55. Сперматогенез. Основные этапы. Изменения ядерного аппарата.

(греч. «сперма» — семя, «генезис» — рождение) — процесс развития мужских половых клеток — сперматозоидов из клеток зачаткового эпителия (сперматогенной ткани). Сперматогенез подразделяется на три фазы: размножение, рост, созревание, которые проходят в семенниках. I фаза — размножение — клетки диплоидной ткани зачаткового эпителия (2n4с) многократно делятся путем митоза, образуя диплоидные сперматоциты I порядка с однохроматидными хромосомами (2n2с). II фаза — рост сперматоцитов I порядка в процессе прохождения ими ин­терфазы, в результате чего происходит самоудвоение молекулы ДНК и построение второй хроматиды у хромосом, рост клеток — (2n4с). III фаза — созревание — сперматоциты I порядка делятся путем мейоза. При первом делении (мейоз I) из каждого сперматоцита I порядка образуются два сперматоцита II порядка (n2с), при втором делении (мейоз II) из них образуются сперматиды (nс). Они больше не делятся, а превращаются в сперматозоиды. При этом большая часть цитоплазмы, ЭПС, рибосомы, аппарат Гольджи отторгаются в остаточные безъядерные тельца, а ядро, митохондрия, диктиосома (акросома) формируют сперматозоид. Он состоит из головки, шейки и жгутика. Процесс сперматогенеза начинается в зародышевом периоде развития мужского организма и продолжается в детском возрасте (фаза размножения сперматогониев). По мере наступления половой зрелости часть сперматогониев вступает в фазу роста и созревания, образуя сперматозоиды, а остальные продолжают делиться путем митоза для последующего сперматогенеза. Весь процесс сперматогенеза у человека длится 70-80 дней, он прекращается по мере старения.

56. Основые этапы эмбрионального развития человека. Его отличия от других групп животных. Критические этапы. Эмбриогенеза человека.

Процесс внутриутробного развития зародыша человека продолжается в

среднем 280 суток.

Эмбриональное развитие человека можно разделить на 3 периода:

1) начальный (1-я неделя развития);

2) зародышевый (2-8-я недели развития);

3) плодный (с 9-й недели развития до рождения ребенка). В процессе эмбрионального развития человека сохраняются общие закономерности развития и стадии, характерные для позвоночных животных, но есть и особенности. Мейоз начинается после трех месяцев пренатального развития. В детстве

цитоплазма овоцита увеличивается в объеме, но ядро остается неизменным. Около 90% всех овоцитов дегенерирует к началу полового созревания. В первой половине каждого месяца лютеинизирующий гормон (LH) стимулирует мейоз, и он почти завершается (завершаются профаза, которая началась в эмбриональном периоде, метафаза I, анафаза I, телофаза I и в течение нескольких минут - профаза II и метафаза II). Затем мейоз снова останавливается. Овуляция индуцируется лютеинизирующим гормоном (Ш). Оплодотворение происходит в фаллопиевой трубе. После этого завершается второе мейотическое деление. Образуется ядерная мембрана, окружающая материнские и отцовские хромосомы. Спустя несколько часов два "пронуклеуса" сливаются и начинается первое деление дробления. Оплодотворение яйцеклетки происходит в яйцеводах. Путь яйцеклетки до матки занимает около 4 дней. За это время происходит полное неравномерное дробление и образовавшийся зародыш напоминает тутовую ягоду. Эта стадия называется морулой. Дробление продолжается. Получившиеся в результате дробления клетки называют бластомерами. Они располагаются по периферии, образуя стенку вокруг центральной полости - бластоцеля, наполненного жидкостью из яйцевода. Наружный слой бластомеров, называемый трофобластом, в одном участке

дифференцируется, образуя внутреннюю клеточную массу (эмбриобласт), из

которой разовьется зародыш. Эта стадия развития, появляющаяся спустя 4-5 дней

после овуляции, называется бластоцистой (рис. 107).

В течение 2-3 дней бластоциста находится в полости матки в свободном

состоянии, а затем имплантируется в стенку матки. Это первый критический период

развития зародыша. Имплантация происходит через неделю после оплодотворения.

Гаструляция осуществляется в ходе имплантации путем деляминации (рис 107, 109)

Клетки трофобласта дифференцируются на два слоя. Из клеток наружного

слоя образуются ворсинки трофобласта, врастающие в эндометрий. Трофобласт

принимает участие в образовании плаценты.

Наружные клетки бластоцисты, из которых состоит трофобласт, растут,

развиваются, образуя наружную оболочку, называемую хорионом. Хорион играет

важную роль в питании развивающегося зародыша и удалении ненужных продуктов

обмена.

