить то или иное наследственное заболевание.

з) биохимический метод (диагностика галактоземии)

Любая мутация отражается либо на наличии определённого белка в организме, либо на его активности. Поэтому по изменению количества или активности белка можно судить о наличии мутации. В крови новорождённого содержится моносахарид галактоза, который образуется при расщеплении дисахарида молока лактозы на глюкозу и галактозу. Галактоза непосредственно не усваивается организмом, она должна быть переведена специальным ферментом в усваиваемую форму – глюкоза-1-фосфат.

Наследственная болезнь галактоземия обусловлена нарушением функции гена, контролирующего синтез белка-фермента, превращающего галактозу в усваиваемую форму. В крови больных детей будет очень мало этого фермента и много галактозы, что устанавливается биохимическим анализом.

и) иммунологический метод

Изучают антигенный состав клеток различных тканей и органов человека. Антигены находятся на поверхности клеток, это чаще гликопротеиды, иногда мукополисахариды. За антигены отвечают соответствующие гены, и если антигенный состав меняется, то делают вывод о соответствующих генных мутациях. Метод важен при пересадке органов и переливании крови (гены групп крови по системе АВО находятся в 9 хромосоме).

к) метод ДНК–диагностики

Экспериментально получают ДНК зонды или РНК зонды, представляющие определенную последовательность нуклеотидов. Их метят радиоактивной меткой (Р₃₂).

Затем из клеток человека выделяют интересующие врача фрагменты ДНК, и с помощью полимеразной цепной реакции в течение 1 ч в пробирке получают миллионы копий этих фрагментов. Затем к фрагментам исследуемой ДНК подводят зонды. Если фрагмент ДНК и зонд взаимодействуют (по принципу комплементарности), то на рентгеновской пленке появится характерное свечение. Зная последовательность нуклеотидов в зонде можно узнать последовательность нуклеотидов во фрагменте ДНК человека. Если взаимодействия нет, можно сделать вывод о генной мутации. В настоящее время получены зонды к 21 хромосоме и к У-хромосоме. Метод удобен тем, что диагностику хромосомных болезней можно проводить на стадии интерфазы митоза.

4. Медико-генетическое консультирование.

Первая медико-генетическая консультация была организована в Москве в конце 20-х годов ХХ века отечественным неврологом и генетиком Давыденковым С.Н. В плане пренатальной (дородовой) диагностики и профилактики наследственных болезней важную роль играют медико-генетические консультации (МГК). Основная цель МГК – предупреждение рождения больного ребенка.

Задачи медико-генетического консультирования:

установление точного диагноза наследственной патологии.

пренатальная (дородовая) диагностика врожденных и наследственных заболеваний.

определение типа наследования заболевания.

оценка величины риска рождения больного ребенка, помощь в принятии решения.

пропаганда медико-генетических знаний среди населения.

выявление гетерозиготных носителей.

Поводом для медико-генетического консультирования могут быть:

– рождение ребенка с тяжелым пороком развития.

– самопроизвольные аборты, выкидыши, мертворождения.

– близкородственные браки.

– работа супругов на вредном производстве.

– возраст женщины старше 35 лет, а мужчин – 40 лет.

5. Пренатальная диагностика:

Непрямые методы – обследование беременной женщины. Используются различные методы – генеалогический, цитогенетический, биохимический, иммунологический, бактериологический, При использовании непрямых методов о состоянии плода судят по биохимическим изменениям в крови и моче беременной женщины, а также по результатам других предусмотренных в таких случаях методах.

Прямые методы – непосредственное исследование состояния плода. Это:

А. Неинвазивные методы – это методы обследования плода без оперативного вмешательства. УЗИ диагностика проводится на разных сроках беременности (10-13, 20-22, 30-32). Этот метод позволяет выявлять грубые пороки развития (дефекты рук, ног, головы, сердца). Для установления нарушения развития сердечнососудистой системы применяют электрокардиографию плода.

Б. Инвазивные методы, когда диагностика проводится на материале плода, полученном одним из известных оперативных способов.

- биопсия хориона (трансвагинальная или трансабдоминальная, которая более безопасна) для последующего кариотипирования. Биопсия хориона проводится при сроке беременности 8-10 недель. Хорион, являясь одной из оболочек плода, имеет в своих клетках такой же набор генов и хромосом, как и плод. Клетки изучают цитологическим методом. Биопсия хориона применяется для диагностики хромосомных болезней.

