Оплодотворение — это процесс слияния половых клеток. Образующаяся в результате оплодотворения диплоидная клетка — зигота — представляет собой начальный этап развития нового организма.
Процесс оплодотворения складывается из трех последовательных фаз: а) сближения гамет; б) активации яйцеклетки; в) слияния гамет, или сингамии.
1. Сближение сперматозоида с яйцеклеткой обеспечивается совокупностью неспецифических факторов, повышающих вероятность их встречи и взаимодействия. К ним относят скоординированность наступления готовности к оплодотворению у самца и самки, поведение самцов и самок, обеспечивающее совокупление и осеменение, избыточную продукцию сперматозоидов, крупные размеры яйцеклетки, а также вырабатываемые яйцеклетками и сперматозоидами химические вещества, способствующие сближению и взаимодействию половых клеток. Эти вещества, называемые гамонами (гормоны гамет), с одной стороны, активируют движение сперматозоидов, а с другой — их склеивание. В особой структуре сперматозоида — акросоме —локализуются протеолитические ферменты. У млекопитающих большое значение имеет пребывание сперматозоидов в половых путях самки, в результате чего мужские половые клетки приобретают оплодотворяющую способность (капацитация), т.е. способность к акросомной реакции.
В момент контакта сперматозоида с оболочкой яйцеклетки происходит акросомная реакция, во время которой под действием протеолитических ферментов акросомы яйцевые оболочки растворяются. Далее плазматические мембраны яйцеклетки и сперматозоида сливаются и через образующийся вследствие этого цитоплазматический мостик цитоплазмы обеих гамет объединяются. Затем в цитоплазму яйца переходят ядро и центриоль сперматозоида, а мембрана сперматозоида встраивается в мембрану яйцеклетки. Хвостовая часть сперматозоида у большинства животных тоже входит в яйцо, но потом отделяется и рассасывается, не играя какой-либо роли в дальнейшем развитии.
2. В результате контакта сперматозоида с яйцеклеткой происходит ее активация. Она 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 кальция, вслед за чем также волной растворяются кортикальные гранулы. Выделяемые при этом специфические ферменты способствуют отслойке желточной оболочки; она затвердевает, это оболочка оплодотворения. Все описанные процессы представляют собой так называемую кортикальную реакцию. 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 суть ее та же.
У таких животных, как морской еж, костистые рыбы и земноводные, все изменения цитоплазмы сопровождаются видимыми морфологическими перестройками. Эти явления получили название расслоения или сегрегации плазмы. Значение ее для дальнейшего эмбрионального развития будет рассмотрено ниже.
Активация яйцеклетки завершается началом синтеза белка на трансляционном уровне, поскольку мРНК, тРНК, рибосомы и энергия были запасены еще в овогенезе. Активация яйцеклетки может начаться и протекать до конца без ядра сперматозоида и без ядра яйцеклетки, что доказано опытами по энуклеации зиготы.
3. Яйцеклетка в момент встречи со сперматозоидом обычно находится на одной из стадий мейоза, заблокированной с помощью специфического фактора. У большинства позвоночных этот блок осуществляется на стадии метафазы II; у многих беспозвоночных, а также у трех видов млекопитающих (лошади, собаки и лисицы) блок происходит на стадии диакинеза. В большинстве случаев блок мейоза снимается после активации яйцеклетки вследствие оплодотворения. В то время как в яйцеклетке завершается мейоз, ядро сперматозоида, проникшее в нее, видоизменяется. Оно принимает вид интерфазного, а затем профазного ядра. За это время удваивается ДНК и мужской пронуклеус получает количество наследственного материала, соответствующего п2с, т.е. содержит гаплоидный набор редуплицированных хромосом.