Во внутренней клеточной массе появляются две полости: клетки,

выстилающие эти полости, дают начало двум оболочкам - амниону и желточному

мешку. Амнион - тонкая оболочка, которая покрывает и несет защитные функции,

его клетки выделяют амниотическую жидкость, заполняющую амниотическую

полость, расположенную между амнионом и зародышем. По мере роста зародыша

амнион расширяется, так что он всегда бывает прижат к матке. Амниотическая

жидкость поддерживает зародыша и защищает его от механических повреждений.

Желточный мешок закладывается на ранних стадиях эмбриогенеза,

выполняет функции питания, дыхания, кроветворения, но не развивается и

постепенно редуцируется. В стенке желточного мешка формируются первичные

половые клетки, затем мигрирующие в зачатки половых желез. Остатки желточного

мешка обнаруживаются в пупочном канатике.

Клетки, составляющие внутреннюю клеточную массу и желточный мешок,

образуют зародышевый диск. Клетки диска на ранней стадии дифференцируются на

эктодерму и энтодерму, и на более поздней стадии образуется мезодерма, а затем

происходит формирование тканей и органов.

Обмен веществ между зародышем и материнским организмом на ранних

стадиях происходит через выросты трофобласта, но в дальнейшем из задней кишки

зародыша образуется оболочка, называемая аллантоисом. Аллантоис растет в

наружном направлении до тех пор, пока не соприкоснется с хорионом и не образует

богатый кровеносными сосудами хориоаллантоис, участвующий в формировании

плаценты. Функцию наружной зародышевой оболочки выполняет хорион, или

ворсинчатая оболочка, имеющая на поверхности большое число выростов,

ворсинок. Ворсинки хориона врастают в слизистую матки. Место наибольшего

разветвления ворсинок хориона и наиболее тесного контакта их со слизистой

оболочкой матки называют плацентой (детским местом).

Плацента - временный орган, имеющийся только у плацентарных. Этот орган

состоит из клеток плода и матери. Часть плаценты, происходящая из плода,

представлена ворсинками хориона. Материнская часть плаценты состоит из

выростов поверхностных слоев эндометрия. Образование плаценты является

вторым критическим периодом развития зародыша. Связь тела зародыша с плацентой осуществляется через пуповину иди

пупочный канатик, содержащий кровеносные сосуды. Сосуды образуются в

аллантоисе, идут от плода к стенке матки, находясь в пуповине - плотном тяже 40 см

длиной, покрытом клетками, происходящими из амниона и хориона.

Основные функции плаценты - трофическая, экскреторная, эндокринная,

защитная.

Кровь матери и плода не смешивается. Между ними существует плацентарный

барьер, состоящий из определенных тканей плода. Питательные вещества и

кислород, растворенные в материнской крови, диффундируют через плацентарный

барьер в кровь плода, обеспечивая жизнь и рост плода до его рождения. Конечные

продукты обмена веществ плода проходят через плацентарный барьер в кровь

матери и выводятся выделительной системой матери.

Через плацентарный барьер проникают антитела, гормоны, лекарства,

наркотики, яды и другие вещества.

При родах плод некоторое время сохраняет связь с плацентой через пуповину. В момент рождения ребенка акушер перевязывает пуповину. После

изгнания плода отторгается и рождается плацента. Роды являются третьим,

критическим периодом в развитии организма. К концу зародышевого периода заканчивается закладка основных

эмбриональных зачатков тканей и органов, и зародыш приобретает основные черты,

характерные для человека.

К 9-й неделе развития (начало 3-го месяца) длина зародыша достигает 40 мм,

а масса около 5 г.

С начала 3-го месяца беременности человеческий зародыш называют плодом.

На 12-й неделе беременности у плода сформированы все основные органы, и

остальное время занимает рост.

Развитие организма - это сложный комплекс процессов, таких как деление

клеток, их миграция, взаимодействие, генная регуляция и дифференцировка.

На всех стадиях онтогенеза организм представляет собой единую целостную

систему, все части которой находятся во взаимозависимости. В процессе

эмбриогенеза одни части зародыша влияют на характер развития других. Части

зародыша, направляющие развитие связанных с ними структур, называют

индукторами, а процесс влияния одних частей зародыша на характер развития

других - эмбриональной индукцией. Большое влияние на развитие зародыша

оказывает среда, в которой формируется организм.

