Spre deosebire de cei somatici, (gameții - de la cuvântul „împerechere”) sunt specializați în reproducerea generațiilor de organisme și au o jumătate de set genetic (haploid) (lcln, sau 23 de cromozomi - la om).

Distinge celule reproductive masculine și feminine, care poartă informații genetice pe liniile paternă și maternă. În celulele germinale umane există 22 de autozomi și 1 cromozom sexual, care este desemnat X sau Y la bărbați și X la femei. Când celulele germinale masculine și feminine se contopesc în timpul procesului de fertilizare, se formează o celulă diploidă - un zigot, care dă naștere tuturor celulelor noului organism. În embriogeneza umană, celulele germinale se găsesc mai întâi în endodermul vitelin, adică extragonadal, și apoi migrează în anlagul gonadului.

Când vă familiarizați pentru prima dată cu structura maturii celule reproductive masculine și feminine, este de remarcat fezabilitatea lor funcțională ridicată. Spermatozoizii, care trebuie să fie foarte mobili în tractul reproducător feminin, sunt celule mici, practic lipsite de citoplasmă și constând dintr-o parte care conține nucleu, sau cap, care poartă material genetic și un organ de mișcare - coada sau flagelul. Spermatozoizii nu au alte elemente subcelulare, cu excepția mitocondriilor care furnizează energie pentru mișcare, o vacuola acrozomală cu enzime proteolitice pentru dizolvarea membranelor de ou și un centriol proximal. Lungimea totală a spermatozoizilor este de aproximativ 60 µm, din care coada reprezintă 55 µm.

La nivel ultramicroscopic în cap sperma Zonele acrozomale și postacrosomale se disting în coadă secțiuni intermediare, principale și terminale. Cea mai mare parte a capului este ocupată de nucleu, umplut cu cromatină condensată. Spațiul dintre nucleu și partea anterioară a membranei spermatozoizilor este ocupat de o vacuola acrozomală - un lizozom specializat care conține un grup de enzime-lizine ale membranelor ovulului: acrozină (distruge zona transparentă a ovocitului), penetrază (disociază celulele corona radiata), hialuronidază (descompune acidul hialuronic), fosfataza acidă (distruge da forscholin în timpul trecerii spermatozoizilor prin plasmalema ovocitului). Gâtul spermatozoizilor este o secțiune scurtă care conține centriolul proximal și 9 coloane segmentate.

Secțiunea intermediară conține axonemși 9 elemente citoscheletice orientate longitudinal, constând din proteine ​​asemănătoare keratinei și fiind o continuare a coloanelor segmentate. Mitocondriile sunt situate în afara acestor fibre. Axonemul este construit pe principiul unui ciliu, a cărui bătaie este inițiată de cationii de calciu găsiți în mediu și ATP-ul mitocondrial al spermatozoizilor. În secțiunea terminală a cozii, elementele citoscheletice dispar, iar axonemul este acoperit doar de plasmalemă. La om, dubletele axonemice din secțiunea terminală se rup în 18 microtubuli unici.

La ieșirea din testicul, spermatozoizii se formează morfologic, dar funcțional imatur- sunt imobili, incapabili de fertilizare și, în plus, sunt purtători ai unui număr de antigene specifici, a căror inactivare (precum și dobândirea motilității și capacității de fertilizare - capacitare) are loc în sistemul tractului spermatic al aparatul reproducător masculin.

Ovulul, spre deosebire de sperma, este mare și nemişcat. La majoritatea mamiferelor și a oamenilor, dimensiunea sa ajunge la 100-200 de microni. Femei celula sexuală este păstrătorul aprovizionării cu compuși trofici necesari dezvoltării timpurii a embrionului și „rezerva” structurilor citoplasmatice pentru formarea primelor generații de celule germinale - blastomeri. La om, dimensiunea mare a oului nu este asociată cu mari rezerve gălbenuș - oul uman este sărac în gălbenuș (oligolecital).

