Что содержится в сперматозоиде. Строение и движение спермиев. Движение мужских половых клеток
Все знают, что сперматозоид является мужской половой клеткой. Специалисты называют ее гаметой. Мужские половые клетки образуются в канальцах яичек. Естественно, что без них просто невозможен процесс оплодотворения женской яйцеклетки. Каково строение сперматозоида и его функции?
Открытие сперматозоида
Сперматозоид был открыт голландским натуралистом А. Левенгуком в 1677 г. Благодаря первым микроскопам, которые он сконструировал, ученый смог рассмотреть и зарисовать мужскую половую клетку. Причем первым он описал человеческий сперматозоид. Затем Левенгук приступил к изучению мужских гамет различных животных. Именно этот натуралист впервые предположил, что они участвуют в процессе зачатия.
У разных животных мужские половые клетки устроены по-разному, хотя схема строения сперматозоида у них очень схожа:
Головка;
Средняя часть;
У некоторых животных количество жгутиков хвоста может быть разным. Форма головки сперматозоидов разных видов живых существ также различается.
Строение сперматозоида, фото которого есть в обзоре, имеет свои характерные особенности. Морфология мужских гамет кардинально отличается от других клеток организма живых существ. При этом все основные органеллы присутствуют в их строении. Строение сперматозоида следующее:
. Головка эллипсоидной формы, практически полностью заполненная ядром. В нем содержится наследственный материал, передающийся от отца потомству. Он представлен в виде хроматина, который является комплексом ДНК, РНК, белков. Ядро содержит 23 мужские хромосомы. Это половинный набор наследственного материала. Во время оплодотворения он объединяется с 23 хромосомами женской яйцеклетки. Сперматозоид несет одну половую хромосому, обозначаемую X или Y. Если яйцеклетка оплодотворяется мужской гаметой, несущей Y-хромосому, то в будущем рождается мальчик, а если X - то девочка. Другими словами: пол будущего ребенка зависит от сперматозоида.
На вершине (переднем конце) головки расположена акросома, представляющая собой видоизмененный комплекс Гольджи. В ней происходит выработка фермента гиалуронидазы, способного расщеплять оболочку яйцеклетки, состоящую из мукополисахаридов. Благодаря такому свойству акросомы сперматозоид может проникать в женскую гамету. На границе головки и его шейки находится центриоль - органоид, участвующий в делении клеток. Она формирует цитоскелет жгутообразного хвотика. В головке находится и центросома, представляющая собой центр организации микротрубочек. Она обеспечивает движение жгутообразного хвоста сперматозоида, участвует в сближении ядер зиготы и ее первом клеточном делении.
. Шейка, разделяющая головку и среднюю часть . В этом небольшом сужении располагается спиралевидная митохондрия, необходимая для выработки энергии. Она служит для активного движения сперматозоида. Основная часть энергии представлена в виде фруктозы.
. Промежуточный (средний) отдел, который часто называют телом. Оно состоит из осевой нити. В средней части имеется митохондрион, который содержит 28 митохондрий. Он имеет спиралевидную форму. Митохондрион синтезирует АТФ, обеспечивая этим движение гаметы.
. Хвост в виде жгутика. На его поперечном разрезе можно увидеть 9 пар микроспопических трубочек. Еще две пары расположены в самом центре жгутика. Хвост сперматозоида - это важный органоид активного движения.
Размеры сперматозоида
Размеры мужской гаметы ничтожно малы. Сперматозоиды намного меньше зиготы (без учета хвоста). Они имеют самые маленькие размеры по сравнению с другими клетками человека. Длина сперматозоида мужчины составляет около 50-70 мкм, ширина - 3,5 мкм. Средний участок достигает в длину 4,5 мкм, а хвост - 45 мкм. Примечательно, что у некоторых живых существ размер гамет намного больше. Так, например, сперматозоид тритона имеет длину около 500 мкм, а мужские половые клетки мыши в 1,5 раза больше человеческих. Малые размеры гамет обусловлены необходимостью преодолевать довольно большие расстояния до яйцеклетки.
Особенности мужских сперматозоидов
Строение и функции сперматозоида тесно взаимосвязаны. Мужская гамета обладает свойствами, обусловленными ее назначением и особенностями:
Способностью двигаться за счет жгутообразного хвостика, благодаря чему обеспечивается возможность встречи сперматозоида и яйцеклетки.
Несет отрицательный электрический заряд, что не дает мужским гаметам склеиваться в сперме.