- плацентоцентез – проводится после 12 недели.

- амниоцентез – проводится при сроке беременности 18-20 неделя. Амниоцентез, это прокол плодного пузыря с целью получения околоплодных вод (амниотической жидкости) и их исследование. Получают около 15 мл околоплодных вод, в которых содержатся слущивающиеся клетки плода. Их изучают цитологическим методом, а продукты функциональной активности генов (белки) изучают биохимическим методом. Амниоцентезом диагностируются генные и хромосомные болезни.

- кордоцентез – проводится при сроке беременности 20-22 неделя. Из пуповины берут кровь и исследуют её цитогенетическим и биохимическим методом.

- фетоскопия – после 10 недель беременности. В полость матки вводят оптический прибор и визуально обследуют плод.

В настоящее время все чаще используют маркерные эмбриональные белки

Они находятся в сыворотке крови матери и только в эмбриональный период. Это альфафетопротеин (АФП) и хорионический гонадотропин (ХГТ).

АФП (α–фетопротеин) – этот белок вырабатывается печенью плода на 16-18 неделе. Если возникают врожденные дефекты нервной трубки, почек, брюшной стенки, то концентрация АФП в сыворотке крови беременных существенно выше нормы. А в крови женщины, вынашивающей дауника, концентрация АФП снижена.

ХГЧ (хорионический гонадотропин человека) образуется в ткани хориона сразу после имплантации эмбриона в стенку матки. Концентрация ХГЧ достигает максимума на 8-10 неделе беременности, а потом снижается. В то же время у 68% женщин, вынашивающих плод с хромосомной болезнью, этот показатель остается повышенным до рождения ребенка.

В крови женщины, вынашивающей дауника, уровень хорионического гонадотропина повышен.

ЛЕКЦИЯ 13Индивидуальное развитие. Эмбриогенез.

1. Индивидуальное развитие (онтогенез), периодизация онтогенеза.

Все организмы имеют определенный жизненный цикл. Для организмов развивающихся половым путем он начинается с момента появления зиготы и заканчивается естественной гибелью организма.

Совокупность процессов, которые происходят в течение жизненного цикла организмов, определяют как индивидуальное развитие или онтогенез.

Онтогенез включает 3 периода:

Предэмбриональный или гаметогенез.

Эмбриональный (антенатальный) – от зиготы до родов.

Постэмбриональный (постнатальный) от родов до смерти организма.

2. Жизненные циклы организмов. Развитие личиночное и прямое.

Развитие организмов бывает прямое и непрямое с превращением.

Непрямое развитие происходит через личиночную стадию. У личинки формируются определенные зародышевые или провизорные органы, которые обеспечивают жизнедеятельность организма на данной стадии развития.

У высших позвоночных развитие прямое, но во время эмбрионального развития также формируются провизорные органы. У млекопитающих это зародышевые оболочки (амнион, хорион, аллантоис) и желточный мешок.

3. Предэмбриональный период (предзародышевый, прогенез). Стадии гамето­генеза. Изменения в овогенезе, связанные с ранним развитием заро­дыша (амплификация генов, ооплазматическая сегрегация, накопление питательных веществ).

Предэмбриональный период или гаметогенез включает несколько стадий: обособления, размножения, роста, созревания, формирования (последнее только у сперматозоидов).

Во время овогенеза происходят важнейшие события, которые необходимы для развития будущего организма.

1 событие. При овогенезе происходит амплификация генов рРНК или увеличение числа копий генов отвечающих за рРНК. Этот процесс происходит в профазу мейоза 1. Копий генов рРНК может быть до миллиона.

Затем эти копии отделяются от хромосом, свободно плавают в кариоплазме, вокруг них образуются ядрышки, а в ядрышках синтезируются субъединицы рибосом, которые поступают в цитоплазму. Таким образом, в яйцеклетке заранее резко увеличивается количество рибосом. Это позволит в раннем периоде эмбриогенеза быстро синтезировать белки.

