Tiểu luận Sinh học phát triển

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ
*******************
Tiểu luận
SINH HỌC PHÁT TRIỂN
Đề tài:
“SỰ PHÁT TRIỂN PHÔI Ở CẦU GAI”
Họ và tên học viên: NGUYỄN THỊ HỒNG HẠNH
Lớp:CAO HỌC KHĨA VX
Chun ngành: ĐỘNG VẬT HỌC
Tiền Giang, tháng 12 - 2007
1/ Đặt vấn đề :
Sinh vật đa bào được hình thành bởi một q trình biến đổi từ từ, liên tục được gọi
là sự phát triển (development). Trong hầu hết các trường hợp, sự phát triển của một sinh
vật đa bào bằt đầu từ một hợp tử (zygote), phân chia ngun phân để tạo ra các tế bào của
cơ thể. Trước đây khoa học về sự phát triển của động vật được gọi là phơi sinh học
(embryology), nghiên cứu các sự kiện từ lúc trứng thụ tinh đến khi con vật được sinh ra.
Tuy nhiên, sự phát triển của sinh vật khơng chỉ dừng lại ở đó mà phần lớn các sinh vật đều
khơng ngừng phát triển. Vì vậy những năm gần đây sinh học phát triển (developmenttal
biology) được xem là ngành khoa học nghiên cứu về sự phát triển phơi và cả những q
trình phát triển khác.
Cầu gai thuộc ngành động vật Da gai (Echinodermata), lớp Cầu gai (Echinoidea),
có mặt ở hầu hết các vùng biển trên tồn thế giới. Cầu gai là đối tượng nghiên cứu phổ
biến hiện nay của sinh học phát triển. Sử dụng một sinh vật đơn giản như phơi Cầu gai để
phát hiện cơ sở phân tử của sự phát triển mang đến nhiều thuận lợi trong thí nghiệm. Ni
mầm phơi Cầu gai vừa dễ mà giá thành lại khơng mắc. Một Cầu gai mẹ có thể cung cấp
hơn 20 triệu trứng. Phơi phát triển chỉ trong 3 ngày và trong suốt. Vì vậy có thể quan sát
từng tế bào một cách dễ dàng bên trong phơi.
Đề tài “Sự phát triển phơi ở Cầu gai” giúp người viết hiểu biết sâu sắc về
những cơ chế điều khiển q trình phát triển của lồi này- lồi sinh vật nhỏ bé có lịch sử
tiến hóa gần với lồi người và động vật có xương sống và đã được các nhà khoa học giải

mã hồn tất trình tự bộ gen.
2/ Đối tượng và phạm vi nghiên cứu :
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các lồi thuộc lớp Cầu gai (Echinoidea), ngành Da
gai (Echinodermata).
Phạm vi nghiên cứu: Chỉ đề cập đến sự phát triển phơi trong q trình phát triển cá
thể.
3/ Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp nghiên cứu đề tài là phương pháp tổng hợp các tài liệu được lấy từ
các nguồn thông tin như thư viện, báo đài, internet. Dựa vào sự phân tích, tổng hợp, so
sánh, đối chiếu các tài liệu để thực hiện đề tài.
Mặc dù đề tài được chuẩn bò khá công phu, nhưng chắc chắn vẫn còn sơ suất, rất
mong được sự góp ý của thầy hướng dẫn và các bạn đồng nghiệp. Tác giả chân thành
biết ơn.
4/ Cấu trúc tiểu luận:
PHẦN MỞ ĐẦU.
PHẦN NỘI DUNG
- Cấu trúc của giao tử.
- Sự thụ tinh.
- Sự phân cắt.
- Sự hình thành phơi vị.
- Sự biệt hóa của các lớp phơi bì.
PHẦN KẾT LUẬN.
2
PHẦN MỞ ĐẦU
DUNG
MỤC LỤC
Tran
g
Mở đầu..............…………………………….....…..………………………………...........1
Chương I: Cấu trúc của giao tử.......................................................................................3