Как итог - ранние стадии развития человека имеют ряд особенностей: 1. Асинхронный тип полного неравномерного дробления с образованием “темных" и “светлых” бластомеров; 2. Интерстициальный тип имплантации. 3. Наличие двух фаз гаструляции - деляминации и иммиграции, между которыми бурно развиваются внезародышевые органы; 4. Раннее обособление и формирование внезародышевых органов; 5. Раннее образование амниотического пузырька без амниотических складок; 6. Сильное развитие амниона, хориона и слабое-желточного метка и аллантоиса. Выделяют несколько критических периодов развития. Такими наиболее опасными периодами являются:

1) время развития половых клеток - овогенез и сперматогенез;

2) момент слияния половых клеток - оплодотворение;

3) имплантация зародыша (4-8-е сутки эмбриогенеза); 4) формирование зачатков осевых органов (головного и спинного мозга, позвоночного столба, первичной кишки) и формирование плаценты (3-8-я неделя развития); 57.Влияние факторов среды на ход эмбриогенеза.

Тератогенные факторы в эмбриологии.

Тератогены действуют в течение определенных критических периодов. Для

любого органа наиболее критическим периодом является время его роста и

образования специфических структур. Разные органы имеют различные критические

периоды. Сердце формируется между 3-й и 4-й неделями. Мозг и скелет

чувствительны к вредным воздействиям постоянно, начиная с 3-й недели после

зачатия до конца беременности.

Существует очень много тератогенов. Одни факторы вызывают генные

мутации. Ионизирующая радиация, лекарственные препараты приводят к разрыву

хромосом и изменению структуры ДНК. Врожденные уродства, такие как

ахондропластическая карликовость (вызываемая аутосомным доминантным геном,

отвечающим за развитие укороченных конечностей при нормальном туловище), это

пример генной мутации, наследуемой по законам Менделя. Другие врожденные

заболевания обусловлены наличием лишних хромосом. Например, синдром

Клайнфельтера (наличие лишней Х - хромосомы у мужчин, приводящей к

недоразвитию семенников, стерильности и небольшой задержке умственного

развития).

К тератогенам можно отнести некоторые вирусы. У женщин, перенесших

краснуху в первой трети беременности, в каждом из шести случаев рождались дети

с катарактой, пороками сердца и глухотой. Чем раньше вирус краснухи поражает

беременную женщину, тем больше риск, что пострадает зародыш.

Тератогенным действием обладают простейшие из класса Споровиков -

токсоплазма гонди. Если мать больна токсоплазмозом, то через плаценту

токсоплазмы могут проникнуть в зародыш и вызвать поражения мозга и глаз. Многие

лекарства способны вызывать уродства. Например, хинин может вызывать глухоту.

Очень слабый транквилизатор талидомид широко применялся в 60-х годах. Он

способен вызывать уродства, при которых длинные кости конечностей либо

отсутствуют, либо резко деформированы, в результате чего образовывались

конечности, напоминающие плавники тюленя. У женщин, принимавших талидомид,

родилось свыше 7000 уродливых детей. Талидомид способствовал

развитию пороков сердца, отсутствию ушных раковин, появлению

деформированного кишечника. Пестициды и органические вещества, содержащие ртуть, вызывают нарушения неврологического характера и аномалии в поведении у детей, матери

которых во время беременности ели пищу, содержащую эти вещества. Большое влияние на развивающийся эмбрион оказывает здоровье матери.

Одной из причин врожденных пороков можно считать гипоксию. Гипоксия в

период органогенеза тормозит плацентацию, развитие зародыша и в ряде случаев

приводит к развитию врожденных пороков и гибели плода.

Неполноценное питание матери, дефицит микроэлементов, например, цинка,

приводит к развитию пороков ЦНС, гидроцефалии, микроанофтальмии,

искривлению позвоночника, порокам сердца и др.

Эндокринные заболевания у беременной женщины нередко приводят к

самопроизвольным абортам или нарушениям морфологической и функциональной

дифференциации органов плода, определяющим высокую раннюю детскую

смертность. Тератогенный эффект доказан для сахарного диабета. Наиболее четкая зависимость возраста матери прослеживается в случае

рождения детей с трисомиями по 13-й, 18-й, 21-й парам. В возрасте 35-39 лет 1

случай на 185, в возрасте 40-44 - 1 случай на 63, а в возрасте старше 45 лет - 1

случай на 24.