2 событие. При овогенезе в профазу мейоза 1 синтезируются различные виды мРНК. Процессы транскрипции идут на деспирализованных участках хромосом. Хромосомы на стадии профазы мейоза 1 называют – хромосомы типа ламповых щеток.

3 событие. В яйцеклетке накапливаются питательные вещества в виде желтка.

4 событие. Для яйцеклетки характерна ооплазматическая сегрегация, то есть распределение веществ по цитоплазме яйцеклетки, что приводит к химической неоднородности цитоплазмы. Так, почти вся аскорбиновая кислота находится в центре клетки, а на анимальном полюсе накапливается рРНК. Предполагают, что это необходимо для ранней дифференцировки клеток.

5 событие. Половые клетки это особые клетки организма, так как они обладают тотипотентностью, то есть равнонаследственностью. Только половые клетки, а также бластомеры у человека, на стадии 2х бластомеров дают начало всем типам клеток. Например, опыты по разделению, сращиванию или перемешиванию бластомеров на стадии дробления показали, что у видов с радиальным типом дробления бластомеры нескольких поколений, если их изолировать и поместить в подходящие условия, проявляют тотипотентность, т.е. развиваются в полноценный организм. За равнонаследственность и тотипотентность клеток зародышей человека до стадии 2-4 бластомеров говорят случаи рождения двух, трех, четырех однояйцевых близнецов.

4. Эмбриональный период развития, периодизация.

Эмбриональный период онтогенеза включает несколько стадий:

1. Стадия оплодотворения. 2. Стадия зиготы. 3. Стадия дробления (образование 1слойного зародыша)

4. Стадия гаструляции (образование двух-, и трехслойного зародыша).

5. Стадия гисто - и органогенеза, или морфогенеза (образования тканей и органов).

5. Оплодотворение и образование зиготы.

Оплодотворение – это процесс слияния яйцеклетки и сперматозоида, с образованием диплоидной зиготы, из которой развивается диплоидный организм. В этом процессе условно выделяют 3 стадии:

1 стадия – сближения гамет. В этом важную роль играют вещества, которые выделяются яйцеклеткой и сперматозоидом. Они называются – гамоны (гормоны гамет, соответственно гиногамоны и андрогамоны). Кроме того, выделяют ряд неспецифических факторов, повышающих вероятность встречи и взаимодействия сперматозоида с яйцеклеткой. К ним относятся:

скоординированность наступления готовности к оплодотворению у самца и самки,

поведение самцов и самок, обеспечивающее совокупление и осеменение,

наличие совокупительных органов, обеспечивающих внутреннее осеменение,

избыточная продукция сперматозоидов и их подвижность,

крупные размеры яйцеклетки и её неподвижность.

У млекопитающих большое значение имеет пребывание сперматозоидов в половых путях самки, в результате чего мужские гаметы активизируются.

2 стадия – активации гамет, наступает после их контакта. Активация сперматозоида называется акросомная реакция. Активация яйцеклетки – кортикальная реакция.

Суть акросомной реакции: у сперматозоида в области акросомы изменяется проницаемость плазматической мембраны, и из акросомы выделяются ферменты – сперматолизины. Эти ферменты расслабляют связи между фолликулярными клетками, которые окружают яйцеклетку. Сперматозоид проходит через слой фолликулярных клеток, затем разрушается зона пеллюцида и сперматозоид попадает внутрь яйцеклетки.

Суть кортикальной реакции заключается в сложных структурных и физико-химических изменениях. Благодаря тому, что участок мембраны сперматозоида проницаем для ионов натрия, последние начинают поступать внутрь яйца, изменяя мембранный потенциал клетки. Затем в виде волны, распространяющейся из точки соприкосновения гамет, происходит увеличение содержания ионов Са²⁺, они выходят из депо – ЭПС. В яйцеклетке запускаются биохимические процессы, ведущие к затвердеванию желточной оболочки. Так образуется оболочка оплодотворения (характерно для морского ежа).

Одним из значений кортикальной реакции является предотвращение полиспермии, т.е. проникновения в яйцеклетку более одного сперматозоида. У млекопитающих кортикальная реакция не вызывает образования оболочки оплодотворения, но она также предотвращает полиспермию. У человека сперматозоид связывается с яйцеклеткой в том участке, где на блестящей оболочке имеется рецептор. После этого взаимодействия остальные рецепторы блокируются, и прикрепление сперматозоидов в других точках яйцеклетки становится невозможным.

