Каком состоянии находятся мужские половые клетки. Половые клетки
В отличие от соматических, (гаметы - от слова "брачующиеся") специализированы на воспроизводстве поколений организмов и имеют половинный (гаплоидный) генетический набор (lcln, или 23 хромосомы - у человека).
Различают мужские и женские половые клетки , которые несут генетическую информацию по отцовской и материнской линиям. В половых клетках у человека присутствуют 22 аутосомы и 1 половая хромосома, которая обозначается как X или Y - у мужчин и X - у женщин. При слиянии мужской и женской половых клеток в процессе оплодотворения образуется диплоидная клетка - зигота, дающая начало всем клеткам нового организма. В эмбриогенезе человека половые клетки впервые обнаруживаются в желточной энтодерме, т. е. внегонадно, а затем мигрируют в закладку половых желез.
При первом знакомстве со строением зрелых мужских и женских половых клеток , обращает на себя внимание их высокая функциональная целесообразность. Сперматозоиды, которые должны быть высокомобильны в женском половом тракте, представляют собой маленькие клетки, практически лишенные цитоплазмы и состоящие из ядросодержащей части, или головки, несущей генетический материал, и органа передвижения - хвоста, или жгутика. Никаких иных субклеточных элементов, кроме митохондрий, дающих энергию для передвижения, акросомальной вакуоли с протеолитическими ферментами для растворения оболочек яйцеклетки, и проксимальной центриоли, сперматозоиды не имеют. Общая длина спермия составляет около 60 мкм, из которых на долю хвоста приходится 55 мкм.
На ультрамикроскопическом уровне в головке сперматозоида различимы акросомальная и постакросомальная зоны, в хвосте - промежуточный, главный и концевой отделы. Большую часть головки занимает ядро, заполненное конденсированным хроматином. Пространство между ядром и передним участком плазмолеммы спермия занято акросомальной вакуолью - специализированной лизосомой, содержащей группу ферментов-лизинов оболочек яйцеклетки: акрозин (разрушает прозрачную зону овоцита), пенетраза (диссоциирует клетки лучистого венца), гиалуронидаза (расщепляет гиалуроновую кислоту), кислая фосфатаза (разрушает форсхолин при прохождении спермиев через плазмолемму овоцита). Шейка спермия представляет собой короткий отдел, в котором находятся проксимальная центриоль и 9 сегментированных колонн.
Промежуточный отдел содержит аксонему и 9 продольно ориентированных элементов цитоскелета, состоящих из кератиноподобных белков и являющихся продолжением сегментированных колонн. Кнаружи от этих волокон располагаются митохондрии. Аксонема построена по принципу реснички, биения которой инициируются катионами кальция, находящимися в окружающей среде, и митохондриальной АТФ спермия. В концевом отделе хвоста элементы цитоскелета исчезают, и аксонема прикрыта лишь плазмолеммой. У человека дуплеты аксонемы в концевом отделе распадаются на 18 одиночных микротрубочек.
По выходе из яичка спермин морфологически сформированы, но функционально незрелы - они неподвижны, не способны к оплодотворению и, помимо этого, являются носителями ряда специфических антигенов, инактивация которых (как и приобретение подвижности и оплодотворяющей способности - капацитации) происходит в системе семявыносящих путей мужского полового тракта.
Яйцеклетка в отличие от сперматозоидов крупная и неподвижная . У большинства млекопитающих и человека ее размеры достигают 100-200 мкм. Женская половая клетка является хранительницей запаса трофических соединений, необходимых для раннего развития зародыша, и "запаса" цитоплазматических структур для формирования первых генераций зародышевых клеток - бластомеров. У человека крупные размеры яйцеклетки не связаны с большими запасами желтка - яйцеклетка человека бедна желтком (олиголецитальная).
На ультрамикроскопическом уровне яйцеклетка человека имеет крупное округлое ядро, в котором преобладает эухроматин, и цитоплазму с умеренным количеством митохондрий с немногочисленными ламеллярными кристами. Хорошо развита система белкового синтеза из-за высокого содержания рибо- и полисом, коротких канальцев гранулярной эндоплазматической сети. В цитоплазме редко и диффузно расположены немногочисленные скопления вителлиновых гранул - коллекторов трофических включений.
