Особливості ово- і сперматогенезу.

Овоґенез.Розвиток жіночих полових клітин відбувається в яєчниках. Спочатку статеві клітини займають поверхневий шар яєчника, називаний гермінативним. Ще в ембріогенезі в ссавців вони оточуються так званими фолікулярними клітинами, що приводить до утворення первинних або примордіальних фолікулів. Функція фолікулярних клітин зводиться, в основному, до забезпечення припливу в яйцеклітину живильних речовин – білків, жирів, амінокислот. Синтез цих речовин здійснюється клітинами поза яєчником, наприклад у печінці. Можна сказати, що в харчуванні яйцеклітини бере участь весь організм. Завдяки розмноженню клітин стінка фолікула стає багатошаровою, а сам він при цьому збільшується в розмірах. У процесі подальшого росту фолікула фолікулярні клітини усередині шаруючи поступово розходяться, а порожнина, що утвориться, заповнюється рідиною. У результаті виникає зрілий фолікул або пухирчастий яєчниковий фолікул, що містить яйцеклітину, здатну до запліднення. У яєчнику жінок, що досягли статевозрілого віку, щомісяця дозріває звичайно один фолікул, у результаті розриву стінки якого яйцеклітина, оточена шаром фолікулярних клітин, залишає яєчник і попадає в яйцепровід. Розрив зрілого фолікула з виходом яйцеклітини називається овуляцією. Після овуляції фолікул скорочується, і його порожнина заповнюється клітинами, що містять у цитоплазмі жовтий пігмент. Утворюється жовте тіло, що функціонує як тимчасова залоза внутрішньої секреції.

У тому випадку, якщо запліднення не відбувається, жовте тіло піддається зворотному розвитку й заміщається рубцем зі сполучної тканини (якщо ж вагітність настала, жовте тіло розростається й активно функціонує протягом першої половини вагітності). Сукупність цих процесів становить зміст оваріального циклу. Їхня послідовність регулюється гормонами.

Три гонадотропних, тобто діючих на функцію статевих залоз, гормони утвоюються в гіпофізі. З них фолікулостимулюючий гормон (ФСГ) викликає ріст фолікулів, лютеїнізуючий гормон (ЛГ), разом із ФСГ викликає дозрівання фолікула, овуляцію й утворення жовтого тіла. Лютеотропний гормон (ЛТГ) сприяє підтримці жовтого тіла в активному стані. За принципом зворотного зв'язка на гіпофіз діють два гормони яєчника - естроген (синтезується клітинами зростаючих фолікулів) і прогестерон (виробляється клітинами жовтого тіла). Естроген стимулює секрецію гіпофізом ЛГ і знижує секрецію ФСГ, підготовляючи овуляцію й утворення жовтого тіла. Коли жовте тіло піддається зворотному розвитку, зменшується утворення прогестерону, що стимулює синтез гіпофізом ФСГ, ріст чергового фолікула, утворення підвищеної концентрації естрогену. Таким чином, закономірна зміна дії гормонів обумовлює правильний хід оваріального циклу. У випадку вагітності, коли жовте тіло зберігається, росту чергового фолікула не відбувається, а регуляторні функції переходять від гормонів яєчника до гормонів плаценти. Секреція гіпофізом ФСГ і ЛГ регулюється активністю нервових клітин гіпоталамічної області головного мозку, що залежить від концентрації в організмі гормонів яєчника.

До процесів, спостережуваним в оогенезі й пов'язаним із забезпеченням ранніх етапів розвитку зародка, відносяться ампліфікація генів, інтенсивне утворення р-РНК й і-РНК «взапас» для використання в біосинтезі білків на стадіях зиготи, дроблення, бластули, ранньої гаструли, а також створення запасу живильного матеріалу жовтка. Ампліфікація – це утворення численних копій генів, що кодують нуклеотидні послідовності р-РНК. У результаті ампліфікації названих генів кількість ДНК в овоциті може збільшуватися більш ніж в 100 разів у порівнянні з гаплоїдною кількістю. На цих копіях, які з ядра виходять у цитоплазму, здійснюється синтез р-РНК. Множинне копіювання відповідних генів дозволяє в короткий термін здійснити синтез достатнього для забезпечення ранніх стадій ембріогенезу кількості р-РНК. В овоцитах шпорцевої жаби, наприклад, завдяки ампліфікації зазначені строки скорочуються до 3-6 місяців. Якби число генів збереглося таким, як і в соматичних клітинах, процес синтезу р-РНК розтягся б на 500 років.

