Регулювання онтогенезу диференціювання. Індивідуальний розвиток (онтогенез), періодизація онтогенезу

Кафедра біології з екологією та курсом
фармакогнозії
Лекція
ПРИНЦИПИ І
МЕХАНІЗМИ
РЕГУЛЯЦІЇ
ОНТОГЕНЕЗУ
Доцент ДЕГЕРМЕНДЖІ Н.М

Запитання:
Рівні регуляції
онтогенезу
Детермінація онтогенезу,
ембріональна індукція
Генні та клітинні механізми
регуляції онтогенезу

Рівні регуляції онтогенезу

Онтогенез – це сукупність
взаємопов'язаних та хронологічно
детермінованих подій у процесі
здійснення організмом життєвого
циклу. На кожному етапі індивідуального
розвитку відбувається реалізація
спадкової інформації в тісному
взаємодії з довкіллям

Рівні регуляції онтогенезу

Генний
Клітинний
Організмовий
Гени,
регулюючі
хід онтогенезу
Клітинні
механізми
Нейрогуморальна
регуляція

Рівні регуляції онтогенезу

Проембрінальний період
Ампліфікація генів-
утворення копій генів,
що приводить до
виникненню
повторюваних ділянок
ДНК та збільшення об'єму
геному.

Рівні регуляції онтогенезу

Проембрінальний період
Ооплазматична сегрегація –
специфічна організація яйця,
при якій у яйцях перед
заплідненням відбувається
рух цитоплазми. І в
різних ділянках склад цитоплазми
різний: на анімальному полюсі
збільшується концентрація РНК та
глікогену, за екватором –
аскорбінової кислоти
Утворення та накопичення в цитоплазмі
поживних речовин

Рівні регуляції онтогенезу

Ембріональний період
Детермінація – це виникнення
якісних відмінностей між частинами
організму, що розвивається, визначає
подальшу долюцих частин, перш ніж
виникають морфологічні відмінності між
ними
Потенції – максимальні можливості елементів
зародка. У нормі реалізується одна з них

Детермінація

Ембріональний період
Тотипотентність -
рівноспадковий
ність. Зародок
має широкі
потенції
Лабільна детермінація
у зародка бластоміри
при пересадці поводяться
відповідно до місця
пересадки

Детермінація

Лабільна детермінація
Досліди Тарковські та Мінц

Детермінація

Стабільна детермінація –
зародки зародка
детерміновані та дають початок
органам незалежно від місця
пересадки

Детермінація

Стабільна детермінація

Детермінація

Каналізація розвитку

Ембріональна індукція

Це взаємодія частин
зародка, що розвивається, при цьому
одна ділянка зародка впливає на
долю іншого
Досвід Шпемана

ЕМБРІОНАЛЬНА
ІНДУКЦІЯ
- Це вплив групи клітин ембріона
на диференціювання поряд
розташованих клітин
- це вплив одних зачатків на
інші за допомогою виділених
клітинами речовин-регуляторів

Г. Дріш (1891) - явище
ембріональної регуляції
Онтогенез є цілісний
процес, а НЕ проста
сума однозначних
причинно-наслідкових
ланок!

Хордомезодермальний
зачаток - первинний
ембріональний
організатор

ЕМБРІОНАЛЬНА
ІНДУКЦІЯ обумовлена
СПЕЦИФІЧНИМИ
ІНДУКТОРАМИ
ВКЛЮЧАЮТЬ І ВИКЛЮЧАЮТЬ
БЛОКИ ГЕНІВ У РЯДОМ
Розташовані клітини

Ембріональний період

Таким чином, основними
способами ембріонального
розвитку
є:диференціація,
детермінація, і все це
відбувається у взаємозв'язку всіх
частин зародка, тобто інтеграції

У 1985 році було відкрито гени, що контролюють хід
онтогенезу
Хроногени – контролюють
Регулюють усі процеси
дроблення до гаструляції
час настання подій.
Найраніші з хроногенів –
гени із материнським ефектом.
Утворюються в яйцеклітині при
ампліфікації генів
В результаті з'являється
велика кількість копій
генів. Деякі з них
транскрибуються та створюється
велика кількість іРНК,
яка починає
транслюватися відразу після
запліднення.

Гени з материнським ефектом

Гени раннього ембріонального розвиткудрозофіл
Розподіл матричної РНК

Гени, що регулюють перебіг онтогенезу

На стадії гаструляції починають діяти гени
просторової організації – це власні
гени організму.
Вони поділяються на гени:
Сегментації – відповідають за утворення сегментів.
Діють до стадії пізньої гаструли.
Компартменталізації – відповідають за
диференціювання сегментів та освіта
компартментів
Гомеозисні гени – забезпечують нормальне
утворення структур та розташування їх у потрібному місці.

Гени сегментації

Мутації генів сегментації у дрозофіли
Нобелівські
лауреати 1995р.:
Е.Льюїс; До.
Нюссляйн-Волхард;
Е.Вішуас – за
відкриття
генетичного контролю
раннього
ембріоналного
розвитку

Гомеозні гени (HOM)

Забезпечують розвиток органів та
тканин у певному місці
У структурі гомеозних генів виявлено
ділянки, що мають подібну нуклеотидну
послідовність це, так звані
ГОМЕОБОКСИ
Гомеобокси кодують послідовність
амінокислот, яка називається ГОМЕОДОМЕН

Гомеозні гени (HOM)

Гомеодомен
Миша
Жаба
ANTENNAPEDIA
FUSHITARASU
ULTRABITHORAX
Три, глу, арг, глі, іле, ліз, ілі, три, фен, глі, асн, арг, арг, мет, ліз, тир, ліз, ліз, асп, глу

Три, глу, арг, глі, іле, ліз, ілі, три, фен, глі, асн, арг, арг, мет, ліз, три, ліз, ліз, глу, асп
Сір, глу, арг, глі, іле, ліз, ілі, три, фен, глі, асн, арг, арг, мет, ліз, сір, ліз, ліз, асп, арг
Три, глу, арг, глі, ілі, ліз, ілі, три, фен, глу, асн, арг, арг, мет, ліз, лей, ліз, ліз, глу, ілі
Гомеодомен має більшу схожість,
чим гомеобокс
Гомеобокс впізнається гомеодоменом

Гомеозні гени (HOM)

Мутації гомеозних генів

Личинка тутового шовкопряду

Мутації гомеозних генів

Гомеозні гени у людини

- Гени групи РАХ (грають важливу роль
у розвитку нервової системи).
- Гени MSX (при мутації передчасне заростання швів у
черепі).
- EMX (при мутації – ущелина мозку в
одній або обох півкулях).
- SOX (роль у первинній детермінації статі
та ін.

Детермінація

Генетична детермінація статі
Регуляція на кшталт «цинкові пальці»

Схема набору генних перемикачів

Морфоген
B
E
G
А
C
Морфоген
F
H
D
Кауфман, 1972

Гомологія генів, що контролюють ранній розвиток

Рівні регуляції онтогенезу

Генні механізми
Клітинні механізми
З материнським ефектом
Проліферація
Сегментації
Диференціація
Компартменталізація
Гомеозисні
Сортування
Переміщення
Адгезія

Проліферація
Диференціація
Сортування
Переміщення
Адгезія
Апоптоз

Клітинні механізми регулювання

Дроблення
Гени – з материнським
ефектом
Клітинні механізми проліферація
Гаструляція
Гени – сегментації
Клітинні механізми проліферації,
переміщення,
сортування

Клітинні механізми регулювання

Гени: компартменталізація
Клітинні механізми:
Проліферація
Диференціація
Сортування
Переміщення
Адгезія

Клітинні механізми регулювання

1987 року були відкриті Едельманом
декілька груп білків, які визначають
взаємодія клітин у зародку.
CAM – визначають взаємодію клітин у
зародок. Знаходяться на поверхні клітин і
взаємодіють із такими ж молекулами
сусідніх клітин. Беруть участь у формуванні
щільних та щілинних контактів.
SAM- визначають взаємовідносини клітин з
субстратом
CJM – молекули клітинних контактів

Клітинні механізми регулювання

Гісто - і органогенез
Гени: гомеозисні
Клітинні механізми:
Проліферація
Диференціація
Сортування
Переміщення
Адгезія
Апоптоз

Епігенетичний контроль

Епігенетичний контроль ходу
онтогенезу здійснюється
наступними механізмами:
Нуклеосомною організацією
ДНК – білковими
взаємодіями
Альтернативним сплайсингом
Метилюванням ДНК
Імринтингом

Епігенетичний контроль

Морфогенез визначено
генетично, але
здійснюється завдяки
епігенетичним
взаємозалежностям клітин та
їх комплексів.
Нерегульовані спотворення
морфогенезу призводять до
аномаліям розвитку
(Тератоми).

Вроджені вади у популяціях
людини (1-2%) поділяються на
-
аплазії, агенезії
атрезія
гіпоплазії
гіперплазії
гетеротопії
незарощення
персистування
стенози
гаметопатії
ембріопатії

Розвиток організму
визначають:
-генетичні фактори
-взаємодія елементів
зародка
- фактори зовнішньої
середи

Онтогенез називається індивідуальний розвиток особини (Е. Геккель, 1866).

Головне питання біології: як з одного яйця виникає безліч різних типів клітин! А з одного генотипу – кілька тисяч різних фенотипів? У ссавців із однієї зиготи формуються понад 1000 різних типів клітин.

Розвиток- безперервний процес зміни, що зазвичай супроводжується збільшенням ваги, розмірів, зміною функцій. Майже завжди передбачає зростання, яке може бути пов'язане зі збільшенням розміру клітин або їхньої кількості. Вага яйцеклітини 1*10х(-5)г, сперматозоїда – 5х10(-9)г. У новонародженого – 3200

Одним збільшенням маси неможливо забезпечити формування ознак, притаманних організму.

Етапи розвитку.

Детермінація клітин

Диференціювання клітин

Утворення нової форми, морфогенез.

Порушення будь-якого етапу може призвести до виникнення вад розвитку та каліцтв.

Детермінація- Обмеження, визначення - прогресивне обмеження онтогенетичних можливостей ембріональних клітин. Це означає, що на етапі детермінації клітини за своїми морфологічними ознаками відрізняються від ембріональних клітин, але функції виконують ще ембріональних клітин. Тобто. детерміновані клітини ще здатні виконувати спеціальні функції. У ссавців детерміновані клітини з'являються на стадії восьми бластомерів. Химерні, алоферні організми. Як об'єкт дослідження миші. Зародки мишей на стадії 8 бластомерів за допомогою ферменту пронази вилучають і розбивають на окремі бластомери, виробляють змішування бластомерів від різних тварин пробірці, а потім вшивають в матку. Через війну виходять нормальні тварини, але забарвлення елементів різна, т.к. вихідні форми були різних кольорів. Якщо подібну операцію проводити на пізніших етапах ембріогенезу – загибель тварин, що доводить детермінацію клітин на даному етапі.

Процес детермінації перебуває під генетичним контролем. Це ступінчастий, багатоетапний процес, вивчений поки що недостатньо добре. Очевидно, основу детермінації – активація тих чи інших генів і синтез різних и-РНК і, можливо, білків.

Детермінація може порушуватись, що призводить до мутацій. Класичний приклад – розвиток у мутантів дрозофіли замість вусиків ротового апарату – кінцівки. Формування кінцівок у нехарактерних місцях.

Диференціювання. Детерміновані клітини поступово вступають на шлях розвитку (неспеціалізовані ембріональні клітини перетворюються на диференційовані клітини організму). Диференційовані клітини на відміну від детермінованих мають спеціальні морфологічні та функціональні організації. Вони відбуваються суворо певні біохімічні реакції та синтез спеціальних білків.

Клітини печінки – альбумін.

Клітини епідермісу шкіри – кератин.

М'язи – актин, міозин, мієлін, міоглобін.

Молочні залози – казеїн, лактоглобулін.

Щитовидна залоза – тироглобулін.

Слизова оболонка шлунка – пепсин.

Підшлункова залоза – трипсин, хімотрипсин, амілаза, інсулін.

Як правило, диференціація відбувається в ембріональному періоді та призводить до незворотних змін поліпотентних клітин ембріона.

Синтез спеціальних білків починається дуже ранніх стадіях розвитку. Щодо стадії дроблення: бластомери відрізняються один від одного цитоплазмою. У цитоплазмі різних бластомерів є різні речовини. Ядра всіх бластомерів несуть ту саму генетичну інформацію, т.к. мають однакову кількість ДНК та ідентичний порядок розташування пар нуклеотидів. Питання про спеціалізацію досі не знайшло відповіді.

1939 Томас Морган висунув гіпотезу: «диференціювання клітин пов'язана з активністю різних генів одного і того ж геному». Нині відомо, що у диференційованих клітинах працює близько 10% генів, інші ж неактивні. Через це у різних типах спеціалізованих клітин функціонують свої певні гени. Спеціальними дослідами з пересадки ядер з клітин кишечника пуголовка в без'ядерну яйцеклітину було доведено, що в диференційованих клітинах зберігається генетичний матеріал і припинення функціонування певних генів є оборотним. З яйця жаби видаляли ядро, брали ядро з клітини кишечника пуголовка. Розвиток не відбувався, іноді ембріогенез відбувався нормально. Будова дорослої жаби повністю визначалася ядром.

На функціонування генів у процесі розвитку багатоклітинного організму впливають складні та безперервні взаємодії ядра та цитоплазми та міжклітинні взаємодії.

Регуляція диференціювання відбувається на рівні транскрипції та на втраті трансляції.

Рівні регуляції диференціювання клітин .

На рівні транскрипції.

- Система оперону

Участь білків – гістонів, які утворюють комплекс із ДНК.

Ділянки ДНК, покриті гістоном, не здатні до транскрипції, а ділянки без гістонових білків транскрибуються. Таким чином, білки беруть участь у контролі над зчитуваними генами.

Гіпотеза диференціальної активності генів: «Припущення у тому, що у різних генах диференційованих клітин репресовані (закриті для зчитування) різні ділянки ДНК і тому синтезуються різні види м-РНК».

На рівні трансляції.

На ранніх стадіях ембріонального розвитку весь білковий синтез забезпечується матрицями, створеними в яйцеклітині до запліднення під керуванням її геному. Синтез і-РНК немає, змінюється характер синтезу білка. У різних тварин синтез включається по-різному. У амфібій синтез-РНК після 10 поділу, синтез т-РНК на стадії бластули. У людини синтез і-РНК після 2-го поділу. Не всі молекули і-РНК, що знаходяться в яйцеклітині, одночасно використовуються для синтезу поліпептидів, білків. Частина їх деякий час мовчить.

Відомо, що під час розвитку організму закладення органів відбувається одночасно.

Гетерохронія- Закономірність, що передбачає неодночасний розвиток.

Процес диференціювання клітин пов'язані з депресією певних клітин. У процесі гаструляції депресія генів залежить від впливу неоднакової цитоплазми в клітинах ембріональних. В органогенезі основне значення у міжклітинних взаємодій. Пізніше регулювання активності генів здійснюється через гормональні зв'язки.

У зародку різні ділянки впливають одна на одну.

Якщо розділити зародок тритону на стадії бластули навпіл, то з кожної половини розвивається нормальний тритон. Якщо те саме зробити після початку гаструляції, з однієї половини формується нормальний організм, а інша половина дегенерує. Нормальний зародок утворюється з половини, де розташовувалися дорсальна губа бластопора. Це доводить, що

клітини дорсальної губи мають здатність організовувати програму розвитку зародка
ніякі інші клітини не здатні це робити.

Спинна губа індукує в ектодермі утворення головного та спинного мозку. Сама вона диференціюється в спинну хорду та соміти. Надалі багато сусідніх тканин обмінюються індукційними сигналами, що призводить до утворення нових тканин і органів. Функцію індукційного сигналу виконують гормони місцевої дії, які стимулюють зростання. Диференціювання, що служать факторами хемотаксису, гальмують зростання. Кожна клітина продукує гормон місцевої дії – кейлон, який гальмує вступ клітин у синтетичну фазу мітозу та тимчасово гальмує мітотичну активність клітин цієї тканини та разом з антикейлоном спрямовує клітини шляхом диференціювання.

Морфогенез- Освіта форми, прийняття нової форми. Освіта форми найчастіше відбувається внаслідок диференціального зростання. В основі морфогенезу лежить організований рух клітин та груп клітин. Внаслідок переміщення клітини потрапляють у нове середовище. Процес відбувається у часі та просторі.

Диференційовані клітини не можуть існувати самостійно, кооперуються з іншими клітинами, утворюючи тканини та органи. В освіті органів важлива поведінка клітин, яка залежить від клітинних мембран.

Клітинна мембрана відіграє роль у здійсненні

Клітинних контактів

Адгезії

агрегації.

Міжклітинний контакт– рухливі клітини приходять у контакт і розходяться, не втрачаючи рухливості.

Адгезія– клітини, що прийшли в контакт. довгий часпритиснуті один до одного.

Агрегація -між адгезованими клітинами виникають спеціальні сполучнотканинні чи судинні структури, тобто. відбувається формування простих клітинних агрегатів тканин чи органів.

Для формування органу необхідна присутність у певній кількості всіх клітин, що мають загальну органну властивість.

Експеримент із дезагрегованими клітинами амфібій. Взято 3 тканини – епідерміс нервової платівки, ділянку нервових валиків, клітини ектодерми кишечника. Клітини дезагреговані випадково і змішані. Клітини починають поступово розсортуватися. Причому процес сортування триває доти, доки утворюються 3 тканини: зверху шар епідермальної тканини, потім нервова трубка й унизу - скупчення ендодермальних клітин. Це явище отримало назву сегрегації клітин – вибіркового сортування.

Змішували клітини очних зачатків та хряща. Ракові клітини не здатні до сегрегації та невіддільні від нормальних. Інші клітини схильні до сегрегації.

Критичні періоди розвитку.

Критичний період - період, який пов'язаний із зміною обміну речовин (перемикання геному).

В онтогенезі людини виділяють:

1. розвиток статевих клітин

2. запліднення

3. імплантація (7-8 тиждень)

4. розвиток осьових органів та формування плаценти (3-8 тижнів)

5. стадія зростання мозку (15-20 тижня).

6. формування основних функціональних систем організму та диференціювання статевого апарату (10-14 тижні).

7. народження (0-10 днів)

8. період грудного віку – максимальна інтенсивність зростання, функціонування системи енергопродукції та інших.

9. дошкільний (6-9 років)

10. пубертатний – для дівчаток 12. для хлопчиків 13 років.

11. закінчення репродуктивного періоду, в жінок – 55, в чоловіків – 60 років.

У критичні періоди розвитку проявляються мутації, тому треба бути уважним до цих періодів.

КЛІТИННІ МЕХАНІЗМИ ВИНИКНЕННЯ ВРОДЖЕНИХ ПОРОКІВ РОЗВИТКУ.
Формування вроджених вад - результат відхилень від розвитку особини. Такий розвиток відбувається протягом тривалого відрізка часу та здійснюється завдяки ланцюгу послідовних та пов'язаних один з одним подій. Єдиний процес індивідуального розвитку можна уявити основними етапами:

гаметогенез,

запліднення,

ембріональний морфогенез,

постембріональний розвиток.

Основним змістом гаметогенезу (утворення статевих клітин), за образним виразом С. Raven, є «кодування морфогенетичної інформації», у процесі реалізації якої з одноклітинного зародка (зиготи) розвивається багатоклітинний організм. Морфогенетичну інформацію несуть ядерні гени, локалізовані в хромосомах гамет (генотипова інформація), та цитоплазматичні фактори – білки цитоплазми (цитоплазматична інформація). Обидва види інформації утворюють єдину ядерно-цитоплазматичну систему, що зумовлює розвиток організму.

Ембріональний морфогенез , тобто. формування морфологічних структур ембріона, що включає ембріональний гістогенез - виникнення спеціалізованих тканин з малодиференційованих клітин ембріонального зачатку, і органогенез - розвиток органів та систем організму. Ембріональний морфогенез здійснюється при взаємодії геному зародка та організму матері, особливо її гормональної та імунної систем, і пов'язаний з процесами розмноження, росту, міграції, диференціації та відмирання клітин та формоутворенням органів та тканин.

