FECONDAZIONE. 4 STADIO Il nucleo maschile e quello femminile si fondono formando un unico nucleo diploide

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1 SVILUPPO EMBRIONALE

2 FECONDAZIONE Meiosi dimezzamento del numero dei cromosomi Fecondazione fusione dello spermatozoo con la cellula uovo Zigote uovo fecondato cellula diploide (dallo zigote si sviluppa l intero organismo) 1 STADIO L acrosoma dello spermatozoo tocca il rivestimento gelatinoso della cellula uovo esplode liberando gli enzimi litici che perforano la membrana di rivestimento 2 STADIO La membrana plasmatica dello spermatozoo si fonde con quella dell uovo Il nucleo dello spermatozoo si immerge nel citoplasma della cellula uovo 3 STADIO (nel giro di pochi secondi) Formazione della membrana di fecondazione Lungo la superficie della cellula uovo si propaga un onda di reazioni chimiche che trasformano tale superficie in una barriera contro l ingresso di altri spermatozoi 4 STADIO Il nucleo maschile e quello femminile si fondono formando un unico nucleo diploide La nuova cellula (diploide) viene chiamata: zigote NB Tipi di fecondazione Fecondazione esterna processo mediante il quale le cellule uovo e gli spermatozoi sono riversati direttamente nell acqua Fecondazione interna processo mediante il quale gli spermatozoi vengono depositati direttamente nel corpo della femmina L incontro dei gameti avviene all interno dell organismo femminile

3 SVILUPPO EMBRIONALE Definizione Processo graduale di differenziazione e specializzazione delle cellule di un organismo fino a raggiungere la struttura e la funzione definitiva FASI FECONDAZIONE Successione ordinata di stadi irreversibili Ogni stadio pone le condizioni necessarie perché possa svolgersi lo stadio successivo Avviene nell ovidotto ( nelle salpingi) unione del gamete maschile e del gamete femminile ZIGOTE cellula con patrimonio genetico *metà di origine paterna *metà di origine materna SEGMENTAZIONE (30 ore dopo la fecondazione) suddivisioni successive dello zigote MORULA (piccola mora) (4 giorno) massa sferica formata da parecchie cellule BLASTULA = germe) (8 giorno) le cellule si dispongono attorno a una cavità: blastocele GASTRULA = vaso, coppa) (2 a settimana) invaginazione della blastula Si differenziano i 3 foglietti embrionali ectoderma mesoderma endoderma NEURULA ( 3 a settimana) differenziazione del tubo neurale formazione del sistema nervoso

4 GASTRULA La gastrulazione è il processo di trasformazione della blastula nell abbozzo di una animale con tre strati di cellule In questo stadio Le cellule di un emisfero della blastula *si introflettono *migrano verso l altro emisfero L embrione assume l aspetto di un sacco a doppia parete parete esterna: ectoderma parete interna: endoderma le due pareti prendono il nome di foglietti embrionali In seguito tra i due foglietti embrionali si forma un terzo foglietto embrionale detto: mesoderma. Dai foglietti embrionali si formano i diversi organi precisamente da: ectoderma epidermide sistema nervoso (e organi di senso) mesoderma muscolatura app. circolatorio app. scheletrico app. urogenitale endoderma app. digerente (fegato e pancreas) app. respiratorio GASTRULAZIONE DEL RICCIO DI MARE

5 Nel riccio di mare La gastrulazione incomincia al polo vegetativo della blastula FAlcune cellule in prossimità del polo vegetativo *si staccano dalla parete della blastula *si spostano nel blastocele FIn seguito, le cellule del polo vegetativo *migrano verso il centro del blastocele formando una introflessione La struttura che si forma attorno a questa introflessione si chiama: archenteron (intestino primitivo) FLe cellule che crescono sul tetto dell archenteron cominciano a emettere sottili prolungamenti detti: filopodi I filopodi Haderiscono alla volta del blastocele Htrascinano l archenteron con la loro contrazione verso le cellule del polo animale FUna volta che le cellule del tetto dell archenteron sono giunte a contatto della volta del blastocele, formeranno il mesoderma (foglietto embrionale medio) Nella regione in cui l archenteron è entrato in contatto con la volta del blastocele, si forma la bocca del riccio di mare Nel punto in cui ha avuto inizio l introflessione del polo vegetativo si formerà l ano NEURULA

