Оплодотворение и дробление

1.

Оплодотворение – это процесс слияния
половых клеток
Для
некоторых
пиявок
характерно
сложное
осеменение:
сперматозоиды
прикрепляются к гиподерме
тела на спинной стороне, затем
проникают между клетками
гиподермы в полость тела и в
матку сквозь ее стенки.
Внутреннее
Самооплодотворение
Наружнее

2.

Схематическое изображение процесса оплодотворения (В.Г.Елисеев, 1983)
1 – цитоплазма яйцеклетки; 2 – ядро яйцеклетки; 3 – блестящая оболочка; 4 –
фолликулярный эпителий; 5 – головка сперматозоида; 6 – шейка сперматозоида; 7 – хвост
сперматозоида; 8 – воспринимающий бугорок; 9 – оболочка оплодотворения; 10 – женский
пронуклеус; 11 – мужской пронуклеус; 12 – веретено между центриолями; 13 – синкарион

3.

1 фаза – СБЛИЖЕНИЕ
Сперматозоиды двигаются благодаря:
- Хемотаксису (pH=7-7,5 – быстро перемещаются по направлению к
яйцеклеткам, а рН=5,8-6,5 парализует их);
- Гамонам (М. Гартман, 1940),
веществам яйцеклеток, возбуждающе
влияющим на активность сперматозоидов, они видоспецифичны;
- Реотаксису, т.е. способности двигаться против тока жидкости,
направленного из яйцевода;
- Перистальтике маточных труб;
- Мерцательному движению ресничек эпителия маточных труб.
- Разность потенциалов между
электрозарядностью
семенной
жидкости (+) и яйцеклетки (-).
Сперматозоид млекопитающего:
А – общий вид; Б – в возбужденном состоянии:
1 – акросома; 2 – ядро; 3–4 – центриоли;
5 – митохондриальная спираль;
6 – осевая нить (цитоскелет шейки и хвоста)

4.

2 фаза – ПРОНИКНОВЕНИЕ
У млекопитающих в яйцеклетку проникает лишь один сперматозоид моноспермия. У беспозвоночных животных, рыб, амфибий, рептилий и птиц
возможна полиспермия (проникает несколько сперматозоидов), но в слиянии
ядер (оплодотворении) принимает участие только один.
Полиспермия
Физиологическая
Патологическая
При патологической в яйцо проникают «лишние» спермии, возникают
уродства и ранняя гибель зародыша («лишние» центросомы образуют
«лишние» центры дробления и идет «уродливое» дробление).

5.

Взаимодействию гамет предшествует «узнавание» и акросомная реакция.
«Узнавание» происходит по принципу «ключ-замок» (фертилизинантифертилизин). Ферменты, выделяемые из акросом разрушают лучистый
венец, расщепляют гликозаминогликаны вторичной (блестящей) оболочки
яйцеклетки (трипсин – разрушает фолликулярные клетки и блестящую
облочку, гиалуронидаза – разжижает вещества склеивающие клетки
лучистого венца и способствует проникновению сквозь него).
Акросомная реакция сперматозоида
А-В – слияние наружной мембраны акросомы и мембраны сперматозоида;
Г-Д – полимеризация актина и образование акросомного выроста.
Излияние содержимого акросомного пузырька 1 – мембрана акросомы; 2 - мембрана
сперматозоида; 3 – глобулярный актин; 4 – ферменты акросомы;; 5 – байндин;
6 – вырост акросомы; 7 – актиновые микрофиламенты; 8 – ядро сперматозоида.

6.

В цитоплазму яйцеклетки проникает головка, шейка и часть хвостового отдела
(митохондриальное влагалище). Проникновение сперматозоида значительно
усиливает процессы внутриклеточного обмена, что связано с повышением
дыхания и активизацией ферментативных систем яйцеклетки.
Успех определяется условиями
жидкой среды (особенно при
наружном
оплодотворении).
Реакция среды должна быть
слабо щелочной. Непременное
условие – наличие солей NaCl,
KCl,
CaCl2,
MgCl2
и
гидроксильных ионов.
После проникновения спермия
через студенистую оболочку
начинаются
изменения
поверхностных слоев яйца –
кортикальная реакция (распад
кортикальных
гранул,
их
содержимое
сливается
с
желточной
оболочкой
с
образованием
оболочки
оплодотворения ).