Найважливішою подією предембріонального періоду є утворення й нагромадження в цитоплазмі яйцеклітини живильних речовин, що витрачають після запліднення, – жовтку, глікогену, жиру. Жовток – це гранули або різної форми пластинки кристалізованих білкових речовин. Хоча точне місце утворення жовтка в клітині остаточно не встановлено, відкладення його в овоциті, очевидно, пов'язане з мембранами цитоплазматичної мережі й (або) пластинчастого комплексу, а також мітохондріями.

Накопичення живильних речовин супроводжується збільшенням розмірів яйцеклітини (період великого росту). Це приводить до зменшення показника ядерно-цитоплазматичного рівняння. По завершенні періодів росту розміри яйцеклітин збільшуються, наприклад, у дрозофіли в 90 000, у жаби в 64 000, у миші в 40 разів. Тривалість росту також варіює. У плодової мухи він займає приблизно 3 діб, у людини може тривати навіть до 30 років.

Морфофункціональна організація зрілих овоцитів.Овоцит являє собою клітину, спеціалізовану до виконання функції розмноження, що проявляється в особливостях його будови, які формуються в предембріональному періоді.

Овульоване яйце за морфологічними показниками подібно з іншими клітинами. На перший погляд у ньому не виявляється нічого, що визначало б складну будову майбутнього організму. У процесі розвитку яйцеклітини, однак, проявляються деякі специфічні риси організації. Так, виділяється поверхневий скоротний кортикальний шар цитоплазми, що розташовується безпосередньо під клітинною мембраною й має товщину 2-3 мкм. У більшості видів тварин у кортикальному шарі втримуються гранули діаметром від часток мікрометра до 2 мкм, а також деяка кількість пігменту. З розриву кортикальних гранул починаються, очевидно, зміни цитоплазми яйцеклітини, що активуються контактом зі сперматозоїдом у ході запліднення. Зсередини кортикальний шар чітко відмежований від іншої цитоплазми, зовні він пов'язаний із плазматичною мембраною клітини.

Кортикальний шар грає важливу формотворчу роль на початкових стадіях ембріогенезу. Кортикальний шар бере участь у закономірному розподілі речовин у цитоплазмі яйцеклітини в ході овоплазматичної сегрегації. Його структурою визначається положення сагітальної площини й полярність яйця – головні фактори просторової впорядкованості розвитку. Механізми формотворчих впливів кортикального шару не з'ясовані.

В оогенезі у більшості тварин у зв'язку із процесом відкладення жовтка виявляється полярність яйцеклітин. Протилежні полюси називають вегетативним і анімальним. Уявлювана лінія, що з'єднує ці полюси, представляє головну вісь яйця. Вона орієнтує в просторі основні зміни, що відбуваються в розвитку. Анімально-вегетативна поляризація характеризує яйцеклітини всіх тварин, але в різних представників виражена в неоднаковому ступені.

Полярність яйця проявляється в ексцентричному розташуванні ядра, що змішається в область анімального полюса, а також в особливостях локалізації цитоплазматичних включень. Так, у багатьох яйцях кількість жовтка помітно зростає від анімального полюса до вегетативного. Іноді полюси істотно розрізняються по пігментації. Наприклад, в амфібій анімальна частина яйця інтенсивно пофарбована, а вегетативна – майже позбавлена пігменту.

Яйця деяких видів тварин ще до запліднення здобувають білатеральну симетрію. У ссавців вона помітна завдяки асиметричному розподілу в цитоплазмі яйцеклітин жиру. Ця симетрія, однак, ще лабільна й може бути після запліднення перебудована.

Розподіл цитоплазми між бластомерами відбувається й далі ранніх стадіях ембріогенезу.

Крім плазмолеми, більшість яйцеклітин має одну або кілька додаткових оболонок. «Голі» яйцеклітини описані тільки в губок і кишковопорожнинних. Залежно від походження розрізняють первинні, вторинні й третинні оболонки.

