Muške spolne stanice (spermatozoidi)

Pri proučavanju muških zametnih stanica treba razumjeti građu bičastih (plažnih) spermatozoida, koji su prevladavajući oblik spermatozoida, te se za usporedbu upoznati s morfologijom bičastih (neplažnih) spermija. Potrebno je obratiti pozornost na takve fiziološke značajke kao što su njihova mobilnost, životni vijek, ovisnost aktivnosti o okolišu itd.

Muške spolne stanice po svojoj strukturi i fiziološkim svojstvima značajno se razlikuju od ženskih spolnih stanica. Spermatozoidi su mnogo manji od jajašca. Muške zametne stanice krokodila dugačke su 20 mikrona, vrapca 200 mikrona, zamorca 100 mikrona, bika 65 mikrona, a kod čovjeka u prosjeku 50 mikrona. Spermatozoidi su brojniji od jajašaca. Njihov broj kod životinja mjeri se milijunima. Na primjer, u osobi, 1 cm 3 sperme sadrži 60 milijuna spermatozoida. Zreli spermatozoidi su aktivno pokretne stanice.

Među muškim zametnim stanicama različitih skupina životinja razlikuju se dvije značajno različite vrste spermatozoida: flagelirani (u obliku plaže) i ne-flagelirani (ne-flagelirani). Bičasti spermatozoidi su dominantni oblik (slika 4).

sl.4. Oblici ljudskih i životinjskih spermatozoida. 1 - osoba; 2 - triton; 3 - rak; 4 - zamorac; 5 - svinje; 6 - bik; 7 - pijetao; 8 - razgranati rak; 9 - rak desetine; 10 - konjski okrugli crv; 11 - pinworms (prema Golichenkovu).

Flagelirani spermatozoidi, čak i kod životinja vrlo udaljenih vrsta, grade se po istoj shemi, što je vjerojatno posljedica sličnosti njihove funkcionalne namjene u cijelom životinjskom svijetu.

U flageliranom spermatozoidu razlikuju se četiri dijela: glava, vrat, srednji dio, rep (flagelum). Svi dijelovi spermatozoida izvana su prekriveni zajedničkom plazma membranom.

Glava spermatozoida ima različit oblik u različitim klasama životinja: kod triona glava ima oblik kukiča, u ptica vrbarica je vadičep, kod sisavaca je ovalna sprijeda i kruškasta. oblikovana sa strane. Veći dio glave spermija zauzima jezgra. U citoplazmi prednjeg dijela glave nalazi se akrosomalni aparat koji igra važnu ulogu u otapanju jajnih membrana. U akrosomu su koncentrirani spermolizini – tvari srodne proteolitičkim enzimima (slika 5.).

sl.5. Shema strukture sperme sisavca, koja prikazuje strukture otkrivene pomoću elektronskog mikroskopa i ukazuje na funkcije koje obavljaju (prema Aleksandrovskoj)

Cerviks je kratak, uži dio spermatozoida. U vratu se nalaze dva centriola: proksimalni (prednji), uz jezgru, i distalni (stražnji), koji je povezan s aksijalnom niti repa.

Srednji dio spermatozoida sastoji se od aksijalnog filamenta i okolne citoplazme. U citoplazmi se nalazi veliki broj mitohondrija, koji se nalaze jedan za drugim u obliku spiralno uvijene niti. Mitohondriji stvaraju energiju potrebnu za kretanje muške zametne stanice.

Repni dio (flagellum) spermatozoida sastoji se od aksijalnog filamenta koji je prekriven tankim slojem citoplazme. Aksijalni filament flageluma predstavljen je s 2 središnja i 9 perifernih para vlakana, koji se bez značajnijih promjena protežu cijelom dužinom repa spermatozoida - od vrata gotovo do vrha (slika 6.).

sl.6. Elektronsko mikroskopska struktura sperme: 1 - glava; 2 - vrat; 3 - aksijalni navoj; 4 - mitohondrije; 5 - plazmalema. (Prema Aleksandrovskoj).