7.

Медленный блок
Сутью этой реакции является зкзоцитоз содержимого кортикальных гранул, которое
оказывается между мембраной яйцеклетки и ее первичной оболочкой. Реакция
запускается с увеличением концентрации Са+2 в ооплазме (запасы в ЭПС). Механизм
кортикальной реакции сходен с таковым акросомальной реакции и происходит в
течение 1-2 минут после проникновения.
Содержимое кортикальных гранул включает ферменты, растворяющие белки,
которые соединяют вителиновую оболочку с мембраной, и мукополисахариды,
создающие осмотический градиент а, следовательно, привлекающие воду.
В результате первичная оболочка с оставшимися на ней сперматозоидами отделяется от
мембраны яйцеклетки. Вместе со слоем мукополисахаридов она образует оболочку
оплодотворения.
У
морского
ежа,
наблюдается
изменение
байндин-рецепторов
и
выделение
гиалина,
одевающего
яйцеклетку
сплошным
слоем.
У млекопитающих не наблюдается
образования оболочки оплодотворения,
однако выделение ферментов из
кортикальных гранул приводит к
изменению
ZРЗ-рецепторов
и
отсоединению от них сперматозоидов. Кортикальная реакция и
Это явление называется реакцией образование оболочки
оплодотворения
прозрачной оболочки.

8.

Быстрый блок (ББ описан у морских ежей и у амфибий)
Сразу после того, как первый сперматозоид вступает в контакт с яйцом, путем
изменения электрического потенциала мембраны (К+-Nа+-насос), в течение 0,1 секунды
мембрана яйцеклетки деполяризуется (величина потенциала становится равной
значению от -10 до +20 мВ, в норме U≈-70 мВ). Через 1 минуту величина потенциала
возвращается к исходному значению. Спермии способны сливаться только с
мембранами, обладающими потенциалом покоя,
У млекопитающих ББ, по-видимому, нет, так как он не играет существенной роли
из-за малого числа сперматозоидов, достигающих места оплодотворения. У рептилий и
птиц (яйца богаты желтком, в яйцеклетку проникает несколько сперматозоидов, но все
они, кроме одного разрушаются. Факторы разрушения сперматозоидов пока остаются
неизвестными.
Деполяризация мембраны яйцеклетки

9.

3 фаза – СИНКАРИОН
Образуются ♂ и ♀ пронуклеусы с последующим их слиянием. У многих
видов животных ядра ♂ и ♀ клеток во время сближения переходят в состояние
метафазы, затем их хромосомы образуют единую материнскую «звезду», но
уже с 2n набором. В других случаях ядра вначале сливаются и затем переходят
в состояние кариокинеза. Одновременно внесенные сперматозоидом
центриоли расходятся к полюсам клетки, и этот одноклеточный зародыш –
зигота вступает во второй период эмбрионального развития – период
дробления.
Начало дробления
Зигота
♀ пронуклеус
♂ пронуклеус

10.

Метаболические события в яйце:
1. Увеличивается вязкость цитоплазмы и ее проницаемость;
2. Интенсивно перемещаются составные части ооплазмы, иногда
наблюдается их расслоение – ооплазматическая сегрегация, что определяет
пространственную организацию будущего зародыша.
3. Резко изменяется обмен аминокислот, увеличивается содержание
свободных
аминокислот,
что
является
показателем
усиления
диссимиляторных процессов;
4. Усиливается обмен веществ, в первые 10 минут отмечено усиление
углеводного обмена, заметное потребление гликогена;
5. Резко возрастает (в 100 и более раз) фосфатный обмен, калийный (в 10 и
более раз) и кальциевый
6. Возрастает
активность
ферментов
цитоплазмы,
особенно
протеолитических;
7. Рибосомы объединяются в полисомы;
8. Активизируется синтез белков и новых и-РНК (нерибосомальных) (зрелая
яйцеклетка имеет все необходимое для синтеза белков и нуклеиновых
кислот).