В эякуляте (семенной жидкости, сперме) здорового мужчины содержится примерно 200 миллионов сперматозоидов. У различных видов живых существ количество мужских гамет может кардинально различаться. Так, например, в эякуляте коня насчитывается примерно 100 миллиардов сперматозоидов.
Благодаря хвостику-жгутику мужская гамета в семенной жидкости развивает скорость до 5 см/час.
Свойства мужских гамет
Специалисты смогли выяснить, что цитоплазма головки сперматозоида имеет жидкокристаллическое состояние. Благодаря этому достигается устойчивость мужской половой клетки к неблагоприятным условиям внешней среды. Сперматозоиды способны противостоять агрессивной для них кислой среде влагалища женщины. Строение сперматозоида делает его более устойчивым к ионизирующей радиации. У некоторых животных в мужской половой клетки имеется акросомный аппарат, способный выбрасывать длинную нить, предназначенную для захвата яйцеклетки.
Срок жизни сперматозоида
После образования в канальцах яичка сперматозоиды в течение месяца сохраняются в придатках. В эякуляте они остаются живыми около 24 часов. Сперматозоид во влагалище живет около 2-2,5 часов. Если он смог проникнуть в шейку матки или фаллопиевые трубы, то срок его жизни увеличивается до 2-3 суток.
Строение яйцеклетки
Женская половая гамета представляет собой крупную шарообразную, неподвижную клетку, обладающую запасом различных питательных веществ, необходимых для биосинтеза белка и выработки специфических регуляторных веществ. Ее желток обеспечивает зародышу питание на протяжении эмбрионального периода. Ее диаметр достигает 150-170 мкм.
Яйцеклетка снаружи защищена оболочкой, покрытой лучистым венцом. Она окружена клетками фолликулярного эпителия, размножающимися по мере ее созревания. Они выделяют специфическую жидкость. Она накапливается в полости первичных фолликулов. Клетки этого эпителия участвуют в обеспечении яйцеклетки питательными веществами. Оболочка женской гаметы не только питает гамету, но и защищает ее от проникновения более одного сперматозоида. Поскольку яйцеклетка не имеет аппарата, предназначенного для активного движения, для нее характерна плазматическая сегрегация.
Важность процесса движения
Подвижность мужской половой клетки является основной ее качественной характеристикой. Она обеспечивается хвостом гаметы за счет совершения однотипных движений. Особенности строения яйцеклетки и сперматозоида делают процесс оплодотворения наиболее вероятным. Оболочка мужской гаметы имеет специальные рецепторы, которые способны распознавать химические вещества, выделяемые яйцеклеткой. Благодаря этой способности сперматозоиды способны к целенаправленному, а не хаотическому движению. После эякуляции практически все здоровые половые клетки представителя мужского пола направляются к женской гамете. Такое движение называют положительным хемотаксисом.
Высокая подвижность сперматозоидов играет более важную роль, чем их количество в эякуляте. Об этом часто говорят специалисты, работающие с мужскими и женскими половыми клетками. Так, если в семенной жидкости подвижными являются около сорока процентов сперматозоидов, то это уже считается патологией. В этом случае вероятность оплодотворения яйцеклетки сильно уменьшается.
Если сперма состоит из полностью неподвижных сперматозоидов, то это часто свидетельствует о такой патологии, как акиноспермия. В этом случае половые клетки живые, но они неподвижны, а поэтому не способны произвести оплодотворение яйцеклетки. Чаще всего это нарушение вызывается разными патологиями половых желез.
Процесс оплодотворения
В каждой мужской гамете есть Y- или X- хромосома, определяющие при оплодотворении яйцеклетки пол ребенка. Чаще всего в этом процессе участвуют одна мужская гамета и одна женская. В некоторых случаях клетку оплодотворяют 2-3 и более сперматозоидов, что приводит к рождению однояйцевых близнецов.
Строение яйцеклетки и сперматозоида таковы, что при оплодотворении только головка мужской гаметы способна проникать в женскую половую клетку. При этом все остальные ее части остаются снаружи. В процессе оплодотворения (слияния яйцеклетки и сперматозоида) образуется зигота, которая представляет собой диплоидную клетку, содержащую полный двойной набор хромосом.
У сперматозоида различают головку и хвост (рис.6). В головке сперматозоида располагается компактное ядро, имеющее гаплоидный набор хромосом, то есть 23 хромосомы, из которых 22 – аутосомы, одна хромосома – половая X или Y. Половина спермиев содержит Y-хромосому, половина Х-хромосому.