Dakle, opća organizacija spermatozoida i njezini odjeli prilagođeni su za obavljanje specifičnih funkcija svojstvenih ovoj stanici. Te funkcije su: a) osiguravanje susreta sa ženskom spolnom stanicom; b) poticanje jajašca na razvoj; c) prijenos očevog nasljednog materijala u nju.

Kod nekih životinja spermatozoidi nemaju flagele i nazivaju se nebičastim (non-flagellated). Ovi spermatozoidi imaju najrazličitiji oblik: okrugli, nitasti, bikonkavni, ponekad vrlo neobičnog tipa (slika 6.).

Viabilnost i pokretljivost spermatozoida u vodi vremenski su ograničeni. U morskoj vodi gube pokretljivost nakon nekoliko sati, a u slatkoj vodi u pravilu nakon nekoliko minuta. Kod životinja s unutarnjom oplodnjom, muške zametne stanice zadržavaju svoju održivost nešto duže: u svinje - 22 - 30 sati, u ovce - 30 - 36 sati, u goveda - 25 - 30 sati, u genitalnom traktu žene, životni vijek sperme varira od 2 do 4 dana.

Kod nekih vrsta životinja spermatozoidi ostaju održivi u ženskom genitalnom traktu dugo vremena. Primjerice, kod nekih šišmiša do oplodnje dolazi u jesen, ali tijekom cijele hibernacije životinja spermatozoidi su u stanju mirovanja. Do gnojidbe dolazi tek sljedećeg proljeća. Kod pilića spermatozoidi se čuvaju 3 tjedna. Kod mnogih insekata spermatozoidi se pohranjuju dugo vremena. Na primjer, kod pčela muške zametne stanice opstaju nekoliko godina.

Postojale su i još uvijek postoje mnoge zablude o pokretljivosti i plodnosti spermija. Vjerovalo se da je oplodna sposobnost spermatozoida očuvana do trenutka kada izgubi sposobnost kretanja. Do sada je poznato da će pokretljivost trajati mnogo dulje od sposobnosti oplodnje. Tako zečji spermatozoidi gube sposobnost oplodnje nakon 30 sati u ženki, dok mogu zadržati pokretljivost dulje od dva dana. Ljudski spermatozoidi zadržavaju sposobnost oplodnje 1-2 dana, a pokretljivost zadržavaju i do 4 dana.

U procesu oplodnje sudjeluju spolne stanice očinskog i majčinog organizma. Kao što se fiziologija muškaraca i žena u cjelini razlikuje, struktura muških zametnih stanica i ženskih spolnih stanica nije ista. Naziv muških zametnih stanica - spermatozoida - spaja dva grčka korijena što znači "sjeme" i "život" i objašnjava njihovu funkciju: bez njihovog sudjelovanja reprodukcija je nemoguća. Strukturne značajke muških zametnih stanica objašnjavaju se njihovom ulogom u procesu oplodnje.

Cilj svakog spermatozoida je prvi doći do jajašca (ženske zametne stanice) i probiti njegovu membranu iznutra. Stoga je svaki spermatozoid opremljen sredstvom za brzo kretanje - repom, zahvaljujući čijim se vibrirajućim pokretima muške zametne stanice kreću vrlo brzo. u tome je potpuno suprotno - nemaju sposobnost kretanja i prevladavanja samo 10 cm puta duž jajovoda do mjesta susreta sa spermatozoidom.

Struktura muške reproduktivne stanice - spermija

Muška zametna stanica po izgledu podsjeća na punoglavca: svaki spermatozoid sastoji se od glave, repa i vrata. Funkcija repa je jasna – pruža mogućnost kretanja. Glava je svojevrsni spremnik u kojem svaki spermatozoid nosi najvrjedniji teret – genetske informacije upakirane u kromosome.

Obične stanice ljudskog tijela imaju 46 pari kromosoma, a zametne stanice (i muške i ženske) nose samo polovicu skupa kromosoma. Od 23 para kromosoma u stanici spermija, postoji jedan par posebnih spolnih kromosoma koji će u konačnici odrediti kojeg će spola beba biti rođena. Spolni kromosomi mogu biti tipa X ili Y, ako je spermatozoid koji nosi X kromosom bio uključen u proces oplodnje, tada će se kao rezultat roditi djevojčica, a na Y kromosomu će se roditi dječak. Spermatozoid i jajašce, kada se spoje, tvore kompletan skup kromosoma, dok Y kromosom može sadržavati samo spermatozoid.