Ядро яйцеклетки, закончившее мейоз, превращается в женский пронуклеус, также приобретая п2с. Оба пронуклеуса проделывают сложные перемещения, затем сближаются и сливаются (синкарион), образуя общую метафазную пластинку. Это, собственно, и есть момент окончательного слияния гамет — сингамия. Первое митотическое деление зиготы приводит к образованию двух клеток зародыша (бластомеров) с набором хромосом 2n2c в каждом.
www.ronl.ru
Содержание
Введение…………………………………………………………………………...3
Список используемой литературы……………………………………………...17
Введение
Оплодотворение – сложный процесс взаимодействия половых клеток (спермия и яйцеклетки), в результате образуется качественно новая клетка – зигота, способная к реализации заложенной в ней генетической информации.
Самому оплодотворению предшествует выделение половых продуктов, их перемещение по половым путям самки, селекция наиболее полноценных половых клеток и морфофункциональная их перестройка, благодаря чему становится возможным взаимодействие генетических структур.
Спермий движется в результате сгибания и быстрого выпрямления его хвоста: в результате этих колебаний половые клетки отталкивается от окружающей среды. Кроме того, спермий благодаря выпукло-вогнутой поверхности головки поворачивается при этом вокруг своей оси.
Известно, что цервикальный секрет выполняет барьерные функции, т.е. пропускает лишь то, что способно двигаться прямолинейно и поступательно, остальное задерживается на прежнем уровне. В среднем спермий быка совершает до 9 ударов хвостом в 1 секунду и преодолевает в 1 минуту расстояние в 60-70 раз больше своей длины. Преодоление спермиями пути до верхушек рогов матки у некоторых животных ускоряется благодаря особенности коитуса к месту введения эякулята.
Сперма жеребца во время полового акта изливается во влагалище. Но кобылу следует расценивать как животное с маточным типом осеменения, т.к. сильно набухшая головка полового члена жеребца, плотно охваченная стенками влагалища действует по принципу поршня и проталкивает эякулят в матку.
Штопорообразная головка полового члена хряка попадает в шейку матки при половом акте и эякулят изливается непосредственно в матку.
У кобелей одновременная эрекция добавочного пещерного тела расположенного возле головки пениса, а также вестибулярных кавернозных тел вызывает ущемление полового члена и эякуляцию прямо в матку.
Продвижение спермиев по половой сфере самки объясняется следующими факторами: реотаксисом спермиев, динамикой полового акта, сокращениями матки, движением ресничек эпителия яйцепроводов, давлением брюшных стенок.
В яйцепроводе имеется сфинктер, который контролирует вхождение спермиев. Он определяет строго определенное число спермиев. Истмус яйцепровода является естественным резервуаром для спермиев, здесь происходит их адгезия к поверхности клеток мерцательного эпителия. Перед овуляцией этот блок снимается. Продвижение спермиев по яйцепроводу регулируется биологически активным веществом, содержащимся в фолликулярной жидкости – фертилизином; этим обеспечивается синхронное вхождение спермиев и ооцита в зону оплодотворения.
Когда время овуляции приближается, бахромка яйцепровода начинает плотно охватывать яичник, что повышает вероятность попадания ооцитов в яйцепроводы. После того, как произошел разрыв фолликула, ооцит вместе с окружающими его клетками лучистого венца улавливается бахромкой яйцепровода. Последняя покрыта мерцательным эпителием, что облегчает вхождение ооцита в ампулу. Под воздействием тока жидкости, создаваемого мерцательным эпителием яйцепровода, ооцит медленно продвигается в направлении к верхушке рога. Для достижения зоны оплодотворения требуется 4-6 часов. За это промежуток времени он полностью освобождается от фолликулярного эпителия и претерпевает морфологические функциональные изменения (созревание ооцита).
В 1651 г. У. Гарвей высказал свое историческое изречение: «Все новое – из яйца». Такое предположение стало основой теории «овистов». Однако спустя 16 лет (1677 г) студент Гамм и его учитель А.Г.Ливенгук открыли спермий и назвали его – animaculum «зверек». Появилась теория, что этот зверек после полового акта проникает в матку и там растет и развивается как самостоятельный организм. Последователей этой теории называли соответственно «анимакулистами».