Первинні оболонки особливо добре виражені хребетних. Вони виникають у результаті виділення овоцитом і, можливо, фолікулярними клітинами речовин, які утворять шар, що контактує безпосередньо із плазматичною мембраною яйцеклітини. Електронно-мікроскопічні дані свідчать про спільність будови й процесу формування первинної оболонки яєць різних хребетних. У міру утворення ця оболонка пронизується відростками фолікулярних клітин. На поверхні овоцита, у свою чергу, виникає велика кількість мікроворсинок, що вдадуться у внутрішню частину первинної оболонки. Утворення відростків фолікулярними клітинами й мікроворсинок овоцитом служить пристосуванням, що збільшує транспорт в овоцит живильних речовин. Зрілий овоцит, що виходить із яєчника при овуляції, зберігає свою первинну оболонку.

Вторинні оболонки є не у всіх яєць. Вони поширені в комах і утворяться виділеннями фолікулярних клітин яєчника. У вторинних оболонках яєць багатьох комах виявляються мікропилці – канал для проникнення усередину яйцеклітини сперматозоїда.

Третинні оболонки різноманітні по будові, хімічному складу й фізіологічному значенню. Вони утворяться при проходженні яйця по яйцепроводу за рахунок секреторної діяльності спеціальних залоз і можуть мати складну будову. Так, у птахів вони представлені білковою підскорлуповою пергаментною оболонкою й шкарлупою. В акулових риб третинна оболонка має роговий компонент і виконує роль «контейнера» для зародка.

Будова вторинних і третинних яйцевих оболонок тваринних різних видів відповідає тим умовам, у яких відбувається розвиток зародка. Так, оболонки яєць багатьох риб і амфібій, У яких розвиток відбувається у водному середовищі, мають студенисту консистенцію, яйця рептилій і птахів одягнені шкірястими й скорлуповими оболонками. У силу внутрішньоутробного розвитку зародок ссавців має первинну оболонку, що одержала назву блискучої.

Яйцеклітина й сперматозоїд за своєю структурою є високоспеціалізованими клітинами. Риси спеціалізації чоловічої статевої клітини, як і жіночої, здобуваються в ході гаметогенезу.

Сперматогенез. Розвиток сперматозоїдів відбувається у звивистих канальцях сім’яників. Стінки цих канальців складаються із сполучної основи й шарів фолікулярних (сертолійових) клітин. Вони утворять поглиблення, у яких шарами розмішені чоловічі клітини на різних стадіях сперматогенезу У зв'язку з тим що сперматогенез починається не одночасно по всій довжині канальця й у різних канальцях, те він поширюється як би хвилеподібно. Послідовні стадії сперматогенезу утворять сперматогенний цикл.

Зрілий сперматозоїд складається із чотирьох головних частин – голівки, шийки, середньої частини і хвоста.

Голівка представлена майже винятково ядром, що оточено лише тонким шаром цитоплазми. В останній виявляється так званий акросом, що утвориться у зв'язку із пластинчастим комплексом сперматозоїда й складається з компактної маси над ядром і мембрани. Їй належить більша роль у забезпеченні проникнення сперматозоїда в яйце при заплідненні.

У шийці сперматозоїда розташовані дві центріолі - проксимальна й дистальна, що займають положення відповідно ближче й далі від ядра. Дистальна центріоль бере участь в утворенні осьової нитки хвоста, а проксимальна – в утворенні веретена поділу заплідненого яйця.

Середня частина сперматозоїда майже повністю зайнята мітохондріями. Останні розташовані у вигляді ізольованих компактних скупчень або оточують дистальну центріоль і початок осьової нитки хвоста. Вони забезпечують енергією рухову активність чоловічих статевих клітин.

Хвіст або джгутик служить органом руху. В основі його лежить осьова нитка, оточена невеликою кількістю цитоплазми й плазматичною мембраною. У ссавців осьова нитка оточена додатковими, більше тонкими нитками, а в деяких видів тварин – моделюючою мембраною.

Загальна характеристика процесу запліднення.Запліднення полягає в з'єднанні сперматозоїда з яйцем. З його починається ембріональний період індивідуального розвитку.