6 La neurulazione consiste nella formazione del tubo neurale Il tubo neurale è costituito da cellule che si differenziano nell encefalo e nel midollo spinale Lungo la linea mediana dell embrione, nel mesoderma, si organizza una formazione a bacchetta: la notocorda HLa notocorda La notocorda delinea la localizzazione della colonna vertebrale induce le cellule dell ectoderma situate sul dorso dell embrione *a formare una superficie appiattita: la placca neurale *a piegarsi a formare le pieghe neurali la doccia neurale il tubo neurale NB Creste neurali Durante la neurulazione nel corso che da origine al tubo neurale accanto alle pieghe neurali si formano nel mesoderma le creste neurali Le cellule delle creste neurali si disseminano per l embrione dando origine a cellule o organi in zone anche distanti dal punto di partenza. Ad esempio alcune cellule delle creste neurali migrano lungo i lati della bocca a formare i denti altre cellule delle creste neurali migrano su entrambi i lati della notocorda e formano i somìti (precursori dei muscoli e delle vertebre) NB Errori Durante una neurulazione possono avvenire degli errori. Se il tubo neurale non si chiude completamente all estremità posteriore, provoca un difetto congenito detto: spina bifida Questa anomalia, di cui non si conoscono le cause, lascia scoperto un tratto del midollo spinale, causando nel bambino dolori e paralisi. In alcuni individui, un difetto nella migrazione delle cellule delle creste neurali causa il permanere di una fessura tra il naso e la bocca. (palatoschisi o labbro leporino) MECCANISMI DI PROTEZIONE

7 dell EMBRIONE jinvertebrati ANFIBI PESCI moltissime uova fecondazione esterna sviluppo nell acqua nutrizione dell embrione: nell acqua jrettili UCCELLI poche uova fecondazione interna guscio di protezione nutrizione dell embrione: all interno dell uovo jmammiferi pochissime uova fecondazione interna protezione all interno del corpo della madre nutrizione embrionale e postatale: dalla madre ORGANOGENESI

8 Definizione origine degli organi DIVISIONE è MORFOGENESI Processo durante il quale le cellule alcune cambiano forma altre si dividono rapidamente altre muoiono altre migrano verso nuove posizioni è DIFFERENZIAMENTO Processo che permette a ogni cellula di acquisire la sua specializzazione NB INDUZIONE Capacità di alcune cellule embrionali di guidare lo sviluppo di altre cellule NB PIANI CORPOREI Piani immaginari che passano attraverso il centro dell embrione suddividendolo in due parti approssimativamente della stessa dimensione Hpiano dorso-ventrale Hpiano antero-posteriore MORFOGENI

9 Definizione I morfogeni sono sostanze che *influenzano lo sviluppo *attivano o disattivano determinati geni JLa loro concentrazione nelle diverse regioni dell organismo influenza localmente il decorso dello sviluppo esempio: la proteina bicoid è un morfogeno (sostanza che influenza lo sviluppo) GENE BICOID e PROTEINA bicoid in Drosophila melanogaster

10 Interazione tra geni e proteine UOVO NON FECONDATO di DROSOPHILA (nel corpo materno) NB regione dorsale regione ventrale regione cefalica regione posteriore La regione cefalica è circondata da un gruppo di cellule nutrici che contengono al loro interno mrna Questo mrna è trascritto dal gene BICOID serve per sintetizzare la proteina bicoid UOVO FECONDATO di DROSOPHILA Dopo la fecondazione Gli mrna del gene BECOID vengono tradotti nella proteina bicoid La PROTEINA bicoid +diffonde dal polo anteriore al polo posteriore +presenta un diverso gradiente di concentrazione concentrazione massima concentrazione minore al polo anteriore al centro dell uovo concentrazione non rilevabile al polo posteriore +ha la funzione di fornire all embrione informazioni per innescare lo sviluppo delle strutture cefaliche. ESPERIMENTI è stato prelevato citoplasma dalla regione anteriore ed è stato iniettato al centro di un altro uovo privo di tale proteina al centro dell embrione si è sviluppata una testa è stata privata la regione anteriore della proteina bicoid si è sviluppato un moscerino privo di testa MORFOGENESI DELLA MANO MORTE CELLULARE PROGRAMMATA