В 1827 г. Русский ученый К.Бэр открыл яйцевую клетку, после чего одни выделили готовый организм в спермии, другие в яйцеклетке.
В 1876 г. Гертвиг и Фоль впервые наблюдали проникновение спермиев в яйцевую клетку морского ежа. Только после этого наука приблизилась к пониманию оплодотворения.
Во время оплодотворения происходят взаимная ассимиляция (взаимопоглощение) и диссимиляция (распадобление) яйца и спермия, в результате которых уже не существует ни яйца ни спермия, а образуется новая клетка – зигота
Процесс оплодотворения можно разделить на несколько стадий:
Исследования показали, что в моруле популяция бластомеров не однородная – часть крупные темные, часть мелкие светлые. На 5-6 сутки мелкие бластомеры распределяются по внутренней стенке прозрачной оболочки, тогда как крупные сосредотачиваются на одном из полюсов в виде компкатного образования. Образовавшаяся полость (бластоцеле) заполняется жидкостью. На данном этапе зигота носит название бластоцисты.
На 8-9 сутки бластоциста сильно увеличивается в объеме за счет аспирации жидкости из полости матки. В результате растяжения и под действием литических ферментов на 10-12 сутки (у свиней на 5-6 сутки) после оплодотворения разрушается. Высвобождение от яйцевых оболочек (вылупление) означает завершение стадии дробления зиготы и начало следующей стадии внутриутробного развития – эмбриональной (зародышевой)
Пока не найдется подходящий участок на слизистой оболочке, дробящаяся зигота медленно продвигается по рогу матки, после чего произойдет вылупление. В процессе внутриматочной миграции зигота может переместиться из одного рога в другой. У многоплодных животных (свинья), благодаря миграции, зиготы распределяются в обоих рогах на одинаковом расстоянии друг от друга.
Вслед за освобождением от яйцевыхоболочек бластоциста прекращает миграцию – происходит ее нидация (оседание на слизистой оболочке матки). У приматов трофобласт обладает сильно выраженной протеолитической активностью, вследствие чего на месте его контакта со слизистой оболочкой матки образуется углубление, в которое эмбрион «зарывается». Этот процесс принято называть «имплантацией»
Беременность (Graviditas) - физиологическое состояние женского организма в период плодоношения. Отсчет беременности идет с момента оплодотворения и заканчивается рождением зрелого плода.
По течению различают беременность :
-физиологическую, которая обусловлена изменениями и явлениями характерными для состояния организмов плода и матери данного вида животных;
-патологическую, когда она сопровождается нарушением характерных процессов.
Различают также беременность одноплодную (крс, лошади) и многоплодную (свиньи, собаки, кошки).
У одноплодных животных имеют место случаи рождения двоен, троен и большего числа плодов. В Болгарии одна корова с годовым удоем 3800 кг родила 6 телят, причем все они выжили. Существуют две причины рождения монозиготных (однояйцевых) двоен: согласно первой – после первого дробления зиготы на 2 бластомера, оба они расходятся; вторая теория – внутри бластоцисты формируются две клеточные массы.
-добавочная беременность или суперфетация считается нормальным явлением у норок, которые уже будучи беременными снова приходят в охоту. Причем в течение полового сезона это происходит несколько раз с интервалом 15-20 дней.
- латентная беременность проявляется у самок после плодотворного осеменения зародыши временно прекращают свое развитие. Например, у самки соболя эмбрион развивается всего 50-60 дней, как обычно у плотоядных, а остальные 6-8 месяцев находится в матке в латентном состоянии. Поэтому продолжительность беременности у них в среднем 250-260 дней. Это явление наблюдается и у бурых медведей. Объясняется же латентная беременность выбором более благоприятного периода для оплодотворения – развития плода и выбора времени рождения потомства.
Беременность может быть также истинная и ложная.
Истинная характеризуется развитием зародышей и плодов в матке.