Следует особенно подчеркнуть, что у высших плацентарных млекопитающих и человека женские половые клетки не существуют изолированно. За исключением самых ранних стадий развития (первичных половых клеток, овогоний) они находятся в тесном контакте с соматическими клетками яичника (фолликулярными эпителиоцитами и соединительнотканными клетками), которые формируют вокруг каждой половой клетки эпителиальную и соединительнотканную оболочки. Комплекс "половая клетка - соматические оболочки" именуется овариальным фолликулом, или ово-соматическим (фолликулярным) гистионом. Строение овариального фолликула усложняется в процессе овогенеза.
Половые клетки, их разновидности
Определение 1
Половые клетки (гаметы) – это особые клетки живого организма, которые выполняют функцию передачи наследственной информации от особей родительского поколения к потомкам.
Если неполовые (соматические) клетки организма имеют двойной набор хромосом (диплоидный), то половые клетки имеют одинарный набор хромосом – гаплоидный. Такое распределение хромосом обеспечивает при слиянии гамет ( оплодотворении) образование зиготы с диплоидным набором хромосом.
Половые клетки делят на два вида – мужские (спермии у растений и сперматозоиды у животных) и женские (яйцеклетки). У различных видов организмов встречается разное соотношение размеров мужских и женских гамет.
Определение 2
Если обе разновидности гамет практически не отличаются по размеру, такое явление называется изогамией («изос» - «равный, одинаковый»).
Определение 3
Если одна разновидность гамет несколько большая по размеру чем другая, такое явление носит название гетерогамии («гетерос» - «разный, различный»).
Определение 4
Если яйцеклетка имеет значительные размеры, а сперматозоиды очень мелкие, то это называется оогамией (или овогамией) .
Как правило, яйцеклетки неподвижны и могут быть покрыты различными оболочками, имеют значительные размеры, ибо содержат запас питательных веществ для развития зародыша.
Сперматозоиды, как правило, значительно меньше по размеру, чем яйцеклетки. Они имеют небольшую головку, в которой находится ядро. На переднем конце головки имеется акросома – особая органелла (производное от комплекса Гольджи), которая обеспечивает проникновение сперматозоида в яйцеклетку. За головкой расположена шейка. За шейкой находится промежуточный отдел, в котором находятся центриоли, окруженные митохондриями. На заднем конце сперматозоида находится жгутик. Растения и некоторые группы животных имеют сперматозоиды без жгутиков (спермии).
В природе существуют виды животных, особи которых имеют только один тип половых желез. Такие животные называются раздельнополыми. Но существуют виды животных, у особей которых формируются и женские и мужские половые клетки. Такое явление называется гермафродизмом . Он свойственен некоторым кишечнополостным, ракообразным, моллюскам.
Сперматогенез
Определение 5
Сперматогенез – это процесс образования и развития мужских половых клеток – сперматозоидов.
Сперматозоиды возникают в мужских половых железах из первичных половых клеток и проходят несколько последовательных стадий: размножение, рост, созревание и формирование.
- На стадии размножения из первичных половых клеток путем митоза образуется большое количество сперматогониев .
- На второй стадии из сперматогониев образуются сперматоциты первого порядка , происходит рост клеток.
- На стадии созревания происходит мейоз.
- В результате первого мейоза образуются сперматоциты второго порядка . А после второго мейоза – сперматиды.
- В ходе сперматогенеза из одного диплоидного сперматоцита первого порядка образуется четыре гаплоидных сперматиды .
- На стадии созревания сперматиды превращаются в сперматозоиды .
Овогенез
Определение 6
Овогенез (оогенез) – это процесс образования, развития и формирования яйцеклеток.
По аналогии со сперматогенезом, овогенез происходит в женских половых железах. Стадии овогенеза аналогичны стадиям сперматогенеза. Но происходящие там процессы несколько отличаются. На стадии размножения из первичных половых клеток образуются овогонии . На стадии роста происходит увеличение размеров клеток и формирование желтка. Клетки становятся овоцитами первого порядка . На фазе созревания происходит мейоз. После первого мейоза образуется овоцит второго порядка и направляющее (или полярное) тельце. После второго мейоза образовывается гаплоидная яйцеклетка и еще одно направляющее тельце (первое направляющее дельце также проходит мейоз и дает еще два тельца). Роль направляющих телец – отбор «лишних» хромосом от яйцеклетки. Кроме того они формируют среду вокруг яйцеклетки.