11 La morte di certe cellule conferisce forma alla mano KNella fase iniziale dell embrione umano (40 giorni dal concepimento) la mano ha la forma a paletta (simile alla pinna di un pesce o alla zampa palmata di un anatra) KLe dita si delineano quando 4 file di cellule che si irradiano dalla base della paletta muoiono Quante e quali cellule muoiono è programmato geneticamente dipende dalla specie Nelle anatre e nei pesci la maggior parte delle cellule non muore e resta una membrana di tessuto tra le dita delle zampe o tra i raggi delle pinne. NB Possono verificarsi degli errori genetici Per cui: un anatra nasce senza membrana tra le dita un bambino nasce con le dita unite da una membrana SVILUPPO DELL ALA in embrione di pollo

12 Nell embrione di pollo si forma una gemma per la formazione dell ala Un gruppo di cellule localizzate nella zona posteriore della gemma dell ala emette informazioni essenziali per lo sviluppo delle dita ESPERIMENTI Se le cellule della zona posteriore della gemma vengono lasciate nella posizione naturale l ala si sviluppa in modo normale Se le cellule della zona posteriore della gemma vengono trapiantate nella porzione anteriore di un altra gemma di un altro embrione, da questa si sviluppa un ala con due serie di dita disposte in modo speculare DIFFERENZIAMENTO CELLULARE 1 DETERMINANTI CITOPLASMATICI nel citoplasma della cellula uovo

13 Il citoplasma della cellula uovo contiene particolari componenti localizzati in particolari posizioni Il DNA della cellula uovo non codifica per la sintesi di proteine perché nel citoplasma della cellula uovo sono presenti ribonucleoproteine contenenti mrna Questi componenti prendono il nome di: determinanti citoplasmatici Esperimento: uova di riccio di mare prive di nucleo (DNA) presentano normale sintesi proteica DETERMINANTI CITOPLASMATICI durante la segmentazione dello zigote Durante la segmentazione dello zigote i determinanti non si distribuiscono uniformemente nelle cellule che si formano DNA nella GASTRULAZIONE Durante la gastrulazione i geni del DNA Hdefiniscono lo sviluppo di diverse parti dell embrione Hgovernano lo sviluppo di particolari strutture corporee Esperimento Cellule trapiantate da un posto all altro dell embrione prima della gastrulazione danno origine a tessuti e organi appropriati alla nuova collocazione in fase di gastrulazione avanzata danno origine a ciò che avrebbero dato nel luogo del prelievo DNA nelle CELLULE DIFFERENZIATE dell embrione Nelle cellule differenziate dell embrione il DNA presenta: geni essenziali geni che sono attivati o disattivati per controllare lo sviluppo dell embrione La progressiva restrizione della potenzialità genetica delle cellule è messa in atto da fattori che controllano l espressione genica del DNA di ogni cellula specializzata DIFFERENZIAMENTO CELLULARE 2

14 Le cellule nella PRIMA FASE DELLO SVILUPPO EMBRIONALE sono totipotenti mantengono la loro potenzialità totale sono capaci di evolvere in tutti i tipi cellulari se vengono separate dalle altre hanno la capacità di svilupparsi in un organismo completo nella GASTRULAZIONE sono multipotenti la loro funzione è già parzialmente determinata cominciano a specializzarsi in particolari tipi cellulari alla FINE dello SVILUPPO sono unipotenti sono differenziate per formare un determinato tessuto NB La fine dell adattabilità delle cellule è un processo reversibile? * Esperimento di Gurdon rana * 1997 pecora Dolly Il DNA della cellula della mammella si riprogrammò al punto che la cellula risultante prese a svilupparsi come uno zigote Anche se privata del nucleo la cellula uovo conteneva tutte le proteine materne la cui funzione è di innescare lo sviluppo di uno zigote DIFFERENZIAMENTO CELLULARE 3