Ці процеси контролюються складним взаємодією генетичних, эпигеномиих і зовнішніх чинників, визначальним зрештою тимчасову і просторову послідовність експресії генів і цим цитодиференціювання і морфогенез. Включення одних і виключення інших генів відбувається протягом усього ембріогенезу. Відповідно до цих процесів змінюються тимчасові структури зародка , яких протягом ембріогенезу налічуються сотні, і формуються вони і на внутрішньоклітинному, клітинному, екстраклітинному, тканинному, міжтканинному, органному та міжорганному рівнях. Порушення будь-якого з вищезгаданих механізмів у дискретному процесі ембріогенезу тягне за собою відхилення від нормального розвитку і, отже, може реалізуватися у вроджену ваду. На внутрішньоклітинному рівні до «пускових» механізмів порушення розвитку відносяться зміни молекулярних процесів, залучених до реплікації зміни шляхів біосинтезу та білкового харчування зародків, порушення енергетичного обміну та інших інтимних механізмів, що визначають життєдіяльність клітин.

До основних клітинних механізмів тератогенезу відносяться зміни розмноження, міграції та диференціювання.

Порушення розмноження пов'язані зі зниженням мітотичної активності клітин і виявляються гальмуванням преліферативної активності клітин аж до повної її зупинки. Результатом таких змін можуть бути гіпоплазія або аплазія будь-якого органу або його частини, а також порушення злиття один з одним окремих ембріональних структур, що формують орган, оскільки злиття відбувається в строго певні періоди.

Внаслідок низької проліферативної активності контакт між ембріональними структурами порушується (спізнюється). Такий механізм, очевидно, є основою багатьох дизрафій (деякі ущелини губи, піднебіння, спинномозкові грижі). Таким чином, будь-який фактор (генетичний або середній), здатний знижувати мітотичну активність в ході ембріогенезу (наприклад, інгібітори синтезу ДНК, хлоридин, дефіцит кисню в клітинах і тканинах, вірус краснухи, числові аберації хромосом) може призвести до розвитку вродженої вади. Внаслідок порушення міграції клітин можуть розвинутися гетсротопії, агенезії та інші вади. В експерименті, проведеному на щурах із введенням ним надмірної кількості вітаміну А, показано, що важкі симетричні ущелини обличчя утворюються в результаті порушення міграції клітин пейроектодермального гребеня в ембріональні верхньощелепні відростки. При більшості хромосомних хвороб у білій речовині головного мозку знаходять гетеротопію нейронів, зумовлену порушенням процесів міграції. З порушенням міграції пов'язують походження синдромів Робінова та Ді-Джорджі.

Диференціація, т. е. утворення різнорідних клітин, тканин та органів з однорідного ембріонального зачатку, послідовно відбувається протягом усього ембріогенезу. Така диференціація може припинитися на будь-якому етапі розвитку, що спричинить зростання безформної маси недиференційованих клітин (як це спостерігається у ранніх абортусів), агенезію органу або системи органів, їх морфологічну та функціональну незрілість, а також персистування. ембріональних структур. Ключові позиції в спеціалізації клітин займає диференціальна активність генів в результаті якої різні фази ембріогенезу синтезуються специфічні для кожної стадії ізоферменти, з якими в основному і пов'язана індукція клітин і тканин у певному напрямку. У цьому процесі беруть участь як мінімум два об'єкти - донор ферменту або гормону та їх реципієнт. Порушення розвитку може виникати як за недостатньої функції або відсутності генів і клітин-продуцентів цих речовин, так і при змінах у клітинах-мішенях. Наприклад, відсутність активності до андрогену в клітинах-мішенях зачатків чоловічих статевих органів, обумовленої рецепторами, здатними «пізнавати» відповідний гормон, призводить до різних вад цих органів. Відсутність тестикулярих гормонів у плодів з генетичною чоловічою статтю призводить до розвитку статевих органів за жіночим типом.

До екстраклітинних факторів регуляції ембріогенезу відносяться компоненти екстраклітинного матриксу - глікозамінно-глікани, протеоглікани, колагенові білки, фіброіектин, що беруть участь у всіх процесах органогенезу. Порушення нормального функціонування компонентів екстраклітинного матриксу можуть бути зумовлені генетичними та тератогенними факторами. Наприклад, такі хімічні тератогени, як саліцилат і амінонікотин, талідомід і дилантин, відповідно порушують синтез і процесинг протеогліканів і колагену, зумовлюють ряд вад кінцівок, серця, очей, неба.

До основних механізмів тератогенезу на тканинному рівні відносяться загибель окремих клітинних мас, уповільнення розпаду і розсмоктування клітин, що відмирають під час нормального ембріогенезу, а також порушення адгезії тканин. Фізіологічна загибель клітин відбувається під впливом лізосомальних ферментів у багатьох органах у процесі їхнього остаточного формування. Така «запрограмована» (первинна) загибель клітин спостерігається при злитті первинних анатомічних структур (наприклад, піднебінних відростків, м'язово-ендокардіальних виступів), реканалізації кишкової трубки, відкритті природних отворів або, наприклад, регресії міжпальцевих перетинок при формуванні пальців. У ряді випадків спостерігається надлишковий розпад клітин, що може призвести до деяких дисмелій, дефектів перегородок серця, нориць. Вторинна загибель клітин і тканин пов'язана з циркуляторними розладами (тромбоз судин, їх здавлення, крововиливи) або безпосереднім цитолітичною дією фактора, що ушкоджує, наприклад вірусу краснухи.

Затримка фізіологічного розпаду клітин або уповільнення розсмоктування їх внаслідок недостатньої макрофагальної реакції або порушень функцій компонентів екстраклітинного матриксу можуть призводити до синдактилії, атрезії, зсуву гирла аорти, що поєднується з дефектом міжшлуночкової перегородки. Подібним механізмом є уповільнена інволюція деяких ембріональних структур, наприклад подовження часу функціонування апікального ектодермального гребеня, що призводить до розвитку преаксіальної полідактилії.

Порушення механізму адгезії, тобто. процесів «склеювання», «утримання» і «зрощення» ембріональних структур може призвести до розвитку пороку навіть у тих випадках, коли проліферація тканин і зростання ембріональних структур органів були нормальними. Порушення механізму адгезії, як і недостатньо активна проліферація, лежать в основі багатьох вад типу дизрафій (наприклад, вади, пов'язані з незакриттям нервової трубки).

Вроджені вади після закінчення основного органогенезу - це головним чином зупинка в розвитку (наприклад, гіпоплазії), затримка переміщення органу на місце остаточної його локалізації (тазова нирка, крипторхізм), вторинні зміни, пов'язані зі стисненням (наприклад, деформація кінцівок при маловодій, ).

Прогресивну роль розумінні патогенезу н у встановленні причин вроджених вад зіграло вчення З. Stockard і П. Р. Свєтлова (1937, 1960) про критичні періоди, і навіть вчення Є. Schwalbe про тератогенетичних термінаційних періодах. Ці періоди часто ототожнюються, що не так. Під терміном «критичні періоди», введеним у наукову літературу в 1897 р. П. І. Броуновим, розуміють періоди в ембріогенезі, що відрізняються підвищеною чутливістю зародка до шкідливої дії факторів зовнішнього середовища. У ссавців критичні періоди збігаються з періодами імплантації та плацентації. Перший критичний період у людини посідає кінець 1 - й - початок 2-го тижня вагітності. Вплив шкідливого фактора в цей час в основному призводить до загибелі зародка. Другий період охоплює 3-6 тижні, коли аналогічний фактор чаші індукує порок розвитку.

Критичні періоди збігаються з періодами найбільш інтенсивного формування органів та пов'язані в основному з періодичністю проявів морфологічної активності ядер.

Під терміном тератогенетичний термінаційний період розуміють граничний термін (від латів. terminus - межа, кордон), протягом якого фактори, що пошкоджують, можуть викликати порок розвитку. Оскільки тератогенний фактор може призвести до розвитку пороку лише в тому випадку, якщо він діяв до закінчення формування органу, а формування органів (тим більше різних пороків) не збігається у часі, кожна вада має свій термінаційний період. Наприклад, цей період для близнюків, що не розділилися, ограї чен першими двома тижнями після запліднення, для двокамерного серця - до 34-го дня, для аплазії міжшлуночкової перегородки - до 44-го дня, для дефекту міжпередсердної перегородки - до 55-го дня вагітності. Для персистування артеріальної протоки або овального отвору, крипторхізму, багатьох вад розвитку зубів тривалість цього періоду не обмежується вагітністю.

Знання термінаційних періодів вад у клінічній тератології має виняткове значення, оскільки може допомогти у визначенні причини розвитку вродженої вади. Якщо час дії виявленого ушкоджуючого фактора збігається з термі на цим періодом, то цей фактор може бути прийнятий як ймовірна причина вродженої вади. Якщо пошкоджуючий чинник діє пізніше термінаційного періоду, він свідомо може бути причиною пороку. Однак необхідно пам'ятати, що термінаційні періоди мають значення лише для встановлення причин вроджених вад, індукованих тератогенними факторами, оскільки спадково обумовлені вади пов'язані з мутаціями, які, як правило, сталися у батьків або віддалених предків, а не у дитини з вродженою вадою розвитку. Якщо вроджені вади викликають вторинні зміни в органі (наприклад, гндроуретер внаслідок аплазії м'язового шару або нервового апарату сечоводу), то терміновий період слід визначати для первинної вади (в даному випадку 12-й тиждень ембріонального розвитку), а не для вторинного - в наведений приклад для гідроуретера, термінаційний період якого може тривати до кінця II триместру вагітності.

В експериментальної тератології відомо, що вид пороку залежить від характеру тератогену, а й від часу його впливу. Так, вплив у різні періоди ембріогенезу одного і того ж тератогенного фактора може призвести до різних вад і, навпаки, різні тератогени (наприклад, талідомід та аміноптерин), застосовані в один і той же час, можуть дати однотипні вади. Певна специфічність тератогенних чинників відома у людини. Наприклад, талідомід вражає зачатки переважно мезодермального походження, індукуючи різні дисмелії, протису-дорожні засоби частіше – ущелини неба та вади серця, антикоагулянт варфарин ушкоджує епіфізи. трубчастих кісток, алкоголь переважно пошкоджує 11НС та лицьові структури.

Слід зазначити, що як не існує періодів, коли ембріон був однаково чутливий до різних агентів, так і немає стадій, коли ембріон був би стійкий до всіх шкідливих впливів.
ТЕРАТОГЕНЕЗ

Тератогенез - це виникнення вад розвитку під впливом факторів зовнішнього середовища (тератогенних факторів) або внаслідок спадкових хвороб.

Тератогенні фактори включають лікарські засоби, наркотики та багато інших речовин. Докладніше вони описані у розділі, присвяченому тератогенним факторам. Вирізняють такі особливості впливу тератогенних факторів.

1. Дія тератогенних факторів має дозозалежний характер. У різних біологічних видів дозозалежність тератогенного впливу може різнитися.

2. Для кожного тератогенного фактора існує певна гранична доза тератогенної дії. Зазвичай вона на 1-3 порядки нижча за летальну.

3. Відмінності тератогенної дії у різних біологічних видів, а також у різних представників одного і того ж виду пов'язані з особливостями всмоктування, метаболізму, здатності речовини поширюватися в організмі та проникати через плаценту.

4. Чутливість до різних тератогенних факторів протягом внутрішньоутробного розвитку може змінюватися. Вирізняють такі періоди внутрішньоутробного розвитку людини.

Початковий період внутрішньоутробного розвитку триває від запліднення до імплантації бластоцисти. Бластоциста є скупченням клітин - бластомерів. Відмінна рисапочаткового періоду - великі компенсаторно-пристосувальні можливості зародка, що розвивається. При ушкодженні великої кількості клітин зародок гине, а при ушкодженні окремих бластомерів – подальший цикл розвитку не порушується (принцип "все чи нічого").

Другий період внутрішньоутробного розвитку – ембріональний (18-60-та доба після запліднення). Саме тоді, коли зародок найбільш чутливий до тератогенним чинникам, формуються грубі вади розвитку. Після 36-ї доби внутрішньоутробного розвитку грубі вади розвитку (за винятком пороків твердого піднебіння, сечових шляхів та статевих органів) формуються рідко.

Третій період – плодовий. Пороки розвитку цього періоду не характерні. Під впливом факторів зовнішнього середовища відбувається гальмування росту та загибель клітин плода, що надалі проявляється недорозвиненням чи функціональною незрілістю органів.

5. У випадках, коли тератогенну дію мають збудники інфекцій, порогову дозу та дозозалежний характер дії тератогенного фактора оцінити не вдається.

Література
1. Айала Ф., Кайгер Дж. Сучасна генетика. М., 2004

2.Аліханян С.І., Акіф'єв А.П., Чернін Л.С. Загальна генетика. М.,

3. Бочков Н.П. Клінічна генетика. М., 2011

4. Введення у молекулярну медицину. За ред. Пальцева М.А. М., Жімульов І.Ф. - 2011

5. Загальна та молекулярна генетика. Новосибірськ, Генетика. За ред. Іванова В.І. М., 2010

6. Введення у генетику розвитку. М., Нуртазін С.Т., Всеволодов Е.Б. Біологія індивідуального розвитку. А., 2005.

Онтогенез(Від грец. ontos- існуюче та genesis- розвиток) - індивідуальний розвиток кожної окремої особини. Це сукупність послідовних взаємозалежних подій, що закономірно відбуваються в процесі життєвого циклу кожного організму.

Життєвий цикл одноклітинних починається від поділу материнської клітини і продовжується до наступного поділу дочірньої.

Життєвий цикл багатоклітинних починається з однієї або групи клітин (при вегетативному розмноженні), від зиготи (при статевому розмноженні) і закінчується смертю.

В онтогенезі багатоклітинних організмів із статевим розмноженням виділяють три періоди.

1. Прогенез(Предзиготний) - період формування статевих клітин та запліднення.

2. Ембріогенез(зародковий) – період від зиготи до народження або виходу з яйцевих оболонок.

3. Постембріональний(післязародковий), що включає в себе періоди:

Дорепродуктивний – до статевого дозрівання;

Репродуктивний - дорослий стан, в якому організм виконує своє головне біологічне завдання - відтворення особин нового покоління; у цьому періоді починаються життєві цикли нащадків;

Пострепродуктивний – старіння та смерть організму. Особливості онтогенезу особин кожного виду склалися у процесі

історичного розвитку виду – у процесі філогенезу.

Проте в основі онтогенезу кожного багатоклітинного організму лежать загальні механізми росту та розвитку, що здійснюються через процеси поділу клітин, їх диференціювання, морфогенетичний рух.

Два основних принципи онтогенезу - диференціація (спеціалізація його окремих частин) та інтеграція - об'єднання окремих

частин і підпорядкування їх єдиному організму, проявляються усім етапах онтогенезу і всіх рівнях організму.

Згідно з сучасними уявленнями, у клітині, що дає початок новому організму, міститься вся генетична програма одного (при безстатевому розмноженні) або двох батьків (при статевому).

Онтогенез - це послідовна реалізація генетичної програми в конкретних умовах середовища, тому кінцевий результат залежить не тільки від генотипу, що визначає загальний напрямок морфогенетичних процесів, а й від факторів середовища.

Онтогенетичні процеси контролюються взаємодією багатьох факторів: генетичною, індуктивною взаємодією клітин, тканин, органів зародка, ендокринною, нервовою та імунною системами.

Тема 3.1. Онтогенез. Загальні закономірності

прогенезу

Ціль.Знати особливості гаметогенезу у людини, біологічне значення та сутність мейозу, будову статевих клітин, стадії запліднення.

Завдання для студентів

Робота 1. Гаметогенез

Розберіть схему гаметогенезу, відзначивши подібність та відмінності у процесах дозрівання чоловічих та жіночих гамет. Заповніть та перепишіть таблицю, вказавши в кожному періоді гаметогенезу тип поділу, назву клітин, набір хромосом та кількість ДНК у них.

Гаметогенез. Особливості та відмінності

Робота 2. Ово- та сперматогенез у людини

Вивчіть та перепишіть таблицю, звернувши увагу на особливості дозрівання чоловічих та жіночих гамет у людини.

Особливості ово- та сперматогенезу у людини

Період	Сперматогенез	Овогенез
Розмноження	Проліферація сперматогоніїв починається в ранньому ембріональному періоді, найінтенсивніша - з періоду статевого дозрівання, періодичні хвилі мітозів виникають весь репродуктивний період.	Проліферація вогоніїв починається в ранньому ембріональному періоді, найбільш інтенсивна – між 2-м та 5-м місяцями ембріогенезу. До 7-го місяця в ембріональному яєчнику близько 7 млн. вогоній. Пізніше частина вогоніїв дегенерує
	Підготовка до мейозу – автосинтетична інтерфаза простежується весь репродуктивний період	Підготовка до мейозу – автосинтетична інтерфаза починається на 3-му місяці ембріогенезу, закінчується до народження – 3 роки після народження. На момент народження у яєчнику дівчинки близько 100 000 овоцитів I порядку
Дозрівання (мейоз) 1 - редукційний поділ	1-е мейотичний поділ починається в період статевого дозрівання, триває 7-8 тижнів, закінчується утворенням 2-х сперматоцитів 2-го порядку	1-е мейотичне розподіл починається на 7-му місяці ембріогенезу, характеризується тривалою профазою з періодами «малого» та «великого» зростання. У період «малого» зростання хромосоми набувають структури «лампових щіток», спостерігається екстракопіювання (ампліфікація) генів, посилений синтез іРНК, тРНК, білків, ферментів, вітамінів, рибосом, мембран, мітохондрій, накопичення ендогенного жовтка, що продукується овоцитом.

Закінчення табл.

Період

Сперматогенез

Овогенез

2 - екваційне

Триває 8 год, закінчується утворенням 4-х сперматид

У період великого зростання відбувається інтенсивне запасання екзогенного жовтка, що продукується печінкою, що надходить через фолікулярні клітини. На стадії діакінезу розподіл блокується. блок-1.У період статевого дозрівання (під дією статевих гормонів) блок-1 знімається. 1-е мейотичне розподіл закінчується утворенням великого овоцита 2-го порядку та першого редукційного тільця. Починається 2-й мейотичний поділ, який блокується на стадії метафази. блок-2,відбувається овуляція.Процес повторюється з місячною періодичністю кожного наступного овоцита на початок клімактеричного періоду. За продуктивний період овулює 300-400 овоцитів.

2-й мейотичний поділ завершується після запліднення утворенням овотиди та другого редукційного тільця.

Формування

Триває 10 днів, відбувається диференціювання клітин, формування головки, шийки, хвостика, акросоми, концентрація мітохондрій у середній частині

Робота 3. Сперматогенез у насіннику щурів

Розгляньте під великим збільшенням мікроскопа поперечний зріз насіннєвого канальця щурів. Порівняйте препарат з малюнком, що додається, знайдіть клітини, що знаходяться на різних стадіях сперматогенезу.

Мал. 1.Ділянка поперечного зрізу насіннєвого канальця щура: 1 - обмежує мембрана; 2 – сперматогоній тип (А) – «довгостроковий резерв»; 3 – сперматогоній тип (В) – «мітотично активні клітини»; 4 – сперматоцит першого порядку; 5 – сперматоцит другого порядку; 6 – сперматиди на ранній стадії розвитку; 7 – сперматиди на пізній стадії розвитку; 8 – сперматозоїди; 9 - клітина Сертолі

Робота 4. Будова сперматозоїдів різних хребетних

Розгляньте під великим збільшенням мікроскопа зовнішню будову сперматозоїдів:

б) морської свинки;

в) півня.

Робота 5. Ультрамікроскопічна будова сперматозоїда

Замалюйте будову сперматозоїда (рис. 2). Позначте основні структури.

Мал. 2.Сперматозоїд людини за даними електронної мікроскопії (схема): 1 – головка; 2 – акросома; 3 – зовнішня мембрана акросоми; 4 – внутрішня мембрана акросоми; 5 – ядро (хроматин); 6 - хвіст (волокнита оболонка; 7 - шийка (перехідний відділ); 8 - проксимальна центріоль; 9 - середній відділ; 10 - мітохондріальна спіраль; 11 - дистальна центріоль (термінальне кільце); 12 - осьові філаменти хвоста

Робота 6. Будова яйцеклітини ссавців

Розгляньте під великим збільшенням мікроскопа яєчник кішки. Знайдіть зрілий фолікул з овоцитом 1-го порядку. Порівняйте препарат з малюнком, що додається. Замалюйте будову яйцеклітини ссавця, відзначивши основні структури.

