1. Яйцеклетка человека. Особенности микроскопического и ультрамикроскопического строения. Кортикальные и желточные гранулы, химический состав и значение. Прозрачная зона яйцеклетки, химический состав и функции.

Яйцеклетки (овоциты) созревают в меньшем количестве, чем сперматозоиды. У женщины в течении полового цикла созревает 1 яйцеклетка. Таким образом, за детородный период образуется около 400 зрелых яйцеклеток.

Выход овоцита из яичника называется овуляцией. Вышедший из яичника овоцит окружен венцом фолликулярных клеток. Он подхватывается бахромками маточной трубы и продвигается по ней. Здесь заканчивается созревание половой клетки.

Классификация яйцеклеток основывается на признаках наличия, количества и распределения желтка (белково-липидное включение в цитоплазме, используемое для питания зародыша).

Различают:

1. Безжелтковые (алецитальные)

2. Маложелтковые (олиголецитальные) желточные гранулы распределены равномерно

3. Среднежелтковые (мезолецитальные)

4. Многожелтковые (полицетальные)

Яйцеклетка человека вторичного изолецитального типа содержит небольшое количество желточных гранул, расположенных более или менее равномерно.

У человека наличие малого количества желтка в яйцеклетке обусловле­но развитием зародыша в организме матери.

Строение. Яйцеклетка человека имеет диаметр около 130 мкм. К цито­лемме прилежат блестящая, или прозрачная, зона и далее слой фолликулярных клеток.

Ядро женской половой клетки имеет гаплоидный набор хромосом с X- половой хромосомой, хорошо выраженное ядрышко, в кариолемме много поровых комплексов. В период роста ооцита в ядре происходят интенсивные процессы синтеза иРНК, рРНК

В цитоплазме развиты аппарат синтеза белка и аппарат Гольджи. Количество митохондрий умеренно, они расположены около желточного ядра, где идет интенсивный син­тез желтка, клеточный центр отсутствует. Аппарат Гольджи на ранних ста­диях развития располагается около ядра, а в процессе созревания яйце­клетки смещается на периферию цитоплазмы. Здесь располагаются производные этого комплекса — кортикальные гранулы, число которых достигает около 4000, а размеры 1 мкм. Они содержат гликозаминогликаны и различные ферменты (в том числе протеолитические), уча­ствуют в кортикальной реакции, защищая яйцеклетку от поли­спермии.

Из включений ооплазмы особого внимания заслуживают желточные гранулы, содержащие белки, фосфолипиды и углеводы. Каждая гранула жел­тка окружена мембраной, имеет плотную центральную часть, состоящую из фосфовитина (фосфопротеин), и более рыхлую периферическую часть, состоящую из липовителлина (липопротеин). Белки фосфовитин и липовителлин синтезируются в эндоплазматической сети и, расщепляясь фер­ментами лизосом (катепсин), используются для питания.

Прозрачная, или блестящая, зона состоит из гли­копротеинов и гликозаминогликанов — хондроитинсерной, гиалуроновой и сиаловой кислот. Установлено, что гликопротеины представлены тре­мя фракциями — Zpl, Zp2, Zp3. Фракции Zp2 и Zp3 образуют нити дли­ной 2—3 мкм и толщиной 7 нм, которые соединены между собой с помо­щью фракции Zpl. Фракция Zp3 является рецептором для спермиев, a Zp2 препятствует полиспермии. В блестящей зоне содержатся десятки миллионов молекул гликопротеина Zp3, каждая из которых имеет более 400 амино­кислотных остатков, соединенных с многими олигосахаридными ветвями (остатки простых сахаров). В образовании этой зоны принимают участие фолликулярные клетки: отростки фолликулярных клеток проникают через прозрачную зону, направляясь к цитолемме яйцеклетки. Цитолемма яйце­клетки имеет микроворсинки, располагающиеся между отростками фолли­кулярных клеток. Фолликулярные клетки выполняют трофичес­кую и защитную функции.

2.Овогенез. Фазы овогенеза.