Struktura muških zametnih stanica je takva da se u glavi spermatozoida, u njegovom prednjem dijelu, nalazi akrosom, koji osigurava njegovu „sposobnost prodiranja“. Enzimi koje luči ova stanična organela omogućuju spermatozoinu da prodre u gustu membranu jajašca.

Vrat muške zametne stanice ima složeno "punjenje". Sadrži organele (strukturne elemente) stanice, koji su odgovorni za njezinu održivost i aktivnost. Ovdje se također nalazi protoplazma - ona će osigurati mogućnost diobe stanica, koja se formira u procesu oplodnje.

Kada dođe do oplodnje, jezgre zametnih stanica se ujedinjuju i nastaje zigota, što dovodi do novog ljudskog života. , što dovodi do nemogućnosti oplodnje na prirodan način, zahtijeva specijalizirano liječenje. U slučaju da rezultat ostane negativan, obraćaju se budući roditelji.

Spolno razmnožavanje događa se kod predstavnika svih vrsta flore i faune. Povezan je s stvaranjem posebnih zametnih stanica: ženskog - jajašca i muškog - spermija.

Spolne stanice (gamete) karakterizira jedan (haploidni) broj kromosoma (vidi). Osim toga, razlikuju se u omjeru volumena citoplazme i jezgre (u usporedbi sa somatskim stanicama).

Struktura muške zametne stanice (spermija)

Muške zametne stanice – spermatozoidi – obično su vrlo male i pokretne. Tipični spermatozoidi sastoje se od glave, vrata i repa.

Glava gotovo se u cijelosti sastoji od jezgre prekrivene tankim slojem citoplazme. Najprednji dio mu je šiljast, prekriven kapom.

Vrat sužen, sadrži centriol (sastavni dio staničnog centra) i mitohondrije.

Rep spermatozoid se sastoji od najtanjih vlakana prekrivenih citoplazmatskim cilindrom: to je organoid kretanja.

Ukupna duljina spermatozoida, uključujući glavu, vrat i rep, u sisavaca i ljudi je 50-60 mikrona. Karakteristično je da se spermatozoidi obično stvaraju u ogromnim količinama (kod sisavaca ih stotine milijuna sazrijevaju tijekom života).

Struktura ženske reproduktivne stanice (jajne stanice)

Ženske spolne stanice (jajne stanice) su nepomične i obično veće od spermija. Obično imaju sferni oblik i raznoliku strukturu školjki. U sisavaca je veličina jaja relativno mala i promjera je 100-200 mikrona. U ostalih kralježnjaka (ribe, vodozemci, gmazovi, ptice) jaja su velika. U citoplazmi sadrže ogromnu količinu hranjivih tvari.

Kod ptica, na primjer, jajna stanica je dio jajeta koji se obično naziva žumanjak. Promjer kokošjeg jajeta je 3-3,5 cm, dok je kod velikih ptica kao što su nojevi 10-11 cm. Ova jaja su prekrivena s nekoliko membrana složene strukture (proteinski sloj, ljuske i ljuske membrane itd.), koje osiguravaju normalan razvoj embrija.

Broj proizvedenih jajnih stanica obično je mnogo manji od broja spermija. Na primjer, žena će imati oko 400 jajašca tijekom svog života.

Opisana je struktura muških i ženskih zametnih stanica biljaka.

Razvoj jajašca i spermija

Sazrijevanje i razvoj zametnih stanica tzv gametogeneza. Kod životinja i ljudi javlja se u spolnim žlijezdama: jajašca se razvijaju u jajnicima, a spermatozoidi u testisima.

Faze razvoja

Procesi razvoja muških zametnih stanica (spermatogeneza) i ženskih zametnih stanica (ovegeneza) imaju niz sličnih značajki. I u jajniku i u testisima postoje tri različite faze:

• faze reprodukcije;
• faze rasta;
• faze sazrijevanja zametnih stanica.

Na prva razina spermatogonije i ovogonije (stanice - preteče spermatozoida i jajašca) se množe i njihov broj se povećava.