Мал. 3.Будова яйцеклітини ссавців:

1 – ядро; 2 - ядерце; 3 – цитоплазматична мембрана (оволема); 4 - мікроворсинки цитоплазматичної мембрани - мікровіллі; 5 – цитоплазма; 6 – кортикальний шар; 7 – фолікулярні клітини; 8 – відростки фолікулярних клітин; 9 – блискуча оболонка; 10 - жовткові включення

Робота 7. Типи яйцеклітин хордових та хребетних

Заповніть таблицю типів яйцеклітин у хордових та хребетних, вказавши кількість та розподіл жовтка у цитоплазмі.

Типи яйцеклітин у хордових та хребетних

Робота 8. Запліднення

Розгляньте та замалюйте схему (рис. 4) етапів запліднення у тварин. Зверніть увагу на акросомальну та кортикальну реакції, на формування оболонки запліднення.

Мал. 4.Етапи запліднення:

1 - ядро сперматозоїда; 2 – проксимальна центріоль; 3 – акросома; 4 – ферменти акросоми; 5 – блискуча оболонка; 6 – цитоплазматична мембрана; 7 – кортикальний шар; 8 – жовткова оболонка; 9 – акросомна нитка; 10 – оболонка запліднення; 11 - гіалінова оболонка; 12 - перивітелліновий простір; 13 - сперматозоїди

Робота 9. Внутрішня фаза запліднення

Розгляньте під великим збільшенням мікроскопа препарат – запліднення яйцеклітини аскариди, знайдіть, заштрихуйте та позначте:

а) стадію двох пронуклеусів;

б) стадію синкаріону.

Мал. 5.Фази запліднення:

1 – оболонка яйцеклітини; 2 – цитоплазма; 3 – чоловічий пронуклеус; 4 – жіночий пронуклеус; 5 - пронуклеуси на стадії синкаріону; 6 - редукційні тільця

Додаток 1

Хромосоми типу "лампових щіток"

(По Альберті, Брей, Льюїс, 1994)

У тривалій диплотені мейозу овоцита виділяють особливу фазу диктіотени, в якій хромосоми набувають структури типу «лампових щіток». Кожен бівалент складається з 4 хроматиду, що утворюють симетричні петлі хроматину різного розміру довжиною 50-100 тис. п.н., вздовж петель йде синтез РНК. Хромосоми типу "лампових щіток" активно транскрибуються для накопичення генних продуктів у цитоплазмі ооциту. Ці хромосоми виявлені в ооцитах риб, земноводних, рептилій та птахів.

Додаток 2

Диференціювання цитоплазми яйця після запліднення

Карта презумптивних органів яйця:

а – риби; б - рептилії та птиці; в - амфібії

Топографія закладок органів зародка амфібії до початку гаструляції:

1 – ектодерма; 2 – нервова пластинка; 3 – хорда; 4 – кишкова ектодерма; 5 – мезодерма

Топографія органів ембріона амфібії на пізніших стадіях розвитку: 1 – покривна тканина (епідерміс); 2 – нервова трубка з головним мозком; 3 – хорда; 4 - кишка з зябровими щілинами; 5 – оболонка хорди; 6 - серце

Запитання для самопідготовки

1. Що таке онтогенез? Уявлення про онтогенез: епігенез, преформізм, сучасне.

2. Назвіть основні періоди онтогенезу людини.

3. У чому сутність та значення предзиготного періоду – прогенезу?

4. Назвіть періоди гаметогенезу.

5. У чому відмінність сперматогенезу від овогенезу?

6. Які існують типи яйцеклітин за кількістю та розподілом жовтка?

7. З чим пов'язана зміна кількості жовтка в яйцеклітинах у процесі філогенезу хребетних?

8. Запліднення. Біологічна суть. Партеногенез. гіногенез. Андрогенез.

9. Біологічний зміст акросомальної та кортикальної реакцій у процесі запліднення.

10. Генетичні процеси у пронуклеусах внутрішньої стадії запліднення.

11. Що таке ооплазматична сегрегація? Яка її роль у подальшому розвитку яйцеклітини?

12. Які основні проблеми характерні для прогенезу людини? У чому сучасні можливості їх вирішення?

Тестові завдання

1. МЕЙОЗ ВІДПОВІДАЄ СТАДІЇ ГАМЕТОГЕНЕЗУ:

1. Розмноження

3. Дозрівання

4. Формування

2. ОВУЛЯЦІЯ ЗДІЙСНЮЄТЬСЯ НА СТАДІЇ:

1. Овогонія

2. Овоцити 1-го порядку

3. Овоцити 2-го порядку

4. Овотиди

5. Диференційована яйцеклітина

3. У ссавців і людини оплодотворення ВІДБУВАЄТЬСЯ НА СТАДІЇ:

1. Овогонія

2. Овоцити 1-го порядку

3. Овоцити 2-го порядку

4. Овотиди

5. Зрілої диференційованої яйцеклітини

4. СТАДІЯ ЗРОСТАННЯ У СПЕРМАТОГЕНЕЗІ ЗАКІНЧУЄТЬСЯ

ОСВІТА:

1. Сперматогонія

2. Сперматоцити 1-го порядку

3. Сперматоцити 2-го порядку

4. Сперматіди

5. Сперматозоїда

5. БІОЛОГІЧНИЙ ЗМІС КОРТИКАЛЬНОЇ РЕАКЦІЇ:

1. Контакт гамет організмів одного виду

2. Проникнення сперматозоїда в яйцеклітину

3. Зближення пронуклеусів

4. Утворення оболонки запліднення, забезпечення моноспермії

5. Нові комбінації спадкового матеріалу

6. ОСОБЛИВОСТІ ЖІНОЧИХ ГАМЕТ ссавців:

1. Рухливість

2. Виражений кортикальний шар

3. Високий ядерно-цитоплазматичний показник

4. Акросома

5. Жовток у цитоплазмі

6. Блискуча оболонка

7. ФОРМИ ПОЛОВОГО РОЗМНОЖЕННЯ, ЩО ПРОХОДЯТЬ БЕЗ Оплодотворення:

1. Копуляція

2. Кон'югація

3. Гіногенез

4. Поліембріонія

5. Андрогенез

Встановіть відповідність.

8. ТИПИ ЯЙЦЕКЛІТОК:

1. Ізоліцитальні

2. Телолецитальні помірно

3. Телолецитальні різко

ХОРДОВІ І ХРЕБОВНІ ТВАРИННІ:

а) Плацентарні ссавці та людина

б) Яйцекладні ссавці

в) Рептилії

г) Амфібії

д) Хрящові риби

е) Кісткові риби

9. У КЛІТКАХ НА РІЗНИХ СТАДІЯХ ОВОГЕНЕЗУ:

1. Овогонія

2. Овоцити 1-го порядку

3. Овоцити 2-го порядку

4. Овотиди

НАБІР ХРОМОСОМ І КІЛЬКІСТЬ ДНК:

10. НАБІР ХРОМОСОМ І КІЛЬКІСТЬ ДНК:

У КЛІТКАХ НА РІЗНИХ СТАДІЯХ СПЕРМАТОГЕНЕЗ

а) Сперматогонія після мітозу

б) Сперматоцити 1-го порядку

в) Сперматоцитах 2-го порядку

г) Сперматогонія перед мітозом

д) Сперматозоїди

Література

Основна

Керівництво до практичних занять з біології / За ред.

В.В. Маркіної. – М.: Медицина, 2006. – С. 96-104.

Біологія/За ред. Н.В. Чебишева. - М: ВУНМЦ, 2000.

Біологія/За ред. В.М. Яригіна. - М: Вища школа, 2007.

Додаткова

Гілберт С.Біологія розвитку: в 3-х т. - М: Світ, 1998.

Фогель Ф, Матульський А.Генетика людини: в 3-х т. - М.: Світ,

Тема 3.2. Загальні закономірності ембріогенезу

Ціль.Вивчити стадії ембріогенезу тварин і людини, способи дроблення та гаструляції, формування зародкових листків, формування тканин та органів, провізорні органи у анамній та амніот та їх функції.

Завдання для студентів

Робота 1. Основні етапи ембріогенезу у хордових та людини

Використовуючи муляжі, мікропрепарати, таблиці, вивчіть основні стадії ембріогенезу тварин. Відзначте особливості розвитку хордових тварин. Замалюйте основні стадії ембріогенезу з прикладу зародка ланцетника (рис. 1), позначте частини зародка різних етапах розвитку.

Мал. 2.Стадії розвитку людини (з різних джерел):

а – дроблення; б – бластоциста; в - 8-денний ембріон; г – 13-14-денний ембріон; д – 30-денний ембріон; е-ембріон 5 тижнів (у порожнині матки); ж - плід у порожнині матки;

1 – великі бластоміри; 2 – дрібні бластоміри; 3 – ембріобласт; 4 - бластоціль; 5 – трофобласт; 6 – ентодерма; 7 – порожнина амніону; 8 – амніон; 9 – ембріон; 10 – жовтковий мішок; 11 - стеблинка; 12 – ворсини хоріону; 13 – плацента; 14 - алантоїс; 15 - пупковий канатик; 16 – плід; 17 – шийка матки

Робота 3. Гісто- та органогенез. Похідні зародкових листків

Вивчіть та перепишіть таблицю.

Похідні зародкових листків

Робота 4. Органогенез з прикладу розвитку початкового відділу травної системи

Використовуючи малюнки, матеріали лекцій та підручника, вивчіть особливості розвитку початкового відділу травної системи людини.

Розвиток порожнини рота

Першим зачатком ротової порожниниє ектодермальна западина - ротова ямка (Стомодеум, stomodaeum).Вона спочатку відокремлена від порожнини глотки ротоглотковою мембраною, яка потім проривається. Ротова ямка є не лише закладкою ротової порожнини, а й порожнини носа. Порожнина рота та носова порожнина поділяються твердим і м'яким піднебінням, це відбувається на 7-му тижні ембріогенезу.

Епітелій даху стомодеуму утворює вп'ячування у бік проміжного мозку – кишеню Ратке – майбутня передня частка гіпофіза. Надалі кишеня Ратке повністю відокремлюється від стомодеуму і утворює передню (аденогіпофіз) та проміжну частку гіпофіза (ендокринна залоза).

Мал. 3.Лицьова область у зародків людини:

а – чотиритижневий зародок; б – п'ятитижневий зародок; в - зародок віком 5,5 тижнів;

1 - випинання, обумовлене середнім мозковим міхуром; 2 - нюхова плакода; 3 – лобовий відросток; 4 - верхньощелепний відросток; 5 - первинний ротовий отвір; 6 - нижньощелепний відросток; 7 - під'язична зяброва дуга; 8 - третя зяброва дуга; 9 - закладка носової дірки; 10 – закладка ока

Розвиток зубів

Спереду ротова порожнина обмежена ротовим отвором, по краях якого закладається підковоподібна смужка епітеліального потовщення - губно-ясенна смужка. У ній утворюється жолобок, який відокремлює ділянку губ від ясенної області. З порожнини цього жолобка утворюється присінок рота. У мезенхіму ясенної області починає вростати друга (теж підковоподібна) потовщена епітеліальна смужка - зубодяснева (зубна пластинка), з якої беруть початок епітеліальні елементи зубів.

Епітелій зубної платівки вростає в мезенхіму щелепних закладок (зазвичай на 7-му тижні). На її внутрішній поверхні з'являються колбоподібні вирости, з яких пізніше виникають емалеві органи (кожен емалевий орган є зачатком окремого зуба). У емалевий орган вростає мезенхімний зубний сосочок.

Клітини емалевого органу формують емаль, а зубні сосочки – дентин та пульпу.

Спочатку утворюється коронка зуба. Розвиток коріння починається після народження.

Як і молочних зубів, у постійних зубів зачатки закладаються під час ембріогенезу.

Розвиток слинних залоз

Великі слинні залози (навколошкова, піднижньощелепна, під'язична), що відкриваються в ротову порожнину, закладаються на 2-му місяці ембріонального розвитку, малі залози ротової порожнини - на 3-му місяці, мають ектодермальне походження. Спочатку закладаються у вигляді епітеліальних канатиків, які вростають у мезенхіму, де починають розгалужуватися. Повна диференціація залоз настає невдовзі після народження дитини.

Розвиток мови

Закладка мови складається із трьох горбків. Два з них - правий і лівий під'язичні горбки - розташовуються парно, третій - середній язичний горбок - непарний. Між окремими зачатками мови починається процес, що призводить до їхнього зрощення.

Мал. 4.Зрізи зуба різних стадіях розвитку (по Коллману): 1 - емаль; 2 – дентин; 3 – мезенхіма; 4 – залишки зубної смужки; 5 – емалева м'якоть; 6 - зубний сосочок; 7 – закладки зубної альвеоли; 8 – зубна м'якоть; 9 - епітеліальні перлини; 10 - закладка нижньої щелепиз альвеолярним відростком; 11 – закладка остаточного зуба; 12 - зубний мішечок; 13 – епітелій ротової порожнини; 14 – зубна смужка; 15 – закладка мови; 16 - емалевий орган

Мал. 5.Розвиток мови. Вид зсередини на основу глоткової області: а - шеститижневий зародок; б - семитижневий зародок; в - у дорослого; 1 - язичний бічний горбок; 2 - язичний середній горбок (непарний); 3 - сліпий отвір; 4 – copula; 5 - закладка надгортанника; 6 - черпалоподібні горбки; 7 – нижня губа; 8 – серединна борозна мови; 9 - піднебінна мигдалина; 10 - корінь язика з язичної мигдалиною; 11 - надгортанник

Розвиток області глотки

Глотка розташовується відразу за ротовою порожниною.

У людини тут закладається 5 пар зябрових дуг, між якими знаходяться 4 пари зябрових кишень. З ектодерми шийної області назустріч зябровим кишеням формуються зяброві щілини.

У тварин, що дихають зябрами, вони з'єднуються, утворюючи наскрізні щілини, через які з води в кров, що циркулює в капілярних мережах судин зябрових дуг, надходить кисень. У амніот, включаючи людину, що дихають легенями, зяброві щілини та кишені закладаються, але не з'єднуються. У людини всі зяброві кишені заростають. Надалі вони перетворюються на інші структури.

Перетворення зябрових кишень

З першої пари зябрових кишень у людини утворюються барабанні порожнини та слухові труби, що з'єднують ці порожнини з носоглоткою. З першої пари зябрових щілин утворюються зовнішні слухові проходи.

До місця розташування слухових кісточок зовні починає вростати вп'ячування зовнішньої ектодерма, просвіт якого дає початок зовнішньому слуховому проходу. Вп'яти примикає до зачатку порожнини середнього вуха. Пізніше тут утворюється барабанна перетинка.

Мал. 6.Розвиток області глотки (вид збоку, запозичене у Петтена): 1 - перша зяброва кишеня; 2 - друга зяброва кишеня; 3 - третя зяброва кишеня; 4 - четверта зяброва кишеня; 5 – закладка щитовидної залози; 6 – закладка гіпофіза; 7 - стравохід

З матеріалу II пари зябрових кишень утворюються піднебінні мигдалики.

З матеріалу III і IV пар зябрових кишень утворюються:

Тимус, закладка якого відбувається наприкінці 1-го - початку 2-го місяця внутрішньоутробного життя. Незабаром порожнини заростають та виникають щільні епітеміальні вузли;

Паращитовидні залози. Закладаються у вигляді епітеміальних вузликів, які пізніше відокремлюються від ентодерми зябрових кишень і поверхнево розташовують у капсулі щитовидної залози;

Ультимобронхіальні тільця. У людини вони у вигляді С-клітин входять до складу щитовидної залози.

II, III, IV пари зябрових щілин редукуються.

Робота 6. Провізорні органи анамній та амніот

Вивчіть таблиці, макропрепарати та малюнок, порівняйте провізорні органи та їх функції у різних груп тварин. Перепишіть та заповніть таблицю.

Робота 7. Гістологічні типи плацент(Токін Б.П., 1987)

Вивчіть класифікацію та функції плаценти. Відзначте особливість плаценти людини (рис. 7).

Плацента – провізорний орган, у ній розрізняють зародкову,або плодову, частинуі материнську,або маточну.Плодна частина представлена гіллястим хоріоном, а материнська – слизовою оболонкою матки.

Плацента відрізняється анатомічно (за формою) та гістологічно. Виділяють кілька гістологічних типів плацент за рівнем взаємини ворсин хоріону та слизової оболонки матки.

Мал. 7.Типи плацент:

1 – епітелій хоріона; 2 – епітелій слизової оболонки матки; 3 - сполучна тканина ворсини хоріону; 4 – сполучна тканина слизової оболонки матки; 5 – кровоносні судини ворсинок хоріону; 6 – кровоносні судини матки; 7 - лакуни

Додаток 1

Основні етапи ембріогенезу людини та формування структур вісцерального черепа та початкового відділу травного тракту

Додаток 2

Мал. 1.Зміна зовнішнього вигляду ембріона людини на ранніх стадіях розвитку (Sadler, 1995):

а – стадія 25 сомітів (28 діб розвитку); б – 5 тижнів розвитку; в - 6 тижнів розвитку; г – 8 тижнів розвитку;

1 - зорова плакода; 2 – слухова плакода; 3 - зяброві дуги; 4 – соміти; 5 - пупковий канатик; 6 – серцевий виступ; 7 – закладка верхньої кінцівки; 8 – закладка нижньої кінцівки; 9 – хвіст; 10 - шийний вигин; 11 - слуховий прохід, що формується; 12 – розвиток пальців рук; 13 – розвиток пальців ніг

Додаток 3

Мал. 1.Провізорні органи хребетних:

а – анамнії; б – неплацентарні амніоти; в – плацентарні амніоти; 1 – зародок; 2 – жовтковий мішок; 3 – амніон; 4 - алантоїс; 5 - хоріон (серозна оболонка); 6 – ворсини хоріону; 7 – плацента; 8 – пупковий канатик; 9 - редукований жовтковий мішок; 10 - редукований алантоїс

Запитання для самопідготовки

1. Назвіть основні процеси, що відбуваються в ембріогенезі.

2. Які основні стадії розвитку зародка?

3. У чому суть процесу дроблення? Назвіть та охарактеризуйте основні типи дроблення.

4. Опишіть зародок на стадії морули, бластули, гаструли.

5. Назвіть основні методи гаструляції.

6. Які існують способи утворення мезодерми?

7. Охарактеризуйте способи дроблення та гаструляції у плацентарних ссавців.

8. Назвіть похідні трьох зародкових листків.

9. Опишіть основні етапи утворення початкового відділу системи травлення людини.

10. Назвіть провізорні органи та їх функції. Чим вони відрізняються у анамній та амніот?

11. Яка будова має плацента? У чому полягає її функція? Опишіть особливості будови плаценти у людини.

Тестові завдання

Виберіть одну правильну відповідь.

1. НАБІР ХРОМОСОМ У ЗИГОТІ:

2. ХАРАКТЕРНИЙ ДЛЯ ЛЮДИНИ ТИП ДРОБЛЕННЯ:

1. Повне рівномірне

2. Повне нерівномірне

3. Неповне поверхневе

4. Неповне дискоїдальне

3. ТИП БЛАСТУЛИ, ХАРАКТЕРНИЙ ДЛЯ ЛЮДИНИ:

1. Цілобластула

2. Дискобластула

3. Бластоциста

4. Амфібластула

4. ПЛАЦЕНТА, ХАРАКТЕРНА ДЛЯ ЛЮДИНИ:

1. Десмохоріальна

2. Гемохоріальна

3. Ендотеліохоріальна

4. Епітеліохоріальна

Виберіть кілька відповідей.

5. ПРИ ГАСТРУЛЯЦІЇ У ХОРДОВИХ ВІДБУВАЄТЬСЯ:

1. Закладка мезодерми

2. Закладання травних залоз

3. Закладання осьових органів

4. Утворення двошарового зародка

6. З ПЕРШИХ ЗЯБОВНОЇ КИШЕНИ І ЗЯБОВОЇ ЩІЛИНИ УТВОРЮЮТЬСЯ:

1. Барабанна порожнина

3. Ультимобранхіальне тільце

4. Слуховий прохід

6. НА ПІЗНІХ СТАДІЯХ ЕМБРІОНАЛЬНОГО РОЗВИТКУ ЛЮДИНИ ФУНКЦІОНУЮТЬ ПРОВІЗОРНІ ОРГАНИ:

2. Жовтковий мішок

3. Плацента

4. Алантоїс

Встановіть правильну послідовність. 7. СТАДІЙ В ЕМБРІОГЕНЕЗІ ХОРДОВИХ:

1. Гаструла

4. Бластула

Встановіть відповідність.

