gastrula

Lo sviluppo embrionale.
La riproduzione umana
In biologia si definisce riproduzione il processo
attraverso il quale vengono generati nuovi individui della
stessa specie.
La riproduzione umana è caratterizzata da:

riproduzione sessuata;

fecondazione interna;

sviluppo embrionale.
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Anatomia dell’apparato
riproduttore maschile
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Anatomia dell’apparato
riproduttore femminile
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La gametogenesi
La gametogenesi avviene nelle gonadi e consiste di due
eventi in successione:
1.meiosi che dimezza il numero dei cromosomi e rende i
gameti aploidi l’uno diverso dall’altro;
2.differenziamento che li trasforma in cellule di forma e
dimensioni diverse.
Nel maschio la gametogenesi viene definita
spermatogenesi, nella femmina invece prende il nome di
oogenesi.
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La spermatogenesi
Gli spermatozoi maturano
spostandosi dalla periferia
del tubulo seminifero verso
il lume.
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Membrana plasmatica
Segmento
intermedio
Collo
Testa
Coda
Mitocondrio
(a forma di spirale)
Nucleo
Acrosoma
L’oogenesi
Gli oociti primari sono cellule quiescenti allo stadio di
profase della prima divisione meiotica; con la pubertà
incomincia la loro maturazione in oociti secondari.
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Gametogenesi a confronto
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La riproduzione e lo sviluppo sono
controllati da ormoni
Le attività legate alla riproduzione e al mantenimento
dei caratteri sessuali maschili e femminili sono regolate
da ormoni prodotti nelle gonadi:
• testosterone nel maschio;
• progesterone ed estrogeni nella femmina.
Questa produzione ormonale è controllata da altri
ormoni prodotti da ipofisi e ipotalamo.
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Il controllo ormonale nel maschio
L’apparato riproduttore
maschile è sotto il
controllo di ormoni
secreti dall’ipotalamo e
dall’ipofisi anteriore.
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Ciclo ovarico
e ciclo uterino
L’apparato riproduttore
femminile presenta
un’attività ciclica che
coinvolge le ovaie e
l’utero.
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Il controllo ormonale nella femmina
Il ciclo ovarico e quello
uterino sono coordinati
da ormoni che vengono
prodotti a tre livelli:
ipotalamo, ipofisi
anteriore e ovaie.
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fecondazione
La fecondazione porta alla formazione di uno
zigote (2n) a partire da una cellula uovo (n) e
uno spermatozoo (n).
La fecondazione
La fecondazione è il processo che porta alla formazione
dello zigote e al suo successivo sviluppo.