La nivel ultramicroscopic ou omul are un nucleu mare rotunjit, in care predomina eucromatina, si citoplasma cu un numar moderat de mitocondrii cu cateva criste lamelare. Sistemul de sinteză a proteinelor este bine dezvoltat datorită continut ridicat ribo- și polizomi, tubuli scurti ai reticulului endoplasmatic granular. În citoplasmă, câteva grupuri de granule viteline - colectoare de incluziuni trofice - sunt localizate rar și difuz.

Trebuie subliniat mai ales că în placentare superioare mamifere iar celulele reproductive feminine umane nu există izolat. Cu excepția celor mai multe stadii incipiente dezvoltare (celule germinale primare, oogonii), acestea sunt în strâns contact cu celulele somatice ale ovarului (celule epiteliale foliculare și celule ale țesutului conjunctiv), care formează membrane epiteliale și de țesut conjunctiv în jurul fiecărei celule germinale. Complexul „celula germinativă – membrane somatice” se numește folicul ovarian sau histia ovo-somatică (foliculară). Structura foliculului ovarian devine mai complexă în timpul oogenezei.

Celulele reproductive masculine se numesc spermatozoizi. Ele se formează în tubii contorți ai testiculelor din celule numite spermatogonie. Funcția spermatozoizilor este de a fertiliza celula reproductivă feminină (ovul)

Lungimea spermatozoizilor este de aproximativ 0,05-0,07 mm și poate fi văzut doar la microscop. Spermatozoizii sunt formați dintr-un cap, corp și coadă (flagel). Datorită prezenței unui flagel, spermatozoizii se pot mișca independent. În timpul mișcării, de obicei se rotesc în jurul axei lor. În capul spermatozoizilor există cromozomi care conțin informații genetice, iar acrozomi - depozitarea chimică a celulei reproducătoare masculine (enzime care ajută la pătrunderea ovulului). Corpul spermatozoizilor conține o componentă energetică care asigură contracțiile flagelului.

Sperma ejaculată în timpul actului sexual conține aproximativ 300.000.000 până la 500.000.000 de spermatozoizi. Cu toate acestea, doar 1 spermatozoid este suficient pentru ca fertilizarea să aibă loc - procesul de transfer al materialului genetic din corpul tatălui în ovul.

A - Cap, gât, coadă
B - Mitocondrii, microtubuli, membrana plasmatica

Spermatozoizii fertilizatori sunt întotdeauna responsabil pentru sexul embrionului. Toți spermatozoizii au un set de 23 de cromozomi, care sunt localizați în cap. Fiecare spermatozoid poartă un cromozom Y sau X, care, atunci când ovulul este fertilizat, determină sexul copilului nenăscut. Dacă ovulul este fertilizat de un spermatozoid care poartă un cromozom Y, atunci sexul copilului nenăscut va fi masculin, iar dacă spermatozoidul are un cromozom X, va fi feminin. Deoarece ouăle conțin doar cromozomi X, sexul copilului nenăscut depinde numai de bărbat.

Conceptul de „sperma” trebuie distins de conceptul de „sperma”. Spermatozoizii (lichidul seminal), produs de gonadele masculine, constă din spermatozoizi, lichidul veziculelor seminale, secreția de prostată și un număr mic de celule epiteliale ale uretrei. Spermatozoizii reprezintă în medie doar 3% din lichidul seminal.

Ciclul de dezvoltare a spermei

Procesul de dezvoltare a spermatozoizilor se numește spermatogeneză. Durata dezvoltării spermatozoizilor din momentul formării până la maturizarea completă este de 2-2,5 luni. De aceea, pentru a concepe un copil sănătos, este recomandat să vă abțineți de la consumul de alcool, droguri și substanțe toxice în această perioadă de timp.

Inițial, prin numeroase diviziuni în tubii testiculari, celula reproductivă masculină, numită în acest stadiu spermatidă, primește un anumit set de cromozomi. Motilitatea este foarte importantă pentru spermatozoizi, ceea ce este necesar pentru ca aceștia să ajungă în ovul și să pătrundă în interior. Sunt înzestrați cu această proprietate la trecerea prin epididim. Spermatozoizii dezvoltă o coadă, un aparat motor, un cap și un capac (acrozom), în care enzimele sunt concentrate pentru a dizolva membranele ovulelor pe parcurs. Acesta este modul în care se formează spermatozoizii cu drepturi depline.