8. У ПЕРІОДИ

ЕМБРІОГЕНЕЗУ:

1. Дроблення

2. Гісто- та органогенез

3. Гаструляція

ОСНОВНІ ПОДІЇ:

а) Утворення тканин та органів

б) Утворення зародкових листків

в) Послідовні мітотичні поділки, що призводять до утворення одношарового зародка

Встановіть відповідність.

9. У ЛЮДИНИ ІЗ ЗАРОДИШОВИХ ЛИСТКІВ:

1. Ектодерма

2. Мезодерма

3. Ентодерма

РОЗВИВАЄТЬСЯ:

а) Залізистий епітелій слинних залоз

б) Пульпа зубів

в) Епітелій середньої частини травного тракту

г) Емаль зубів

д) Дентин зубів

Література

Основна

Біологія/За ред. В.М. Яригіна. – К.: Вища школа, 2001. – Кн. 1. – С. 276-284, 287-317.

Пєхов А.П.

Додаткова

Газарян К.Г., Білоусов Л.В.Біологія індивідуального розвитку тварин. - М: Вища школа, 1983

Гілберт С.Біологія розвитку. - М: Мир, 1993. - Т. 1.

Карлсон Б.Основи ембріології за Петтеном. - М: Мир, 1983.

Станек І.Ембріологія людини. - М: Веда, 1977.

Данилов Р.К., Борова Т.Г.Загальна та медична ембріологія. -

М.-СПб.: Спецліт, 2003.

Тема 3.3. Закономірності постембріонального періоду онтогенезу

Ціль.Знати типи постембріонального розвитку тварин. Вивчити періоди та особливості постнатального онтогенезу людини.

Завдання для студентів

Робота 1. Типи розвитку організмів у постембріональному періоді

Постембріональний період онтогенезу починається після виходу зародка із зародкових оболонок або після народження. Він ділиться на три періоди: дорепродуктивний (ювенільний), репродуктивний (дорослий стан) та пострепродуктивний (є не у всіх видів). Тривалість зазначених періодів, їхнє тимчасове співвідношення - видоспецифічні. Основні процеси, які у післязародковому періоді онтогенезу, - це зростання, формування дефінітивних (остаточних) структур органів, статеве дозрівання, старіння. Постембріональний період закінчується біологічною смертю особини.

Розрізняють два типи постембріонального розвитку: прямета розвиток з метаморфоз.

При прямому розвитку в ювенільному періоді особина, що формується, має всі основні риси організації дорослого організму і відрізняється головним чином меншими розмірами, пропорціями тіла і недорозвиненням деяких систем органів. Прямий розвиток зустрічається у безхребетних, хребетних тварин та людини.

При розвитку з метаморфозом з яйця виходить личинка, що відрізняється від дорослої тварини будовою та способом життя. Личинковий розвиток характерний для видів, що відкладають дрібні яйцеклітини з недостатньою кількістю поживних речовин для розвитку всіх структур, характерних для особин цього виду. Личинки за будовою більше подібні до предкових форм, можуть мати органи, не характерні дорослим особинам. Вони вільно пересуваються та здатні самостійно харчуватися. Розвиток з метаморфозом широко поширений у тваринному світі: губки, сцифоїдні та коралові поліпи, більшість членистоногих, багато голкошкірих, асцидій, круглоротих, дводикодих і кісткових риб, амфібії.

Вивчіть таблицю, перепишіть та доповніть її прикладами.

Робота 2. Особливості постнатального періоду онтогенезу людини

Вивчіть та перепишіть таблицю.

Періоди	Основні процеси		Ризик розвитку захворювань
1. Новонароджене? до 1 місяця	Перший етап пристосування до менш сприятливих умов зовнішнього середовища, ніж у материнському організмі: нестерильних умов, нижчої температури, зміни зовнішнього тиску. Відпадає пуповина. Дитина починає смоктати груди матері (4 доби – молозиво, потім молоко), що потребує витрати сил і супроводжується втратою ваги на 150-200 г. Починається легеневе дихання. Встановлюється позаутробний кровообіг, ботала протока та овальний отвір між передсердями заростають. Змінюються функції окремих органів. Встановлюються власні добові біоритми	Знижені через незрілість імунної нервової та інших систем. Пасивний імунітет за рахунок антитіл, отриманих з материнського організму через плаценту і з молозивом. Потребує догляду та захисту матері. Критичний період	Неспецифічні інфекції, перегрівання, переохолодження, патологія різних органів та систем, особливо травної, внаслідок недостатності власних ферментів. Підвищена ймовірність смерті
2. Немовля (грудний) до 1 року	Інтенсивне зростання та розвиток: довжина тіла збільшується в 1,5 раза, маса – у 3 рази. Джерела закриваються, з'являються вигини хребта	Знижені через бурхливе зростання, морфологічну незакінченість будови та

Продовження табл.

Періоди

Основні процеси

Адаптаційні можливості організму

Ризик розвитку захворювань

Головний мозок бурхливо зростає та розвивається, виробляються численні умовні зв'язки, формується друга сигнальна система, розвиваються статичні функції. Інтенсивний психоемоційний розвиток. Власних травних ферментів виробляється менше, ніж у дорослого. Прорізуються молочні зуби. Пасивний імунітет поступово слабшає, набутий - слабо виражений

функціональною недосконалістю систем органів

Схильність до судом та інших порушень нервової системи.

3. Раннє дитинство до 4 років

Продовжується зростання та розвиток дитини, проте інтенсивність зростання знижується. Прорізуються усі 20 молочних зубів. Особливо швидко розвивається інтелект. Мова включає багато слів, каже пропозиціями

Підвищуються поступово

Часто – гострі інфекції: кір, кашлюк, вітряна віспа та ін. Зубощелепнолицеві аномалії внаслідок раннього видалення молочних зубів.

Збільшується

інфікування

туберкульозом

Продовження табл.

Періоди	Основні процеси	Адаптаційні можливості організму	Ризик розвитку захворювань
4. Перше дитинство 4 роки – 7 років	Перший ростовий стрибок. Прорізуються великі корінні зуби. З'являються статеві відмінності у будові скелета, відкладення жиру, формуванні психіки	Підвищується поступово	Зубощелепно-лицьові аномалії внаслідок раннього видалення молочних зубів
5. Друге дитинство (передпубертатний) 7-12 років	Посилене зростання, особливо м'язової системи. Закінчується розвиток печінки, дихальної системи. Починається зміна молочних зубів на незмінні. Підвищується секреція статевих гормонів. Початок розвитку вторинних статевих ознак (у дівчат раніше)	Підвищуються поступово	Почастішає травматизм. Патологія серцево-судинної та інших систем. Аномалії прорізування постійних зубів та прикусу
6. Підлітковий (пубертатний) 12-15-16 років	Ростовий стрибок. Закінчується формування кровоносної та низки органів травної та інших систем. Усі молочні зуби замінюються на постійні. Інтенсивне статеве дозрівання: посилюється вироблення статевих гормонів, формуються статеві особливості тіла, закінчується розвиток вторинних статевих ознак, у дівчаток з'являється менархе, у хлопчиків – полюції. Статеве дозрівання характеризується радикальними біохімічними, гормональними, фізіологічними, морфологічними, нервово-психологічними перебудовами організму.	Критичний	Можливий прояв спадкових захворювань, порушення обміну речовин (ожиріння чи виснаження). Пубертатні поведінкові кризи, агресивність

Продовження табл.

Періоди	Основні процеси	Адаптаційні можливості організму	Ризик розвитку захворювань
7. Юнацький період (постпубертатний) 15-16 – 18-21 рік	До кінця періоду припиняється зростання тіла. Закінчується формування всіх систем органів. Завершується статеве дозрівання. У юнаків з'являється оволосіння обличчя. Відбувається інтенсивний розвиток інтелекту	Можуть бути знижені	Порушення функцій різних органів та систем внаслідок незбалансованого зростання тіла та розвитку систем органів (особливо у зв'язку з акселерацією). Психоневрози
8. Перша зрілість 18-21-35 років	Розвиток дорослого організму. Стійкий гомеостаз. Здатність до відтворення повноцінного потомства	Максимальні
9. Друга зрілість до 55-60 років	Фізіологічні зміни органів, обміну речовин, що передують інволюції. Уповільнення швидкості реакцій у відповідь. Зниження вироблення гормонів, особливо статевих. Прояв помітних ознак старіння організму наприкінці періоду. Поступове згасання репродуктивної функції	Поступово знижуються внаслідок зниження функції імунної та інших систем. Критичний період	Підвищується ризик розвитку соматичних та психічних хвороб. Почастішання виникнення пухлин. Можуть виникнути клімактеричний синдром, психічні розлади.

Продовження табл.

Періоди	Основні процеси	Адаптаційні можливості організму	Ризик розвитку захворювань
10. Літній вік до 75 років	Поступова інволюція органів прокуратури та тканин організму. Швидкість старіння в різних систем органів неоднакова. В'ялість шкіри. Обмеження рухливості у суглобах, зниження маси та тонусу м'язів. Часто – ожиріння або різке зниження ваги. Зниження фізичної активності. Підвищена стомлюваність	Слабкі стійкість та адаптація до факторів середовища	Збільшення частоти розвитку вікових хвороб: атеросклерозу, діабету, подагри та інших. Психоневрози
11. Старецький вік до 90 років	Інволюція всіх систем. Зниження слуху, гостроти зору, пам'яті, волі, емоцій, психічних реакцій		Можуть бути старече недоумство, депресії
12. Довгожительство понад 90 років	Біологічний феномен, обумовлений комплексом різних факторів, як біологічних (спадковість, тип статури), так і соціальних (традиції правильної поведінки у стресових ситуаціях), активним способом життя та раціональним харчуванням

Робота 3. Остаточне формування структур деяких органів людини у постембріональному періоді

Після народження людини продовжується закладення та формування структурно-функціональних одиниць органів. Зрілість окремих структур тіла настає асинхронно. Всі органи та системи за структурою та функцією стають як у дорослого організму приблизно до 20-21 року.

Вивчіть та перепишіть таблицю

Робота 4. Зубощелепно-лицьові аномалії людини, що розвиваються в постнатальному періоді життя

Вивчіть та перепишіть таблицю.

Вид аномалії	Причина виникнення
Недорозвинення нижньої щелепи	Однією з причин недорозвинення щелепи може бути неправильне штучне вигодовування дитини, тому що при цьому відсутнє нормальне функціональне навантаження, необхідне для виведення нижньої щелепи з дистального положення
Звуження верхньої щелепи	При тривалому порушенні правильного носового дихання (незорощення кісткового піднебіння, запальні процеси в носовій порожнині) дитина дихає через рот, що змінює положення елементів ротоглотки
Зміщення нижньої щелепи вперед або її відставання у розвитку	При надто високому положенні узголів'я створюються умови усунення щелепи вперед. Якщо дитина під час сну закидає голову, то створюються передумови для відвисання щелепи та її відставання у розвитку
Порушення прикусу	Причиною може стати раннє видалення молочних зубів. Це призводить до переміщення зачатків постійних зубів допереду, що вкорочує щелепну дугу; перенесені запальні захворювання щелеп та зубів; ендокринні патології та ін.
Деформація щелеп	Шкідливі звички - ссання пальця, губ, щік та різних предметів (пелюшки, олівця тощо), підкладання під щоку долоні тощо.
Формування високого піднебіння	Дисфункція щитовидної залози; тривале дихання через рот, наприклад при запальних процесах у носовій порожнині
Асиметрія обличчя	Кір, дифтерія, кашлюк, рахіт, скарлатина
Уповільнене прорізування зубів, гіпоплазія емалі	Можливо при дисфункції щитовидної та паращитовидної залоз, порушенні мінерального обміну та ін.
Запалення слинних залоз	Переохолодження, недостатня санація ротової порожнини

Робота 5. Прояви процесів старіння на різних рівняхорганізації особини

Заповніть таблицю, використовуючи матеріал підручника та лекцій.

Запитання для самопідготовки

1. Що таке постембріональний розвиток?

2. Які типи постембріонального розвитку?

3. Які відмінності прямого розвитку від розвитку із метаморфозом?

4. У чому відмінні особливостіповного метаморфозу та чим він обумовлений?

5. Чим обумовлений метаморфоз амфібій?

6. Які періоди постнатального розвитку?

7. Які чинники визначають розвиток організму людини у постнатальний період?

8. Які етапи онтогенезу людини входять у дорепродуктивний, репродуктивний та пострепродуктивний періоди?

9. Чим вони характеризуються?

10. Назвіть критичні періоди постнатального розвитку; поясніть, чим вони зумовлені.

11. Поняття про теорії та механізми старіння.

Тестові завдання

Виберіть одну правильну відповідь.

1. ЗМІНА ЗУБІВ У ЛЮДИНИ ПОЧИНАЄТЬСЯ У ВІКУ:

2. У ЛЮДИНИ ГЕН СТАРІННЯ:

1. Знаходиться у статевих хромосомах

2. Знаходиться у першій парі аутосом

3. Є у кожній парі хромосом

4. З'являється внаслідок мутацій

1. Дитячому

2. Підлітковому

3. Репродуктивному

4. Постпродуктивний

4. МАКСИМАЛЬНА ПРОДОВЖНІСТЬ ЖИТТЯ

ЛЮДИНИ В ОСНОВНОМУ ВИЗНАЧАЄТЬСЯ:

1. Спосіб життя

2. Харчуванням

3. Генотипом

4. Умовами середовища

Виберіть кілька відповідей.

5. ПРИ ПРЯМОМУ ТИПІ РОЗВИТКУ ВІДБУВАЄТЬСЯ:

1. Зростання молодої особини

2. Редукція личинкових органів

3. Формування остаточних структур органів

4. Зміна пропорцій тіла особини

6. ПРИ РОЗВИТКУ З ПОВНИМ МЕТАМОРФОЗОМ У МОЛОДІЙ

1. Форма тіла, як у дорослого

2. Форма тіла, відмінна від дорослого

3. Личинкові органи є

4. Статева система відсутня

7. ПОРУШЕННЯ ФУНКЦІЙ РІЗНИХ СИСТЕМ ОРГАНІВ У ЮВЕНІЛЬНОМУ ПЕРІОДІ ПОСТНАТАЛЬНОГО

Онтогенез обумовлено:

1. Незакінченим розвитком імунної системи

2. Незбалансованістю нервового регулювання

3. Інтенсивним зростанням організму

4. Роботою генів старіння

8. ЗРОСТАННЯ ЛЮДИНИ КОНТРОЛЮЮТЬ ГОРМОНИ:

1. Соматотропін

2. Статеві

3. Паратгормон

4. Тироксин

9. У ПОСТНАТАЛЬНОМУ ЕТАПІ ОНТОГЕНЕЗУ ЛЮДИНИ

КРИТИЧНИМИ Є ПЕРІОДИ:

1. Новонародженості

2. Немовля

3. Підлітковий

4. Юнацький

Встановіть відповідність.

10. ТЕОРІЇ СТАРІННЯ:

1. Перенапруження нервової системи

2. Інтоксикації організму

3. Накопичення мутацій соматичних клітин

а) І.І. Мечників

б) А.А. Богомолець

в) М. Сцілард

г) І.П. Павлов

д) Л. Хейфлік

Література

Основна

Біологія/За ред. В.М. Яригіна. – М.: Вища школа, 2001. –

Кн. 1. – С. 276-278, 368-372, 381-409.

Пєхов А.П.Біологія та загальна генетика. - М: Вид-во РУДН, 1993. -

Додаткова

Газарян К.Г., Білоусов М.В.Біологія індивідуального розвитку тварин. - М: Вища школа, 1983.

Гілберт С.Біологія розвитку. - М: Світ, 1996.

Тема 3.4. Регулювання онтогенезу

Ціль.Вивчити основні механізми регулювання онтогенезу; вплив шкідливих факторів на організм людини та механізми утворення вад розвитку.

Індивідуальне розвиток та зростання генетично детерменовані, тобто. генотип особини зумовлює певну послідовність етапів розвитку та зростання, а також тип розвитку на різних стадіях онтогенезу. У розвитку відзначається єдність безперервного та уривчастого, поступовість та циклічність. В онтогенезі чергуються періоди прискореного розвиткуз етапами відносної стабілізації Для онтогенезу характерна гетерохронія в закладанні та дозріванні різних систем та тканин організму, а також різних ознак в одній системі. Для постембріонального періоду хребетних властиво індивідуальне розмаїття вікової динаміки, зумовлене взаємодією генетичних та середовищних факторів. Специфікою біології розвитку людини є опосередкований вплив екологічних факторів через соціально-економічні та соціально-психологічні умови.

Завдання для студентів

Робота 1. Основні чинники регулювання розвитку плацентарних ссавців

Перепишіть таблицю.

Робота 2. Генетичне регулювання розвитку організму

На всіх етапах онтогенезу гени регулюють та контролюють розвиток організму.

В овогенезі у клітинах синтезується велика кількість різних видівінформаційних та рибосомальних РНК, які активуються після запліднення та контролюють розвиток зародка від зиготи до стадії бластули. Гени самого зародка починають функціонувати у різних видів хребетних різних стадіях дроблення (наприклад,

у людини на стадії двох бластомерів), і продукти їхньої діяльності починають регулювати розвиток зародка. Таким чином, ранні етапи розвитку регулюються материнськими та зародковими генами. Починаючи зі стадії гаструли, у багатьох видів хребетних розвиток організму регулюється лише продуктами діяльності. власних генівзародка (рис. 1).

Регуляція експресії генів у процесі розвитку організмів здійснюється на всіх етапах синтезу білка як за типом індукції, так і за типом репресії, причому контроль на рівні транскрипції визначає час функціонування та характер транскрипції даного гена.

На рис. 1 представлені деякі моделі генетичного регулювання розвитку на рівні транскрипції. Модель 1 каскадної індукції ембріональної (рис. 1) пояснює певну зміну стадій онтогенезу шляхом послідовної активації відповідних стадіоспецифічних генів. Так, індуктор 1 взаємодіє з сенсорним геном (С), активуючи ген-інтегратор (І), продукт діяльності якого діє через промотор (П 1) на структурні гени (СГ 1 , СГ 2 і СГ 3) У свою чергу, продукт діяльності структурного гена СГ 3 є індуктором 2 для структурних генів СГ 4 СГ 5 і т.д.

У процесі розвитку відбувається також репресія генів ранніх стадій розвитку. При цьому репресором можуть бути продукти активності структурних генів пізніших стадій онтогенезу (модель 2, рис. 1)

Деякі структурні гени активуються чи репресуються продуктами дії кількох генів (модель 3, рис. 1)

Індукція чи репресія кількох структурних генів може бути викликана продуктом діяльності одного гена. Цією моделлю можна пояснити плейотропну дію генів, вплив статевих гормонів тощо. (Модель 4, рис. 1).

Розберіть схеми на рис. 1 та замалюйте модель каскадної ембріональної індукції.

Позначте:

Мал. 1.Генетичне регулювання розвитку організму

Робота 3. Політені хромосоми

На кожній стадії розвитку у створенні тканинних продуктів бере участь лише невелика частина геному, причому на різних етапах онтогенезу активні строго певні стадіоспецифічні гени. Так, наприклад, при вивченні політенних (гігантських) хромосом, що утворилися в результаті багаторазової реплікації в клітинах личинок ряду видів двокрилих комах, добре видно неактивні та активні ділянки хромосом. Максимально активні зони ДНК - пуфи є розплетеними ділянками хромосом, на яких інтенсивно транскрибуються мРНК для синтезу стадіоспецифічних білків. При розвитку личинок раніше активні ділянки ДНК спіралізуються, а інших зонах утворюються пуфи.

1. Вивчіть за рис. 2 ділянку політенної хромосоми, що зазнає пуфінгу (по Grossbach, 1973 з С. Гілберт, 1994), замалюйте рис. 2г.

Мал. 2.Процес пуфінгу. Стадії утворення пуфу (а-г)

2. Вивчіть мікропрепарат під мікроскопом при великому збільшенні та замалюйте. Позначте: 1 – еухроматин; 2 – гетерохроматин; 3 – пуф.