U muškaraca, mitotička podjela spermatogonije počinje u pubertetu i traje desetljećima. Kod žena se podjela ovogna događa tek u embrionalnom razdoblju njihova života i završava čak i prije rođenja. Kod životinja podjela tih stanica ovisi o vremenu i razdobljima razmnožavanja.

U druga faza spermatogonija i ovogonija prestaju se razmnožavati, počinju rasti i povećavati se u veličini, pretvarajući se u primarne spermatocite i oocite. Posebno se značajno povećava veličina oocita. Na primjer, kod žaba su linearne dimenzije jajne stanice 2000 puta veće nego u ovogonije. To je zbog činjenice da akumuliraju hranjive tvari potrebne za razvoj embrija.

Najvažnije promjene događaju se s budućim zametnim stanicama treća faza sazrijevanje. Također postoje značajne razlike između spermatogeneze i oogeneze. U ovoj zoni, primarne oocite se dijele dvaput mejozom. Tijekom prve mejotičke diobe nastaju velika sekundarna oocita i mala stanica – primarni polocit (prvo polarno, odnosno usmjereno tijelo).

U drugoj mejotičkoj diobi, sekundarna oocita se dijeli na veliko nezrelo jaje i mali sekundarni polocit (drugo polarno tijelo). Primarni polocit se također može podijeliti na još dva polocita.

Tako se kao rezultat dvije mejotske diobe dobivaju 4 stanice s haploidnim skupom kromosoma iz jedne primarne jajne stanice - nezrele zametne stanice (koja se pretvara u zrelo jaje) i tri polocita, koji naknadno umiru.

Tijekom spermatogeneze, primarni spermatocit u zoni sazrijevanja također se dva puta dijeli mejozom. Ali u ovom slučaju nastaju 4 identična haploidna spermatida. U budućnosti se kroz složene transformacije (promjene oblika, razvoj repa) pretvaraju u zrele spermatozoide.

Gnojidba

Gnojidba- to je proces fuzije jezgri spermija i jajne stanice te obnavljanje diploidnog skupa kromosoma. Oplođeno jaje naziva se zigota. Do formiranja zigota dolazi tek kada spermij uđe u jajnu stanicu.

Taj se proces u različitim organizmima odvija različito. U sisavaca je prodiranje spermija u jaje popraćeno otapanjem njegove ljuske uz pomoć različitih enzima koje izlučuje spermija. Kod mnogih insekata jajašca imaju tvrdu ljusku, a spermij ulazi kroz male rupice. Kod nekih vodenih organizama na površini jajašca na mjestu kontakta sa spermatozoidom formira se mali receptivni tuberkul koji se zajedno sa spermatozoidom uvlači prema unutra.

Obično samo glava spermatozoida s mitohondrijom i centriolom prodire u citoplazmu jajeta, dok rep ostaje vani. Ljuska glave se otapa, jezgra počinje bubriti dok ne dostigne veličinu jezgre jajeta. Tada se obje jezgre približavaju jedna drugoj i konačno se spajaju.

Ponekad nekoliko spermija istovremeno ulazi u jajnu stanicu, ali se samo jedan od njih spaja s jezgrom. U zigoti se svi kromosomi uparuju: u svakom paru homolognih kromosoma jedan kromosom pripada jajnoj stanici, drugi spermiju. Ovaj fenomen je od velike važnosti za evoluciju. Organizam koji se razvija iz zigote ima veliki raspon kombinativne varijabilnosti, a time i više mogućnosti prilagodbe promjenjivim uvjetima okoline.

karakteristično za biljke cvjetnice.

Progeneza - stvaranje, razvoj i sazrijevanje muških i ženskih zametnih stanica.

spolne stanice- gamete, za razliku od somatskih, imaju haploidni skup kromosoma. Svi kromosomi gameta, s izuzetkom jednog spolnog kromosoma, nazivaju se autosomi, seksualni gonosom.

muške spolne stanice imaju X ili Y spolne kromosome.

ženske spolne stanice samo H.