I. Các tế bào mầm...........................................................................................................3
II. Cấu tạo tinh trùng......................................................................................................3
III. Cấu tạo trứng............................................................................................................3
Chương II: Sự thụ tinh......................................................................................................6
I. Sự nhận biết của tinh trùng và trứng...........................................................................6
II. Sự tiếp xúc của giao tử .............................................................................................7
III. Sự hợp nhất giữa màng tế bào trứng và tinh trùng...................................................7
Chương III: Sự phân cắt...................................................................................................8
I Kiểu phân cắt...............................................................................................................8
II. Cơ chế phân cắt.......................................................................................................10
Chương IV: Sự hình thành phôi vị.................................................................................12
I. Đại cương..................................................................................................................12
II. Sự hình thành phôi vị ở Cầu gai..............................................................................13
Chương V: Sự biệt hóa của các lớp phôi bì...................................................................15
Kết luận …………………………………………………….........……………..............16
Tài liệu tham khảo……………………………………........…………….......................17
3
CHƯƠNG I
CẤU TRÚC CỦA GIAO TỬ
I. Các tế bào mầm.
Quá trình tạo giao tử được bắt đầu từ các tế bào mầm (germ cell). Các tế bào mầm
bắt nguồn từ vùng tế bào chất có các protein đặc trưng và mARM nằm trong những tế bào
xác định của phôi. Vùng tế bào chất này được gọi là tế bào chất mầm (germ plasm).
II. Cấu tạo tinh trùng.
Hình dạng tinh trùng ở Cầu gai
1. Phần đầu: là bộ phận của tinh trùng tiếp xúc với trứng trong quá trình thụ tinh.
Đầu tinh trùng có chứa một nhân đơn bội và một thể đỉnh (acrosome).
Nhân: Trong quá trình trưởng thành của tinh trùng, nhân bị nén lại do ADN của nó
bị xoắn chặt. Sự đóng xoắn của ADN giúp cho tinh trùing ít bị các tổn thương vật lý hoặc
đột biến trong quá trình dự trữ và di chuyển đến nơi thụ tinh. Sự nén của nhân là do tương

tác giữa ADN và protein của nhiễm sắc thể là protamin.
Thể đỉnh: nằm ngay phía trước nhân, là một bao kín, dẫn xuất từ thể Golgi, có chứa
các enzim tiêu hóa protein như acrosin, hyaluronidase, acid phosphatase, aryl sulphatase,
các loại esterase và phospholipase giúp cho tinh trùng tiêu hủy lớp mành trứng để xâm
nhập vào bên trong.
Giữa nhân và bao thể đỉnh còn có một vùng gồm các phân tử actin hình cầu, có vai
trò tạo thành mấu thể đỉnh (acrosomal process) của tinh trùng trong giai đoạn sớm của sự
thụ tinh.
2. Phần giữa: nằm ngay phía sau đầu là một cổ ngắn nối đầu và đuôi tinh trùng. Phần
giữa được đặc trưng bởi sự hiện diện của các ty thể xếp xoắn ốc, bao quanh sợi trục bên
trong. Ty thể có các enzim có khả năng chuyển hóa yếm khí đường, glycerol, sorbitol,
lactate, các loại acid béo và nhiều loại acid amin. Ty thể của tinh trùng có chứa enzim
lactate dehydrogenase (LDH) có thể oxy hóa lactate thành pyruvat, là chất tham gia vào
chu trình Kreb để sản sinh năng lượng.
3. Phần đuôi: là một cấu trúc phức tạp. Cơ quan vận động chính của đuôi là sợi trục
(axoneme), được tạo thành bởi các vi ống xuất phát từ trung tử ở phần dưới của nhân. Sợi
trục bao gồm hai vi ống trung tâm được bao chung quanh bởi chín cặp vi ống. Các vi ống
này được cấu tạo bởi các protein là
α
và
β
-tubulin. gắn vào các vi ống bên ngoài là
protein dynein. Dynein có khả năng thủy phân ATP và biến đổi năng lượng hóa học thành
công năng giúp cho tinh trùng chuyển động.
III. Cấu tạo trứng.
Ở Cầu gai, con cái tạo ra cùng lúc hàng trăm hoặc hàng ngàn trứng; các noãn
nguyên bào (oogonia) là những tế bào gốc (stem cell) có khả năng tự tạo mới trong suốt
cuộc đời sinh vật.
4
PHẦN NỘI DUNG