Овогенез - образование женских половых клеток. Отличается от сперматогенеза рядом особенностей и проходит в три стадии:

1. Первая стадия – период размножения оогониев – осуществляется в период внутриутробного развития. Происходит деление оогониев и формирование первичных фолликулов.

2. Вторая стадия – период роста – протекает в функционирующем яичнике и состоит в превращении овоцита 1-го порядка первичного фолликула в овоцит 1-го порядка в зрелом фолликуле. В ядре растущего овоцита происходят конъюгация хромосом и образование тетрад, а в их цитоплазме накапливаются желточные включения.

3. Третий период – период созревания – заканчивается образованием овоцита 2-го порядка и завершается выходом его из яичника в результате овуляции. Включает 2 деления:

1. При первом делении созревания овоцит 1-го порядка делится, в результате чего образуется овоцит 2-го и небольшое редукционное тельце. Овоцит 2-го порядка получает почти всю массу накопленного желтка и поэтому остается столь же крупным по объему, как и овоцит 1-го порядка. Редукционное же тельце представляет собой мелкую клетку с небольшим количеством цитоплазмы.

2. При втором делении созревания в результате деления овоцита 2-го порядка образуется одна яйцеклетка и второе редукционное тельце. Первое редукционное тельце иногда тоже делится на две одинаковые мелкие клетки. В результате этих преобразований овоцита 1-го порядка образуются одна яйцеклетка и три редукционных тельца.

4. Четвертая стадия – формирование – отсутствует.

3.Сперматогенез. Основные фазы и их цитологическая характеристика. Роль сустентоцитов (клеток Сертоли) в сперматогенезе. Факторы влияющие на сперматогенез.

Образование мужских половых клеток (сперматогенез) протекает в извитых семенных канальцах и включает 4 последовательные стадии или фазы; размножение, рост, созревание и формирование.

Начальной фазой сперматогенеза является размножение сперматогоний, занимающих наиболее периферическое (базальное) положение в сперматогенном эпителии. Фаза размножения сперматогоний контролируется естественными митогенами – гормоном аденогипофиза фоллитропином и интерлейкином-1,вырабатываемым клетками Сертоли (поддерживающими клетками стенки извитых семенных канальцев) и клетками Лейдинга.

В следующий период сперматогонии перестают делиться и дифференцируются в сперматоциты 1-го порядка (период роста. В период роста сперматогонии увеличиваются в объеме и вступают в п е р в о е деление мейоза (редукционное деление). Профаза первого деления длинная и состоит из 5 стадий: лептотены, зиготены, пахитены, диплотены, диакинеза.

В стадии лептотены хромосомы становятся видимыми в виде тонких нитей. В стадии зиготены гомологичные хромосомы расположены парами (конъюгируют), образуя биваленты. Ее значение заключается в том, что между конъюгирующими хромосомами происходит обмен генами. В результате прогрессирующей спирализации пары конъюгирующих хромосом продолжают укорачиваться и одновременно утолщаться — пахитенная стадия. Гомологичные хромосомы находятся в тесном контакте по всей своей длине. У человека на этой стадии формируется 23 синаптонемных комплекса. В диплотене гомологичные хромосомы, образующие бивалент, отходят друг от друга, так что становится видна каждая в отдельности, но сохраняют связь в перекрестках хромосом. Одновременно можно видеть, что каждая хромосома состоит из двух хроматид. Дальнейшая спирализация приводит к тому, что пары конъюгирующих хромосом приобретают вид коротких телец разнообразной формы — так называемых тетрад. Поскольку каждая тетрада образована двумя конъюгировавшими хромосомами, число тетрад оказывается вдвое меньше, чем исходное число хромосом, т.е. гаплоидным, — у человека 23 тетрады.

На стадии диакинеза хромосомы еще более утолщаются, после чего клетка вступает в метафазу первого деления мейоза (или первое деление созревания) и хромосомы располагаются в экваториальной плоскости. В анафазе обе хромосомы каждого бивалента расходятся к полюсам клетки — по одной к каждому полюсу. Таким образом, в каждой из двух дочерних клеток — сперматоцитов 2-го порядка содержится гаплоидное число хромосом (23 у человека).