Riconoscimento specifico tra i gameti

Attivazione degli spermatozoi

Fusione delle membrane plasmatiche dei gameti

Attivazione dell’oocita

Espulsione del corpuscolo polare e fusione dei nuclei
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•Le caratteristiche degli spermatozoi
•Soltanto uno spermatozoo penetra nell’oocita e lo feconda;
tutti gli altri sono destinati a morire.
•Durante la fecondazione, l’acrosoma (una sacca situata
all’estremità anteriore dello spermatozoo) libera enzimi litici
che digeriscono lo strato gelatinoso che riveste l’oocita.
•La fecondazione nel riccio di mare:
1 Lo spermatozoo
si avvicina
all’oocita
Spermatozoo
2 Gli enzimi dell’acrosoma
digeriscono
il rivestimento
gelatinoso
3
Le proteine presenti sulla testa
dello spermatozoo si legano
con i recettori dell’oocita
4 Si fondono le membrane
plasmatiche dello
spermatozoo e dell’oocita
Nucleo
5 Il nucleo dello
spermatozoo entra
nel citoplasma
dell’oocita
Acrosoma
Membrana
plasmatica
Enzimi
dell’acrosoma
6 Si forma la membrana
di fecondazione
Recettori proteici
Membrana
plasmatica
Strato
vitellino
Nucleo
dello spermatozoo
Citoplasma
Nucleo della
cellula uovo
Rivestimento
gelatinoso
Cellula uovo
7 I nuclei dello
spermatozoo
e della cellula
uovo si fondono
Nucleo dello zigote
Fecondazione nei mammiferi
Fasi della fecondazione nei
mammiferi: riconoscimento
La cellula uovo (oocita secondario espulsa dal follicolo è
protetta da un rivestimento definito cumulo ooforo
(cellule follicolari materne e matrice gelatinosa).
Quando lo spermatozoo raggiunge la zona pellucida si
stabilisce un legame tra le proteine poste sulla
superficie dello spermatozoo e le glicoproteine
recettrici.
cumulo ooforo e zona pellucida
Fasi della fecondazione nei mammiferi:
attivazione degli spermatozoi
Dopo che lo spermatozoo è entrato in contatto con i
recettori della zona pellucida, l’acrosoma rilascia gli enzimi
che perforano la membrana della cellula uovo.
Fasi della fecondazione nei
mammiferi: fusione
La fusione delle membrane plasmatiche dei gameti
consente l’entrata del nucleo dello spermatozoo nella
cellula uovo.
Fasi della fecondazione nei mammiferi:
attivazione dell’oocita
Dopo che è avvenuta la fusione, l’intera membrana
dell’oocita diventa impenetrabile per gli altri spermatozoi.
La membrana pellucida si separa dalla membrana
plasmatica grazie alla formazione di uno strato acquoso,
la membrana di fecondazione.
La cellula uovo fecondata va incontro a una notevole
attività metabolica.
Fasi della fecondazione nei mammiferi:
fusione dei nuclei
Si completa la meiosi II, il corpuscolo polare viene
espulso.
A questo punto l’oocita secondario diviene una vera
cellula uovo, e il suo nucleo si fonde con quello dello
spermatozoo producendo il nucleo diploide dello zigote.
Riconoscimento fra gameti
Un solo spermatozoo riesce a superare
le due barriere dell’oocita femminile.
Gli enzimi acrosomiali perforano la membrana
della cellula uovo.
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segmentazione
La segmentazione è una rapida successione di divisioni
cellulari che, a partire dallo zigote, porta alla formazione
di una massa sferica di cellule, cioè di un embrione
pluricellulare. Non si osserva accrescimento.
Al termine della segmentazione, l’embrione risulta
formato da uno o più strati di cellule al cui interno si trova
un’ampia cavità (blastocele): questa sferula cava prende il
nome di blastula in tutti gli animali eccetto i mammiferi, in
cui prende il nome di blastocisti.
Il processo di segmentazione nel ricco di mare:
Zigote
2 cellule
4 cellule
8 cellule
Blastocele
Molte cellule
(sfera piena)
Blastula
(sfera cava)
Sezione
della blastula
La segmentazione nello sviluppo
umano (e dei mammiferi in generale)
Nello sviluppo umano la segmentazione comincia 24
ore dopo la fecondazione, avviene nell’ ovidotto,
dura circa 7 giorni, produce una blastula detta
blastocisti.
La blastocisti (circa 100 cellule) contiene una massa
interna di cellula che darà origine all’embrione e ad
alcune membrane extraembrionali, ed uno strato
esterno detto trofoblasto.
Lo sviluppo embrionale umano inizia con la fecondazione che
avviene nell’ovidotto e prosegue con la segmentazione e
l’impianto della blastocisti.
Ha inizio
la segmentazione
Fecondazione della
cellula uovo
Ovaia
Ovidotto
Oocita
secondario
Ovulazione