Diferencirane gamete imaju nisku razinu metabolizma i nisu sposobne za reprodukciju.

muške spolne stanice

muške spolne stanice - spermatozoidi (spermije) se razvijaju u nekoliko tisuća milijuna. Oni su male veličine (kod ljudi, oko 70 mikrona), imaju sposobnost aktivnog kretanja brzinom od 30-50 mikrona / s. Spermatozoid ima oblik flagela.

¨Proces stvaranja i sazrijevanja spermatozoida - spermatogeneza.

Struktura sperme

Spermatozoid se sastoji od dva dijela: 1) glave; 2) rep.

Glava Spermatozoid (caput spermatozoidi) sadrži malu gustu jezgru s haploidnim skupom kromosoma. Ljude karakterizira prisutnost u jezgri 22 autosoma i 1 spolni kromosom (gonosomi). Ovisno o tome koji spolni kromosom ima jezgra spermija X ili Y, dijele se na dvije vrste:

1) androspermija - sadrže Y - kromosome,

2) ginekospermija - sadrže X - kromosome.

¨Jezgru karakterizira visok sadržaj nukleoprotamini i nukleohistoni. Prednji dio jezgre prekriven je ravnom vrećicom koja se formira slučaj sperma. Na prednjem polu kapice nalazi se akrosom(od grčkog acros - vrh; soma - tijelo). Obje tvorevine (fuzija i akrosom) su derivati ​​Golgijevog kompleksa.

akrosom sadrži skup enzima, među kojima važno mjesto pripada hijaluronidaza i proteaze(tripsin), koji su u stanju otopiti membrane jajeta.

Glava je izvana prekrivena staničnom membranom.

Rep(feagellum) spermija se sastoji od:

a) spojni dio (vrat) koji čine dvije centiole - proksimalna i distalna, aksijalna nit (aksonema) polazi od distalnog;

b) srednji dio kojeg čine dva središnja i 9 pari perifernih mikrotubula okruženih mitohondrijima u spirali (mitohondrijski omotač);

c) glavni dio, koji po strukturi podsjeća na trepavicu. Okružen tankim fibrilarnim omotačem;

d) završni dio, koji sadrži pojedinačne kontraktilne niti.

Poput glave, rep je prekriven staničnom membranom.

Funkcije spermatozoida

1. Oplodnja jajašca. Uz pomoć repa, spermij se može kretati u određenom smjeru, koji je određen specifičnim tvarima koje luči jaje - gynogamons.

2. Reagirajte na kemijske podražaje - kemotaksija.

3. Može se kretati protiv protoka tekućine - reotaksa.

4. Zadržavati sposobnost gnojidbe u optimalnim uvjetima 36-88 sati.

5. Optimalni uvjeti su blago alkalna sredina.

ženske spolne stanice

ženske spolne stanice - jajašca (oociti). Nastaje u jajnicima. Količina - za cijeli život osobe i sisavca, nekoliko stotina zrelih. Vodozemaca i riba može biti nekoliko desetaka tisuća.

Jaje ima sferni oblik, veličine variraju od nekoliko mikrona do nekoliko cm.Karakteristika jaja je veliki volumen citoplazme i prisutnost žumanjka. Osim toga, jaja nemaju sposobnost samostalnog kretanja.

Za razliku od somatskih, (gamete - od riječi "oženjene") specijalizirane su za reprodukciju generacija organizama i imaju polovičan (haploidni) genetski skup (lcln, ili 23 kromosoma - kod ljudi).

Razlikovati muške i ženske spolne stanice, koji nose genetske informacije po očinskoj i majčinoj liniji. U ljudskim zametnim stanicama postoje 22 autosoma i 1 spolni kromosom, koji je označen kao X ili Y za muškarce i X za žene. Kada se muška i ženska zametna stanica spoje tijekom oplodnje, nastaje diploidna stanica - zigota, iz koje nastaju sve stanice novog organizma. U ljudskoj embriogenezi, zametne stanice se najprije nalaze u endodermu žumanjka, tj. ekstragonadalno, a zatim migriraju u anlage spolnih žlijezda.