Apoi, ele sunt localizate în epididim până când devine posibilă fecundarea oului. Dacă spermatozoizii „stau” prea mult, vor îmbătrâni și nu vor putea să-și îndeplinească misiunea sacrată. Cea mai optimă compoziție a spermei pentru fertilizare apare atunci când activitatea sexuală are loc la intervale de două zile.

Spermatozoizii începe să se miște în momentul ejaculării (ejaculare). Oul este încă departe, iar calea trece prin uter și partea principală trompe uterine. După capacitate (maturarea și pregătirea spermatozoizilor pentru fecundare în tractul genital feminin), acesta elimină capacul acrozomal pentru a identifica ovulul și a dizolva membranele acestuia pentru intrare. După ce a străpuns coaja oului, spermatozoidul introduce capul și corpul în interior și își pierde coada. Dacă capacul nu este vărsat, atunci nu are loc fertilizarea.

Pentru fertilizare, mulți spermatozoizi se adună în jurul ovulului, dar după ce unul dintre ei pătrunde în membrane, ovulul este blocat. La început, un bloc apare din cauza unei modificări a potențialului electric, iar apoi din cauza modificărilor chimice și structurale. O nouă membrană se formează în jurul ovulului, împiedicându-l să fie fertilizat de un alt spermatozoid.

Nucleii spermatozoizilor și ovulului, numiti acum pronucleul masculin și feminin, se unesc, fuzionează și încep să se dividă activ. Se formează un zigot - un ou fecundat, prima celulă a unui nou organism. O săptămână mai târziu, acest zigot intră în uter și în cavitatea sa este fixat de perete: apare sarcina.

Pentru a se mișca cu 1 cm, spermatozoizii trebuie să dea din coadă de cel puțin 800 de ori

Formarea spermatozoizilor în rang începe după ce acesta ajunge la pubertate și apoi continuă până la moarte. S-a stabilit că, chiar și după optzeci de ani, majoritatea bărbaților au spermă viabilă în spermă. Astfel, fermierul indian Ramjit Raghava a intrat în Cartea Recordurilor Guinness devenind tată pentru prima dată la vârsta de nouăzeci și patru de ani.

Progeneza - formarea, dezvoltarea și maturarea celulelor reproducătoare masculine și feminine.

Celulele sexuale- gameţii, spre deosebire de cei somatici, au un set haploid de cromozomi. Toți cromozomii gameților, cu excepția unui cromozom sexual, sunt numiți autozomi, sexual gonosom.

Celulele reproductive masculine au cromozomi sexuali X sau Y.

Celulele reproductive feminine doar X.

Gameții diferențiați au un nivel scăzut de metabolism și nu sunt capabili de reproducere.

Celulele reproductive masculine

Celulele reproductive masculine - spermatozoizii (celule spermatice) se dezvoltă în câteva mii de milioane. Au dimensiuni mici (aproximativ 70 microni la om) și au capacitatea de a se mișca activ cu o viteză de 30-50 microni/sec. Spermatozoizii au o formă flagelată.

¨ Procesul de formare și maturare a spermatozoizilor - spermatogeneza.

Structura spermatozoizilor

Spermatozoidul este format din două părți: 1) capul; 2) coada.

Cap Spermatozoidul (caput spermatozoidi) conține un nucleu mic dens cu un set haploid de cromozomi. Oamenii se caracterizează prin prezența a 22 de autozomi și a 1 cromozom sexual (gonozom) în nucleu. În funcție de cromozomul sexual pe care îl are nucleul spermatozoizilor, X sau Y, acestea sunt împărțite în două tipuri:

1) androspermia - conține cromozomi Y,

2) ginecospermie - conțin cromozomi X.

¨Nucleul se caracterizează printr-un conținut ridicat nucleoprotaminelorŞi nucleohistoni. Partea anterioară a nucleului este acoperită cu un sac plat, care se formează acoperi sperma. Pe polul anterior al capacului se află acrozom(din greaca acros - varf; soma - corp). Ambele formațiuni (cap și acrozom) sunt derivați ai complexului Golgi.