Робота 4. Клонування. Регуляційна здатність ядер

При диференціюванні клітин відбуваються виборча експресія різних частингеному та обмеження генетичних потенцій у диференційованих клітин. Однак у ядрах соматичних клітин зберігаються всі гени і у відповідних умовах вони мо-

гут реактивуватися та забезпечити розвиток нормального зародка. Клонування - це розвиток нового організму, що є генетичною копією донора соматичної клітини. У видів, що розмножуються статевим шляхом, клонування відбувається при пересадці ядер із соматичної клітини в яйцеклітину енуклейовану. В даний час отримані шляхом клонування тварин різних класів, у тому числі і ссавці. Виявилося, що в процесі онтогенезу генетичні потенції ядер соматичних клітин знижуються і чим старший донор соматичних ядер, тим нижчий відсоток розвитку клонованих особин. Встановлено, що генетичні потенції різних клітин донора неоднакові.

Вивчіть малюнок з пересадки ядер, взятих із соматичних клітин на різних стадіях розвитку жаби (по Гердон, 1965 з Е. Дьюкар, 1978) (рис. 3).

Мал. 3.Пересадка ядер із соматичних клітин у яйцеклітину жаби на різних стадіях розвитку клітин донора

Робота 5. Клітинні процеси в періоди гаструляції та органогенезу

Вивчіть таблицю, малюнки у додатку, слайди та препарати з ембріогенезу тварин. Перепишіть таблицю.

Форми клітинних взаємодій	Утворення нормальних структур (приклади)	Наслідки порушень міжклітинних взаємодій (приклади)
Клітинні переміщення	Переміщення клітин при гаструляції, утворення нервової трубки, переміщення клітин нервового гребеня	Порушення утворення гаструли, нервової трубки; порушення формування структур особи
Виборче розмноження	Закладка зачатків окремих органів	Відсутність органу або його частки, наприклад, слинної залози
Виборча клітинна загибель	Загибель епітеліальних клітин при злитті піднебінних зачатків, носових відростків	Синдактилія, ущелина твердого піднебіння, ущелини верхньої губи, обличчя
Клітинна адгезія	Злиття зачатків структур особи (піднебінних відростків, носових відростків між собою та з верхньощелепними відростками)	Ущелини твердого піднебіння, верхньої губи, обличчя
Клітинні згущення	Утворення мезодермальних зачатків зубів	Відсутність зубів, додаткові зуби

Робота 6. Ембріональна індукція. Розвиток зуба у ссавців

(Дьюкар Еге., 1978)

По гребеню ясен закладається перший зачаток зубів - зубна платівка, потовщена смужка ектодерми. Під зубною платівкою з'являється ряд мезодермальних зубних сосочків, які індукують утворення з ектодерми зачатків емалевого органу (при видаленні мезодермальних сосочків зачатки емалевого органу не утворюються). Взаємна індукція між емалевим органом та мезодермальним зубним сосочком призводить до формування клітин, що утворюють емаль, дентин та пульпу. На наступній стадії диференціювання емаль і дентин, що утворюються, надають взаємний вплив на розвиток один одного.

Мал. 4.Ранні стадії розвитку зуба ссавців (схема): а – ясна нижньої щелепи, вид зверху; б – поперечний зріз ясен; в-е - стадії

розвитку зуба; -> - індукція;< ^ - взаимная индукция;

1 – гребінь ясен; 2 – зубна платівка; 3 – мезодермальні зубні сосочки; 4 – зачаток емалевого органу; 5 – амелобласти; 6 – зачаток емалі; 7 – одонтобласти; 8 – зачаток дентину; 9 – зачаток пульпи; 10 – емаль; 11 – дентин

Розберіть, замалюйте рис. 4 та позначте основні структури.

Робота 7. Нервова регуляція в онтогенезі

Нервова регуляція починається із закладання відділів ЦНС і продовжується протягом життя особини.

Взаємодія між центрами ЦНС і органами, що іннервуються, встановлюється на ранніх етапах ембріогенезу, причому ці структури взаємно стимулюють розвиток один на одного. Періферичні нерви, що відходять від центрів ЦНС підростають до зачатків органів і стимулюють їх розвиток. Відсутність периферичних нервів чи їх ушкодження (наприклад лікарськими препаратами, токсинами токсоплазми та інших.) викликає порушення формування иннервируемых ними структур. Так, наприклад, у Європі народилося кілька сотень дітей з відсутністю кінцівок, матері яких у період вагітності приймали снодійний талідомід, що блокує зростання периферичних нервів.

У постнатальному періоді зберігається взаємозв'язок між нервовою системою та іннервованими органами. Родові травми головного мозку та периферичних нервів призводять не тільки до паралічів, а й до атрофії м'язів та відставання зростання відповідних кінцівок або односторонньої гіпотрофії структур особи (при вродженому паралічі VI-VII нервів). Сприяють відновленню пошкоджених структур головного та спинного мозку пасивні рухи кінцівок (для цього створені спеціальні апарати), масаж та фізіотерапевтична стимуляція органів, що іннервуються.

При нейрофіброматозі (аутосомно-домінантний тип успадкування) розвиваються пухлини периферичних нервів. Якщо захворювання починається в ранньому дитинстві, то на тій стороні тіла, де розвиваються пухлини, виникає гіпертрофія кісток та м'яких тканин. Наприклад, розвивається дизморфоз особи (несиметричний, непропорційний розвиток структур, що формують обличчя, малюнок додатка 5).

Встановлено, що у ранньому дитинстві гри, сприяють руху кистей рук, особливо дрібні, точні форми діяльності, стимулюють розвиток структур мозку, зокрема і розвитку інтелекту.

На рис. 5 представлені схеми експериментів на аксолотлі з вивчення ролі периферичного нерва у розвитку кінцівок, а також формування рухових центрів спинного мозку за відсутності кінцівок. Видалення нерва на лівій стороні зародка аксолотля призвело до відсутності кінцівки на оперованій стороні тіла.

Відсутність кінцівки може бути обумовлена дією нейротропних тератогенів (токсини при токсоплазмозі, талідомід та ін) (рис. 5а).

Видалення зачатка кінцівки у зародка аксолотля призводить до зменшення розмірів гангліїв та рогів сірої речовини спинного мозку на оперованій стороні (рис. 5б).

Розберіть малюнки експериментів з вивчення взаємозв'язку нервових центрів та органів, що іннервуються.

Мал. 5.Взаємозв'язок нервових центрів та іннервованих органів (Дьюкар Е., 1978, із змінами):

а – вплив спинномозкових нервів на розвиток кінцівки: 1 – спинний мозок; 2 - спинномозковий нерв, що іннервує в кінцівку; 3 - спинномозковий ганглій; 4 – кінцівка; б - вплив зачатка кінцівки на розвиток сегментів спинного мозку (поперечний зріз зародка аксолотля з віддаленим зачатком кінцівки: 1 - спинномозковий ганглій; 2 - спинномозковий нерв; 3 - дорсальні роги сірої речовини спинного мозку; 4 - вентральні роги сірої речовини спинного мозку

Робота 8. Гормональне регулювання розвитку щелепно-лицьової області

Вивчіть по таблиці вплив гормонів на процеси розвитку щелепно-лицьової ділянки людини.

Робота 9. Вплив шкідливих факторів середовища на зародок

Вивчіть таблицю, розберіть та замалюйте схему, наведіть приклади прямого та опосередкованого пошкодження зародка.

Вплив шкідливих факторів на плід

Продовження табл.

Чинники	Основні механізми порушень	Ембріо- та фетопатії
3. Дефіцит вітамінів (часто без гіповітамінозу у матері):	Порушення метаболізму у зародка
Вітаміну B 2	Порушення росту, утворення ферментів біологічного окиснення	Розщеплення твердого піднебіння, гідроцефалія, аномалії серця та ін.
Вітаміну C	Порушення процесів окислення, утворення сполучної тканини, біосинтеза	Можливі загибель зародка, викидень
Вітаміну E	Порушення окислення жирів, що призводить до появи токсичних продуктів	Аномалії мозку, очей, скелета
4. Надлишок вітамінів:
Вітаміну A	Порушення зростання, окислювально-відновних процесів	Розщеплення твердого піднебіння, аненцефалія
ІІ. Захворювання матері
1. Ревматизм	Гіпоксія, порушення трофіки, дистрофічні зміни плаценти	Гіпотрофія плода, функціональна незрілість, аномалії органів та систем, переважно серцево-судинної. У дітей часто зустрічаються інфекційно-алергічні захворювання та порушення нервової системи
	Порушується транспорт кисню до плоду, дефіцит заліза, морфологічні зміни плаценти	Загибель плода, порушення центральної нервової системи, анемія у дітей

Продовження табл.

Чинники	Основні механізми порушень	Ембріо- та фетопатії
3. Цукровий діабет	Гормональні зрушення, гіперглікемія та кетоацидоз, погіршення матково-плацентарного кровообігу, патологічні зміни у плаценті	Загибель плода, недоношені, незрілі з підвищеною масою плоди, функціональна незрілість підшлункової залози, легень, рідше – зміни щитовидної залози, нирок. Зустрічаються аненцефалія, гідронефроз та ін. Порушення центральної нервової системи
4. Тиреотоксикоз	Підвищене виділення гормонів щитовидної залози	Порушення формування центральної нервової системи, щитовидної залози та менше інших – залоз внутрішньої секреції. Рідше - аномалії серцево-судинної системи, кістковом'язової та ін.
5. Імунологічний конфлікт (за резус-фактором і системою AB0; найчастіше несумісні: 0 - A, 0 - B, A - B, B - A, комбінації груп крові матері та плода)	Проникають через плаценту резус-антитіла. Проникнення через плаценту неповних ізоімунних антитіл A та B, які спричиняють гемоліз еритроцитів плода. Непрямий білірубін, що виділився, є сильним тканинним токсином.	Гемолітична хвороба плода та новонародженого
ІІІ. Внутрішньоутробні інфекції
1. Вірус краснухи	Інфікування зародка, особливо у 1-3 місяці розвитку	Аномалії серця, мозку, органів слуху, зору та інших

Закінчення табл.

Чинники	Основні механізми порушень	Ембріо- та фетопатії
2. Вірус грипу	Інфікування плода, інтоксикація організму матері, гіпертермія, порушення матково-плацентарного кровообігу	Аномалії статевих органів, катаракта, заяча губа.
Токсоплазмоз		Потворності головного мозку, очей, кінцівок, ущелина твердого піднебіння
IV. Іонізуюча радіація	Ураження зародка проникаючою радіацією та токсичними продуктами пошкоджених тканин	Уроджена променева хвороба. Найчастіше – параліч нервової системи. Можуть бути аномалії очей, судин, легень, печінки, кінцівок
V. Вплив хімічних сполук, у тому числі лікарських речовин (понад 600 сполук)	Безпосередня дія на зародок. Порушення структури та функції плаценти. Патологічні зміни у материнському організмі	Різні вади розвитку, що залежать від речовини, дози та строку надходження
	Пряма токсична дія на плід, плаценту та організм матері	Гіпотрофія, схильність дітей до респіраторних захворювань
Алкоголь	Пошкодження гамет, генеративні мутації. Пряма токсична дія	Розумова відсталість, психічні захворювання, пороки серця, епілепсія, алкогольна поразка плода
Тетрациклін	Пряма дія на зародок	Плямиста емаль на зубах

Розберіть та замалюйте схему 1. Проведіть приклади порушень розвитку зародка при впливі шкідливих факторів безпосередньо на зародок чи опосередковано через материнський організм та плаценту.

Схема 1.Шляхи впливу шкідливих факторів середовища на зародок

Робота 10. Класифікація та механізми утворення вад розвитку

Вивчіть та перепишіть.

I. За етіологічною ознакою.

1. Спадкові:

а) генеративні мутації (спадкові хвороби);

б) мутації в зиготі та бластомерах (спадкові хвороби, мозаїцизм).

2. Неспадкові:

а) порушення реалізації генетичної інформації (фенокопії);

б) порушення взаємодії клітин та тканин; вади розвитку органів та тканин (тератоми, кісти);

в) соматичні мутації (уроджені пухлини).

3. Мультифакторіальні.

ІІ. За періодом онтогенезу. 1. Таметопатії:

а) спадкові;

б) неспадкові (перезрівання гамет).

2. Бластопатіїдо п'ятнадцятого дня:

а) спадкові хвороби (мозацизм - зародок складається з клітин із нормальним та атиповим набором хромосом);

б) неспадкові (двійникові потворності, циклопія 1).

3. Ембріопатіїдо кінця восьмого тижня: більшість вад розвитку, вади, зумовлені дією тератогенів.

4. Фетопатіївід дев'яти тижнів до пологів: вади цієї групи зустрічаються рідко: залишки ранніх структур (персестування – бранхіогенні кісти та нориці); збереження первісного розташування органів; недорозвинення окремих органів чи всього плода, відхилення у розвитку органів.

5. Пороки,що виникають у постнатальнийперіод (виникають рідше, ніж вищезгадані вади, обумовлені травмами, захворюваннями, впливом середовищних факторів).

1 Циклопія- У черепі тільки одна орбіта з одним або двома очними яблуками, розташованими посередині. Часто поєднується з відсутністю великих півкуль головного мозку.

Додаток 1

Генетичний контроль розвитку ссавців

(за Б.В. Конюхову, 1976)

Додаток 2

Послідовні етапи формування особи, вид спереду

(за Петтеном з Morris, Human Anatomy, McGrow-Hill, Company, New York)

а – 4-тижневий зародок (3,5 мм); б – 5-тижневий зародок 6,5 мм); в - 5,5-тижневий зародок 9 мм); г – 6-тижневий зародок (12 мм); д – 7-тижневий зародок (19 мм); е – 8-тижневий зародок (28 мм);

1 – лобний виступ; 2 - нюхова плакода; 3 – носова ямка; 4 – ротова пластинка; 5 - ротовий отвір; 6 - верхньощелепний відросток; 7 - нижньощелепна дуга; 8 – гіоїдна дуга; 9 – медіальний носовий відросток; 10 – латеральний носовий відросток; 11 - нососльозна борозенка; 12 - гіомандибулярна щілина; 13 - область філтруму, сформована злився медіальними носовими відростками; 14 - зовнішнє вухо; 15 - слухові горбики навколо гіомандибулярної щілини; 16 - під'язична кістка; 17 - хрящі гортані

Додаток 3

Механізми злиття піднебінних складок у зародків ссавців

а - фронтальний розріз (в порожнині XY, показаної на врізанні зліва) через носову порожнину і ротову порожнину, в ділянці щоки до зрощення піднебінних складок: 1 - носова порожнина; 2 – носова перегородка; 3 - піднебінні складки; 4 – зачаток мови; 5 – нижня щелепа; б - те саме, що і на а, після зрощення піднебінних складок: 6 - зона загибелі клітин та злиття; в - три послідовні стадії (I-III) процесів руйнування епітелію та злиття мезенхіми: 1 - епітелій лівої половини піднебіння; 2 – епітелій правої половини піднебіння; 3 – мезенхіма; 4 – макрофаги; 5 – мертві клітини; 6 – безперервна мезенхіма; 7 - епітелій, що зберігається; 6 - зона вибіркової загибелі клітин та адгезії

Додаток 4

Розвиток слинних залоз у людини

Положення слинних залоз у 11-тижневого зародка людини: а-б - рання стадія розвитку слинної залози у культурі; в-д - схема, що пояснює взаємовідносини між процесами розгалуження залози і розподілу позаклітинного матеріалу. Закладка борозни розгалуження часточки, що розвивається, супроводжується скороченням мікрофіламентів клітинах на вершині часточки і накопиченням колагенових волокон зовні від базальної платівки в області борозни. У міру прогресування зазначених процесів відбувається поглиблення борозни та поступове зниження рівня синтезу глікозаміногліканів у клітинах цієї області. 1 - привушна залоза; 2 - отвір вивідної протоки привушної залози; 3 - отвір вивідної протоки підщелепної залози; 4 - закладка під'язикової залози; 5 – підщелепна залоза; 6 - глікозаміноглікани; 7 - колагенові волокна

Додаток 5

Зовнішні прояви нейрофіброматозу (дизморфоз структур обличчя, пігментні плями на шкірі)

Запитання для самопідготовки

1. У чому різниця між регуляційним та мозаїчним типами розвитку?

2. У чому суть диференціювання клітин?

3. Як відбувається регулювання ранніх стадій ембріонального розвитку і коли починає функціонувати геном зародка?

4. У чому полягає дія генів у ранньому розвитку?

5. Як змінюється генетична потенція ядер клітин у процесі розвитку?

6. Як здійснюється генетичне регулювання диференціювання?

7. Які клітинні процеси відбуваються під час дроблення, гаструляції, органогенезу?

8. Які основні форми взаємодії клітин у періоди органогенезу?

9. У чому сутність ембріональної індукції та її види?

10. Яка хімічна структура індукторів та механізм їх дії?

11. Яке значення має нервова система у регуляції онтогенезу?

12. Які механізми гормонального регулювання в онтогенезі?

13. Які можливі шляхи дії факторів середовища, що спричиняють порушення ембріогенезу?

14. Чому ембріопатії характеризуються глибшими порушеннями, ніж фетопатії?

15. Як здійснюється взаємозв'язок материнського організму та плоду, які наслідки її порушення?

16. У чому різниця між спадковими та неспадковими вродженими захворюваннями?

17. Що таке фенокопія?

18. Порушення яких процесів в онтогенезі призводять до вад розвитку?

19. Що таке тератогени, їхня класифікація, механізм дії?

Тестові завдання

Виберіть одну правильну відповідь.

1. ГЕНЕТИЧНА РЕГУЛЯЦІЯ ОНТОГЕНЕЗУ

У ДЗВІНОЧНИХ ЗДІЙСНЮЄТЬСЯ ШЛЯХОМ:

1. Зменшення числа генів у процесі розвитку

2. Репресії генів

3. Дерепресії генів

4. Дерепресії та репресії генів

2. ПРИ КЛОНУВАННІ РЕГУЛЮЮТЬ РОЗВИТОК ЗАРОДИША

1. Сперматозоїда

2. Яйцеклітини

3. Сперматозоїда та яйцеклітини

4. Соматичної клітини

5. Яйцеклітини та соматичної клітини донора

3. НЕСЛІДНІ ПОРОКИ РОЗВИТКУ

ЗУБОЧЕЛЮСНОЇ СИСТЕМИ ВІДНОСЯТЬСЯ ДО:

1. Фетопатії

2. Гаметопатіям

3. Ембріопатії

4. Бластопатіям

4. ГОРМОНАЛЬНА РЕГУЛЯЦІЯ РОЗВИТКУ

У ссавців починається в період:

1. Гаструляції

2. Дроблення

3. Гісто- та органогенезу

4. Плідний

5. ВЧЕННЯ ПРО ЗАРОДОВЕ РОЗВИТОК ОРГАНІЗМІВ ШЛЯХОМ НАСЛІДНИХ ОСВІТ НОВИХ СТРУКТУР НАЗИВАЄТЬСЯ:

1. Преформізм

2. Епігенез

3. Трансформізм

4. Віталізм

Виберіть кілька відповідей.

6. ЗАКЛАДКУ І РОЗВИТОК ЗАЧАТКІВ ЗУБІВ У ЛЮДИНИ РЕГУЛЮЮТЬ:

2. Ембріональна індукція

3. Нервова система

4. Гормони

5. Фактори середовища

7. НЕЗАРАЩЕННЯ ВТОРИННОГО НЕБА У ЛЮДИНИ ВИНИКАЄ У СЛІДСТВІ ПОРУШЕННЯ КЛІТИННИХ ПРОЦЕСІВ:

1. Виборче розмноження

2. Згущення мезодермальних клітин

3. Виборча загибель

4. Адгезія

5. Переміщення

8. СТАДІЯ ЗАЛЕЖНОГО ДИФЕРЕНЦІЮВАННЯ КЛІТИН ХАРАКТЕРИЗУЄТЬСЯ:

1. Підвищення чутливості до дії індукторів

2. Зниженням чутливості до дії індукторів

3. Відсутністю здатності до трансдиференціювання

4. Здатністю до трансдиференціювання

9. НАЙБІЛЬША ЧУВЧІСТЬ ОРГАНІВ ЗАРОДИША

ДО ДІЇ ТЕРАТОГЕНУ В ПЕРІОДИ:

1. Закладки зачатків органів

2. Закладки нових структур органу

3. Диференціювання клітин органу

4. Зростання органу

Встановіть відповідність.