15 DIFFERENZIAMENTO Processo che permette ad ogni cellula di acquisire la sua specializzazione SPECIALIZZAZIONE Ogni tipo di cellula svolge le sue funzioni caratteristiche grazie alle particolari proteine che contiene Le cellule dei diversi tessuti sono differenziate tra loro per le diverse proteine che sintetizzano Ogni proteina è sintetizzata dalle informazioni di un gene (è l espressione di un gene) Se determinate cellule sintetizzano alcune proteine e non altre, ciò vuol dire forse che il DNA delle cellule differenziate ha perso dei geni? NO! Esperimento di Gurdon In una rana il nucleo di una cellula differenziata (intestino) è introdotto in un uovo precedentemente denucleato l uovo denucleato con questo nuovo nucleo trapiantato dà origine a un normale girino Ogni tipo di cellula contiene la stessa quantità di DNA presente nello zigote lo stesso tipo di DNA presente nello zigote Il differenziamento cellulare Le cellule non comporta una perdita di DNA non perdono i loro geni quando si differenziano SVILUPPO POSTNATALE

16 Insieme di processi che dopo la nascita portano l individuo allo stadio adulto Insieme di processi che permettono all organismo di aumentare di dimensioni acquisire le caratteristiche dell adulto raggiungere la maturazione sessuale TIPO di VILUPPO SVILUPPO DIRETTO Sviluppo in cui l organismo di una specie all inizio della sua vita libera assomiglia all adulto SVILUPPO INDIRETTO Sviluppo in cui l organismo di una specie all inizio della sua vita libera ha un aspetto del tutto diverso da quello dell adulto L individuo prende il nome di larva NB TIPI DI LARVE LARVE PELAGICHE funzione (si trovano in mare) embrioni liberi in grado di nutrirsi da soli assicurare la dispersione della specie (gli adulti generalmente sono fissi o poco mobili) LARVE TERRESTRI metamorfosi: esempio tipico di larve terrestri: quelle degli insetti larva, crisalide, adulto NB DISTINZIONE DEGLI ORGANISMI OVIPARI OVOVIVIPARI VIVIPARI CRESCITA

17 FATTORI DI CRESCITA Particolari sostanze presenti nell organismo dette: fattori di crescita regolano la divisione cellulare in modo che il processo avvenga solo dove e quando è necessario NB Tra i fattori di crescita ormone della crescita fattore di crescita delle cellule nervose NB I fattori di crescita mantengono ottimali il numero di cellule In condizioni normali tale numero non cambia Talvolta qualcosa va storto: La regolazione della crescita non funziona I tessuti crescono in modo incontrollato. Il risultato è il cancro La crescita si ferma quando l animale raggiunge le dimensioni dell adulto. Lo sviluppo prosegue attraverso la generazione di nuove cellule che rimpiazzano quelle che invecchiano e muoiono CELLULE STAMINALI La sostituzione sistematica delle cellule logore è a carico delle cellule staminali cellule che hanno la capacità di dividersi Quando una cellula staminale si divide *una cellula figlia *l altra cellula figlia si differenzia in un determinato tipo cellulare resta cellula staminale ORGANIZZAZIONE BIOLOGICA

18 ORGANISMI UNICELLULARI organismi formati da una sola cellula COLONIE agglomerati di organismi unicellulari ORGANISMI PLURICELLULARI organismi formati da cellule * specializzate * differenziate NB Esempio primitivo di organismo pluricellulare: PORIFERI (spugne) STRUTTURA +STRUTTURA ESTERNA cellule epiteliali porociti pori inalanti +STRUTTURA MEDIA (mesoglea) sostanza gelatinosa dove si trovano: amebociti si muovono nella mesoglea per mezzo di pseudopodi trasportano le sostanze nutritive scleroblasti secernono materiale calcareo o silicea per la struttura di sostegno spicole cellule germinali +STRUTTURA INTERNA coanociti cellule provviste di flagello IMPIANTO DELL EMBRIONE

19 Dopo lo stadio di blastula Le cellule del trofobalsto aderiscono alle pareti dell utero Il nodo embrionale forma: il disco embrionale (6 giorno) Il disco embrionale si accresce forma da un lato una membrana a forma di sacco: amnios L amnios serve a circondare l embrione proteggere l embrione da eventuali urti dall altro lato un altra cavità: il sacco vitellino o sacco del tuorlo Il sacco vitellino nei rettili e negli uccelli nei mammiferi racchiude il tuorlo rimane vuoto Dal disco embrionale si sviluppa il futuro individuo NB il sacco amniotico il sacco vitellino la placenta non fanno parte del corpo del nascitura e perciò vengono considerati: annessi embrionali