Acrozom contine un set de enzime, printre care un loc important apartine hialuronidazăŞi proteaze(tripsină), care sunt capabile să dizolve membranele oului.

Partea exterioară a capului este acoperită cu o membrană celulară.

Coadă(feagellum) spermatozoizii constă din:

a) porţiunea de legătură (gâtul) formată din doi centioli - proximal şi distal, din cel distal îşi are originea firul axial (axonema);

b) partea intermediară formată din două perechi de microtubuli centrali și 9 periferici înconjurate în spirală de mitocondrii (teaca mitocondrială);

c) partea principală, care în structură seamănă cu o genă. Înconjurat de o teacă fibrilă fină;

d) partea terminală, care conține filamente contractile simple.

La fel ca și capul, coada este acoperită cu o membrană celulară.

Funcțiile spermatozoizilor

1. Fertilizarea oului. Cu ajutorul cozii, spermatozoidul este capabil să se miște într-o anumită direcție, care este determinată de substanțele specifice secretate de ovul - gynogamons.

2. Reacționează la iritanții chimici - chimiotaxie.

3. Se poate mișca împotriva curgerii lichidului - reotaxie.

4. Păstrați capacitatea de a fertiliza în condiții optime timp de 36-88 de ore.

5. Condițiile optime sunt un mediu ușor alcalin.

Celulele reproductive feminine

Celulele reproductive feminine - ouă (ovocite). Se formează în ovare. Cantitate - câteva sute se maturizează de-a lungul vieții unui om sau a unui mamifer. Amfibienii și peștii pot avea câteva zeci de mii.

Ou are o formă sferică, dimensiunile variază de la câțiva microni la câțiva cm Caracteristică ouălor este un volum mare de citoplasmă și prezența unui gălbenuș. În plus, ouăle nu au capacitatea de a se mișca independent.

Celulele reproductive masculine (sperma)

Când studiem celulele germinale masculine, ar trebui să înțelegem structura spermatozoizilor flagelati (în formă de flagel), care sunt forma predominantă de spermatozoizi și, pentru comparație, să vă familiarizați cu morfologia spermatozoizilor flagelati (în formă de flagel). Este necesar să acordați atenție unor astfel de lucruri caracteristici fiziologice, precum mobilitatea lor, speranța de viață, dependența activității de mediu etc.

Celulele germinale masculine diferă semnificativ ca structură și proprietăți fiziologice de celulele germinale feminine. Spermatozoizii sunt mult mai mici decât ouăle. Celulele reproducătoare masculine ale unui crocodil au 20 de microni lungime, cele ale unei vrăbii au 200 de microni, cobai- 100 microni, la un taur - 65 microni, iar la om în medie 50 microni. Spermatozoizii sunt mai numeroși decât ouăle. Numărul lor la animale este măsurat în milioane. De exemplu, la o persoană, 1 cm 3 de spermă conține 60 de milioane de spermatozoizi. Spermatozoizii maturi sunt celule active mobile.

Printre celulele germinale masculine ale diferitelor grupuri de animale, se disting două tipuri semnificativ diferite de spermatozoizi: flagelati (flagelați) și flagelati (neflagelați). Spermatozoizii flagelati sunt forma predominantă (Fig. 4).

Fig.4. Forme ale spermei umane și animale. 1 - persoană; 2 - triton; 3 - rac de râu; 4 - cobai; 5 - porci; 6 - taur; 7 - cocos; 8 - cancer ramificat; 9 - al zecelea cancer; 10 - viermi rotunzi cal; 11 - oxiuri (după Golichenkov).

Spermatozoizii flagelari, chiar și la animalele din specii foarte îndepărtate, sunt construiți după același model, ceea ce se explică probabil prin asemănarea lor. scop functionalîn întreaga lume animală.

Un spermatozoid flagelar are patru secțiuni: cap, gât, mijloc și coadă (flagel). Toate părțile spermei sunt acoperite la exterior de o membrană plasmatică comună.