Установлено, что появление у плода расщелин губ, неба, ахондроплазии

зависит от возраста отца. 58. Сравнительная характеристика генома эу- и прокариот. Геном современных прокариотических клеток характеризуется относительно небольшими размерами. У кишечной палочки (Е. coli) он представлен кольцевой молекулой ДНК длиной около 1 мм, которая содержит 4·106 пар нуклеотидов, образующих около 4000 генов. Основная масса ДНК прокариот (около 95%) активно транскрибируется в каждый данный момент времени. Как было сказано выше, геном прокариотической клетки организован в виде нуклеоида — комплекса ДНК с негистоновыми белками У эукариот объем наследственного материала значительно больше. У дрожжей он составляет 2,3 · 10^7 п.н., у человека общая длина ДНК в диплоидном хромосомном наборе клеток — около 174 см. Его геном содержит 3·10^9 п.н. и включает по последним данным 30—40 тыс. генов.У некоторых амфибий и растений геном характеризуется еще большими размерами, достигающими 10^10 и 10^11 п. н. В отличие от прокариот в эукариотических клетках одновременно активно транскрибируется от 1 до 10% ДНК. Состав транскрибируемых последовательностей и их количество зависят от типа клетки и стадии онтогенеза. Значительная часть нуклеотидных последовательностей у эукариот не транскрибируется вообще — молчащая ДНК.

Большой объем наследственного материала эукариот объясняется существованием в нем помимо уникальных также умеренно и высоко повторяющихся последовательностей. Так, около 10% генома мыши составляют тандемно расположенные (друг за другом) короткие нуклеотидные последовательности, повторенные до 106 раз. Эти высоко повторяющиеся последовательности ДНК располагаются в основном в гетерохроматине, окружающем центромерные участки. Они не транскрибируются. Около 20% генома мыши образовано умеренными повторами, встречающимися с частотой 103—105 раз. Такие повторы распределены по всему геному и транскрибируются в РНК. К ним относятся гены, контролирующие синтез гистонов, тРНК, рРНК и некоторые другие. Остальные 70% генома мыши представлены уникальными нуклеотидными последовательностями. У растений и амфибий на долю умеренно и высоко повторяющихся последовательностей приходится до 60% генома.Избыточность генома эукариот объясняется также экзон-интронной организацией большинства эукариотических генов, при которой значительная часть транскрибированной РНК удаляется в ходе следующего за синтезом процессинга и не используется для кодирования аминокислотных последовательностей белков

В настоящее время окончательно не выяснены функции молчащей ДНК, которая составляет значительную часть генома, реплицируется, но не транскрибируется. Высказывают предположения об определенном значении такой ДНК в обеспечении структурной организации хроматина (см. разд. 3.5.2.2). Некоторая часть нетранскрибируемых нуклеотидных последовательностей, очевидно, участвует в регуляции экспрессии генов

Характеризуя наследственный материал прокариотической клетки в целом, необходимо отметить, что он заключен не только в нуклеоиде, но также присутствует в цитоплазме в виде небольших кольцевых фрагментов ДНК — плазмид.

Плазмиды — это широко распространенные в живых клетках внехромосомные генетические элементы, способные существовать и размножаться в клетке автономно от геномной ДНК. Описаны плазмиды, которые реплицируются не автономно, а только в составе геномной ДНК, в которую они включаются в определенных участках. В этом случае их называют эписомами.В прокариотических (бактериальных) клетках обнаружены плазмиды, которые несут наследственный материал, определяющий такие свойства, как способность бактерий к конъюгации, а также их устойчивость к некоторым лекарственным веществам.

В эукариотических клетках внехромосомная ДНК представлена генетическим аппаратом органелл — митохондрий и пластид, а также нуклеотидными последовательностями, не являющимися жизненно необходимыми для клетки (вирусоподобными частицами). Наследственный материал органелл находится в их матриксе в виде нескольких копий кольцевых молекул ДНК, не связанных с гистонами. В митохондриях, например содержится от 2 до 10 копий мтДНК.Внехромосомная ДНК составляет лишь небольшую часть наследственного материала эукариотической клетки. Например, мтДНК человека содержит 16569 п.н. и на её долю приходится менее 1% всей клеточной ДНК.В отличие от хромосомной ДНК, мтДНК характеризуется высокой «плотностью генов». В них нет интронов, а межгенные промежутки невелики. В кольцевой мтДНК человека содержится 13 генов, кодирующих белки (3 субъединицы цитохром С-оксидазы, 6 компонентов АТФазы и др.) и 22 гена тРНК. Значительная часть белков митохондрий и пластид синтезируется в цитоплазме под контролем геномной ДНК.Если большинство ядерных генов представлены в клетках организма в двойной дозе (аллельные гены), то митохондриальные гены представлены многими тысячами копий па клетку.Для генома митохондрий характерны межиндивидуальные различия, но в клетках одного индивида, как правило, мтДНК идентична. Совокупность генов, расположенных в цитоплазматических молекулах ДНК, называют плазмоном. Он определяет особый тип наследования признаков — цитоплазматическое наследование. .