Blastocisti
(impiantata)
Endometrio
Utero
Lo sviluppo embrionale:
segmentazione
Nelle prime fasi dello
sviluppo embrionale si ha la
segmentazione dello
zigote e la formazione
della morula e della
blastocisti.
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•In seguito alla segmentazione l’embrione diventa una sfera
cava chiamata blastocisti con uno strato esterno di cellule
chiamato trofoblasto.
Endometrio
Massa cellulare interna
Cavità
Trofoblasto
Lo sviluppo embrionale: impianto
La blastocisti attecchisce
all’endometrio, in seguito
avviene l’impianto nella
parete uterina, anche
grazie alla formazione dei
villi coriali.
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•Il trofoblasto secerne enzimi che permettono l’impianto della
blastocisti nell’endometrio, lo strato cellulare che riveste
internamente la cavità uterina.
Endometrio
Vaso sanguigno
(materno)
Futuro embrione
Cellule del trofoblasto in divisione
Futuro sacco
vitellino
Trofoblasto
7 giorni dal concepimento
Cavità uterina
gastrulazione
La gastrulazione, comporta un aumento numerico
delle cellule embrionali e le organizza in tre strati
distinti (gastrula).
I tre strati che si formano nel corso della
gastrulazione sono i tessuti (o foglietti) embrionali:
ectoderma, endoderma e mesoderma.
La gastrulazione di un embrione di rana:
Polo animale
1
Blastocele
La blastula
1
Blastula
Polo vegetativo
2
Gastrulazione
La formazione
del blastoporo
2
Blastoporo
Blastoporo
3
La migrazione delle
cellule dà origine
ai foglietti embrionali
Residuo
del blastocele
Archenteron
3
Archenteron
4
La gastrulazione
giunge al termine
Ectoderma
Mesoderma
Endoderma
4
Tappo vitellino
Tappo vitellino
Gastrula
La gastrulazione produce un embrione formato da tre
strati di cellule
– La gastrulazione, la seconda delle fasi principali dello
sviluppo, comporta un aumento numerico delle cellule
embrionali e le organizza in tre strati distinti (gastrula).
– I tre strati che si formano nel corso della gastrulazione
sono i tessuti (o foglietti) embrionali:
 Ectoderma
 Endoderma
 Mesoderma
• Nella specie umana la gastrulazione termina
circa alla fine della 3 settimana di sviluppo.
Durante il processo, oltre alla divisione
cellulare, avvengono complessi movimenti che
portano alla formazione non solo
dell’embrione, ma anche delle 4 membrane
extraembrionali.
Principali
organi e tessuti
che nei
vertebrati si
originano da
ciascuno dei
tre foglietti
embrionali:
Cavità amniotica
Amnios
Cellule
del
mesoderma
Corion
Sacco vitellino
9 giorni dal concepimento
membrane extraembrionali
Le 4 membrane extraembrionali
completeranno il loro sviluppo entro il primo
mese.
membrane extraembrionali
• Amnios: membrana contenete il liquido
amniotico in cui cresce l’embrione (prime
nove settimane) ed il feto (dalla nona
settimana in poi).
• Allantoide:(uccelli e rettili: accumula i rifiuti)
nei mammiferi formerà il cordone ombelicale
membrane extraembrionali
• Sacco vitellino:(negli uccelli e nei rettili
contiene il vitello) nei mammiferi da origine
alle cellule germinali ed alle cellule del
sangue.
• Corion: origina dalle cellule del trofoblasto ed
è la parte embrionale della placenta, organo
che si completa verso la fine del primo mese.
La placenta è l’organo di scambio di sostanze
tra madre e l’embrione/feto.
Corion
Amnios
Villi coriali
Embrione:
Ectoderma
Allantoide
Mesoderma
Endoderma
Sacco
vitellino
16 giorni dal concepimento
La placenta
A livello della placenta
vengono scambiati
sostanze nutritive e
cataboliti tra il sangue
materno e quello fetale.
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•Il ruolo della placenta
– I villi coriali sono attraversati da vasi sanguigni
embrionali che si sono formati dal mesoderma.
– L’ossigeno e le sostanze nutritive passano dal circolo
materno ai vasi sanguigni fetali che attraversano i villi.
Circa un mese dopo il concepimento le membrane
extraembrionali sono completamente formate.
Placenta
Vasi sanguigni materni
Cavità
amniotica
Allantoide
Sacco
vitellino
Amnios
Embrione
Corion
Villi coriali
31 giorni dal concepimento
organogenesi
La formazione degli organi inizia all’incirca dalla quarta
settimana, quando l’embrione ha una dimensione di
circa 7 millimetri.
Lo sviluppo avviene in seguito a cambiamenti nella
forma e funzione delle cellule (che diventano sempre