Спереди головка покрыта чехликом или акросомой с заостренным концом - перфораторием. Акросома представляет собой лизосому, производную комплекса Гольджи, и содержит набор гидролитических ферментов: кислую фосфатазу, гиалуронидазу, неспецифическую эстеразу, арилсульфатазу, протеолитический фермент акрозин. Наиболее важными являются фермент гиалуронидаза, расплавляющий оболочку лучистого венца, и фермент акрозин, растворяющий блестящую оболочку яйцеклетки.
Собственно цитоплазмы в сперматозоиде очень мало. Из органелл общего назначения развиты митохондрии и элементы цитоскелета.
Хвостовой отдел сперматозоида состоит из связующей, промежуточной, главной и терминальной частей. В связующей части, или шейке, располагаются центриоли - проксимальная, прилежащая к ядру, и остатки дистальной центриоли, а так же исчерченные (сегментированные) колонны - элементы цитоскелета, состоящие из кератиноподобных белков. Здесь начинается осевая нить (аксонема), продолжающаяся в промежуточной, главной и терминальной частях.
Промежуточная часть содержит аксонему, состоящую из 2 центральных и 9 пар периферических микротрубочек. Аксонема окружена расположенными по спирали митохондриями. Между аксонемой и митохондриями находятся девять продольно ориентированных элементов цитоскелета, являющихся продолжением сегментированных колонн. Данные элементы придают хвосту сперматозоида упругость.
Микротрубочки аксонемы образованы только димерным белком тубулином. От микротрубочек отходят парные выступы, или «ручки», состоящие из другого белка - динеина, обладающего АТФ-азной активностью. Динеин расщепляет АТФ, вырабатываемую митохондриями, 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 мужчин).
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 аксонему, которая заканчивается разобщенными микротрубочками и постепенным уменьшением их числа.
Хвост сперматозоида представляет собой органоид специального движения, который в условиях жидкой щелочной среды способен совершать колебательные движения, тем самым обеспечивая подвижность сперматозоида. Средняя скорость движения спермиев в половых путях женщины составляет 0,1 - 3 мм в час. Общая длина сперматозоида 50-60 микрометров. Зрелые (дифференцированные) сперматозоиды обладают способностью к движению против тока жидкости, то есть свойством реотаксиса.
Здоровье
Когда дело касается сперматозоидов, кажется, что у людей всегда возникают вопросы. Кто-то хочет убить сперматозоиды, кто-то получить, либо продать, некоторые беспокоятся по поводу работы своих "маленьких помощников". В конце концов, мир без сперматозоидов был бы очень одиноким местом. Вот удивительные факты, которые вы возможно еще не знали о сперматозоидах.
1. Аномальные сперматозоиды – это нормально
Механизм производства сперматозоидов у людей довольно ленив. Как же еще объяснить тот факт, что 90 процентов сперматозоидов в семенной жидкости мужчины деформированы? Две головки, два хвоста, огромные головки, булавочная форма головки, спиральный хвост - поистине этот список деформаций сперматозоидов можно продолжать еще долго.
По правде говоря, это цена, которую мы заплатили за моногамию. У тех видов, где самке попадают сперматозоиды больше, чем одного самца, сперматозоиды имеют более однородный вид. У людей же, как правило, сперматозоиды двух мужчин не оказываются у одной женщины в одно и то же время.
2. Пол чайной ложки
Именно такой объем обычно выходит при эякуляции у мужчины. Это не много, но так или иначе, сперматозоидам удается выполнить свою работу.
3. У сперматозоидов крепкие каски
Конечно это не совсем каска, а овальная структура, называемая акросома. Она содержит сильные химические вещества, которые вырабатываются, когда сперматозоид крепится к яйцеклетке. Вещество растворяет внешнюю оболочку яйцеклетки, пробурив отверстие, через которое сперматозоид может проникнуть в яйцеклетку.
4. Сперматозоид и сперма
Некоторые люди используют термин сперматозоид и сперма как взаимозаменяющие друг друга. Но сперматозоиды являются всего лишь компонентом спермы или семенной жидкости. В семенной жидкости также содержится вещества из предстательной железы, а также семенные пузырьки. Сперматозоиды, которые производятся в яичках, требуют много топлива, чтобы двигать своим хвостиком. К счастью они получают это топливо из сахарной фруктозы, которой снабжают их семенные пузырьки. Жидкость из предстательной железы или простаты содержит вещества, которые помогают семенной жидкости разжижаться, когда она попадает внутрь женщины. Без этого, сперматозоиды не смогли бы двигаться.