Второе деление созревания начинается сразу вслед за первым, и происходит как обычный митоз без редупликации хромосом. В результате сперматиды получают столько же монад, сколько было диад в ядрах сперматоцитов второго порядка, т.е. гаплоидное число. Сперматоциты 2-го порядка имеют меньшие размеры, чем сперматоциты 1-го порядка, и располагаются в средних и более поверхностных слоях эпителиосперматогенного слоя.

Таким образом, каждая исходная сперматогония дает начало 4 сперматидам с гаплоидным набором хромосом. Сперматиды больше не делятся, но путем сложной перестройки превращаются в зрелые сперматозоиды. Эта трансформация составляет четвертую фазу сперматогенеза — период формирования, или спермиогенеза.

4.Микроскопическое и ультрамикроскопическое строение сперматозоида. Головка сперматозоида. Акросома. Строение хвостового отдела ( промежуточная, главная и терминальная части). Сперматограмма.

Мужские половые клетки человека — сперматозоиды, или спермии, длиной около 70 мкм, имеют головку и хвост. Сперматозоид покрыт цитолеммой, которая в переднем отделе содержит рецептор — гликозилтрансферазу, обеспечивающую узнавание рецепторов яйцеклетки.

Головка сперматозоида включает небольшое плотное ядро с гаплоидным набором хромосом, содержащее нуклеопротамины и нуклеогистоны. Передняя половина ядра покрыта плоским мешочком, составляющим чехлик сперматозоида. В нем располагается акросома. Акросома содержит набор ферментов, среди которых важное место принадлежит гиалуронидазе и протеазам, способным растворять при оплодотворении оболочки, покрывающие яйцеклетку. Чехлик и акросома являются производными комплекса Гольджи.

В ядре сперматозоида человека содержится 23 хромосомы, одна из которых является половой (X или Y), остальные — аутосомами. В 50 % сперматозоидов содержится Х-хромосома, в 50 % — Y-хромосома. Масса Х-хро-мосомы несколько больше массы Y-хромосомы, поэтому, видимо, сперматозоиды, содержащие Х-хромосому, менее подвижны, чем сперматозоиды, содержащие Y-хромосому.

За головкой имеется кольцевидное сужение, переходящее в хвостовой отдел.

Хвостовой отдел сперматозоида состоит из промежуточной (связующей), главной и терминальной частей. В связующей части, или шейке, располагаются центриоли — проксимальная, прилежащая к ядру, и дистальная, от которой начинается осевая нить, продолжающаяся в промежуточной, главной и терминальной частях. Промежуточная часть содержит 2 центральных и 9 пар периферических микротрубочек, окруженных расположенной по спирали митохондрией. В каждой паре периферических микротрубочек одна имеет законченное строение и содержит 13 филаментов, тогда как другая имеет S-образное строение и только 11 филаментов, образованных белком тубулином. От микротрубочек отходят парные выступы, или «ручки», состоящие из другого белка — динеина, обладающего АТФазной активностью. Динеин расщепляет АТФ, вырабатываемую митохондриями, окружающими аксонему, и преобразует химическую энергию в механическую, за счет которой осуществляется движение спермия. В случае генетически обусловленного отсутствия динеина спермии оказываются обездвиженными (одна из форм стерильности).

Главная часть хвоста по строению напоминает ресничку с характерным набором микротрубочек в аксонеме (9*2)+2, окруженных циркулярно ориентированными фибриллами, придающими упругость, и плазмолеммой.

Терминальная, или конечная, часть сперматозоида содержит единичные сократительные филаменты.

Движения хвоста бичеобразные, что обусловлено последовательным сокращением микротрубочек от первой до девятой пары (первой считается та пара микротрубочек, которая лежит в плоскости, параллельной двум центральным).

При исследовании спермы в клинической практике проводят подсчет различных форм сперматозоидов в окрашенных мазках, подсчитывая их процентное содержание (спермиограмма).

