Стволовые клетки человека превратили в предшественники яйцеклеток

Основные характеристики половых клеток

Зрелые половые клетки отличаются от соматических следующим: это высокодифференцированные клетки; содер­жат гаплоидный набор хро­мосом (22 аутосомы + 1 половая хромосома Х или У); обладают измененным ядерно-цитоплазматическим отношением и невысоким уровнем метаболизма; не способны к размножению; имеют короткий период жизни (до 2-3-х дней).

Мужская половая клетка – сперматозоид – развивается в половых железах (семенниках). Для будущего организма сперматозоиды несут наследственную информацию по отцовской линии. Кроме общих при­знаков половых клеток, перечисленных выше, в связи с отличающейся от яйцеклетки специализацией, сперматозоиды имеют ряд характерных особенностей: обладают способностью к активному движению (1-5 мм/мин); чувствительны к повреждающим факторам (температуре, радиации и другим); образуются в больших количествах; среда для жизнедеятельности – слабощелочная, в кислой среде склеиваются и погибают; сохраняют способность к оплодотворению около 48 часов.

У человека размер сперматозоида достигает 70 мкм. В его составе различают головку и хвостовой отдел, покрытые клеточной мембра­ной (рис. 3-1). Хвостовой отдел включает связующую, промежуточную, главную и конечную (терминальную) части. Головка содержит ядро с гаплоидным набо­ром хромосом (половая хромосома Х или У), окруженное тонким слоем цитоплазмы. В передней части чехлика, покрывающего ядро, находится акросома (видоизмененный комплекс Гольджи). Ее пузырьки содержат гидролитические ферменты (гиалуронидазу и протеазы) для растворения оболочек яйцеклетки при оплодотворении. Связующая часть, или шейка, — суженная часть спермия, содержащая проксимальную и дистальную центриоли. Проксимальная центриоль необходима для дробления зиготы после оплодотворения. От дистальной центриоли начинается осевая нить – аксонема. Промежу­точная часть содержит аксонему, которая состоит из одной пары центральных и 9 пар периферических микротрубочек, окруженную расположенными по спирали митохондриями. Белок динеин, образующий микротрубочки, расщепляет АТФ, и преобразованная энергия осуществляет движение спермия. В главной части продолжается аксонема, которая окружена небольшим количеством цитоплазмы с циркулярно ориентированными микрофибриллами, придающими упругость. Конечная часть содержит лишь единичные сократительные филаменты.

Рис. 3-1. Строение мужской половой клетки.

1. Рецептор гликозилтрансфераза.

2. Акросомальная гранула.

4. Проксимальная центриоль.

5. Митохондрия.

6. Слой упругих фибрилл.

8. Дистальная центриоль.

9. Циркулярные фибриллы.

(По Ю. И. Афанасьеву,Н. А. Юриной).

Женская половая клетка – яйцеклетка, развивается в женских половых железах – яичниках. Выполняя равноценную со сперматозоидом биологическую задачу в формирова­нии наследственности дочернего организма, яйцеклетка во многом отличается от него по другим параметрам.

Яйцеклетка должна обеспечить зародыш будущего организма основной исходной массой цитоплазмы и, в случае необходимости, достаточным количеством питательного материала. Поэтому она имеет сравнительно крупные размеры и не может быть активно подвижной. У женщин в течение полового цикла (24-28 дней) созревает, как правило, только одна яйцеклетка. Количество питательного материала (желтка) определяется условиями существования. В зависимости от этого все яйцеклетки классифицируют на безжелтковые (алецитальные), маложелтковые (олиголецитальные) и многожелтковые (полилецитальные). Маложелтковые клетки подразделяются на первичные (у примитивных хордовых) и вторичные (у млекопитающих и человека). Желточные включения в их цитоплазме распределены равномерно, поэтому такие яйцеклетки называются также изолецитальными. В полилецитальных яйцеклетках желточные включения смещены к вегетативному полюсу либо незначительно – умеренно телолецитальные яйцеклетки (у амфибий), либо полностью – резко телолецитальные яйцеклетки (у птиц). Для яйцеклетки характерно наличие защитных оболочек. Их количество зависит от условий существования. Различают первичные (оолемма), вторичные (блестящая и фолликулярная) и третичные (слизистая, подскорлуповая, скорлуповая) оболочки.