5. Одного яичка достаточно
Если мужчина теряет одно яичко по медицинским причинам, то другое, как правило, способно производить достаточно сперматозоидов, чтобы зачать ребенка. Возможно, самым известным примером этого стал известный американский велогонщик Лэнс Армстронг, который из-за рака потерял одно яичко и стал отцом пятерых детей.
6. 200 миллионов конкурентов
Нужен всего один сперматозоид, чтобы оплодотворить женскую яйцеклетку, но за честь сделать это идет жесткая конкуренция. На самом деле, в среднем в семенной жидкости содержится около 200 миллионов сперматозоидов.
7. Фабрика никогда не закрывается
Женщины рождаются с ограниченным числом яйцеклеток. Но дела обстоят совсем иначе для мужчин. Мужчины производят сперматозоиды весь день, каждый день на протяжении всей жизни.
По мере того, как мужчина стареет, сперматозоиды становятся медлительнее, а ДНК более фрагментированным, но фабрика никогда не закрывается.
8. Сперматозоиды крошечные
Хотите увидеть сперматозоид? Лучше обзаведитесь микроскопом, так как эти живчики очень мелкие, чтобы их можно было увидеть невооруженным взглядом. Насколько маленькими? Длина сперматозоида составляет примерно 0,05 мм от головки до хвоста.
Конечно, то, что сперматозоиды недобирают в длину, он восполняют своим количеством. Если бы можно было выстроить всех сперматозоидов, вышедших во время эякуляции, то они бы протянулись на 9,5 км.
9. Сперматозоидам нужна защита
Сперматозоиды выглядят как любая другая клетка нашего организма, но ко времени, когда они покидают яички, у них остается вдвое меньше ДНК, чем у других клеток нашего тела. Все это выглядит подозрительно для иммунной системы. Чтобы предотвратить атаку иммунных клеток на сперматозоидов, семенники снабжают их специальными клетками, которые окружают их создавая ограду.
10. Мертвые сперматозоиды способны создать живых детей
Чтобы оплодотворить яйцеклетку традиционным способом, сперматозоидам нужно уметь плавать. Однако, дело обстоит иначе в случае экстракорпорального оплодотворения. В действительности, специалисты используют крошечные роботизированные стеклянные палочки, чтобы внедрить один сперматозоид в яйцеклетку. Иногда они даже ударяют сперматозоид, пока он не перестанет двигаться. Ведь главное, что нужно - это ДНК внутри сперматозоида.
11. Каким путем двигаться?
Сперматозоиды способны подгонять себя, но многим тяжело дается движение в одном направлении. На самом деле, только половине сперматозоидов удается это сделать. Остальные плавают кругами, другие раскачиваются с движениями семенной жидкости.
Но так как большинство из них стартуют, многие все же добираются до яйцеклетки. И это несмотря на факт, что трубы, соединяющие матку с яичниками, содержат мелкие клетки волосков, которые создают препятствия сперматозоидам. Если вы когда-нибудь видели, как плывет лосось против течения, то вы поймете, о чем идет речь.
12. Сперматозоид живет в течение нескольких дней
Как долго могут прожить сперматозоиды внутри женского тела? Около двух-трех дней.
13. Y не имеет равных
Как только сперматозоид соединяется с яйцеклеткой, хромосомы обмениваются кусочками ДНК, означая, что образуется смесь ДНК от матери и от отца. Но есть исключение: у хромосомы Y нет аналогов в ДНК яйцеклетки, и потому она передается практически без изменений от отца к сыну. Потому Y хромосома выглядит также, как хромосома отца, отца его отца и так далее через поколения.
14. Хранится в прохладе
Каким бы жарким не был секс, яички мужчины должны находиться в прохладе, то есть прохладнее, чем температура тела, что важно для производства здоровых сперматозоидов.
Тело мужчины поддерживает идеальную температуру мошонки с помощью вен, которые отгоняют тепло от мышц мошонки, приподнимающих и опускающих яички, чтобы либо приблизить, либо отодвинуть их от тепла тела.
Если мужчина скрещивает ноги, температура мошонки повышается. То же самое происходит, когда он носит трусы-плавки.
15. Два месяца чтобы создать сперматозоид
Сколько времени требуется для того, чтобы произвести сперматозоид? Согласно последним исследованиям, нужно около двух месяцев.
Производство сперматозоидов непрерывно, как и в случае с конвейером. Но также как и с конвейером, требуется время, чтобы пройти от начала до конца.