Diferite clase de animale au un cap de spermatozoizi formă diferită: la triton capul are forma de crosetat, la pasarile este in forma de tirbuson, la mamifere este oval in fata si in forma de para in lateral. Cea mai mare parte a capului spermatozoizilor este ocupată de nucleu. În citoplasma părții anterioare a capului există un aparat acrozomal, care joacă rol importantîn dizolvarea cojilor de ouă. Spermolizinele, substanţe legate de enzimele proteolitice, sunt concentrate în acrozom (Fig. 5).

Fig.5. Diagrama structurii spermatozoizilor de mamifere, care ilustrează structurile identificate folosind microscop electronic iar funcțiile pe care le îndeplinesc sunt indicate (conform Aleksandrovskaya)

Gâtul este partea scurtă și mai îngustă a spermatozoizilor. Există doi centrioli în gât: proximal (anterior), adiacent nucleului și distal (posterior), care se conectează la filamentul axial al cozii.

Partea mijlocie a spermatozoizilor este formată dintr-un filament axial și citoplasma înconjurătoare. Situat în citoplasmă număr mare mitocondriile, care sunt situate una după alta sub forma unui fir răsucit în spirală. Mitocondriile generează energia necesară mișcării celulei reproducătoare masculine.

Secțiunea cozii (flagelul) spermatozoizilor este alcătuită dintr-un filament axial, care este acoperit cu un strat subțire de citoplasmă. Filamentul axial al flagelului este reprezentat de 2 perechi de fibrile centrale și 9 periferice, care se întind fără modificări semnificative pe toată lungimea cozii spermatozoizilor - de la gât aproape până la vârf (Fig. 6).

Fig.6. Structura microscopică electronică a spermatozoizilor: 1 - cap; 2 - gat; 3 - filet axial; 4 - mitocondrii; 5 - plasmalema. (după Aleksandrovskaya).

Astfel, organizare generală sperma și secțiunile sale sunt adaptate pentru a îndeplini funcții specifice inerente acestei celule. Astfel de funcţii sunt: ​​a) asigurarea unei întâlniri cu celula reproductivă feminină; b) încurajarea dezvoltării oului; c) transferul materialului ereditar patern în acesta.

La unele animale, spermatozoizii nu au flageli și sunt numiți fără flageli (neflagelați). Acesti spermatozoizi au o mare varietate de forme: rotunde, filiforme, biconcave, uneori de tip foarte neobisnuit (Fig. 6).

Viabilitatea și mobilitatea spermei în apă este limitată în timp. În apa de mare își pierd mobilitatea după câteva ore, iar în apă dulce, de regulă, după câteva minute. La animalele cu fertilizare internă, celulele reproducătoare masculine își păstrează viabilitatea oarecum mai mult: la un porc - 22 - 30 de ore, la o oaie - 30 - 36 de ore, în bovine- 25 - 30 de ore, în tractul genital feminin speranța de viață a spermatozoizilor variază de la 2 la 4 zile.

La unele specii de animale, sperma rămâne viabilă în tractul genital feminin pentru o lungă perioadă de timp. De exemplu, unii lilieci Inseminarea are loc toamna, dar pe tot parcursul hibernarii de iarna a animalelor, spermatozoizii raman in repaus. Fertilizarea are loc abia în primăvara următoare. La pui, sperma este păstrată timp de 3 săptămâni. La multe insecte, spermatozoizii sunt depozitați pentru o lungă perioadă de timp. De exemplu, la albine, celulele reproducătoare masculine se păstrează câțiva ani.

Au existat și există încă multe concepții greșite cu privire la motilitatea spermatozoizilor și capacitatea lor de fertilizare. Se credea că capacitatea de fertilizare a spermatozoizilor se menține până când își pierde capacitatea de mișcare. Acum se știe că motilitatea va persista mult mai mult decât capacitatea de a fertiliza. Astfel, spermatozoizii de iepure își pierd capacitatea de a fertiliza după o ședere de 30 de ore în tractul genital al femelei, în timp ce își pot menține motilitatea mai mult de două zile. Spermatozoizii umani își păstrează capacitatea de a fertiliza timp de 1 - 2 zile și își păstrează motilitatea până la 4 zile.

Celulele sexuale, soiurile lor

Definiția 1

Celule sexuale (gameți) - acestea sunt celule speciale ale unui organism viu care îndeplinesc funcția de a transmite informații ereditare de la indivizii din generația părinte către descendenți.