10. ПОРОКИ РОЗВИТКУ:

1. Спадкові

2. Неспадкові

МЕХАНІЗМИ ВИНИКНЕННЯ:

а) Генеративні мутації

б) Мутації у бластомірах

в) Мутації у клітинах зачатків органів

г) Порушення функцій генів

д) Порушення закладення органів

Література

Основна

Біологія/За ред. В.Н.Яригіна. – К.: Вища школа, 2001. – Кн. 1. - С. 150, 280-282, 294, 295, 297, 298, 317-368, 372, 409-418. Пєхов А.П.Біологія та загальна генетика. - М: Вид-во РУДН, 1993. -

ГОУ ВПО «Сургутський державний університетХМАО-Югри»

Методична розробка

лабораторного заняття №11 для студентів I-курсу.

Тема заняття: "Регуляція онтогенезу".

Виконав(а) студент(ка) I курсу

Медичного інституту

31- _____ групи

П.І.Б._________________________

_________________________

Сургут, 2010 р.

Мета заняття : Вивчити основні механізми регулювання онтогенезу, критичні періоди онтогенезу людини; вплив шкідливих факторів на плід та механізми утворення вад розвитку.

Запитання для самопідготовки студентів:

Регуляційний та мозаїчний тип розвитку, їх відмінності.
У чому суть диференціювання клітин?
Як відбувається регулювання ранніх стадій ембріонального розвитку; коли починає функціонувати геном зародка?
У чому полягає дія генів у ранньому розвитку?
Як змінюється генетична потенція ядер клітин у процесі розвитку?
Як здійснюється генетичне регулювання диференціювання?
Чим відрізняється взаємодія клітин у період дроблення, гаструляції, органогенезу?

Яке значення має контакт бластомерів, до чого призводить їхнє роз'єднання?
Чи можливий розвиток зародка ссавців із суміші клітин двох-трьох зародків?

Які основні форми взаємодії клітин у періоди органогенезу?
У чому сутність ембріональної індукції, її види?
Які хімічна структура індукторів та механізм їхньої дії?
Яке значення має нервова система у регуляції онтогенезу?
У чому сутність гуморального регулювання онтогенезу, види регуляторів.
Які механізми гормонального регулювання в онтогенезі?
Яке значення мають ембріогенези морфогенетичні поля?
Які можливі шляхи дії факторів середовища, що спричиняють порушення ембріогенезу?
Чому ембріопатії характеризуються глибшими порушеннями, ніж фетопатії?
Як здійснюється взаємозв'язок материнського організму та плоду, які наслідки її порушення?
У чому різниця між спадковими та неспадковими вродженими захворюваннями?
Що таке фенокопія?
Порушення яких процесів в онтогенезі призводять до вад розвитку?
Що таке критичні періоди ембріогенезу?
Що таке тератогени; їхня класифікація, механізм дії?

Завдання для студентів.

Робота 1. Регуляція розвитку плацентарних ссавців.

Перепишіть табл. 1.

Таблиця 1

Періоди онтогенезу

Види регуляції

генетична

контактна взаємодія клітин

ембріональна індукція

морфо генетичні поля

нервова

гормональна (гормони зародка)

фактори середовища

Прогенез

Ембріогенез:

Зародок на стадії дроблення

Бластула

Гаструла

Зародок на стадії органогенезу Зародок у плодовий період

^ Постембріональний період

Геном матері

^ Робота 2. Генетичне регулювання розвитку організму.

Гени регулюють та контролюють розвиток організму на всіх етапах онтогенезу (рис. 1).

Мал. 1.Генетичний контроль розвитку ссавців [Конюхов Би. У., 1976].

В овогенезі в цитоплазмі яйцеклітини синтезуються та відкладаються материнські РНК, які несуть інформацію про білки та контролюють розвиток зародка від зиготи до стадії бластули. Гени зародка починають функціонувати у хребетних різних стадіях дроблення (наприклад, в людини на стадії двох бластомерів), і продукти їх діяльності починають регулювати розвиток зародка. Таким чином, ранні етапи розвитку регулюються материнськими та зародковими генами. Починаючи з стадії гаструли у хребетних розвиток організму регулюється лише продуктами діяльності своїх генів зародка.

Регуляція експресії генів у процесі розвитку організмів здійснюється на всіх етапах синтезу білка, як за типом індукції, так і за типом репресії, причому контроль на рівні транскрипції визначає час функціонування та характер транскрипції даного гена.

Розберіть деякі моделі генетичного регулювання на рівні транскрипції (рис. 2). Змалюйте модель 1.

Мал. 2.Генетичне регулювання лише на рівні транскрипції.

А - модель 1: каскадна ембріональна індукція; б – модель 2: репресія кінцевим продуктом; - модель 3: регуляція експресії генів декількома генами-регуляторами; г - модель 4: регулювання кількох груп структурних генів одним геном.

Позначте:

С – сенсорний ген;

І – ген-інтегратор;

П – промотор;

СГ – структурні гени;

O – індуктор;

Δ – репресор.

Модель 1Каскадна ембріональна індукція (рис. 2, а).

Індуктор 1 взаємодіє з сенсорним геном (С), активуючи ген-інтегратор (І), продукт діяльності якого діє через промотор (П) на структурні гени (СГ 1 СГ 2 і СГ 3). У свою чергу, продукт діяльності СГ 3 є індуктором 2 для структурних генів СГ 4 , СГ 5 і т.д.

Модель 2Репресія кінцевим продуктом (рис. 2 б).

Продукти активності структурних генів своєю чергою репресують діяльність гена, контролює синтез індуктора 1.

Модель 3Регулювання експресії генів декількома генами-регуляторами (рис. 2, в).

Структурні гени активуються чи репресуються продуктами дії кількох генів.

Модель 4.Регулювання кількох груп структурних генів одним геном (рис. 2, г).

Індукція чи репресія кількох структурних генів продуктом діяльності одного гена. Цією моделлю можна пояснити плейотропну дію генів, вплив статевих гормонів тощо.

^ 3. Політені хромосоми.

У створенні тканеспецифічних продуктів бере участь лише невелика частина геному. Місця активного синтезу мРНК - пуфи - добре видно в політенних (гігантських) хромосомах і є розплетеними ділянками хромосом, що утворюють менш компактну структуру.

А. Вивчіть мікропрепарат під мікроскопом при великому збільшенні та замалюйте. Позначте: 1 – еухроматин, 2 – гетерохроматин, 3 – пуф.

Б. Вивчіть за рис. 3 ділянка політенної хромосоми, що зазнає пуфінгу (по Grossbach, 1973, з Гілберт С., 1994). Замалюйте рис. 3, р.

Мал. 3.Процес пуфінгу.

А-г – стадії утворення пуфу;

Мал. 3.Процес пуфінгу (Продовження)

Д - пуфінг у політенних хромосомах у поступовій динаміці.

Робота 4. Регуляційна здатність ядер. Клонування.

В онтогенезі при диференціювання клітин відбувається вибіркова експресія різних частин геному та обмеження генетичних потенцій у диференційованих клітин. Однак у ядрах соматичних клітин зберігаються всі гени, і у відповідних умовах вони можуть реактивуватися та забезпечити розвиток нормального зародка. Клонування - це розвиток нового організму, що є точною генетичною копією батьківської особи. У видів, що розмножуються статевим шляхом, клонування відбувається при пересадці ядер із соматичної клітини в яйцеклітину енуклейовану. Молода особина при клонуванні є точною копією організму-донора ядер соматичних клітин. В даний час отримані шляхом клонування тварин різних класів, у тому числі і ссавці. Виявилося, що в процесі розвитку генетичні потенції ядер соматичних клітин знижуються, і чим старше донор соматичних ядер, тим нижчий відсоток розвитку клонованих особин. Крім того, встановили, що генетичні потенції різних клітин донора неоднакові.

Вивчіть малюнки з пересадки ядер, взятих із соматичних клітин на різних стадіях розвитку жаби (за Гердон, 1965, Дьюкар Е., 1978) (рис. 4).

^ Мал. 4.Пересадка ядер із соматичних клітин у яйцеклітини жаби на різних стадіях розвитку клітин донора.

Робота 5. Взаємодія бластомерів у період дроблення, (лікувальний факультет).

а.Вплив становища бластомерів з їхньої диференціювання. На диференціювання клітини впливає її становище у певному місці зародка у час. У плацентарних тварин до завершення восьмиклітинної стадії різні бластомери не відрізняються один від одного за морфологією, біохімією та потенціями. Однак компактизація (зближення та збільшення контакту бластомерів з утворенням компактної клітинної кулі) призводить до утворення зовнішніх та внутрішніх клітин, які різко різняться за своїми властивостями. Зовнішні клітини формують трофобласт, а внутрішні – зародок. Досвід пересадки бластомерів показує, що утворення з бластомерів трофобласта або клітин зародка визначається тим, де виявилася клітина - на поверхні або всередині групи клітин.

Вивчіть рис. 5, а пересадки бластомерів у зародків миші [Мінц Би., 1970; Hillman та ін., 1972].

Мал. 5.Взаємодія бластомерів під час дроблення.

А - пересадка бластомерів зародкам миші; б - з'єднання бластомерів у зародків миші: 1-зародок, 2 - трофобласт; в - механізми формування однояйцевих близнюків та двійникових каліцтв у людини: 1 - внутрішні клітини бластоцисти; 2 – порожнина бластоцисти; 3 – зародок; 4 – порожнина амніону; 5 – порожнина хоріона; 6 - не повністю роз'єднані близнюки.

б.Вплив контакту бластомерів в розвитку зародка. Освіта однояйцевих близнюків та двійникових каліцтв у людини.

За збереження повного контакту бластомерів розвивається один організм. Також один організм розвивається при поєднанні бластомерів кількох зародків. Після спеціального впливу бластомери кількох чотириклітинних зародків можуть поєднатися з утворенням загальної морули. Наприклад, якщо з'єднати бластомери зародків трьох різних ліній з контрастним забарвленням (білим, чорним і рудим), формується морула, з якої розвиваються миші з різнобарвними ділянками шкіри. Це з перемішуванням бластомерів зародків різних ліній мишей, частина у тому числі пішла освіту зародка і свідчить у тому, що спадковий матеріал бластомерів не поєднується.

Вивчіть рис. 5, б - з'єднання бластомерів у зародків [Гілберт С, 1993].

Втрата контакту між бластомірами змінює їхню долю. Роз'єднання клітин зародка на ранніх етапах розвитку призводить до утворення ідентичних близнюків, оскільки ранні бластоміри тотипотентні. Неповне роз'єднання клітин зародка призводить до виникнення двійникових каліцтв, які можуть бути у різних видів безхребетних, хребетних тварин та людини.

Розгляньте слайди, таблиці, малюнки з прикладами двійникових каліцтв у різних видів тварин і людини.

Вивчіть рис. 5, в, на якому показаний механізм утворення однояйцевих близнюків і двійникових каліцтв у людини [з: Гілберт С., 1993, перероблено].

Мал. 5.Продовження.

Приблизно у 33% випадків роз'єднання бластомерів йде до утворення трофобласту. Близнюки мають власні хоріон та амніон.

Роз'єднання бластомерів після утворення трофобласту, але до утворення амніону відбувається приблизно 66% випадків. Близнюки мають власні амніотичні оболонки, але перебувають у загальному хоріоні.

Роз'єднання бластомерів після утворення амніону відбувається рідко, у кількох відсотках випадків. Близнюки мають загальні амніон та хоріон.

Неповне роз'єднання клітин ембріона. Близнюки мають загальні відділи тіла (двійникова потворність).

Робота 6. Клітинні процеси в періоди гаструляції та органогенезу.

Вивчіть табл. 2, рис. 6 і 7, слайди та препарати з ембріогенезу тварин. Перепишіть таблицю.

Мал. 6.Послідовні етапи формування особи (вигляд спереду). а – 4-тижневий зародок (3,5 мм.); б – 5-тижневий зародок (6,5 мм); в - 5,5-тижневий зародок (9 мм); г – 6-тижневий зародок (12 мм); д – 7-тижневий зародок (19 мм); е – 8-тижневий зародок (28 мм). 1 – лобний виступ; 2 - нюхова плакода; 3 – носова ямка; 4 – ротова пластинка; 5 - ротовий отвір; 6 - верхньощелепний відросток; 7 - нижньощелепна дуга; 8 – гіоїдна дуга; 9 – медіальний носовий відросток; 10 – латеральний носовий відросток; 11 - нососльозна борозенка; 12 - гіомандибулярна щілина; 13 - область філтруму, сформована злився медіальними носовими відростками; 14 - зовнішнє вухо; 15 - слухові горбики навколо гіомандибулярної щілини; 16 - під'язична кістка; 17 – хрящі гортані.

Таблиця 2

Форми клітинних взаємодій

Утворення нормальних структур (приклади)

Наслідки порушень міжклітинних взаємодій (приклади)

^ Клітинні переміщення

Виборче розмноження клітин

Виборча клітинна загибель

Клітинна адгезія

Клітинні згущення

Переміщення клітин при гаструляції, утворенні нервової трубки, при переміщенні первинних статевих клітин.

Закладання зачатків окремих органів.

Поділ пальців, загибель епітеліальних клітин при злитті піднебінних зачатків, носових відростків.

Загибель нейроепітеліальних клітин під час утворення нервової трубки.

Утворення нервової трубки з нервової пластинки, злиття зачатків структур обличчя (піднебінних відростків, носових відростків між собою та з верхньощелепними відростками).

Утворення зачатків кінцівок.

Порушення утворення гаструли, нервової трубки; порушення структури, зміна кількості чи відсутності гонад.

Відсутність органу чи його частки.

Синдактилія, ущелина твердого піднебіння, ущелини твердої губи, обличчя, спинномозкові грижі.

Спинномозкова грижа, ущелини твердого піднебіння, верхньої губи, обличчя.

Відсутність кінцівок, додаткові кінцівки.

Мал. 7.Розвиток неба у зародка свині [Карлсон Би., 1983].

А-г - етапи розвитку вторинного піднебіння (препарат даху ротової порожнини, х 5); д, е (поперечні зрізи, що ілюструють до і після опускання язика, 1 - верхня губа; 2 - серединний піднебінний відросток; 3 - латеральний піднебінний відросток; 4 - носова перегородка; 5 - мова; 6 - шов піднебіння.

Робота 7. Ембріональна індукція.

Розберіть рис. 8, а, б, замалюйте та позначте основні структури.

Мал. 8.Ембріональна індукція нирки та зуба у ссавців, а – розвиток нирок: 1 – перевага. 2 – мезонефральний канал, 3 – мезенхіма первинної нирки, 4 – первинна нирка, 5 – виріст сечоводу вторинної нирки, 6 – мезенхіма вторинної нирки, 7 – зачаток вторинної нирки, → індукція; б – ранні стадії розвитку зуба: I – ясна нижньої щелепи (вид зверху): II – поперечний зріз ясен; III-VI – стадії розвитку зуба: 1 – гребінь ясен, 2 – зубна платівка, 3 – мезодермальні зубні сосочки, 4 – зачаток емалевого органу, 5 – амелобласти, 6 – зачаток емалі, 7 – одонтобласти, 8 – зачаток дентину, 9 – зачаток пульпи, 10 – емаль, 11 – дентин; → індукція; ↔ − взаємна індукція.

^ Лікувальний факультет :

А. Ембріональна індукція, що зумовлює розвиток нирок у ссавців (рис. 8, а).

Мезонефральний (вольфовий) канал індукує утворення первинної нирки. Виріст сечоводу з мезонефрального каналу індукує утворення вторинної нирки, яка підтримує зростання сечоводу. Метанефрогенна мезенхіма індукує розгалуження сечоводу. Епітелій розгалужень сечоводу індукує мезенхіму до утворення ниркових канальців.

^ Стоматологічний факультет

Б. Ембріональна індукція, що зумовлює розвиток зуба у ссавців (рис. 8, б) [Дьюкар Е., 1978].

Перший зачаток зубів - зубна платівка, потовщена смужка ектодерми по гребеню ясен розвивається незалежно від мезодерми. Під зубною платівкою з'являється ряд мезодермальних зубних сосочків, які індукують утворення з ектодерми зачатків емалевого органу (при видаленні мезодермальних сосочків зачатки емалевого органу не утворюються). Взаємна індукція між емалевим органом та мезодермальним зубним сосочком призводить до формування клітин, що утворюють емаль, дентин та пульпу. На наступній стадії диференціювання емаль і дентин, що виникають, надають взаємний вплив на розвиток один одного.

Робота 8. Взаємозв'язок нервової системи та іннервованого нею органу в онтогенезі.

Взаємодія між центрами ЦНС і органами, що іннервуються, встановлюється на ранніх етапах ембріогенезу, причому ці структури взаємно стимулюють розвиток один одного. Відсутність периферичних нервів або їх ушкодження (наприклад, лікарськими препаратами, токсинами токсоплазми та ін) викликають порушення формування структур, що ними іннервуються. Так, наприклад, у Європі народилося кілька сотень дітей з відсутністю кінцівок, матері яких у період вагітності приймали снодійний талідомід.

У постнатальному періоді зберігається взаємозв'язок між нервовою системою та іннервованими органами. Родові травми головного мозку та периферичних нервів призводять не тільки до паралічів, а й до атрофії м'язів та відставання зростання відповідних кінцівок або односторонньої гіпотрофії структур особи (при вродженому паралічі VI-VII черепних нервів). Сприяють відновленню пошкоджених структур головного та спинного мозку пасивні рухи (для цього створені спеціальні апарати), масаж та фізіотерапевтична стимуляція органів, що іннервуються.

При нейрофіброматозі (аутосомно-домінантний тип успадкування) розвиваються пухлини периферичних нервів. Якщо захворювання починається в ранньому дитинстві, то з того боку тіла, де розвиваються пухлини, виникає гіпертрофія кісток і м'яких тканин. Наприклад, розвивається дизморфоз особи (несиметричний, непропорційний розвиток структур, що формують особу).

Розберіть схеми експериментів з вивчення взаємозв'язку нервових центрів та органів, що іннервуються.

Видалення нерва на лівій стороні зародка аксолотля призвело до відсутності кінцівки на оперованій стороні тіла. Відсутність кінцівки може бути обумовлена дією нейротропних тератогенів (токсини при токсоплазмозі, талідомід та ін) (рис. 9, а).

Видалення зачатка кінцівки у зародка аксолотля призводить до зменшення розмірів гангліїв та рогів сірої речовини спинного мозку на оперованій стороні (рис. 9, б).

Мал. 9.Взаємозв'язок нервових центрів та іннервованих органів [Дьюкар Е., 1978, зі змінами].

А - вплив спинномозкових нервів на розвиток кінцівки: 1 - спинний мозок, 2 - спинномозковий нерв, що іннервує кінцівку, 3 - спинномозковий ганглій, 4 - кінцівка; б- вплив зачатка кінцівки на розвиток сегментів спинного мозку (поперечний середовищ зародка аксолотля з віддаленим зачатком кінцівки: 1 – спинномозковий ганглій, 2 – спинномозковий нерв, 3 – дорсальні роги сірої речовини спинного мозку, 4 – вентральні роги сірої речовини спинного мозку.

Робота 9. Гормональне регулювання онтогенезу у плацентарних ссавців.

Вивчіть за табл. 3 впливи гормонів на процеси розвитку організму.

Таблиця 3

Джерело освіти

Гормона

Гормони

Основні ефекти

Гіпоталамус

Гіпофіз

^ Епіфіз (шишкоподібне тіло)

Щитовидна залоза

Підшлункова залоза

Надниркові залози

Яєчники:

фолікули

жовте тіло

Плацента

Насінники

Тимус

Ліберіни

Гонадоліберін

Соматропний гормон

Тиреотропний гормон(и)

Адренокортикотропний гормон (АКТГ)

Гонадотропіни:

А) фолікулостимулюючий гормон (ФСГ)

Б) лютеїнізуючий гормон

В) пролактин (лютеотропний гормон – ЛТГ)

Мелатонін (синтезується вночі)

Серотонін (синтезується вдень)

Тироксин

Інсулін

Кортизол

Естрогени

Прогестерон

Хоріонічний соматомаммотропін (плацентарний гормон росту)

Тестостерон

Фактор, що інгібує парамезонефральні протоки.

Дигідротестостерон

Тимозін

У ранньому ембріогенезі гормони гіпоталамуса впливають на диференціювання та міграцію нейронів.