Функции сперматозоида – это оплодотворение женской половой клетки для достижения долгожданной беременности. Чтобы понять, как происходит слияние гамет, нужно знать какое строение сперматозоида. Живчик несёт в себе генетическую информацию, которая передаётся будущему ребёнку.
Сегодня мы расскажем, сколько содержится клеток в общем объёме эякуляте. Какой состав, строение яйцеклетки и сперматозоида, чтобы понять, насколько они важны для организма женщины и мужчины.
Особенности строения сперматозоида
Из чего состоит и как выглядит живчик, можно рассмотрев его под микроскопом. Для этого нужно сдать спермограмму. Из исследования лаборант может понять состав эякулята, сколько гамет содержится в 1 мл, какие дефекты имеются в морфологии и структуре.
Строение :
Основной частью живчика является голова. В ней содержится ядро с набором хромосом в количестве 23 пары.
Из них 22 – маленькие по величине и 1 большая, которая и отвечает за будущий пол ребёнка. Х – девочка, Y – мальчик. Размеры головки составляют до 5 мкм.
Акросома (органоид). Содержит большое количество специальных ферментов, которые выбрасывает живчик во время приближения к женской клетке, и имеет размеры ядра.
Именно благодаря акросоме растворяется оболочка яйцеклетки, и спермий беспрепятственно проникает в цитоплазму.
Шейка. С помощью её происходит поворот и небольшой наклон головки. Средняя часть (тело) живчика. Осуществляется движение и прямолинейная траектория сперматозоида к цели. Размеры её 4,5 мкм.
Хвост. Содержит нервные окончания и мышечные фибриллы, которые помогают живчику набирать необходимую скорость при движении. Длина его равна 45 мкм.
Параметры мужской клетки можно рассмотреть лишь под микроскопом, но именно благодаря ей зарождается новая жизнь.
Определение размера сперматозоида происходит исследовательским путём под микроскопом лаборанта, и имеет такие параметры:
- Длина – 54-55 мкм;
- Ширина – 3,2-3,5 мкм;
- Высота – 2,2-2,5 мкм.
Характеристика функции живчика
Из анатомии, строение клетки подразумевает и то, что в 1 мл эякулята содержится до 120 млн. мужских гамет, а в 5 мл – до 600 млн. Когда они при выбросе семени попадают в кислотную среду влагалища, большая их часть «отсеивается» и остаются самые сильные и подвижные.
Преодолевая сложный путь к матке, добирается лишь сотня головастиков, но проникает всего один. Перед тем, как это сделать, он выделяет специальное вещество, которое разрушает стенку яйцеклетки, после чего свободно входит.
Спермий проникает головкой, хвост при этом остаётся снаружи, растворяясь через время, закрывая место вторжения для «конкурентов». Таким образом, шансов у других живчиков не остаётся.
Следующий этап — это слияние женской и мужской клеток, образовывая одну, она несёт в себе половые принадлежности будущего малыша. Сперматозоид, объединившись с ооцитом, в котором находятся женские гены, делится с ней своими.
Слившись, образуется отдельная элементарная структурная единица, которая содержит общее количество мужских и женских клеток – 46 хромосом.
Цикл сперматозоида
Можно сделать вывод. Если у женщины не произошла овуляция во время семяизвержения во влагалище, добравшись до матки сперматозоиды, могут «подождать» когда наступит нужный момент на протяжении целой недели. И только потом погибнуть, если овуляция задержалась.
Строение и состав яйцеклетки
Женскую клетку, как и сперматозоид можно рассмотреть под микроскопом, но она имеет внушительнее размеры, чем живчик и величина её составляет до 170 мкм. Женская половая клетка имеет шарообразный вид, она неподвижна, обладает большим количеством питательных веществ.
Они, в свою очередь, влияют на процесс синтеза белка. Дейтоплазма или желток, обеспечивает плод всеми элементами, которые необходимы в период его развития.
Снабжена яйцеклетка защитным слоем и покрыта лучистым венцом (corona radiata). Фолликулы, окружающие её, растут и размножаются по мере развития и на протяжении жизненного цикла, выделяя специальную жидкость.
Накапливаются и снабжают женскую гамету всеми необходимыми веществами. Оболочка выполняет несколько функций – защищает от потока спермиев внутрь и питает яйцеклетку.
Правильный процесс созревания половых клеток, даёт шанс на здоровое зачатие ребёнка. Поэтому нужно знать не только строение, состав и функции в организме этих важных клеток, но и вести здоровый образ жизни.
Вредные привычки, алкоголизм, наркомания и неправильное питание нарушает структуры гамет. Подписывайтесь на наш сайт. Будьте здоровы!