Для того щоб запліднення відбулося, необхідне зближення жіночих і чоловічих статевих клітин. Воно досягається завдяки заплідненню сперматозоїдами самця яйцеклітин самки. Пристосування, що забезпечують запліднення, різноманітні в різних видів тварин. У більшості водних тварин запліднення зовнішнє, тобто статеві клітини виділяються особинами обох статей в зовнішнє середовище. При внутрішнім заплідненні за допомогою спеціальних копулятивних органів сперматозоїди вводяться в статеві шляхи самки. Необхідною умовою успішного запліднення як зовнішнього, так і внутрішнього, служить узгоджене поводження самки й самця в шлюбний період.

Тривалість життя і здатність до запліднення в яєць і сперматозоїдів обмежені. Яйця більшості безхребетних і водних хребетних повинні бути запліднені майже відразу ж після овуляції. У більшості ссавців яйце зберігає здатність до запліднення протягом 24 ч, а в людини 12-24 ч після овуляції.

Сперматозоїди зберігають запліднюючу здатність у статевих шляхах самки також протягом декількох годин. Однак у таких тварин, як бджоли, кажани, чоловічі гамети в полових шляхах самок залишаються життєздатними й активними протягом року й більше.

Тривалість життя сперматозоїдів і збереження ними запліднюючої здатності залежить від ряду зовнішніх факторів (температура, освітленість, концентрація вуглекислого газу, водневих іонів у середовищі, у якій перебувають гамети).

Запліднення відбувається лише при певній концентрації сперматозоїдів у насінній рідині. Так, звичайно в 1 мл еякулята чоловіка втримується близько 350 млн. сперматозоїдів. Якщо кількість їх падає нижче 60 млн. в 1 мл, що запліднююча здатність сперми різко знижується.

У практиці тваринництва й птахівництва велике значення має розробка способів консервації сперми елітних виробників зі збереженням сперматозоїдами запліднюючої здатності. Для цілей штучного запліднення сперму таких виробників збирають в особливий резервуар і повільно прохолоджують приблизно по 4,5°С. У такому виді вона може бути використана для запліднення протягом тижня. При деяких умовах (додавання гліцерину) сперматозоїди переносять швидке заморожування до температури -79…-273°С зі збереженням запліднюючої здатності до 6 років. Сперма, призначена для штучного запліднення, як правило, розводиться в кілька разів, що дозволяє осіменити сім'яною рідиною елітного самця більше, ніж у природних умовах число самок. За допомогою цього прийому за репродуктивний сезон від одного племінного бугая або барана вдається одержати до 2500 нащадків.

Основні етапи процесу запліднення.Найважливішими етапами процесу запліднення є: 1) проникнення сперматозоїда в яйце; 2) активація в яйці різноманітних синтетичних процесів; 3) злиття ядер яйця й сперматозоїда з відновленням диплоїдного набору хромосом. В умовах запліднення безпосередній контакт сперматозоїда і яйцеклітини, з якого починається процес запліднення, забезпечується, з одного боку, надлишком чоловічих гамет, а з іншого боку – спеціальними механізмами дистантної і контактної взаємодії статевих клітин.

Довгий час була поширена точка зору, відповідно до якої в основі дистантної взаємодії гамет (руху сперматозоїда до яйця) лежить явище хемотаксису. Спрямоване переміщення чоловічої гамети по градієнті концентрації певної речовини виявлено лише у виняткових випадках. Так, у деяких папоротникових сперматозоїди рухаються по градієнту концентрації яблучної кислоти.