Ложная – сопровождается осторожным поведением, увеличением пакетов молочной железы, изменением конфигурации живота. По истечении соответствующего срока самка готовит гнездо. Вскоре после этого начинается секреция молока и появляется материнский инстинкт: сука охотно подпускает к соскам других щенков, позволяет сцеживать молоко, переносит в гнездо предметы, отдаленно напоминающие щенков. Через 5-8 суток эти поведенческие реакции исчезают, а спустя 2-3 недели прекращается секреция молока.
2.1 Течение беременности
В самой доступной классификации различают следующие периоды беременности:
1-й – зиготный или сегментации
2-ой – эмбриональный или органогенеза и плацентации
3-й – плодный или фетальный
За рубежом периоды беременности принято обозначать терминами: дробление, дифференциация, рост.
Первый период начинается с момента оплодотворения и завершается освобождением бластоцисты от яйцевых оболочек. Это происходит у коровы спустя 10 суток, овцы, свиньи – 6, кобылы – 8 суток. Вскоре после этого бластоциста прекращает внутриматочную миграцию. В эмбриональный период важнейшими событиями являются дифференцировка клеток эмбриобласта с формированием органов и тканей зародыша, закладка внезародышевых образований – плодных облочек.
Дифференцировка начинается с появления зародышевых слоев: эндодермы, мезодермы, эктодермы.
Эндодерма (внутренний слой, окружающий бластоцелле) дает начало пищеварительной системе и другим внутренним органам.
Из мезодермы (средний зародышевый слой) в процессе дальнейшей дифференцировки формируются скелетная мускулатура, кровеносная система, репродуктивные органы.
Эктодерма (наружный зародышевый слой) является первичной закладкой нервной системы, органов чувств, кожи, волосяного покрова, молочной железы.
2.2 Плодные оболочки
Вскоре после появления зародышевых слоев начинается формирование провизорных органов: желточного мешка, амниона, аллантоиса, хориона.
Желточный мешок образуется из клеток эмбриобласта. В нем сосредотачиваются питательные вещества (в виде эмбриотрофа) для развивающегося зародыша. С переходом на плацентарное питание желточный мешок начинает регрессировать.
Аллантоис (мочевая оболочка) образуется из первичного мочевого пузыря зародыша и содержит продукт деятельности почек – первичную мочу.
yaneuch.ru
Наиболее яркое выражение импринтинга у млекопитающих — это функциональная некомплементарность мужских и женских геномов. В начале 80-х годов в лаборатории английского эмбриогенетика М. Сурани (М. Surani) из Кэмбриджа в опытах на мышах разработал микротехнику, позволяющую производить удаление и трансплантацию пронуклеусов на уровне оплодотворенной яйцеклетки. После удаления мужского или женского пронуклеуса восстанавливали диплоидность путем подавления первого деления дробления цитохалазином (см. обзоры: Баранов, 1988; Solter, 1988). Развитие таких гиногенот и андрогенот останавливалось на самых ранних стадиях. Если гаплоидному андрогенетическому зародышу трансплантировать другой мужской пронуклеус, развитие шло только до стадии нейрулы.
Поразительные по красоте и убедительности опыты были произведены в той же лаборатории с искусственным получением триплоидов в оплодотворенной яйцеклетке, и затем с избирательным удалением либо женского, либо мужского дополнительного ядра. У готовой к оплодотворению яйцеклетки млекопитающих мейоз блокирован на одной из конечных стадий (у человека, к примеру, на стадии метафазы II), и образование второго полярного тельца (конечная стадия мейоза) происходит после начала проникновения спермия в ооплазму. При искусственном подавлении второго полярного тельца в момент оплодотворения получали триплоидные зиготы с тремя пронуклеусами, из которых два женских и один мужской. Затем диплоидный набор восстанавливали, удаляя либо один из женских, либо мужской пронуклеус. В первом случае развитие шло нормально, тогда как во втором случае (вариант гиногенеза) зародыш мог достигать периода органогенеза, но затем неминуемо погибал.