Яйцеклетка человека имеет диаметр около 130 мкм. Ядро содержит гаплоидный набор с Х – половой хромосо­мой. В цитоплазме в связи с синтезом желтка хорошо раз­виты эндоплазматическая сеть, рибосомы, умеренное количество митохондрий. Комплекс Гольджи на ранних этапах развития располагается около ядра, а затем смещается на периферию. Под цитолеммой находится слой кортикальных гранул, содержащих гликозами­ногликаны и различные фер­менты. Они при оплодотворении обеспечи­вают образование оболочки оплодотворения, препятствуя полиспер­мии. Лизосомы участвуют в расщеплении желтка, использующегося для питания. Клеточный центр утрачивается яйцеклеткой в процессе развития. Из включений особое значение имеют желточные, содержа­щие белки, фосфолипиды и углеводы.

В связи с внутриутробным развитием и питанием за счет организма матери у человека количество желточных включений невелико и равномерно распределено в цитоплазме яйцеклетки, поэтому такой тип относится к вторично олиголецитальным изолецитальным яйцеклеткам. Цитолемма (оолемма) вместе с кортикальными гранулами образует первичную (вителлиновую, или желточную) оболочку яйцеклетки. Вторичные оболочки образуются в процессе развития яйцеклетки в яичнике и окружают ее в виде лучистого венца (corona radiata) (рис 3-2). Непосредственно к оолемме прилежит блестящая, или прозрачная зона, состоящая из гликопротеинов и гликозаминогликанов. Снаружи от нее в несколько слоев располагаются фолликулярные клетки. Отростки их направляются через блестящую зону под оолемму, доставляя в яйцеклетку питательные вещества. Оолемма имеет микроворсинки, проникающие между отро­стками фолликулярных клеток. Эти оболочки выполняют не только трофическую, но и защитную роль.

Читайте также:  Эреспал – инструкция, применение, цена отзывы аналоги

Рис. 3-2. Строение женской половой клетки.

2. Цитолемма.

3. Фолликулярный эпителий.

4. Лучистый венец.

5. Кортикальные гранулы.

6. Желточные включения.

7. Блестящая зона.

(По Ю. И. Афанасьеву, Н. А. Юриной).

Развитие и строение половых клеток

Строение мужских, женских половых клеток обусловливает выполнение их важнейшей функции — осуществления генеративного размножения. Оно свойственно представителям как растений, так и животных. Особенности строения половых клеток будут рассмотрены в нашей статье.

Гаметы: взаимосвязь строения и функций

Специализированные клетки, осуществляющие процесс генеративного размножения, называются гаметами. Мужские и женские половые клетки — сперматозоиды и яйцеклетки — имеют гаплоидный, т. е. одинарный набор хромосом. Такое строение половых клеток обеспечивает генотип организма, который образуется при их слиянии. Он является диплоидным, или двойным. Таким образом, половину генетической информации организм получает от матери, а другую часть — от отца.

Несмотря на общие черты, строение половых клеток растений и животных во многом отличается друг от друга. Это прежде всего касается определенных мест их формирования. Так, у покрытосеменных растений спермии расположены в пыльниках тычинки, а яйцеклетка — в завязи пестика. Многоклеточные животные имеют специальные органы — железы, в которых происходит формирование половых клеток: яйцеклеток — в яичниках, а сперматозоидов — в семенниках.

Процесс формирования половых клеток

Строение и развитие половых клеток определяется ходом гаметогенеза — процессом их формирования, который протекает в несколько этапов. В ходе фазы размножения первичные гаметы делятся несколько раз путем митоза. При этом сохраняется двойной набор хромосом. У особей разного пола этот этап имеет свои отличия. Так, у самцов млекопитающих он начинается с момента наступления полового созревания и длится до глубокой старости. У самок деление первичных половых клеток происходит только во время внутриутробного развития плода. А до наступления полового созревания они остаются в состоянии покоя.

Фаза роста является следующей. В этот период первичные гаметы увеличиваются в размерах, происходит репликация (удвоение) ДНК. Важным процессом является также запасание питательных веществ, ведь они будут необходимы для последующих делений.