Таким образом, в результате ряда последовательных процессов формируются половые клетки – гаметы, имеющие гаплоидный набор хромосом и запас питательных веществ в яйцеклетках.
Мужские половые клетки называются сперматозоидами. Они образуются в извитых канальцах яичек из клеток, именуемых сперматогониями. Функция сперматозоида состоит в оплодотворении женской половой клетки (яйцеклетки)
Длина сперматозоида составляет около 0,05- 0,07 мм, и увидеть его можно только в микроскоп. Сперматозоид состоит из головки, тела и хвоста (жгутика). Благодаря наличию жгутика сперматозоиды способны самостоятельно передвигаться. Во время движения они обычно вращаются вокруг своей оси. В головке сперматозоида находятся хромосомы, которые содержат генетическую информацию, и акросомы - химический накопитель мужской половой клетки (ферменты, помогающие проникнуть в яйцеклетку). В теле сперматозоида находится энергетическая составляющая, которая обеспечивает сокращения жгутика.
В сперме, извергнутой во время полового акта, содержится примерно от 300 000 000 до 500 000 000 сперматозоидов. Однако достаточно всего 1 сперматозоида, чтобы произошло оплодотворение - процесс передачи генетического материала от отцовского организма в яйцеклетку.
А — Головка, шейка, хвост
Б — Митохондрия, микротрубочки, плазматическая мембрана
Ответственным за пол зародыша всегда бывает оплодотворяющий сперматозоид. Все сперматозоиды имеют набор из 23 хромосом, которые находятся в головке. Каждый сперматозоид несет в себе У или Х-хромосому, которые при оплодотворении яйцеклетки определяют пол будущего ребенка. Если яйцеклетку оплодотворяет сперматозоид, который несет в себе У-хромосому, то пол будущего ребенка будет мужским, а при наличии у сперматозоида Х-хромосомы - женским. Поскольку яйцеклетки содержат только Х-хромосомы, пол будущего ребенка зависит исключительно от мужчины.
Понятие «сперматозоид» необходимо отличать от понятия «сперма». Сперма (семенная жидкость), вырабатываемая мужскими половыми железами, состоит из сперматозоидов, жидкости семенных пузырьков, секрета предстательной железы и не¬большого количества эпителиальных клеток мочеиспускательного канала. Сперматозоиды составляют в среднем только 3 % семенной жидкости.
Цикл развития сперматозоида
Процесс развития сперматозоидов называется сперматогенез. Длительность развития сперматозоида от момента образования до полного его созревания составляет 2-2,5 месяца. Именно поэтому для зачатия здорового ребенка на протяжении данного временного периода рекомендуется воздерживаться от приема алкоголя, лекарств и токсичных веществ.
Изначально путем многочисленных делений в канальцах яичек мужская половая клетка, называемая на данном этапе сперматидой, получает определенный хромосомный набор. Для сперматозоидов очень важна подвижность, необходимая им, чтобы добраться до яйцеклетки и проникнуть внутрь. Этим свойством они наделяются при прохождении через придаток яичка. У сперматозоидов появляются хвост, моторный аппарат, головка и шапочка (акросома), в которой сконцентрированы ферменты для растворения на своем пути оболочек яйцеклетки. Так образуются полноценные сперматозоиды.
Далее они находятся в придатке яичка, пока не появится возможность оплодотворить яйцеклетку. Если сперматозоиды «засидятся» слишком долго, то состарятся и не смогут выполнить свою сакральную миссию. Самый оптимальный для оплодотворения состав сперма имеет при кратности половой жизни с интервалом в два дня.
Сперматозоид начинает движение в момент эякуляции (семяизвержения). До яйцеклетки еще далеко, и путь проходит через матку и основную часть маточной трубы. После капацитации (дозревания и подготовки сперматозоида к оплодотворению в женских половых путях) он сбрасывает акросомальную шапочку, чтобы определить яйцеклетку и растворить ее оболочки для по-падания внутрь. Пробив оболочку яйцеклетки, сперматозоид вводит внутрь головку и тело и теряет хвост. Если шапочка не сбрасывается, то оплодотворения не происходит.
Для оплодотворения вокруг яйцеклетки собирается множество сперматозоидов, но после того как один из них проник через оболочки, яйцеклетка блокируется. Поначалу блок возникает при помощи изменения электрического потенциала, а далее - за счет химических и структурных изменений. Вокруг яйцеклетки образуется новая оболочка, препятствующая оплодотворению ее другим спер-матозоидом.