Эти и другие сходные опыты убедительно показали, что у млекопитающих нормальное развитие возможно только при сочетании мужского и женского геномов, и что эти геномы, имея один и тот же набор генов, эпигенетически различны. Существенно прикладное значение этих данных для понимания ряда аномалий в репродукции человека. Следует иметь в виду, что: а) триплоидия — самая частая геномная аномалия у человека; б) у человека при оплодотворении регулярно, с определенной частотой происходит естественный андрогенез; в) в основе злокачественного перерождения клеток трофобласта (хорионэпителиомы), лежат явления, связанные с эпигенетической наследственностью, геномным импринтингом.
Феномен импринтинга приводит к тому, что в клетках трофобласта преимущественно активен мужской геном. Поэтому партеногенетическое развитие останавливается прежде всего ввиду невозможности развития трофобласта. Выдвинута интересная гипотеза, что у женских особей млекопитающих риск хорионэпителиомы уменьшается вследствие инактивации в их ооцитах генов, необходимых для роста и развития трофобласта (Varmuza, Mann., 1992). Импринтинг — это как бы механизм защиты самок от собственных яйцеклеток, у которых таким образом блокируется партеногенез.
Первое деление оплодотворенной зиготы является и первым делением созревания, так что особых сигналов к началу развития нет. Партеногенез и разные варианты оплодотворения и развития встречаются у большинства групп животных. Чемпионом, видимо, является палочник рода Bacillus, у которого, как обсуждалось в разделе 2.2.3 (рис. 1) в естественных условиях встречаются пять вариантов стратегии размножения: обычное половое, гибридогенез, партеногенез, гиногенез и андрогенез.
Относительно нормальным вариантом бесполого размножения у человека можно рассматривать образование из одной зиготы двух и более близнецов (монозиготные близнецы). На пути других вариантов размножения у млекопитающих в процессе эволюции возникли барьеры. Но они не абсолютны. В последние 15–20 лет выяснилось, что у человека достаточно регулярно происходит андрогенез в двух его вариантах — диспермия и диандрия. Однако это приводит к аномалиям репродукции и развития в силу хромосомного и геномного импринтинга.
Среди аномалий кариотипа, приводящих к спонтанным абортам, триплоидия после трисомии и моносомии занимает третье место (Назаренко, 1993). Триплоидия — наиболее частая геномная аномалия. С нею связаны 1,2% всех клинически распознаваемых беременностей и около 6% всех спонтаных абортов в первом триместре беременности (Lindor, et al., 1992). По данным исследования С. А. Назаренко (1993), в Томской области среди 200 спонтанных абортусов было найдено 12 случаев триплоидии (6%) и 5 диплоидно-тетраплоидных абортусов. Анализ происхождения дополнительного хромосомного набора у триплоидов оказался совершенно неожиданным и непредсказуемым. Примерно у 80% триплоидов дополнительный набор хромосом имеет отцовское происхождение.
Результат развития резко различен в зависимости от источника дополнительного набора хромосом. Эмбриогенез, хотя и аномальный, происходит только у тех триплоидных продуктов оплодотворения, у которых находятся два материнских набора и один отцовский. В случаях же диспермии, когда дополнительный набор хромосом пришел от отца, зародыш не развивается, а происходит кистозное разрастание ворсинок хориона (производных трофобласта), называемое пузырным заносом (hydatidiform mole или «гидатидиформный моль»).
Цитогенетический анализ заносов принес новые неожиданности. Частота заносов довольно ощутима и в США составляет 1:500 родов, причем для женщин в возрасте старше 40 лет риск возрастает до 9% (Lindor, et al., 1992). Заносы по морфо-эмбриологическим критериям удалось разделить на две группы: частичные и полные. В первом случае гидрофобные разрастания захватывают лишь часть ворсинок. В случае же полных заносов не образуется низародыш, ни какие-либо эмбриональные ткани. Вместо них наблюдаются скопления наполненных жидкостью ворсинок хориона, напоминающие виноградные гроздья. Эти образования абортируются, однако отдельные клетки из них могут быть занесены кровотоком в другие ткани и органы и привести к злокачественному росту.