У пізньому ембріогенезі та постнатальному періоді – регулюють розвиток опосередковано шляхом зміни синтезу гормонів гіпофіза.

Підсилюють синтез гормонів аденогіпофізу.

Гальмують синтез гормонів аденогіпофіза.

Визначає момент настання статевої зрілості та характер статевої поведінки.

Підсилює проліферацію клітин та синтез білка. У постнатальному періоді регулює зростання.

Прискорює ріст та диференціювання клітин щитовидної залози.

Стимулює зростання надниркових залоз та продукцію стероїдів.

Підсилюють проліферацію стовбурових клітин, зростання фолікулів у яєчниках, стимулюють зростання насіннєвих канальців та сім'яників, утворення статевих гормонів у гонадах. Ініціюють гаметогенез.

Підтримує жовте тіло вагітності у активному стані. Стимулює зростання молочної залози та секрецію молока.

Регулює добові біологічні ритми, статеве дозрівання та репродуктивні функції.

Чутливі до серотоніну нейрони регулюють поведінку, сон, процеси терморегуляції.

Регулювання рухової активності травного тракту.

Підвищує інтенсивність обміну речовин та синтезу білка; регулює розвиток головного мозку, зростання та пропорції тіла.

Необхідний для розвитку похідних шкіри. Ініціює диференціювання молочної залози. Підсилює проліферацію.

Необхідний для розвитку багатьох органів на пізніх стадіях онтогенезу. Стимулює пізні стадіїдиференціювання молочних залоз.

Стимулюють розвиток жіночих вторинних статевих ознак; сприяють проліферації та секреції в епітеліальних клітинах матки; початкових змін у молочних залозах.

Збереження вагітності; подальше диференціювання молочних залоз.

Подальша проліферація епітелію матки та збереження вагітності; подальше диференціювання молочних залоз.

Дія, подібна до дії гормону росту і пролактину гіпофіза.

Визначає розвиток чоловічих статевих шляхів, сім'яників, вторинних статевих ознак та гормональної функції гіпоталамуса (в ембріогенезі), інгібує розвиток молочних залоз, регулює зростання тіла.

Регресія парамезонефральних мюллерових проток.

Розвиток передміхурової залози, пеніса, мошонки.

Проліфірація Т-лімфоцитів.

Робота 10. Вплив шкідливих чинників середовища на зародок.

Вивчіть таблицю 4, розберіть та замалюйте схему 1, наведіть приклади прямого та опосередкованого пошкодження зародка.

Таблиця 4

Чинники

Основні механізми порушень

Ембріо- та фетопатії

I. Неповноцінне харчування матері

1. Голодування та недоїдання

2. Дефіцит білка

3. Дефіцит вітамінів (часто без гіповітамінозу у матері):

Вітаміну А

вітаміну В2

вітаміну С

вітаміну Е

фолієва кислота

4. Надлишок вітамінів:

Вітаміну А

вітаміну С

^ ІІ. Захворювання матері

Ревматичні вади серця

Неспадкові вроджені вади серця

Гіпертонічна хвороба

4. Анемія

5. Цукровий діабет

6. Тиреотоксикоз

7. Патологія надниркових залоз

8. Імунологічний конфлікт (за резус-фактором і системою АВ0; найбільш часто несумісні: 0 - А, 0 - В, А - В, В - А, комбінації груп крові матері та плода)

ІІІ. Внутрішньоутробні інфекції

1.Вірус краснухи

2. Вірус грипу

3. Вірус поліомієліту

4. Вірусний гепатит (хвороба Боткіна)

Токсоплазмоз

^ IV. Іонізуюча радіація

V. Вплив хімічних сполук,у тому числі лікарських речовин (понад 600 сполук)

Алкоголь

Порушення трофіки зародка.

Порушення метаболізму у зародка.

Порушення окисно-відновних процесів в епітелії.

Порушення зростання, утворення ферментів біологічного окиснення.

Порушення процесів окиснення, утворення сполучної тканини, біосинтезу.

Порушення окислення жирів, що веде до появи токсичних продуктів.

Порушення синтезу низки амінокислот, метальних груп.

Порушення зростання, окисно-відновних процесів.

Гіпоксія, порушення трофіки, дистрофічні зміни плаценти.

Гіпоксія, порушення матково-плацентарного кровообігу, морфофункціональні порушення плаценти.

Порушується транспорт кисню до плода, дефіцит заліза, морфологічні зміни плаценти.

Гормональні зрушення, гіперглікемія та кетоацидоз, погіршення матково-плацентарного кровообігу, патологічні зміни у плаценті.

Підвищене виділення гормонів щитовидної залози.

Недолік чи надлишок гормонів надниркових залоз.

Проникають через плаценту резус-антитіла. Проникнення через плаценту неповних ізоімунних антитіл А та В, які спричинюють гемоліз еритроцитів плода. Непрямий білірубін, що виділився, є сильним тканинним токсином.

Інфікування зародка, особливо у перші три місяці розвитку.

Інфікування плода, інтоксикація організму матері, гіпертермія, порушення матково-плацентарного кровообігу.

Вірус переходить через плаценту, спричиняючи захворювання.

Патологічні зміни материнського організму, зміни у плаценті.

Ураження зародка проникаючими радіацією та токсичними продуктами пошкоджених тканин.

Безпосередня дія на зародок. Порушення структури та функції плаценти. Патологічні зміни у материнському організмі.

Пряма токсична дія на плід, плаценту та організм матері.

Пошкодження гамет, генеративні мутації. Пряма токсична дія.

Гіпотрофія плода, різні аномалії розвитку, переважно центральної нервової системи, мертвіння, ослаблені, схильні до захворювань діти.

Дефекти органів зору та сечостатевої системи.

Деформація кінцівок, розщеплення твердого піднебіння, гідронефроз, гідроцефалія, аномалії серця та ін.

Можливі загибель зародка, викидень.

Аномалії мозку, очей, скелета.

Пороки серця та судин.

Розщеплення твердого піднебіння, аненцефалія.

Збільшується ймовірність викидня.

Гіпотрофія плода, функціональна незрілість, аномалії органів та систем, переважно серцево-судинної. У дітей часто зустрічаються інфекційно-алергічні захворювання та порушення нервової системи.

Гіпотрофія плода. Пороки розвитку, в основному серця та судин.

Гіпотрофія плода, порушення серцево-судинної системи. Підвищена захворюваність у дітей.

Загибель плода, порушення центральної нервової системи, анемія в дітей віком.

Загибель плода, недоношені, незрілі з підвищеною масою плоди, функціональна незрілість підшлункової залози, легень, рідше за зміни щитовидної залози, нирок. Зустрічаються аненцефалія, гідронефроз та інші порушення центральної нервової системи

Порушення формування центральної нервової системи, щитовидної залози та, менше, інших залоз внутрішньої секреції. Рідше аномалії серцево-судинної системи, кістково-м'язової, статевої та ін.

Функціональна неповноцінність надниркових залоз.

Гемолітична хвороба плода та новонародженого.

Аномалії серця, мозку, органів слуху, зору та ін.

Аномалії статевих органів, катаракта, "заяча губа".

Вроджений поліомієліт.

Потворності на різних стадіях розвитку. Вроджений вірусний гепатит, ускладнений цирозом печінки; затримка розвитку.

Потворності головного мозку, очей, кінцівок, «вовча паща», вади серця, захворювання ендокринних органів.

Уроджена променева хвороба. Найчастіше параліч нервової системи. Можуть бути аномалії очей, судин, легень, печінки, сечостатевих органів, кінцівок.

Різні вади розвитку, що залежать від речовини, дози та строку надходження.

Гіпотрофія, схильність до респіраторних захворювань.

Розумова відсталість, психічні захворювання, вади серця, епілепсія, алкогольне ураження плода.

Схема 1. Вплив шкідливих чинників середовища на зародок.

Робота 11. Критичні періоди у онтогенезі людини.

Вивчіть та перепишіть табл. 5.

Таблиця 5

Періоди онтогенезу людини

Критичні періоди

Можливі порушеннярозвитку

Передімплантаційний та імплантаційний

Період гісто- та органогенезу та початку плацентації

Перинатальний період (пологи)

Період новонародженості

Підлітковий (пубертатний)

Клімактеричний

Для всього зародка

Для різних органів та систем не збігаються за часом

Для всього організму та окремих органів та систем

Загибель зародка

Двійникові каліцтва

Спадкові хвороби

Пороки та аномалії розвитку різних органів та систем, загибель зародка

Травми, дитячий церебральний параліч, недоумство, загибель

Висока ймовірність перегрівання, переохолодження, патології різних організмів та систем, неспецифічних інфекцій та загибелі

Підвищено ризик прояву неспадкових захворювань, порушення обміну речовин, підліткових порушень поведінки, психічної вразливості, агресивності. Збільшується смертність

Зростає ризик розвитку соматичних та психічних хвороб, збільшується частота виникнення пухлин. Підвищується смертність

^ Робота 12. Класифікація та механізми утворення вад розвитку.

Вивчіть та перепишіть інформацію щодо класифікації механізмів утворення вад розвитку.

^ I. За етіологічною ознакою.

1. Спадкові:а) генеративні мутації (спадкові хвороби); б) мутації в зиготі та бластомерах (спадкові хвороби, мозаїцизм).

2. Неспадкові:а) порушення реалізації генетичної інформації (фенокопії); б) порушення взаємодії клітин та тканин; вади розвитку органів та тканин (тератоми, кісти); в) соматичні мутації (уроджені пухлини.)

3. Мультифакторіальні.

ІІ. За періодом онтогенезу.

Гаметопатії:а) спадкові; б) неспадкові (перезрівання гамет).
Бластопатіїдо 15-го дня; а) спадкові хвороби (мозаїцизм - зародок складається з клітин із нормальним та атиповим набором хромосом); б) не спадкові (двійникові потворності, циклопія, сиреномелія).
Ембріопатіїдо кінця 8-го тижня: більшість вад розвитку, вади, зумовлені дією тератогенів.
Фенопатіївід 9 тиж. до пологів. Пороки цієї групи трапляються рідко: залишки ембріональних структур (персистування); збереження початкового розташування органів, наприклад, крипторхізм; недорозвинення окремих органів чи всього плода, відхилення у розвитку органів.
^ Пороки,виникаючі у постнатальнийперіод (виникають рідше, ніж вищевказані вади, обумовлені травмами чи захворюваннями).

Контроль підсумкового рівня знань:

Тестові завдання

1. Виберіть одну відповідь.

^ ВЧЕННЯ ПРО ЗАРОДОВЕ РОЗВИТОК ОРГАНІЗМІВ ШЛЯХОМ НАСЛІДНИХ ОСВІТ НОВИХ СТРУКТУР НАЗИВАЄТЬСЯ:

Преформізм.
Епігенез.
Трансформізм.
Віталізм.

2. Виберіть одну відповідь.

^ ГЕНЕТИЧНА РЕГУЛЯЦІЯ ОНТОГЕНЕЗУ У ДЗВОНОЧНИХ ЗДІЙСНЮЄТЬСЯ ШЛЯХОМ:

1. Зменшення кількості генів у процесі розвитку.

2. Репресії генів.

3. Дерепресії генів.

4. Дерепресії та репресії генів.

3. Виберіть одну відповідь.

^ ПРИ КЛОНУВАННІ РЕГУЛЮЮТЬ РОЗВИТОК ЗАРОДЯ ГЕНИ:

Сперматозоїда.
Яйцеклітини.
Сперматозоїда та яйцеклітини.
Соматичні клітини.

4. Виберіть одну відповідь.

^ ОДНОЯЙЦЕВІ БЛИЗНЮКИ УВАЖУЮТЬСЯ В РЕЗУЛЬТАТІ;

Роз'єднання клітин зародка на стадії гаструли.

Роз'єднання клітин зародка на стадії диференціювання зародкових листків.

Повного розходження бластомерів.
Неповної розбіжності бластомерів.

5. Виберіть кілька відповідей.

^ ПРИ ОСВІТІ НЕРВОВОЇ ТРУБКИ ВІДБУВАЄТЬСЯ:

Виборче розмноження клітин.
Згущення мезодермальних клітин.
Виборча загибель клітин.
Адгезія клітин.

6. Виберіть одну відповідь.

^ ЕМБРІОНАЛЬНА ІНДУКЦІЯ ПОЧИНАЄ РЕГУЛЮВАТИ РОЗВИТОК ДЗВІНОЧНИХ У ПЕРІОД:

Дроблення.
Рання гаструляція.
нейруляції.
органогенезу.

7. Виберіть кілька відповідей.

^ СТАДІЯ ЗАЛЕЖНОГО ДИФЕРЕНЦІЮВАННЯ КЛІТИН ХАРАКТЕРИЗУЄТЬСЯ:

Підвищення чутливості до дії індукторів.
Зниження чутливості до дії індукторів.
Відсутність здатності до трансдиференціювання.
Здатність до трансдиференціювання.

8. Виберіть одну відповідь.

^ ГОРМОНАЛЬНА РЕГУЛЯЦІЯ РОЗВИТКУ У ссавців ПОЧИНАЄТЬСЯ У ПЕРІОД:

Гаструляція.
Дроблення.
Гісто- та органогенезу.
Плідний.

9. Виберіть кілька відповідей.

^ НАЙБІЛЬША ЧУВЧІСТЬ ОРГАНІВ ЗАРОДИША ДО ДІЇ ТЕРАТОГЕНУ В ПЕРІОДИ:

Закладання зачатків органів.
Закладання нових структур органу.
Диференціювання клітин органу.
Зростання органу.

10. Встановіть відповідність.

^ ПОРОКИ РОЗВИТКУ: МЕХАНІЗМИ ВИНИКНОСТІ:

Спадкові. а) генеративні мутації;
Неспадкові. б) мутації у бластомірах;

в) мутації у клітинах зачатків органів;

Г) порушення функцій генів;

Д) порушення закладання органів.

Терміни:

Адгезія, біологічна смерть, дорослий стан, гуморальної регуляції онтогенезу, дефінітивні структури органів, дорепродуктивний період, зародок, зародкові оболонки, критичний період розвитку, критичні періоди ембріогенезу, личинковий розвиток, розвиток статевозрілого організму, репродуктивний період, пострепродуктивний період , непрямий розвиток (розвиток з метаморфозом), сиреномелія, старіння, циклопія, ювенальний період, ембріональна індукція.

Основна література

1. Біологія/За ред. В.М. Яригіна. – К.: Вища школа, 2001. – Кн. 1. - С. 150, 280-282, 294-295, 297-298, 317-368, 372, 409-418.

2. Пєхов А.П. Біологія та загальна генетика. - М: Вид-во РУДН, 1993. - С. 166, 201-219.

додаткова література

1. Газарян К.Г., Білоусов М.В. Біологія індивідуального розвитку тварин. - М: Вища школа, 1983.

2. Гілберт С. Біологія розвинена. - М: Мир, 19 ^ 9,3, т. 1; 1994, т. 2; 1995, т. 3.

1)Рівні регуляції онтогенезу

Регуляція експресії всіх генів відбувається на різних рівнях:

1. Регуляція на генному рівнівідбувається по-різному

1.1. Модифікація ДНК (наприклад, заміна цитозину або гуаніну на метил-цитозин або метил-гуанін; метилювання основ знижує активність генів). 1.2. Збільшення обсягу ДНК у клітині шляхом диференціальної ампліфікації ДНК (наприклад, багаторазове копіювання генів рРНК) або за рахунок утворення політенних хромосом.1.3. Програмовані кількісні зміни ДНК (наприклад, зміна орієнтації промотора).1.4. Сплайсинг ДНК (наприклад, вирізування ділянок генів, що кодують антитіла). 1.5. Димінуція хроматину – незворотна втрата частини генетичного матеріалу в соматичних клітинах деяких організмів (інфузорій, аскарид, циклопів). 1.6. Зміна активності цілих хромосом (наприклад, інактивація однієї з двох X-хромосом у самок ссавців).1.7. Зміна послідовностей ДНК за допомогою рухливих генетичних елементів, наприклад транспозонів.

2. Регуляція на рівні транскрипції– шляхом регулювання транскрипції мРНК. Інтенсивне функціонування окремих генів чи його блоків відповідає певним етапам розвитку та диференціювання. Регуляторами транскрипції у тварин є стероїдні гормони.

3. Регуляція на рівні сплайсингу(Посттранскрипційної модифікації мРНК) – забезпечує можливість освіти різних типівзрілої, функціонально активної мРНК. Процесинг РНК регулюється за допомогою рибозимів (каталізаторів рибонуклеїнової природи) та ферментів матураз. Деякі генетичні захворювання людини (фенілкетонурія, деякі гемоглобінопатії) зумовлені порушенням сплайсингу.

4. Регуляція на рівні трансляції- Зумовлена різною активністю різних типів мРНК.

5. Регуляція на рівні посттрансляційної модифікації білків– регулюється шляхом посттрансляційної модифікації білків (фосфорилювання, ацетилювання, розщеплення вихідного поліпептидного ланцюга на більш дрібні фрагменти і т.д.).

Розглянуті приклади свідчать про різноманітті методів реалізації генетичної інформації шляхом регуляції активності самих генів чи його продуктів. Слід, однак, відзначити, що для клітини найбільш економічна регуляція на рівні транскрипції, оскільки вона перешкоджає утворенню відповідних мРНК та білків, коли клітина не відчуває потреби. Водночас регуляція на рівні транскрипції йде порівняно повільно, тоді як, наприклад, активація білків шляхом розщеплення молекул-попередників хоч і неекономічна, але відбувається дуже швидко.

2) Гени, що регулюють перебіг онтогенезу

Хід онтогенезу визначається генно-регуляторними мережами (каскадами). Вони беруть участь сигнальні білки та інших. в-ва («морфогени»; виділяються клітиною в навколишнє міжклітинний простір), рецептори, транскрипційні чинники, малі регуляторні РНК. Енхансери (сайти зв'язування ТФ) у регуляторних галузях генів-регуляторів – важливий компонент «генетичної програми розвитку». Від енхасерів залежить, якими перемикачами (а отже, де і коли) включатиметься цей ген.

У всіх тварин за розмітку ембріона вздовж передньо-задньої осі відповідає спеціальне сімейство генів - HOX-гени. Спочатку знайшли у дрозофіли, потім у всіх тварин.

Відкриття подібних Hox-генів у різних типів тварин змусило по-новому подивитись морфогенез тварин та її перетворення під час еволюції. Стало ясно, що, змінивши один ген або час (або місце) його включення, можна трансформувати, створити, видалити або перенести в інше місце одразу цілий орган, зберігши при цьому загальний план будови. Hox-гени у дрозофіли, людини та багатьох інших тварин розташовуються в хромосомі в строгому порядку, в тому самому, в якому відбувається диференціювання основних частин тіла двосторонньо симетричної тварини. Спочатку у раннього ембріона починають працювати гени, які відповідають за будову органів на голові, потім на грудях, потім гени починають оформляти хвостову частину.

Сімейство Hox-генів поділяється на 14 класів. Вважається, що ці 14 класів виникли шляхом дуплікації одного або небагатьох вихідних генів, репліки потім мутували і набули нових функцій. У кишковопорожнинних і гребневиків є всього 4 класи Hox-генів. У передбачуваного загального предка двосторонньосиметричних тварин їх мало бути принаймні 8. У ссавців присутні всі 14 класів. Принцип роботи цих генів однаковий. Усі вони є транскрипційними чинниками, тобто їх функція полягає у «включенні» чи «виключенні» інших генів. Через війну роботи Hox-генів запускається каскад реакцій, що веде до появи у клітині необхідних білків. Пізніше з'ясувалося, що в деяких тварин вони розташовані не так правильно, як у людини і дрозофіли. Крім хокс-генів, існує багато інших регуляторів розвитку. Більшість характерна плейотропність. Плейотропність – множинність функцій та фенотипічних проявів. Один і той же ген-регулятор (ТФ) може регулювати кілька різних процесів на різних стадіях ембріонального розвитку. Це «професійні перемикачі», яким у принципі однаково, що перемикати (був у регульованого гена необхідний енхансер). Тому в ході еволюції під їхнє управління легко можуть потрапити нові «підпрограми». Так з'являються нові ознаки.