Последний этап гаметогенеза называется фазой роста. В его ходе первичные половые клетки делятся путем редукционного деления — мейоза. Его результатом являются четыре гаплоидные клетки, образованные из первичных диплоидных.

Сперматогенез

В результате образования мужских половых клеток, т. е. сперматогенеза, образуется четыре одинаковых и полноценных структуры. Они обладают способностью к оплодотворению. Строение мужской половой клетки, точнее ее особенность, заключается в возникновении специфических приспособлений. В частности, это жгутик, с помощью которого происходит движение мужских гамет. Этот процесс происходит в последнюю дополнительную фазу формирования, которая характерна только для процесса сперматогенеза.

Овогенез

Строение женских половых клеток, как и процесс их формирования (овогенез), имеет ряд характерных особенностей. При созревании яйцеклеток в ходе мейоза цитоплазма распределяется между будущими клетками неравномерно. Только одна из них в результате становится яйцеклеткой, способной дать начало будущей жизни. Остальные три превращаются в направительные тельца и в результате разрушаются. Биологический смысл этого процесса заключается в уменьшении количества зрелых, способных к оплодотворению женских половых клеток. Только при этом условии единственная яйцеклетка сможет получить необходимое количество питательных веществ, являющееся главным условием развития будущего организма. В итоге в течение времени, когда женщина является способной к рождению детей, способно сформироваться всего около 400 половых клеток. В то время как у мужчины эта цифра достигает нескольких сотен миллионов.

Строение мужских половых клеток

Сперматозоиды являются очень мелкими клетками. Их размер едва достигает нескольких микрометров. В природе такие размеры, естественно, компенсируются их количеством. Строение половых клеток мужского организма имеет свои особенности.

Читайте также:  Что делать при ожоге кипятком Первая помощь при термических ожогах, лечение и мази

Сперматозоид состоит из головки, шейки и хвоста. Каждая из этих частей выполняет определенные функции. В головке располагается постоянная клеточная органелла эукариот — ядро. Оно является носителем генетической информации, заключенной в молекулы ДНК. Именно ядро обеспечивает передачу и хранение наследственного материала. Вторым компонентом головки сперматозоида является акросома. Эта структура является видоизмененным комплексом Гольджи и выделяет особые ферменты, способные растворить оболочки яйцеклетки. Без этого процесс оплодотворения будет невозможным. В шейке находятся органеллы митохондрии, которые обеспечивают движения хвоста. В этой части сперматозоидов находятся и центриоли. Эти органеллы играют важную роль образования веретена деления во время дробления оплодотворенной яйцеклетки. Хвост сперматозоидов образован микротрубочками, которые, используя энергию митохондрий, обеспечивают движение мужских половых клеток.

Строение яйцеклеток

Женские половые клетки гораздо крупнее сперматозоидов. Их диаметр у млекопитающих составляет до 0,2 мм. А вот этот же показатель у кистеперых рыб составляет 10 см, а у сельдевой акулы — до 23 см. В отличие от мужских половых клеток яйцеклетки неподвижны. Они имеют округлую форму. В цитоплазме этих клеток содержится в большом количестве находится запас питательных веществ в виде желтка. В ядре кроме ДНК, несущей генетическую информацию, находится другая нуклеиновая кислота — РНК. Она содержит сведения о структуре важнейших белков будущего организма. Желток может располагаться в яйцеклетке неравномерно. Например, у ланцетника он находится в центре, а у рыб занимает практически всю поверхность, сдвигая ядро и цитоплазму к одному из полюсов клетки. Снаружи яйцеклетка надежно защищена оболочками: желточной, прозрачной и наружной. Именно их приходится растворять акросоме головки сперматозоида для осуществления процесса оплодотворения.

Типы оплодотворения

Строение и функции половых клеток обусловливают осуществление процесса оплодотворения — слияния гамет. В результате этого процесса генетический материал гамет соединяется в едином ядре, и образуется зигота. Она и является первой клеткой нового организма.