Правилом, однак, служить виділення яйцеклітиною й сперматозоїдом особливих речовин, що регулюють рухову активність чоловічих гамет. Ці речовини названі відповідно гіногамонами та андрогамонами. Гіногамони I, що представляють собою низькомолекулярні небілкові з'єднання, підвищують імовірність контакту гамет, стимулюючи рухливість сперматозоїдів. Андрогамони, що мають подібну хімічну природу, є антагоністами гіногамонів I. На відміну від останніх гіногамони й фертилізини, шоаглютиніни, будучи за хімічною структурою білками або глікопротеїдами і маючи видову специфічність, блокують рухову активність чоловічих гамет свого виду шляхом їхнього склеювання в процесі імунної реакції аглютинації в результаті з'єднання з білками-андрогамонами II (антифертилізинами), вбудованими в оболонку сперматозоїда. Біологічний зміст дистантних взаємодій, що модифікують рухливість сперматозоїдів, полягає в підвищенні ймовірності їхнього контакту з яйцем, а взаємодій, що обмежують рухливість чоловічих гамет, – у запобіганні яйця від проникнення надлишку сперматозоїдів. Можливо, що реакцією гамет на основі взаємодії гіно- і андрогамонів II досягається контактна взаємодія гамет – прикріплення запліднюючого сперматозоїда до поверхні яйцеклітини. Безпосередній контакт сперматозоїда і яйця викликає в обох клітинах закономірні зміни, що обумовлювали проникнення ядра й центріоллю чоловічої гамети усередину яйцеклітини й активацію метаболізму останньої. Зазначені зміни з боку сперматозоїда одержали назву акросомної реакції, а з боку яйцеклітини – кортикальної реакції.

У ссавців і людини запліднюючий сперматозоїд у процесі контактної взаємодії переборює кілька рядів фолікулярних клітин, що примикають до блискучої оболонки і плазматичну мембрану.

Проникненню сперматозоїда в яйце сприяє фермент і інші біологічно активні з'єднання (спермолізини), які підвищують проникність основної міжклітинної речовини, розпушуючи його. Ферменти виділяються акросомою у процесі акросомної реакції. Сутність її полягає в наступному. У момент контакту з яйцеклітиною на вершині голівки спермія плазматична мембрана й прилягаюча до неї частина мембрани акросомного пухирця розчиняються. Завдяки виділенню з акросомної гранули ферментів відбувається розчинення прилягаючої ділянки яйцевої оболонки. Акросомна мембрана випинається назовні й утворить виріст у вигляді порожньої трубочки. Остання подовжується, проходить через яйцеві оболонки й вступає в контакт із плазматичною мембраною яйця. В області такого контакту виникає випинання або горбок запліднення, слідом за чим плазматичні мембрани обох гамет зливаються й починається об'єднання їхнього вмісту. Із цього моменту сперматозоїд і яйце являють собою єдину клітину – зиготу. Акросомна реакція протікає винятково швидко. У морських зірок, наприклад, вона починається через усього 1 хвилину від моменту контакту гамет, а утворення акросомного виросту відбувається в основному в перші 10 с і повністю завершується за 60 с.

При загальній подібності акросомної реакції в різних видів тварин вона має свої особливості. Так, у кільчастих хробаків утвориться не один, а кілька виростів акросомної мембрани. У багатьох безхребетних у риб назустріч яйцеклітині викидається акросомна нитка. У таких випадках акросома добре розвинена. У багатьох комах, осетрових і костистих риб контактні взаємодії гамет відбуваються при наявності щільних яйцевих оболонок і спермій досягає поверхні яйця в особливих ділянках по спеціальному каналі (мікропилці), не зустрічаючи особливих перешкод. При цьому акросома втрачає своє значення й редукується.

Акросомна реакція в ссавців відрізняється від такої в безхребетних і нижчих хребетних тем, що вона протікає без утворення акросомного виросту. Після контакту з яйцем цитоплазматична й акросомна мембрани на вершині голівки сперматозоїда сліпаються в багатьох місцях. У крапках злипання виникають невеликі отвори, через які в навколишнє середовище виділяються ув'язнені в акросомі ферменти. Останні розпушують зони контактів між фолікулярними клітинами яйценосного горбка й матеріал блискучий оболонки, у результаті чого сперматозоїд одержує доступ до власної оболонки яйця. Запліднююча здатність сперматозоїдів ссавців підвищується завдяки впливу на них середовища жіночих полових шляхів. Оптимальна тривалість впливу різна для різних видів і становить приблизно 1,5 години для вівці, 3 для пацюка, 5 для кролика, близько 8 годин для людини.

Активація яйця або кортикальна реакція, що розвивається в результаті контакту зі сперматозоїдом, має морфологічні й біохімічні прояви.