Tất cả các nguyên liệu cần thiết cho sự tăng trưởng và phát triển phải được dự trữ
trong trứng chín (ovum). Trong khi tinh trùng bị loại bỏ hầu hết tế bào chất thì tế bào trứng
đang phát trển (oocyte) không chỉ giữ lại mà còn tích tụ thêm tế bào chất. Trứng Cầu gai
có thể tích khoảng 200 picoliter (2 x 10
4
mm
3
), gấp 10.000 lần thể tích của tinh trùng.
Cấu trúc của trứng cầu gai trong quá trình thụ tinh
Tế bào chất của trứng bao gồm:
* Protein: Phôi cần một thời gian rất lâu mới có thể tự dinh dưỡng hoặc nhận thức
ăn từ mẹ. Các tế bào phôi trong giai đoạn sớm cần được cung cấp năng lượng và các amino
acid. Việc này được thực hiện nhờ sự tích tụ protein noãn hoàng trong trứng. Các protein
này được sản sinh trong các cơ quan khác như gan, thể mỡ và di chuyển theo dòng máu
của mẹ đến trứng.
* Ribosome và tARN: Cần cho phôi tổng hợp protein của riêng chúng ngay sau khi
thụ tinh.
* mARN: Trứng Cầu gai có khoảng 25.000 đến 50.000 loại mARN khác nhau,
được duy trì ở trạng thái không hoạt động cho đến khi trứng được thụ tinh.
* Các yếu tố phát sinh hình thái (morphogenetic factors): là những phân tử có vai
trò trong sự biệt hóa tế bào. Chúng nằm trong những vùng khác nhau của trứng và được
phân bố về các tế bào con trong suốt quá trình phân cắt của hợp tử.
Bên trong khối tế bào chất là một nhân lớn. Ở Cầu gai, nhân đã ở trạng thái đơn bội
vào thời điểm trứng thụ tinh.
Bao quanh tế bào chất là màng nguyên sinh (plasma membrane). Màng này có khả
năng điều hòa sự trao đổi ion trong quá trình thụ tinh và có khả năng hợp nhất với màng tế
bào tinh trùng. Bên ngoài màng nguyên sinh là màng noãn hoàng (vitelline envelope).
5
Bề mặt tế bào trứng của Cầu gai chưa thụ tinh
Màng noãn hoàng có ít nhất là tám loại glycoprotein cần thiết cho sự nhận dạng đặc

hiệu của tinh trùng. Nằm ngay bên dưới màng nguyên sinh trứng là một lớp vỏ (cortex)
mỏng khoảng 5
µ
m. Tế bào chất của vùng này cứng hơn phía trong và có nhiều phân tử
actin hình cầu. Trong quá trình thụ tinh, các phân tử actin bị polymer hóa tạo thành các vi
sợi (microfilament). Các vi sợi này cần cho sự phân cắt tế bào, đồng thời tạo ra lớp vi
nhung mao (microvilli) trên bề mặt tế bào. Ngoài ra trong lớp vỏ còn có các hạt vỏ (cortical
granules) là dẫn xuất của thể Golgi, có chứa các enzim thủy phân protein,
mucopolysaccharide, glycoprotein và protein hyalin. Các enzim và mucopolysaccharide có
vai trò ngăn chặn các tinh trùng khác đi vào trứng sau khi trứng đã thụ tinh, còn hyalin và
glycoprotein bao chung quanh phôi có vai trò nâng đỡ các phôi bào trong giai đoạn phân
cắt.
Bên ngoài màng noãn hoàng còn có một lớp mỏng gọi là lớp keo (jelly layer) cấu
tạo từ glycoprotein, có nhiều chức năng nhưng phổ biến nhất là để hấp dẫn và hoạt hóa
tinh trùng.
6
CHƯƠNG II
SỰ THỤ TINH
Sự thụ tinh bao gồm các hoạt động cơ bản sau:
- Sự nhận biết và tiếp xúc giữa tinh trùng với trứng. Điều này bảo đảm là tinh trùng
và trứng thuộc cùng một loài.
- Sự xâm nhập của tinh trùng vào trứng. Trứng có cơ chế cản trở sự xâm nhập của
nhiều tinh trùng, chỉ cho phép một tinh trùng đi vào trứng.
- Sự hợp nhất nguyên liệu di truyền của tinh trùng và trứng.
- Sự hoạt hóa trao đổi chất của trứng để bắt đầu phát triển.
Sự thụ tinh ngoài ở Cầu gai
Sự hợp nhất giữa màng tinh trùng và màng trứng
I. Sự nhận biết của tinh trùng và trứng (Recognition of egg and
sperm).
1. Sự hấp dẫn tinh trùng (sperm attraction).

Sự hấp dẩn tinh trùng đặc trưng cho loài. Tinh trùng được thu hút về phía trứng
cùng loài nhờ tính hướng hoá (chemotaxis), tức là theo gradient của chất hóa học do trứng
tiết ra. Ở Cầu gai Arbacia punctulata, người ta đã ly trích được resact, một peptide gồm 14
acid amin, có khả năng hấp dẫn tinh trùng bơi ngược chiều gradient nồng độ đến khi chúng
7