В зависимости от места прохождения данного процесса различают наружное (внешнее) и внутреннее оплодотворение. Первый тип осуществляется вне организма женской особи. Обычно это происходит в водной среде обитания. Примерами организмов, у которых происходит наружное оплодотворение, являются представители класса рыбы. Их самки мечут икру в воду, где самцы и поливают ее семенной жидкостью. Количество икринок таких животных достигает нескольких тысяч, из которых выживает и вырастает не так уж много особей. Большинство из них съедают водные животные. А вот для всех млекопитающих животных характерно внутреннее оплодотворение, которое происходит внутри женского организма при помощи специализированных копулятивных органов самца. При этом количество яйцеклеток, готовых к оплодотворению, невелико.

Строение мужской, женской половой клетки и репродуктивной системы растений значительно отличается от таковой у животных. Поэтому и процесс слияния гамет происходит иначе. Мужские половые клетки растений не имеют хвоста и не способны к движению. Поэтому оплодотворению предшествует опыление. Это процесс переноса пыльцы с пыльника тычинки на рыльце пестика. Оно происходит при помощи ветра, насекомых или человека. Оказавшись таким образом на рыльце пестика, спермии опускаются по зародышевой трубке в его расширенную нижнюю часть — завязь. Там располагается яйцеклетка. При слиянии гамет образуется зародыш семени.

Понятие о партеногенезе

Строение половых клеток, в частности женских, делает возможным одну из необычных форм генеративного размножения. Она называется партеногенезом. Его биологическая суть заключается в развитии взрослого организма из неоплодотворенной яйцеклетки. Такой процесс наблюдается в жизненном цикле рачков дафний, в ходе которого чередуются половое и партеногенетическое поколения. Женская половая клетка содержит достаточно питательных веществ, чтобы дать начало новой жизни. Однако при партеногенезе не происходит возникновения новых комбинаций генетической информации, а значит, появление новых признаков также невозможно. Однако партеногенез имеет важное биологическое значение, поскольку делает возможным процесс полового размножения даже без наличия особи противоположного пола.

Фазы менструального цикла

В женском организме половые клетки не всегда готовы к оплодотворению, а только в определенные фазы менструального цикла. Во время этого физиологического процесса в организме происходят циклические закономерные изменения функций половой системы. Регулируется этот процесс гуморальной системой. Продолжительность этого цикла составляет 21-36 дней при среднем показателе 28. Этот период можно разделить на три фазы. В первую (менструальную), которая продолжается примерно первые 5 дней, происходит отторжение слизистой оболочки матки. Это сопровождается разрывом небольших кровеносных сосудов. На 6-14-й день под воздействием гипофиза выделяется фолликул, в котором созревает яйцеклетка. Слизистая оболочка матки в этот период начинает восстанавливаться. В этом заключается суть послеменструальной фазы. С 15-го по 28-й день происходит образование жировой соединительной ткани — желтого тела. Оно выполняет роль временной железы внутренней секреции, которая вырабатывает гормоны, задерживающие созревание фолликулов. В период с 17-го по 21-й день вероятность к оплодотворению наиболее высока. Если этого не происходит, половая клетка разрушается и слизистая оболочка снова отслаивается.

Читайте также:  Депантол (свечи) инструкция по применению в гинекологии, аналоги

Что такое овуляция

На 14-й день менструального цикла строение женской половой клетки несколько изменяется. Яйцеклетка разрывает фолликулярную оболочку и выходит из яичника в маточную трубу. Именно там завершается ее созревание. Этот процесс называется овуляцией. Это очень важный период, в ходе которого матка приобретает способность принять оплодотворенную яйцеклетку.

Хромосомный набор половых клеток

Яйцеклетки и сперматозоиды имеют одинарный набор генетической информации. Например, у человека половые клетки содержат по 23 хромосомы, а зигота — 46. При слиянии гамет половину генов организм получает от матери, а вторую часть — от отца. Это касается также и пола. Среди хромосом различают аутосомы и одну пару половых. Они обозначаются латинскими буквами. У человека женские клетки содержат две одинаковые половые хромосомы, а мужские — разные. Половые клетки содержат по одной из них. Таким образом, пол будущего ребенка полностью зависит от мужского организма и от вида хромосом, который несет сперматозоид.