Ядра сперматозоида и яйцеклетки, называемые теперь мужским и женским пронуклеусом, сближаются, сливаются и начинают активно делиться. Образуется зигота - оплодотворенная яйцеклетка, первая клетка нового организма. Через неделю эта зигота попадает в матку и в ее полости фиксируется к стенке: наступает беременность.
Чтобы продвинуться на 1 см, сперматозоид должен «вильнуть» хвостом не менее 800 раз
Образование сперматозоидов у чины начинается после достижения им половой зрелости и далее продолжается до самой смерти. Установлено, что даже после восьмидесяти лет у большинства мужчин в сперме присутствуют жизнеспособные сперматозоиды. Так, индийский фермер Рамджит Рагхава по-пал в Книгу рекордов Гиннесса, впервые став отцом в возрасте девяноста четырех лет.
Женские и мужские половые клетки, называемые «гаметы» от греческого «брачующиеся», имеют половинный генетический набор и отвечают за воспроизводство организмов, при слиянии которых образуется зигота, диплоидная клетка, от которой происходят клетки нового организма. Человек имеет набор из 23 хромосом, 22 из которых называются аутосомами и одна – половая хромосома. Эта половая хромосома у женщин имеет обозначение Х, а у мужчин либо Х, либо Y.
Мужские половые клетки
Сперматозоиды, мужские половые клетки, отличаются высокой мобильностью и микроскопическими размерами. Их структура определяется головкой, несущей информацию о мужчине, шейкой и хвостом, который отвечает за передвижение. Самая, пожалуй, важная часть сперматозоида, головка, заполнена конденсированным хроматином. В среднем размер сперматозоидов, постоянно образующихся в яичках, равен 50 – 70 мкм, а средний вес одного яичка взрослого человека составляет от 20 до 30 г. Интересно, что при длине в 60 мкм на долю головки отводится всего 5 мкм.
Яички располагаются в мошонке, представляющей собой кожно-мышечное образование и состоящее из большого количества семенных канальцев. Среди этих канальцев располагаются межуточные клетки, отвечающие за синтез половых гормонов. Сперматозоиды образуются в семенных канальцах и далее проходят путь по крупному каналу, через придаток яичка, семявыводящий проток, после чего выводятся через брюшную полость в мочеиспускательный канал. В итоге завершением этого пути является половой член, представляющий собой наружный мужской половой орган.
Эрекцией называется процесс наполнения кровью губчатой ткани, расположенной внутри мужского полового органа. Во время извержения спермы, называемого эякуляцией, сперматозоиды оказываются в женских половых путях. может произойти в случае, если в этот момент там находится зрелая яйцеклетка. Во время каждого семяизвержения в норме выделяется до 300млн сперматозоидов, что составляет приблизительно 1-6мл спермы, при этом скорость передвижения сперматозоидов приравнивается 3,5 мм в минуту.
Питание и активизацию функции движения сперматозоидам обеспечивает секрет парных половых желез. В среднем активность сперматозоидов сохраняется около 48 часов в шейке матки и около 2,5 часов внутри влагалища.
Женские половые клетки
Женские половые клетки начинают активно развиваться в возрасте около 12 лет, однако для каждой женщины эта цифра индивидуальна. В большинстве случаев ежемесячно созревает одна половая клетка, называемая яйцеклеткой, однако, известны и исключения из этого правила. Надо сказать, что яйцеклетка лишена возможности самостоятельно передвигаться. Она несет в себе довольно большой запас информации, включая цвет волос, глаз, рост и т.д.
Размером яйцеклетка обычно от 100 до 200 мкм и состоит из округлого ядра и цитоплазмы. Процесс созревания начинается в яичниках каждые 24 – 28 дней, что составляет месячный цикл женщины. Овоцит 1-го порядка, окруженный мембраной и венцом из фолликулярных клеток, количеством до 4 тысяч, во время покидает яичник и попадает в маточную трубу. Передвигаясь по ней, он окончательно созревает, образуя уже полноценную яйцеклетку, так называемый овоцит 2-го порядка. В общей сложности ядро яйцеклетки несет в себе 23 хромосомы, одна из которых и представляет собой половую Х-хромосому.
В случае, если яйцеклетка не оплодотворяется в течение 12-24 часов после наступления овуляции, она погибает.