Dacă celulele nereproductive (somatice) ale corpului au un set dublu de cromozomi (diploizi), atunci celulele sexuale au un singur set de cromozomi - haploid. Această distribuție a cromozomilor asigură formarea unui zigot cu un set diploid de cromozomi în timpul fuziunii gameților (fertilizare).

Celulele sexuale sunt împărțite în două tipuri - a bărbaţilor (sperma la plante și spermatozoid la animale) și Femei (ovule). U diverse tipuriÎn organisme, există rapoarte diferite ale dimensiunilor gameților masculini și feminini.

Definiția 2

Dacă ambele tipuri de gameți au practic aceeași dimensiune, acest fenomen se numește izogamie („izos” - „egal, identic”).

Definiția 3

Dacă un tip de gamet este puțin mai mare ca dimensiune decât altul, acest fenomen se numește heterogamie („heteros” - „diferit, diferit”).

Definiția 4

Dacă ovulul este mare și spermatozoizii sunt foarte mici, acest lucru se numește oogamie (sau oogamie) .

De regulă, ouăle sunt imobile și pot fi acoperite cu diverse membrane sunt de dimensiuni considerabile, deoarece conțin o rezervă nutrienti pentru dezvoltarea embrionului.

Spermatozoizii sunt de obicei mult mai mici decât ouăle. Au un cap mic care conține nucleul. La capatul anterior al capului se afla un acrozom, un organel special (derivat din complexul Golgi), care asigura patrunderea spermatozoizilor in ovul. Gâtul este situat în spatele capului. În spatele gâtului se află secțiunea intermediară, care conține centrioli înconjurați de mitocondrii. La capătul posterior al spermatozoizilor se află un flagel. Plantele și unele grupuri de animale au spermatozoizi fără flageli (spermie).

În natură, există specii de animale ai căror indivizi au un singur tip de gonade. Astfel de animale sunt numite dioice. Dar există specii de animale în care se formează atât celule reproductive feminine, cât și masculine. Acest fenomen se numește hermafrodism . Este caracteristic unor celenterate, crustacee și moluște.

Spermatogeneza

Definiția 5

Spermatogeneza este procesul de formare și dezvoltare a celulelor reproducătoare masculine - spermatozoizi.

Spermatozoizii apar în gonadele masculine din celulele germinale primare și trec prin mai multe etape succesive: reproducere, creștere, maturare și formare.

• În stadiul de reproducere celule germinale primordiale prin mitoză se formează o cantitate mare spermatogonie .
• La a doua etapă a spermatogonie sunt formate spermatocite de ordinul întâi , are loc creșterea celulelor.
• În stadiul de maturare, apare meioza.
• Ca urmare a primei meioze, spermatocite de ordinul doi . Și după a doua meioză - spermatide.
• În timpul spermatogenezei de la unul spermatocitul diploid de ordinul întâi se formează patru spermatide haploide .
• În stadiul de maturare, spermatidele se transformă în spermatozoizi .

Oogeneza

Definiția 6

Oogeneza (oogeneza) este procesul de formare, dezvoltare și formare a ouălor.

Prin analogie cu spermatogeneza, oogeneza are loc în gonadele feminine. Stadiile oogenezei sunt similare cu stadiile spermatogenezei. Dar procesele care au loc acolo sunt oarecum diferite. În stadiul de reproducere, se formează celulele germinale primare Oogonia . În timpul etapei de creștere, dimensiunea celulelor crește și se formează gălbenușul. Celulele devin ovocite de ordinul întâi . În timpul fazei de maturare, apare meioza. După prima meioză se formează ovocit de ordinul doi și un corp de ghidare (sau polar). După a doua meioză, se formează ou haploid și încă un corp de ghidare (primul corp de ghidare suferă și el meioză și dă naștere la încă două corpuri). Rolul corpurilor ghid este selectarea cromozomilor „extra” din ou. În plus, ele formează mediul în jurul oului.

Astfel, ca urmare a unui număr de procese secvențiale, se formează celule sexuale - gameți, care au un set haploid de cromozomi și un aport de nutrienți în ouă.