più specializzate), a migrazioni cellulari e alla morte
programmata di determinate cellule
Alla fine della 9 settimana l’embrione umano, circa 5
cm, ha tutti gli organi del corpo formati.
Sonic hedgehog
La notocorda e il tubo neurale
Piega
neurale
Placca
neurale
Notocorda
Ectoderma
Mesoderma
Endoderma
Archenteron
15
Pieghe neurali
Una struttura chiamata placca neurale forma il tubo neurale che
darà origine all’encefalo e al midollo spinale.
Piega neurale
Placca neurale
Strato ectodermico
esterno
Tubo neurale
Durante la formazione del tubo
neurale, l’ectoderma si ripiega
verso l’interno perché in quel
punto le cellule prima si allungano
e poi assumono una forma a cuneo.
Ectoderma
I somiti e il celoma
Tubo neurale
Notocorda
•Dopo che si è formato il tubo
neurale, si formano i somiti (blocchiCeloma
di mesoderma che danno origine a
strutture segmentate) e il celoma
(la cavità del corpo).
Somite
Archenteron
(cavità digerente)
Somiti
Abbozzo caudale
SEM 15X´
Occhio
•Un processo determinante per lo sviluppo embrionale è la
morte cellulare programmata o apoptosi, cioè il suicidio di
alcune cellule secondo una scansione temporale
predeterminata.
Cellula suicida
La cellula morta
viene fagocitata
e digerita da una
cellula adiacente
Gli organi embrionali si formano grazie a precisi processi
di induzione
– Il meccanismo grazie al quale un gruppo di cellule
influenza lo sviluppo di un gruppo di cellule adiacenti è
chiamato induzione.
– Questo processo avviene grazie all’emissione di specifici
segnali chimici detti fattori di induzione.
•Processo di induzione durante lo sviluppo dell’occhio:
Ectoderma del
cristallino
Futuro
encefalo
Calice ottico
Cornea
Cristallino
Vescicola
ottica
1
Peduncolo
ottico
Futura
retina
2
3
4
Il corpo si differenzia in base a un determinato modello
strutturale
•La formazione delle parti principali del corpo di un animale
dipende dalla definizione del modello strutturale, grazie al
quale organi e tessuti specializzati prendono forma, ciascuno
al posto giusto.
•I principali geni di controllo rispondono a segnali chimici che
indicano a ciascuna cellula la sua posizione relativa rispetto
alle altre cellule dell’embrione.
Anteriore
Embrione
di uccello
Ventrale
Abbozzo
dell’arto
Distale
L’abbozzo dell’arto
si sviluppa
Dorsale
Prossimale
Posteriore
Ala normale
•Alcuni esperimenti hanno dimostrato che negli arti dei
vertebrati esistono delle aree le cui cellule forniscono ad altre
cellule informazioni posizionali attraverso la produzione di
segnali chimici.
Abbozzo
dell’arto
di un
donatore
Impianto di cellule
provenienti
dalla zona di definizione
del modello strutturale
Cellule del donatore
Abbozzo
dell’arto
del ricevente
Impianto
L’abbozzo dell’arto
del ricevente si sviluppa
Zona di definizione del modello
strutturale situata nell’organismo ricevente
Ala doppia
tre trimestri
Nella specie umana lo sviluppo dal concepimento alla
nascita viene suddiviso in tre trimestri
5° settimana (embrione)
7mm
9° settimana (feto)
5,5 cm
secondo trimestre
• I principali mutamenti che avvengono durante
il secondo trimestre consistono in un aumento
delle dimensioni e in un perfezionamento
generale dei tratti umani. Alla ventesima
settimana il feto è lungo 19 cm e pesa circa
500 g.
14° settimana
6 cm
20° settimana
19 cm, peso circa 500 g.
terzo trimestre
Il terzo trimestre (il periodo cha va dalla
ventiquattresima settimana fino alla nascita) è
contraddistinto da una rapida crescita.
nascita
Il parto è indotto da ormoni e avviene in tre fasi
– La nascita del bambino avviene in seguito a una serie di
contrazioni forti e ritmiche dell’utero, che costituisce il
travaglio.
– L’induzione del travaglio dipende da alcuni ormoni.
•Gli estrogeni rendono l’utero più sensibile all’azione di un
altro ormone, l’ossitocina, che (insieme alle prostaglandine)
provoca le contrazioni.
Dalle
ovaie
Ossitocina
Dal feto
e dall’ipofisi
Stimolano i recettori
uterini per l’ossitocina
Stimola le
contrazioni dell’utero
Stimola la placenta
a produrre
Prostaglandine
Fanno aumentare
le contrazioni
uterine
Feedback positivo
Estrogeni
•Il travaglio avviene in tre stadi:
dilatazione, stadio espulsivo,
secondamento.
Placenta
Cordone
Ombelicale
Utero
Cervice
1 Fase di dilatazione della cervice
2 Fase di espulsione del bambino (parto)
Utero
Placenta
Cordone
ombelicale
3 Fase del secondamento: fuoriesce la placenta