Видимим при малих збільшеннях мікроскопа прояв активації, що часто використається як її критерій. служать зміни поверхневого кортикального шару ооплазми й утворений оболонки запліднення. Ця оболонка, називана також жовтковою, виникає шляхом відшаровування від поверхні яйця. Під нею формується нове (навколожовткове) простір, у яке виливає вміст гранул кортикального шару цитоплазми яйцеклітини. Оболонка запліднення захищає яйце від проникнення надчислених сперміїв, тобто забезпечує «блок поліспермії». Рідина, що накопичується в навколожовтковому просторі, служить специфічним середовищем, у якій протікає розвиток зародка до того моменту, коли він залишає яйцеві оболонки.

Біохімічно активація яйця зводиться до посилення його метаболічної активності. Відзначається істотне збільшення споживання кисню, починається інтенсивний синтез білка.

Зазвичай сперматозоїд втягується в овоплазму цілком, але в деяких видів хвостовий відділ залишається зовні й відкидається. Подальша доля окремих частин сперматозоїда в цитоплазмі яйця різна – одні органічно включаються в розвиток заплідненого яйла, інші дегенерують. Так, дистальна центріоль, що лежить у підставі джгутика, дегенерує, тоді як проксимальна бере участь у формуванні мітотичного веретена першого поділу дроблення. Однак у випадку партеногенетичного розвитку яєць також утвориться веретено розподілу, причому нормальної будови. Це говорить про те, що центріолі веретена дроблення можуть виникати незалежно від центріолей спермію. Мітохондрії середньої частини спермію набухають і розпадаються.

Ядро сперматозоїда, просуваючись до місця зустрічі з жіночим ядром, перетвориться в чоловічий пронуклеус. Його хроматин, раніше щільно впакований, розпушується, ядерна оболонка розчиняється.

Перетворення до переміщення чоловічого пронуклеуса, як правило, відбуваються одночасно із завершенням другого розподілу дозрівання яйця, за винятком тих випадків, коли до моменту проникнення сперматозоїда жіночий пронуклеус уже сформований. Якщо ж сперматозоїд входить у яйце на ранніх стадіях мейозу, то він не змінюється аж до настання другого поділу дозрівання. Очевидно, саме на цій стадії оогенезу в цитоплазмі яйцеклітини з'являється фактор, що викликає перетворення ядра спермію. У морських їжаків і деяких хробаків спостерігається безпосереднє об'єднання пронуклеусів з утворенням ядра зиготи – синкаріона, частіше, однак, об'єднання батьківських і материнського хромосомних наборів відбувається, минаючи фазу загального ядра, шляхом утворення єдиної екваторіальної (метафазної) пластинки першого поділу зиготи.

Закономірний розподіл цитоплазми, що відрізняється за певними показниками в обсязі ооциту, намічається в представників деяких видів ще до запліднення. У більшості видів тварин проникнення сперматозоїда в яйце різко підсилює процес овоплазматичної сегрегації. Останній полягай у переміщенні різних складових частин овоплазми. У результаті намічаються основні риси просторової організації ембріона, відбувається просторова «розмітка» подальшого розвитку – поділів дроблення, переміщення клітинного матеріалу в ході гаструляції. Наочною є овоплазматична сегрегація в амфібій. Сперматозоїд, переміщаючись усередину яйця, захоплює частину гранул кортикального шару, що викликає переміщення в область входження чоловічої гамети гранул з інших ділянок. У результаті проти місця проникнення сперматозоїда, у площині його входження в яйце, у якій зазначений відтік більше виражений, на границі вегетативної й анімальної півкуль утвориться ділянка розрядження сірого відтінку, що має серповидну форму – сірий серп. Значення останнього полягає в тому, що він намічає площину двосторонньої симетрії. Матеріал сірого серпа надалі використається для побудови дорсальної губи бластопора – «первинного організатора» формування комплексу осьових органів зародка.

Хоча для запліднення яйцеклітини необхідний один сперматозоїд (моноспермія), у деяких видів птахів, рептилій, акулових риб у цитоплазму яйця проникає одночасно кілька чоловічих гамет (поліспермія). Ядра надчислених сперматозоїдів можуть якийсь час ділитися, однак, зрештою, неминуче гинуть.

Лекція № 3.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Характеристика процесу запліднення	\|	Стадії ембріонального розвитку

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.012 сек.