Функции половых клеток

Строение женской половой клетки, как и мужской, взаимосвязано с функциями, которые они выполняют. Являясь частью репродуктивной системы, они осуществляют функцию генеративного размножения. В отличие от бесполого, при котором сохраняется целостность генетической информации организма, половое размножение обеспечивает создание новых признаков. Это является необходимым условием возникновения адаптации, а значит, и всего существования живых организмов.

Женские половые клетки способны к восстановлению

Найдены стволовые клетки, которые могут производить яйцеклетки даже после рождения и, возможно, возобновлять их запас в течение всей жизни женщины.

Мужские половые клетки производятся в течение всей жизни мужчины. Считалось, что женщинам в этом смысле не так повезло: с середины XX века в биологии установилась точка зрения о фиксированном, невозобновляемом количестве яйцеклеток. Было установлено, что у млекопитающих новые женские половые клетки прекращают появляться к половинному сроку развития плода. Посчитали, что у новорождённых девочек в запасе есть около 400 тысяч яйцеклеток, которые начинают постепенно расходоваться с наступлением половой зрелости, по тысяче за менструальный цикл. Постепенно менструации истощают запас яйцеклеток, и наступает менопауза.

Но в 2004 году, исследователи из Массачусетской больницы (США) сообщили о странном факте: скорость расходования яйцеклеток у крыс была значительно выше, чем можно было ожидать, учитывая период, в течение которого животные способны к деторождению. Из этого следовал революционный вывод, что яйцеклетки у крыс каким-то образом восстанавливаются. Но тогда эти данные не убедили научное сообщество: скептики посчитали, что учёные переоценили скорость гибели женских половых клеток.

В 2009 году группа китайских исследователей обнаружила-таки у самок крыс половые стволовые клетки, из которых получались ооциты. Для подтверждения того, что эти половые клетки не отличаются от «обычных», учёные вводили в стволовые клетки ген зелёного флуоресцирующего белка, после чего эти клетки пересаживали стерилизованным самкам крыс. У таких животных, несмотря на изначальное бесплодие, появлялось потомство с зелёным белком в клетках, что подтверждало полную функциональность таких яйцеклеток.

Было неясным, есть ли подобные клетки у человека. И вот в статье, опубликованной в журнале Nature Medicine, тот же коллектив учёных из Массачусетской больницы сообщает, что ему удалось найти стволовые клетки для яйцеклеток и у человека.

Специалисты взяли образцы ткани яичников у шести молодых здоровых женщин 22–33 лет, которые ложились на операцию по смене пола. Клетки, названные стволовыми клетками оогониев, попадаются чрезвычайно редко, в количестве примерно 1 на 10 000 обычных клеток яичника. Однако эти клетки хорошо растут в культуре и при определённых условиях трансформируются в зрелые яйцеклетки, которые по внешним, биохимическим и генетическим признакам выглядят как обычные, заложенные от рождения. Исследователи снабжали стволовые клетки оогониев зелёным флуоресцирующим белком и вживляли их под кожу крысам. Спустя 1–2 недели у животных можно было наблюдать хотя и незрелую, но вполне сформировавшуюся ткань яичника, развившуюся из стволовых клеток. Все ооциты в таком яичнике несли с собой зелёный белок.

Ссылка на основную публикацию
Статьи Синдром диэнцефальной дисфункции
Диэнцефальный (гипоталамический) синдром Клиники Санкт-Петербурга, где лечится данное заболевание для взрослых (249) Клиники Санкт-Петербурга, где лечится данное заболевание для детей...
Средства для лечения ушибов и растяжений Лекарственный справочник Здоровье Аргументы и Факты
Какую обезболивающую мазь использовать при ушибах и растяжениях (недорогое и эффективные средства) Различные мелкие травмы, небольшие ушибы и растяжения сопровождают...
Средства для снижения аппетита эффективные в аптеках
maurer таблетки для похудения Отзывы maurer таблетки для похудения Действует комплексно, точечно сжигая жир сначала в наиболее труднодоступных местах. Именно...
Статья «Гипертонус матки у беременных»
Тонус матки Быть беременной, значит научится прислушиваться к своему организму, понимать его сигналы, желания. Беременность дает женщине уникальную возможность восстановить...
Adblock detector