Отже, перебіг онтогенезу регулюють: хроногени, гени просторової організації (дивись у методиці з генетики)

3) Принцип роботи генів в онтогенезі

Важливо відзначити, що сам процес будівництва особини кожного виду починається прямо з першого поділу. Отже, можна сказати, що розвиток особини відбувається за найсуворішою програмою поклітинного будівництва, в ході якої відбувається покрокова реалізація генетичної інформації, починаючи з першого поділу. Геном відображає саме строгу клітинну послідовність будівництва будь-якої особини: від першого поділу клітини до повного формування особини, від першої клітини, до другої, від неї до 3-ї, до 4-ї, до 5-ї .... до «останньої». Саме цю послідовність будівництва і укладено у т.зв. «Некодирующей частини геному, названої еволюціоністами - «сміттєвою частиною» геному. особини, що йде через суворо послідовне клітинне будівництво, коли спочатку формуються ембріон, як вихідний субстрат зі стовбурових клітин, далі він сегментується і утворюються зачатки («нирки») основних частин тіла з подальшим розвитком їх у напівфабрикати, і далі, в завершені органи. При цьому вся програма (алгоритм) такого будівництва записана в геном спільно з інформацією про всі ознаки особини. Отже, можна стверджувати, що програма будівництва і є власне інформація про всі органи, члени та системи! Це єдина та нерозривна інформація. Немає у геномі окремо інформації про план (програмі) будівництва та окремо про «спадкових ознаках», тобто. про склад та структуру органів та членів.

Новим і важливим в описі структури геному та процесу онтогенезу вважаю відзначити такі положення. Усю програму життя особини, що реалізується геномом, здається, зручно розбити на 3 великі етапи:

1й – формування, будівництво особини до моменту народження (перша та головна частина програми онтогенезу);

2й – зростання особи до зрілості (друга важлива частина програми онтогенезу);

3й – старіння та смерть.

Звісно ж, що вони мають свої особливості і дуже відрізняються за механізмами програмної реалізації.

1й період, серцевина онтогенезу, найбільш програмно складний, т.к. треба побудувати, сформувати тісно взаємопов'язані, тісно переплетені і взаємообумовлені всі органи, члени та системи різного білкового змісту. І його суттю є управління поклітинним будівництвом, управління розподілом клітини, коли кожній клітині визначено її «доля»: ділитися вона чи ні, і у другому випадку, який соматичний білок її наповнить.

На 2-му етапі практично білок підбирати зайве, т.к. мова йде про зростання вже сформованої особини, і треба тільки забезпечити сувору пропорційність зростання всіх членів та органів вже оформленої та сформованої білкової структури (м.б. за винятком тільки репродуктивної системи). Для цього в геномі, ймовірно, є ділянки програм саме зростання всіх органів та членів, як продовження програм їхнього будівництва. Очевидно, всі вони побудовані за близькими алгоритмами пропорційного збільшення обсягу й обсягу і є продовженням програм будівництва органів. Це також дуже складні програми, зокрема. та програми пропорційного зростання тороїдальних конструкцій, таких, як порожнисті кістки, кровоносні судини та інших конструкцій величезної складності. При цьому відомо, що велику роль у процесі зростання відіграє гормон росту, гормон гіпофіза, який багато в чому визначає тривалість росту і кінцевий «розмір» особини.

На 3-му етапі йде лише процес оновлення клітин, шляхом їх заміни на «нові», але найгіршої якості, ймовірно, за рахунок погіршення якості всіх процесів експресії та поділу клітин, транскрипції, трансляції та мітозу в цілому, викликаного, як сьогодні вважається, постійним зменшенням довжини тіломірних кінців хромосом. Причому кожної білкової соматичної тканини суворо визначена періодичність оновлення, як часто вона оновлюватиме свої клітини. Практично не оновлюються клітини мозку, м'язи серця, печінки та деякі інші.

Загальні принципироботи програми управління формуванням, будівництвом особини в онтогенезіЯк видається, програма онтогенезу заснована на реалізації 3х основних принципів:

1й принцип – «кожній клітці суворо своє місце», це принцип власне будівництва: доля кожної клітини заздалегідь визначена і реалізується через типову процедуру «поділ – тиждень – спеціалізація». Ця інформація послідовно зчитується з певної ділянки (ділянок) геному і реалізується з використанням епігенетичного механізму: у вихідному положенні всі гени геному закриті метильними групами і відповідно до програми зчитування геному вони послідовно знімаються і потрібний, наступний по порядку будівництва клітин ген, активується групою ацетилювання гістонів. Далі цей ген знову закривається метильною групою. Можливо, що немає цих «груп закриття» на нігтях і волоссі, і росте воно постійно.

2й принцип, принцип контролю та підвищення надійності правильності будівництва: певні керуючі Нох-гени (ділянки ДНК) дозволяють будівництво там, де треба, в зоні власної відповідальності, і забороняють будівництво там, де не треба (для того, щоб зуби з'явилися саме в роті і не з'явилися в будь-якому іншому місці, очей у заздалегідь підготовлених очницях голови, а не на руці тощо).

3й принцип, принцип поєднання програм: т.к. більшість органів і людини, і тварин носить дуже складний, комплексний характер і включає одночасне формування і кісткового скелета, і кровоносних судин, і лімфи, і різних м'язових тканин, тканин шкіри, нервів, сухожиль, нейронів, волосяного покриву і багато іншого, всі ці окремі програми практично комплексно входять у відповідний кластер, і хіба що вкладені, накладені друг на друга. Реалізація першого принципу. Т.к. всі органи та члени, що утворюють єдиний організмособини, мають дуже складний, хитромудрий, але цілком певний, суворо конкретний вид і форму, то керуючи процесом саме поділу клітин легко домогтися отримання практично будь-якої запланованої форми. Це досягається саме тим, що не всі клітини діляться, тобто. йде процес управління напрямом розподілу, і, відповідно, напрямом будівництва органу, формування його форми. експресії в ній відповідного білок - гена, що кодує, або ця клітина вступить у фазу мітозу і буде піддана подальшому поділу. Саме для цього і існує в процесі мітозу інтерфазу з етапом G1 та критичною точкою R. Саме шляхом відповідного обсягу синтезу білка тригера і визначається подальша доля клітини у точці R1. Тобто. кількість цього білка і визначає подальшу долю клітини і, тим самим, форму органу, що створюється або члена. Якщо ця клітина не ділитися, а підлягає спеціалізації, зміст клітини, тобто. вид білка в цій клітині, що спеціалізується, заздалегідь відомий з призначення цього органу або члена.

Ось цей послідовно – паралельний процес, ця програма реалізації долі кожної клітини і є власне програма онтогенезу. Отже, якщо у цій клітці утворилося мало тригерного білка, це і є сигнал на запуск процесу спеціалізації цієї клітини, а чи не її розподіл. Для подальшої спеціалізації необхідно вказати цій клітині, якою вона повинна бути за вмістом білка, тобто. який білок (або групу білків при альтернативному сплайсингу) активувати в ній саме відповідно до загального плану та загальної програми будівництва. Очевидно, що в процесі зчитування геному кількість тригерного білка визначається загальною програмою будівництва (онтогенезу) і кодується спеціальною послідовністю ДНК, що управляє. Можна з упевненістю припустити, що ця інформація укладена в «некодуючій» частині геному в зоні диспергованих (тобто розсіяних) послідовностей ДНК, що повторюються, розташованих між генами: їх «довгі» (Line) повтори дають команду на виробництво тригерного білка у великій кількості (R більше R порога), і, як наслідок, клітина переходить у етап розподілу. Якщо слідує коротка (Sine) послідовність, то проводитися тригерного білка менше порога і клітина вступає у фазу спеціалізації. Загальна кількість диспергригованих послідовностей ДНК в геномі близько 2х мільйонів, що одного порядку з кількістю клітин плода перед пологами (близько 200 млн.) В.о., порядок слідування диспергованих послідовностей в геномі і визначає порядок поділу та спеціалізації клітин, тобто. прядок формування форми органа.При цьому, сам процес активації цих ДНК повторів, швидше за все, здійснюється послідовно та формально з використанням епігенетичних маркерів: зняття репресивних метильних груп та приєднання груп активації – ацетилювання гістонів. Отже, ці, т.зв. «некодуючі ділянки ДНК» є кодуючими! Вони кодують не соматичні білки та амінокислоти, а регулюючі білки та амінокислоти.

4)Тотипотентність

ТОТИПОТЕНТНІСТЬ здатність окремих клітин у процесі реалізації укладеної в них генетичної інформації не лише до диференціювання, а й до розвитку на цілий організм. Тотипотентні запліднені яйцеклітини рослин та тварин. Для соматичних клітин тварин характерна тканинна специфічність з ранніх стадій ембріонального розвитку, і тому вони не мають тотипотентності. Однак стовбурові клітини в тканинах тварин, що оновлюються, в межах одного типу тканини можуть розвиватися в різних напрямках. Наприклад, стовбурові клітини кровотворної тканини ссавців дають початок еритроцитам та лейкоцитам. Соматичні клітини рослин здатні повністю реалізувати свій потенціал розвитку із заснуванням цілого організму. Спеціалізовані клітини різних органів (аркуша, кореня, квітки) здатні до розмноження в штучному середовищі поза організмом. При створенні оптимального співвідношення фітогормонів в живильному середовищі клітини, що культивуються, можуть утворювати пагони або перетворюватися в результаті соматичного ембріогенезу в зародковоподібні структури, які потім розвиваються в цілий організм. Здатність соматичних клітин рослин виявляти тотипотентність залежить від генотипу. Тотипотентність соматичних клітин лежить в основі їх використання в генетичній та клітинній інженерії. Гомеозні мутації у дрозофіли. Після завершення формування сегментації, набувають чинності гомеозисні гени - великий клас генів, які контролюють розвиток якоїсь частини тіла з певного сегмента. В результаті гомеозової мутації з даного сегмента розвивається якась інша частина тіла. Серед гомеозисних генів найбільш відомі Bithorax-Complex (BX-C) та Antennapedia-Complex (Ant-C). У дрозофіли личинки та імаго мають яскраво виражені сегменти: один головний, три грудні та вісім черевних. Кожен сегмент імаго містить набір диференційованих морфологічних структур. Мезоторакальний сегмент несе пару крил і пару ніг, метаторакальний – пару ніг та пару гальтерів – особливих булавоподібних утворень, що допомагають утримувати рівновагу в польоті. Є група генів, відповідальних формування гальтерів і черевних сегментів. Одним із генів, що впливають на ці процеси, є ВХ-С. Без цього гена ембріон розвивається до певної стадії, а потім гине. Якби цей організм залишився жити, то він мав би 10 пар крил і 10 пар ніг. Функція гена ВХ-С Полягає в інактивації генів, що формують ноги та крила у всіх наступних після другого торакального сегментах. Комплекс ВХ-С Містить три різні гени: Ubx, Abd-A і Abd-B. Кожен контролює формування певної групи сегментів. Мутації цих генів змушують усі наступні сегменти формуватися подібно до одного з попередніх. Якщо всі три гени видалені, Нормально розвиваються лише перший торакальний (Т1) і дев'ятий черевний (А9) сегменти, контрольовані іншими генами, й інші сегменти (ТЗ і черевні) розвиваються як Т2. Якщо ген Ubx зберігається, але ушкоджуються Abd-A і Abd-B, нормально розвиваються всі грудні сегменти, а всі черевні представлені найпершим - А1. При пошкодженні гена Abd-B нормально розвиваються всі грудні сегменти, потім черевні Al, A2 і A3, а всі інші сформовані як сегмент А4.

5) Механізми, що працюють у процесі онтогенезу(Дивись підручник Яригіна стор.328-347)

6)Тератогени

Тератогенна дія (від грец. τερατος «потвора, потвора, потворність») - порушення ембріонального розвитку під впливом тератогенних факторів - деяких фізичних, хімічних (у тому числі лікарських препаратів) та біологічних агентів (наприклад, вірусів) з виникненням морфологічних аномалій та вад розвитку . Тератогенні фактори включають лікарські засоби, наркотики та багато інших речовин. Вирізняють такі особливості впливу тератогенних факторів.

Дія тератогенних факторів має дозозалежний характер. У різних біологічних видів дозозалежність тератогенного впливу може різнитися. Для кожного тератогенного фактора існує певна гранична доза тератогенної дії. Зазвичай вона на 1-3 порядки нижча за летальну. Відмінності тератогенної дії у різних біологічних видів, а також у різних представників одного й того ж виду пов'язані з особливостями всмоктування, метаболізму, здатності речовини поширюватися в організмі та проникати через плаценту.

Чутливість до різних тератогенних факторів протягом внутрішньоутробного розвитку може змінюватись. Вирізняють такі періоди внутрішньоутробного розвитку людини. Тератогени – клас хімічних речовин або фізичних впливів, що мають вираженою різною мірою тератогенну властивість. Це насамперед деякі медикаменти, наркотики, алкоголь, куріння тютюну та марихуани, кокаїн, гормони, взагалі ксенобіотики. довкілля(Накопичені у величезній кількості в ході технологічного прогресу, особливо за останні 1-1,5 століття, чужі стародавнім біологічним структурам живих істот хімічні субстанції), про негативну дію багатьох з них на організм відомо недостатньо. Див Талідомід. Тератогенними, ймовірно, є деякі продукти дисметаболізму, що виникають при захворюваннях вагітної матері. Ті речовини, які не викликають грубих фізичних відхилень, але здатні негативно впливати на поведінкові, емоційні або когнітивні процеси, а таких речовин, мабуть, значно більше, ніж власне тератогенів, називаються поведінковими або психологічними тератогенними факторами. Тератогенами є також іонізуюча радіація, здатна викликати мутації у процесі гаметогенезу, електромагнітні випромінювання, механічні фактори (наприклад, тугі корсети, за допомогою яких жінки намагаються приховати свою вагітність).

7) Типи вад розвитку у людини

Пороки розвитку ЦНС відносяться до полігенних хвороб.

Екзогенні факторивключають цукровий діабет, дефіцит фолієвої кислоти, прийом матір'ю вальпроєвої кислоти, гіпертерміюПороки розвитку ЦНС спостерігаються і при моногенних хворобах, наприклад, при синдромі Меккеля-Грубера і синдромі Робертса, анеуплоїдії (трисомія по 18-й і 13-й хромосомах), триплоїдії та при транслокаціях, що дають незбалансовані гамети. Пороки розвитку ЦНС також зустрічаються при синдромах Гольденхара та OEIS (за першими буквами наступних слів: Omphalocele – грижа пупкового канатика, Exstrophy of bladder – екстрофія сечового міхура, Imperforate anus - атрезія заднього проходу, Sacral abnormalities - вади розвитку крижів).

До основних вроджених вад ЦНС відносяться аненцефалія, хребетна ущелина, енцефалоцеле, екзенцефалія та незарощення хребетного каналу та черепа. Вони формуються внаслідок незарощення нервової трубки. Близько 80% вад розвитку ЦНС становить гідроцефалія. Нерідко вона поєднується з іншими вадами розвитку ЦНС. Вроджені вади серця: Вроджені вади серця нерідко поєднуються з іншими вадами розвитку. Супутні грубі вади розвитку є у кожної четвертої дитини з вродженою пороком серця. У дітей із вродженими вадами серця в 10 разів підвищено поширеність інших вад розвитку.

Поширеність вроджених вад серця у новонароджених становить 0,5-1%. 15% випадків смерті дітей віком до року обумовлено вродженими вадами серця. Причини: генетичні фактори. Хромосомні аномалії, переважно трисомії. Моногенні хвороби з аутосомно-домінантним та рецесивним наслідуванням, зчепленим з X-хромосомою 2% всіх вроджених вад серця пов'язані з чинниками довкілля. До них, зокрема, належать вірус краснухи, а також такі засоби, як алкоголь, триметадіон та літію карбонат.

Генетичний ризик залежить від супутніх вад розвитку та причини захворювання. Якщо чоловік страждає вродженою клишоногою (без супутніх вад), ризик захворювання на сибси і дітей становить близько 3%. Якщо хвора жінка, ризик для сібс становить близько 5%, а для дітей - 3%.

Діафрагмальна грижа формується в результаті переміщення органів черевної порожнини (шлунка, тонкої кишки, рідше печінки) у грудну порожнину через вроджений дефект діафрагми. Уроджений вивих стегна – один з найчастіших вад розвитку. У жінок спостерігається в 6 разів частіше, ніж у чоловіків. При тазовому передлежанні ризик цієї вади розвитку підвищується у 10-15 разів. Якщо хвора жінка, ризик для рідних братів становить 3-4%, а сестер - 10%. Якщо хворий чоловік, ризик дещо вищий. Якщо порок спостерігався і в батьків, і в дітей віком, генетичний ризик зростає до 10-15%.

Пороки розвитку ШКТ: Стеноз воротаря, Атрезія дванадцятипалої кишки

(Вважається полігенною хворобою, хоча описані випадки успадкування за аутосомно-рецесивним типом), Хвороба Гіршпрунга (вроджений агангліоз товстої кишки).

8) Ембріональна індукція

Індукція ембріональна (від лат. mductio – наведення, збудження) – вплив одного ембріонального зачатку (індуктора) на розвиток (диференціювання) іншого; лежить в основі органогенезу. Виявляється усім стадіях ембріонального розвитку. Наприклад, у бластулі клітини ділянки майбутньої дорсальної губи є індукторами та впливають на розвиток інших частин зародка, зокрема хорди.

Хорда разом з мезодермою, що прилягає до неї (так звана хордомезодерма), у свою чергу індукує закладку нервової системи; частина головного мозку, з якої утворюється сітківка ока, впливає на сусідню ділянку ектодерми, викликаючи його диференціацію в рогівку, та ін.

Ембріональна індукція здійснюється при безпосередньому контакті та взаємодії груп клітин між собою (поверхнева взаємодія) або шляхом передачі індукуючої дії через хімічні речовини, Що мають властивості низькомолекулярних білків. Дія індукторів, як правило, позбавлена видової специфічності. Явище ембріональної індукції відкрив у 1901 німецький ембріолог X. Шпеман. Ембріональна індукція – лише один із механізмів онтогенезу. Багатьом явищам розвитку потрібні інші механізми. Ділянка дорсальної губи бластопора, який при пересадці викликає на новому місці утворення мезодерми та нейроектодерми отримав назву «організатор Шпемана». (Дивись підручник Яригіна стор.

8) Персистування-це вада ембріонального етапу розвитку, що полягає в залишку ембріональних структур після народження.

Атрезія-це вада розвитку, що полягає у відсутності отвору в органі.

Стеноз- це природжене або придбане аномальне звуження просвіту будь-якого порожнього органу (стравовода, кишечника, кровоносної судини)

Гіпоплазія- це аномалії розвитку, що полягають у недорозвиненні тканини, органу, частини тіла чи цілого організму.

Ампліфікація(Лат. amplificatio - посилення, збільшення), в молекулярної біології - процес утворення додаткових копій ділянок хромосомної ДНК, як правило, містять певні гени або сегменти структурного гетерохроматину. Ампліфікація може бути відповіддю клітин на селективну дію (наприклад, при дії метотрексату). Ампліфікація – один із механізмів активації онкогенів у процесі розвитку пухлини, наприклад, онкогену N-myc при розвитку нейробластоми (найпоширеніша форма раку щільних тканин у дітей). Також ампліфікація – накопичення копій певної нуклеотидної послідовності під час ПЛР – полімеразної ланцюгової реакції.

Крім цього, дивись стор.361-364 (Яригін).

Регулювання онтогенезу диференціювання. Індивідуальний розвиток (онтогенез), періодизація онтогенезу

Рівні регуляції онтогенезу

Рівні регуляції онтогенезу

Рівні регуляції онтогенезу

Рівні регуляції онтогенезу

Рівні регуляції онтогенезу

Детермінація

Детермінація

Детермінація

Детермінація

Детермінація

Ембріональна індукція

Ембріональний період

Гени з материнським ефектом

Гени, що регулюють перебіг онтогенезу

Гени сегментації

Гени сегментації

Гени сегментації

Гомеозні гени (HOM)

Гомеозні гени (HOM)

Гомеозні гени (HOM)

Мутації гомеозних генів

Мутації гомеозних генів

Мутації гомеозних генів

Гомеозні гени у людини

Детермінація

Схема набору генних перемикачів

Гомологія генів, що контролюють ранній розвиток

Рівні регуляції онтогенезу

Клітинні механізми регулювання

Клітинні механізми регулювання

Клітинні механізми регулювання

Клітинні механізми регулювання

Епігенетичний контроль

Епігенетичний контроль

Можливо вам буде цікаво:

Категорії

Останні статті

Реклама