Эти клетки значительно отличаются у мужчин и женщин. У мужчин половые клетки или сперматозоиды имеют хвостоподобные выросты () и являются относительно подвижными. Женские половые клетки, называемые яйцеклетками, не подвижны и намного больше относительно мужских гамет. Когда эти клетки сливаются в процессе, называемом оплодотворением, результирующая клетка (зигота) содержит смесь унаследованных от отца и матери. Половые человека производятся органами репродуктивной системы - гонадами. продуцируют половые гормоны, необходимые для роста и развития первичных и вторичных репродуктивных органов и структур.
Строение половых клеток человека
Мужские и женские половые клетки сильно отличаются друг от друга по размеру и форме. Мужские сперматозоиды напоминают длинные, подвижные снаряды. Это небольшие клетки, которые состоят из головки, средней и хвостовой частей. Головка содержит колпачковое покрытие, называемое акросомой. Акросома включает ферменты, которые помогают клетке спермы проникать в наружную оболочку яйцеклетки. расположено в головке сперматозоида. ДНК в ядре плотно упаковано и клетка не содержит много . Средняя часть включает несколько митохондрий, обеспечивающих энергию для . Хвостовая часть состоит из длинного выроста, называемого жгутиком, который помогает в клеточной локомоции.
Женские яйцеклетки являются одними из самых крупных клеток в организме и имеют округлую форму. Они вырабатываются в женских яичниках и состоят из ядра, большой цитоплазматической области, зоны пеллюциды (zona pellucida) и лучистого венца. Zona pellucida - это мембранное покрытие, которое окружает яйцеклетки. Она связывает клетки спермы и помогает в оплодотворении. Лучистый венец является внешним защитным слоем фолликулярных клеток, окружающий zona pellucida.
Образование половых клеток
Половые клетки человека продуцируются посредством двухэтапного процесса деления клеток, называемого . Через серию последовательных событий, реплицированный генетический материал в родительской клетке распределяется между четырьмя дочерними клетками. Поскольку эти клетки имеют половину числа от родительской клетки, они являются . Половые клетки человека содержат один набор из 23 хромосом.
Существуют два этапа мейоза: мейоз I и мейоз II. До мейоза хромосомы реплицируются и существуют в виде . В конце мейоза I образуется две . Сестринские хроматиды каждой хромосомы в дочерних клетках все еще связаны . В конце мейоза II образуются сестринские хроматиды и четыре дочерние клетки. Каждая клетка содержит половину хромосом от родительской клетки.
Мейоз подобен процессу деления неполовых клеток, известному как митоз. продуцирует две дочерние клетки, которые генетически идентичны и содержат такое же количество хромосом, как и родительская клетка. Эти клетки являются диплоидными, потому что включают два набора хромосом. Человеческие включают 23 пары или 46 хромосом. Когда половые клетки объединяются во время оплодотворения, гаплоидные клетки становятся диплоидной клеткой.
Производство сперматозоидов известно как сперматогенез. Этот процесс происходит непрерывно внутри мужских яичек. Сотни миллионов сперматозоидов должны быть выпущены, чтобы произошло . Подавляющее большинство сперматозоидов не доходят до яйцеклетки. При оогенезе или развитии яйцеклеток, дочерние клетки делятся неравномерно в мейозе. Такой асимметричный цитокинез приводит к образованию одной большой яйцеклетки (ооцита) и меньших клеток, называемых полярными телами, которые деградируют и не оплодотворяются. После мейоза I, яйцеклетка называется вторичным ооцитом. Вторичный ооцит завершит вторую стадию мейоза, если начнется процесс оплодотворения. Как только завершится мейоз II, клетка становится яйцеклеткой и может сливаться с клеткой спермы. Когда оплодотворение завершено, объединенная сперма и яйцеклетка становятся зиготой.
Половые хромосомы
Мужские сперматозоиды у человека и других млекопитающих являются гетерогаметическими и содержат один из двух типов половых хромосом: Х или Y. Однако женские яйцеклетки содержат только X-хромосому и поэтому гомогаметичны. Сперматозоид индивидуума. Если клетка спермы, содержащая Х-хромосому, оплодотворяет яйцеклетку, результирующая зигота будет XX или женский пол. Если клетка спермы содержит Y-хромосому, тогда результирующая зигота будет XY или мужской пол.