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), нормальными характеристиками спермы человека являются следующие показатели: концентрация 20—200 млн/мл, содержание более 60 % нормальных форм. Наряду с нормальными формами в сперме человека всегда присутствуют аномальные — двужгутиковые, с дефектными размерами головки (макро-и микроформы), с аморфной головкой, со сросшимися головками, незрелые формы (с остатками цитоплазмы в области шейки и хвоста), с дефектами жгутика.

В эякуляте здоровых мужчин преобладают типичные сперматозоиды (рис. 30). Количество различных видов атипичных сперматозоидов не должно превышать 30 %. Кроме того, встречаются незрелые формы половых клеток — сперматиды, сперматоциты (до 2 %), а также соматические клетки — эпителиоциты, лейкоциты.

Среди сперматозоидов в эякуляте должно содержаться живых клеток 75 % и более, а активно подвижных — 50 % и более. Установленные нормативные параметры необходимы для оценки отклонений от нормы при различных формах мужского бесплодия и других патологиях.

В кислой среде сперматозоиды быстро утрачивают способность к движению и оплодотворению. Способность к оплодотворению зависит также от концентрации сперматозоидов в семенной жидкости, продолжительности их пребывания в эякуляте и др. Обездвиженные спермии склеиваются.

5.Оплодотворение. Фазы дистантного и контактного взаимодействия половых клеток. Капацитация и акросомальная реакция у сперматозоидов.

Оплодотворение — слияние мужской и женской половых клеток, в результате чего восстанавливается диплоидный набор хромосом, характерный для данного вида животных, и возникает качественно новая клетка - зигота (оплодотворенная яйцеклетка, или одноклеточный зародыш).

В процессе оплодотворения различают три фазы:

1. дистантное взаимодействие и сближение гамет;

2.контактное взаимодействие и активизация яйцеклетки;

3.сингамия — проникновение сперматозоида в яйцеклетку и последующее слияние.

Дистантное взаимодействие обеспечивается:

1.хемотаксисом - совокупностью специфических факторов, повышающих вероятность встречи половых клеток;

2.реотаксисом

3.электростатическим взаимодействием

Важную роль играют гамоны — химические вещества, вырабатываемые половыми клетками.

Сразу после эякуляции спермии не способны к проникновению в яйцеклетку до тех пор, пока не произойдет капацитация — приобретение спермиями оплодотворяющей способности под действием секрета женских половых путей, которое длится 7 ч.

В механизме капацитации большое значение принадлежит гормональным факторам, прежде всего прогестерону (гормон желтого тела), активизирующему секрецию железистых клеток маточных труб. Во время капацитации происходят связывание холестерина плазмолеммы спермия альбуминами женских половых путей и обнажение рецепторов половых клеток. Оплодотворение происходит в ампулярной части маточной трубы.

В процессе капацитации с плазмолеммы спермия в области акросомы удаляются гликопротеины и протеины семенной плазмы, что способствует акросомальной реакции.

Контактное взаимодействие:

1. многочисленные спермии приближаются к яйцеклетке и вступают в контакт с ее оболочкой;

2. яйцеклетка начинает совершать вращательные движения вокруг своей оси со скоростью 4 оборота в минуту, эти движения обусловлены биением хвостов сперматозоидов и продолжаются около 12 ч;

3. сперматозоиды при контакте с яйцеклеткой связывают десятки тысяч молекул гликопротеина Zp3;

4. начинается запуск акросомальной реакции.

Акросомальная реакция характеризуется повышением проницаемости плазмолеммы спермия к ионам Са , деполяризацией ее, что способствует слиянию плазмолеммы с передней мембраной акросомы. Прозрачная зона оказывается в непосредственном контакте с акросомальными ферментами. Ферменты разрушают ее, спермин проходит через прозрачную зону и входит в перивителлиновое пространство, расположенное между прозрачной зоной и плазмолеммой яйцеклетки. Через несколько секунд изменяются свойства плазмолеммы яйцеклетки и начинается кортикальная реакция, а через несколько минут изменяются свойства прозрачной зоны (зонная реакция).