Pri prvom upoznavanju sa strukturom zrelih muške i ženske reproduktivne stanice, skreće pozornost na njihovu visoku funkcionalnu svrsishodnost. Spermatozoidi, koji bi trebali biti vrlo pokretni u ženskom genitalnom traktu, male su stanice, praktički lišene citoplazme i sastoje se od dijela s jezgrom, odnosno glave, koja nosi genetski materijal, i organa za kretanje - repa, ili flagelluma. Spermatozoidi nemaju drugih substaničnih elemenata, osim mitohondrija koji daju energiju za kretanje, akrosomalne vakuole s proteolitičkim enzimima za otapanje jajnih membrana i proksimalnog centriola. Ukupna duljina sperme je oko 60 µm, od čega je 55 µm u repu.

Na ultramikroskopskoj razini u glavi sperma Razlikuju se akrosomalne i postakrosomalne zone, u repu - srednji, glavni i terminalni dijelovi. Veći dio glave zauzima jezgra ispunjena kondenziranim kromatinom. Prostor između jezgre i prednjeg dijela plazmaleme spermija zauzima akrosomalna vakuola, specijalizirani lizosom koji sadrži skupinu enzima-lizina jajne membrane: akrozin (uništava prozirnu zonu oocita), penetrazu (disocira stanice). blistave krune), hijaluronidaza (razgrađuje hijaluronsku kiselinu), kisela fosfataza (uništava forsholin tijekom prolaska sperme kroz plazmalemu oocita). Vrat spermija je kratak dio koji sadrži proksimalni centriol i 9 segmentiranih stupaca.

Srednji dio sadrži aksonema i 9 longitudinalno orijentiranih elemenata citoskeleta, koji se sastoje od proteina sličnih keratinu i koji su nastavak segmentiranih stupaca. Izvan ovih vlakana nalaze se mitohondriji. Aksonema je izgrađena na principu cilija, čije lupanje pokreću kalcijevi kationi u okolišu i mitohondrijski ATP spermija. U završnom dijelu repa elementi citoskeleta nestaju, a aksonema je prekrivena samo plazmolemom. Kod ljudi se aksonemi dubleti u terminalnom dijelu raspadaju u 18 pojedinačnih mikrotubula.

Nakon izlaska iz testisa, spermatozoidi se morfološki formiraju, ali funkcionalno nezreo- nepokretni su, nesposobni za oplodnju i, osim toga, nosioci su niza specifičnih antigena, čija se inaktivacija (kao i stjecanje pokretljivosti i sposobnosti oplodnje - kapacitacija) događa u sustavu sjemenovoda. muški genitalni trakt.

Jajna stanica je, za razliku od spermatozoida, velika i nepomično. U većine sisavaca i ljudi njegova veličina doseže 100-200 mikrona. Ženska zametna stanica čuvarica je opskrbe trofičkim spojevima potrebnim za rani razvoj embrija, te "rezerva" citoplazmatskih struktura za stvaranje prvih generacija zametnih stanica - blastomera. Kod ljudi velika veličina jajeta nije povezana s velikim rezervama žumanjka – ljudsko jaje je siromašno žumanjkom (oligolecital).

Na ultramikroskopskoj razini jaječovjek ima veliku zaobljenu jezgru, u kojoj prevladava eukromatin, i citoplazmu s umjerenom količinom mitohondrija s nekoliko lamelarnih krista. Sustav sinteze proteina je dobro razvijen zbog visokog sadržaja ribo- i polisoma, kratkih tubula granularnog endoplazmatskog retikuluma. U citoplazmi se rijetko i difuzno nalazi nekoliko nakupina granula vitelina - sakupljača trofičkih inkluzija.

Posebno treba naglasiti da u višoj posteljici sisavci a ljudske ženske reproduktivne stanice ne postoje izolirano. Uz iznimku najranijih faza razvoja (primarne zametne stanice, ovogonija), u bliskom su kontaktu sa somatskim stanicama jajnika (folikularni epiteliociti i stanice vezivnog tkiva), koje tvore epitelnu i vezivnotkivnu membranu oko svake zametne stanice. . Kompleks "spolna stanica - somatske membrane" naziva se folikul jajnika ili ovo-somatski (folikularni) hist. Struktura folikula jajnika postaje složenija tijekom oogeneze.