По данным С. А. Назаренко (1993), среди около 200 абортусовбыло найдено 4 случая полных и 8 частичных заносов, общая частота примерно 6%. Частичные заносы имеют обычно триплоидный кариотип с двумя разными отцовскими наборами (андрогенная триплоидия). Тогда как полные заносы имеют диплоидный набор хромосом, причем оба набора оказываются отцовскими по своему происхождению. То есть, налицо феномен регулярно происходящего естественного андрогенеза у человека! Здесь в полной мере проявляются феномен импринтинга и разные эпигенетические потенции мужского и женского геномов. Диплоидный андрогенез у человека, происходит двумя путями: 1) диспермия, когда зигота образуется при слиянии двух попавших в яйцеклетку спермиев — таковы около 25% всех полных заносов; 2) андрогения, в остальных 75% случаев, когда проникший в ядро мужской пронуклеус претерпевает дополнительное митотическое деление и затем оба митотических гаплоидных продукта сливаются, восстанавливая диплоидию, в итоге образуются так называемые «гомозиготные» заносы. Они имеют генотип либо 46, ХХ, либо 46,XY.
Ниже приведены обобщенные сведения о характере развития зиготы при разных вариантах оплодотворения. Эти данные ясно указывают на действие импринтинга и эпигенетическую некомплементарность женских и мужских геномов (Ben-Shetrit A., et al., 1995).
Анализ цитогенетики, а в будущем и молекулярной генетики, разных форм заноса в целях пренатальной диагностики очень важен. При полном заносе риск хорионэпителиомы чрезвычайно велик, при частичном заносе риск такой же, как в норме. Для установления дифференцированного диагноза и выбора правильной формы лечения С. А. Назаренко (1993) разработал схему комплексного обследования беременных женщин при подозрении на пузырный занос.
Открытие естественного андрогенеза у человека ставит перед медицинскими генетиками, специалистами в области репродукции человека и педиатрами ряд проблем, которые еще ждут своего решения на основе современных методов. Каков конкретный механизм нарушений развития при триплоидии и пузырных заносах? Какую роль играет изменение в соотношении Х-хромосом и аутосом и как происходит в этом случае процесс Х-хромосомной инактивации? Как проявляется хромосомный и генный импринтинг в случае частичных и полных заносов, какова роль генотипа в аномалиях воспроизведения?
Оплодотворение — это сложный многоступенчатый процесс, в который вовлечены гены, действующие уже на уровне гамет. Имеются косвенные данные о наличии наследственных факторов, которые передаются через отца функционируют в процессе оплодотворения в мужских гаметах и повышают вероятность диатермии и андрогении. На фенотипическом уровне это приводит к специфической аномалии воспроизведения, когда в некоторых родословных наблюдается прямое отцовское влияние на склонность к рождению близнецов с одновременным частичным бесплодием. В этих же родословных ожидается появление третьего типа близнецов: не моно- или дизиготных, а полуторазиготных; в то же время среди сибсов близнецов возможны первичные химеры (Голубовский, Голубовская, 1984; Голубовский, 1984, 1986).
| Вариант развития зиготы | Ткань трофобласта | Эмбрион | Особенности развития |
| Норма | Норма | Норма | Быстрый рост плаценты |
| Полный пузырный занос (диспермия и диандрия) | Гиперплазия | Отсутствует | Очень быстрый рост плаценты; риск хориокарциномы в 4000 раз выше нормы |
| Тератома яичника; диплоидный гиногенез | Отсутствует | Дезорганизация | Рост эмбриональных тканей разных типов |
| Частичный пузырный занос; андрогенная триплоидия | Гиперплазия | Рост замедлен, деформации | Плацента растет быстрее, чем в норме, но хориокарцинома не образуется |
| Триплоидия; два материнских генома | Рост замедлен | Рост замедлен, множественные аномалии | Раннее спонтанное абортирование |
www.ronl.ru