Активация яйцеклетки завершается началом синтеза белка на трансляционном уровне, поскольку мРНК, тРНК, рибосомы и АТФ были запасены еще в овогенезе.

3 стадия – слияния гамет, или сингамия. При этом образуется общая плазматическая мембрана у сперматозоида и яйцеклетки. Ядро сперматозоида проникает в яйцеклетку, и теперь оно называется мужским пронуклеусом. В нем разрыхляется хроматин, происходит репликация ДНК. Женское ядро

(женский пронуклеус) испытывает те же события. Женский и мужской пронуклеусы сближаются и сливаются, образуя общее диплоидное ядро – синкарион. Это и есть момент окончательного слияния гамет – сингамия. Однако, у млекопитающих и человека слияния ядер не происходит, а сразу образуется метафазная пластинка.

6. Искусственное оплодотворение яйцеклетки животных и человека.

Искусственное оплодотворение яйцеклетки животных имеет важное научное значение для медицины, так как в процессе его изучения разрабатываются пути и механизмы лечения бесплодия у людей.

Искусственное оплодотворение применяется при различных формах бесплодия как мужского, так и женского, которое с трудом поддается лечению. Наиболее частыми причинами мужского бесплодия являются малое количество сперматозоидов или их низкая подвижность. Наиболее частыми причинами женского бесплодия являются непроходимость маточных труб или эндометрит (воспаление слизистой оболочки тела матки).

7. Общая характеристика дробления. Типы дробления, характерные для различных видов животных. Дробление и формирование бластулы у пла­центарных млекопитающих.

Стадия дробления. Это стадия образования однослойного зародыша – бластулы. Внутри бластулы находится полость – бластоцель.

Особенности дробления:

- клетки делятся митозом.

- накануне каждого деления происходит репликация ДНК.

- делящиеся клетки не растут.

Тип дробления зависит от типа яйцеклетки.

дробление
голобластическое (полное)	меробластическое (неполное)
полное равномерное дробление (ланцетник)	неполное дискоидальное дробление (птицы)
полное неравномерное дробление (амфибии)	поверхностное дробление (насекомые)

Полное равномерное дробление у ланцетника:

Первая борозда дробления проходит вертикально, образуется два бластомера. Вторая борозда также идет вертикально и образуется четыре бластомера. Третья борозда проходит горизонтально, образуется восемь бластомеров, а затем вертикальные и горизонтальные борозды чередуются. Спустя 12 циклов дробление становится асинхронным. На определенной стадии развития зародыш представляет собой комочек клеток, напоминающий ягоду ежевики (морула). Затем между клетками появляются промежутки, и образуется полость – бластоцель. У ланцетника в ходе дробления образуется бластула, которая называется целобластула, то есть однослойный шар.

Полное неравномерное дробление у амфибий:

У амфибий клетки умеренно телолецитальные. На анимальном полюсе клетки дробление идет быстрее, чем на вегетативном полюсе. В результате на анимальном полюсе клетки более мелкие – микромеры. На вегетативном полюсе клетки более крупные – макромеры. Бластула амфибий называется амфибластула. Бластоцель располагается на анимальном полюсе.

Особенности дробления у млекопитающих и человека:

Дробление полное неравномерное, с первых этапов асинхронное, на определенной стадии развития зародыш представляет собой морулу. Затем к периферии отделяются более крупные клетки, образуя трофобласт, а в центр более мелкие клетки образуя эмбриобласт. Бластула называется – бластоциста. Бластоцель имеет очень малые размеры. Трофобласт способствует внедрению зародыша в слизистую матки. Этот процесс называется имплантация. Эмбриобласт дает начало самому зародышу и некоторым провизорным органам.

8. Общая характеристика гаструляции. Особенности гаструляции у амфибий и птиц. Гаструляция у высших (плацентарных) млекопитающих.

Стадия гаструляции, или стадия образования двухслойного зародыша, а затем трехслойного зародыша. Зародыш на этой стадии называется – гаструла.

Способы образования двухслойного зародыша:

– Инвагинация (впячивание).

– Деляминация (расслоение).

– Иммиграция (вселение).

– Эпиболия (обрастание).