11.

Ооплазматическая сегрегация
У многих видов бесхвостых амфибий проникновение сперматозоида в яйцеклетку приводит
к перемещению пигментных гранул анимального полюса, появляется слабо окрашенная
серповидная область, называемая «серым серпом» (будущая дорсальная сторона).
Слева – яйцо лягушки до оплодотворения;
справа – изменения сразу после
Сегрегация цитоплазмы яйца амфибий
после проникновения спермия
1 - анимальный полюс; 2 - вегетативный полюс; 3 - место
внедрения сперматозоида; 4 - серый серп; 5 - направление
перемещения цитоплазмы с пигментными гранулами

12.

ДРОБЛЕНИЕ
ряд последовательных митотических делений оплодотворенного или
инициированного к развитию яйца
1.
2.
3.
4.
5.
Правила:
Правило Пфлюгера: веретено всегда тянется в направлении
наименьшего сопротивления.
Правило Бальфура: скорость голобластического дробления обратно
пропорциональна количеству желтка (желток затрудняет деление как
ядра, так и цитоплазмы).
Правило Сакса: клетки обычно делятся на равные части, и плоскость
каждого нового деления пересекает плоскость предшествующего
деления под прямым углом.
Правило Гертвига: ядро и веретено обычно располагаются в центре
активной протоплазмы. Ось каждого веретена деления располагается
по длинной оси массы протоплазмы. Плоскости деления обычно
пересекают массу протоплазмы под прямым углом к ее осям.
Правило Гертвига–Сакса: клеточное ядро стремится расположиться в
центре чистой, свободной от желтка цитоплазмы; веретено клеточного
деления стремится расположиться по направлению наибольшего
протяжения свободной от желтка цитоплазмы.

13.

ДРОБЛЕНИЕ
В зависимости от строения яйцеклеток
Полное (голобластическое) дробление
борозды дробления разделяют яйцо
на бластомеры полностью
Равномерное
Частичное (меробластическое) дробление
- борозды не разделяют яйцо полностью,
поэтому большая его часть не дробится
Неравномерное
Дискоидальное
Поверхностное
В зависимости от взаимного расположения бластомеров
Радиальное
Спиральное
Билатеральное
В зависимости от скорости формирования бластомеров
Синхронное
Асинхронное
Клетки, возникающие в результате дробления – бластомеры, а перетяжки, по
которым они отделяются одна от другой – борозды дробления.
Меридиональные
Экваториальные
Широтные
Тангенциальные
В результате дробления формируется однослойный зародыш - бластула.

14.

Полное (голобластическое) дробление
Равномерное дробление (алецитальные, изолецитальные яйца) –
бластомеры дробятся синхронно, имеют одинаковые размеры, их количество
удваивается при каждом делении (2, 4, 8, 16, 32, 64..). Например, ланцетник.
Неравномерное дробление (телолецитальные яйца) - бедные желтком
бластомеры дробятся быстрее бластомеров, богатых желтком; размеры
бластомеров разные (макро- и микромеры), последовательного удвоения их
количества не происходит. Например, амфибии.

15.

Частичное (меробластическое) дробление
Дискоидальное дробление (полилецитальные яйца) – дробится только
часть цитоплазмы с ядром (на анимальном полюсе). Большая часть яйца,
заполненная желтком, не дробится. Например, рыбы, птицы, рептилии.
Поверхностное дробление (центролецитальные яйца) – ядро внутри яйца
многократно делится (до 256 ядер), затем большинство ядер мигрируют в
поверхностный слой яйца, окружаются цитоплазмой и образуют
бластодерму (ядра, оставшиеся внутри желтка, возможно, перерабатывают
запас питательных в-в). Например,
членистоногие и насекомые в частности.
1-стадия нескольких ядер, 2-правильное
их расположение, 3-перемещение к
наружной поверхности, 4 - образование
бластодермы из отдельных бластомеров

16.

Радиальное дробление (иглокожие, хордовые) - после первых делений зиготы
бластомеры анимального полушария лежат строго над бластомерами
вегетативного полушария.
Спиральное дробление (кольчатые черви, моллюски, членистоногие) бластомеры смещены друг относительно друга.

17.

Билатеральное дробление (нематоды, а также для многих низшие
хордовые, в том числе для асцидии, аппендикулярии). Характерной
особенностью является раннее проявление билатеральной симметрии.
Замечательная особенность заключается в том, что плоскость первого
деления устанавливает единственную плоскость симметрии зародыша.
Каждое последующее деление ориентируется по отношении к этой плоскости
симметрии так, что половина зародыша по одну сторону от первой борозды
представляет зеркальное отражение половины зародыша по другую сторону.
А, Б, В - голобластическое дробление и Г - образование плакулы (бластула)

18.

При радиальном и спиральном дроблениях обычно
различаются и сроки определения будущей «судьбы»
клеток, т. е. того, какая ткань разовьется в конечном счете из
той или иной их группы.
При радиальном дроблении развитие регуляционное,
«судьба» клеток определяется на относительно поздней
стадии, и разделив в экспериментальных условиях
четырехклеточный зародыш (например, морской звезды) на
отдельные клетки, можно вырастить каждую из них в
целую особь.
И наоборот, если «судьба» клеток определяется очень
рано, то экспериментальное разделение четырехклеточного
зародыша (например, кольчеца) приведет к образованию
только четырех его «четвертушек». Такое развитие
называют мозаичным; оно характерно для спирального
дробления.

19.

Целобластула
(образуется при
полном
дроблении) –
полый шар,
стенка которого
(бластодерма)
состоит из одного
слоя клеток;
внутри – полость
(бластоцель).
Типы бластулы
Перибластула
(насекомые) –
бластодерма
однослойная,
бластоцель
заполнена
желтком.
Амфибластула
(рыбы, амфибии,
рептилии, птицы)
– бластодерма
многослойная;
бластомеры на
полюсах
различаются
размерами.
Стерробластула
(некоторые
членистоногие) –
большие
бластомеры в
стенке
располагаются в
один ряд.
Бластоцель
значительно
сокращается, а
иногда совсем
вытесняется
Дикобластула
(костистые рыбы, пресмыкающиеся и птицы).
Образуется при неполном дискоидальном дроблении.
Бластоцель в виде узкой щели находится между
зародышевым диском и желтком. Крыша бластулы
представлена бластодермой, а дно – желтком.

20.

21.

22.

Классификация иц по количеству желтка
Полилецитальные
— большое
количество желтка
(членистоногие,
рептилии, птицы,
рыбы, кроме
осетровых)
Алецитальные
— не содержат желтка
(плацентарные
млекопитающие)
Мезолецитальные
— среднее
количество желтка
(осетровые,
амфибии)
Олиголецитальные
— малое количество
желтка (моллюски,
иглокожие,
млекопитающие)

23.

Классификация яиц по расположению желтка
Телолецитальные
желток смещен к
вегетативному полюсу.
Противоположный полюс
- анимальный (некоторые
полилецитальные и все
мезолецитальные яйца)
Гомолецитальные
(изолецитальные) —
желток распределен
равномерно
(олиголецитальные
яйца)
Центролецитальные
—желток расположен в центре
(некоторые полилецитальные членистолногие). Анимальновегетативная полярность не
выражена, т.к. место выделения
редукционных телец м.б.
различным. По переферии
находится ободок свободной от
желтка цитоплазмы. Центр и
периферия связаны
цитоплазматическими
мостиками, все промежуточное
пространство занято желтком