Инвагинация или впячивание. Этот способ характерен для ланцетника. В определенном участке клетки бластулы впячиваются в бластоцель, в результате образуется двухслойный зародыш. Наружный слой клеток называется - эктодерма, внутренний – энтодерма. Энтодерма ограничивает полость первичной кишки или гастроцель. Вход в эту полость называется первичный рот или бластопор. Бластопор окружен губами.

Деляминация или расслоение. Этот способ характерен для кишечнополостных животных, у которых бластула имеет вид морулы и бластоцель практически не выражена.

Иммиграция или вселение. Некоторые клетки бластулы внедряются в бластоцель, затем эти клетки интенсивно делятся. В результате за счет этих клеток образуется энтодерма.

Эпиболия (обрастание). Микромеры делятся и как бы наслаиваются на макромеры. За счет микромеров образуется эктодерма, за счет макромеров – энтодерма.

В чистом виде эти способы практически не встречаются, как правило, они сочетаются. У амфибий сочетается инвагинация и эпиболия. У птиц и млекопитающих сочетается деляминация и иммиграция.

Начиная с плоских червей, в эволюции появляется третий зародышевый листок – мезодерма.

Существует два способа образования мезодермы: телобластический энтероцельный.

Телобластический способ характерен для первичноротых животных. В области губ бластопора выделяются две клетки, которые делятся и образуют мезодерму.

Энтероцельный способ характерен для вторичноротых животных (хордовых). От энтодермы симметрично отделяются два участка клеток в форме карманов. Это мезодермальные карманы, их клетки делятся и дают начало мезодерме.

9. Общая характеристика гисто - и органогенеза.

Стадия гисто и органогенеза условно разделяется на два периода.

1 период. Период образования осевых органов у зародыша – нервной трубки и хорды. Поэтому этот период называется – период нейруляции, а зародыш на этой стадии называется – нейрула.

2 период. Характеризуется образованием остальных тканей и органов. На спинной стороне зародыша (дорсальной) по всей его длине от эктодермы отделяется участок клеток, который дает начало нервной пластинке. Затем края нервной пластинки приподнимаются, утолщаются, и образуется нервный желобок, который постепенно погружается под эктодерму. Затем края нервного желобка смыкаются, образуется нервная трубка с полостью внутри, полость называется – невроцель. У позвоночных животных передний отдел нервной трубки расширяется и дает начало головному мозгу, остальная часть – спинному мозгу. Одновременно под нервной трубкой закладывается хорда, она образуется из энтодермы и прилежащей мезодермы. Сначала мезодерма представляет собой однородную клеточную массу, но по мере развития происходит ее сегментация. Образуются структуры, которые называются – сомиты. В последствие они дают начало опорно-двигательному аппарату.

Производные зародышевых листков:

Эктодерма – эмаль зубов, нервная система и органы чувств, эпидермис кожи и ее придатки, эпителий передней и задней кишки.

Энтодерма – эпителий средней кишки, пищеварительные железы и дыхательная система.

Мезодерма – опорно-двигательный аппарат, мочеполовая система, кровеносная и лимфатическая система, вся соединительная ткань.

10. Характеристика провизорных органов. Провизор­ные органы высших млекопитающих.

Провизорные органы функционируют у зародыша и отсутствуют во взрослом состоянии. К ним относятся желточный мешок и так называемые зародышевые оболочки – амнион, хорион и аллантоис.

Желточный мешок. Желточный мешок выполняет ряд важнейших функций: питания, дыхания, выделения, кроветворения. Но, в связи с малым содержание желтка в яйцеклетке, существенной роли в питании зародыша не играет.

Амнион. В образовании амниона участвует амниотическая оболочка, которая ограничивает полость амниона, заполненную амниотической жидкостью, омывающей теперь зародыш со всех сторон. Благодаря этому зародыш развивается в водной среде, что предохраняет его от механических травмирующих воздействий и прилипания к оболочкам.

Аллантоис образуется как вырост задней кишки. Главная функция аллантоиса состоит в том, что он является зародышевым органом выделения. В нем скапливаются продукты распада, образующиеся в ходе обмена веществ в теле зародыша.

ЛЕКЦИЯ 14Механизмы эмбрионального развития на разных уровнях.