Хромосомы в сперматозоиде

Строение и функция сперматозоида

Сперматозоид человека — это специализированная клетка, строение которой позволяет ей выполнить свою функцию: преодолеть половые пути женщины и проникнуть в яйцеклетку, чтобы внести в неё генетический материал мужчины. Сперматозоид, сливаясь с яйцеклеткой, оплодотворяет её.

В организме человека сперматозоид является самой маленькой клеткой тела (если учитывать только саму головку без хвостика). Общая длина сперматозоида у человека равна приблизительно 55 мкм. Головка составляет приблизительно 5,0 мкм в длину, 3,5 мкм в ширину и 2,5 мкм в высоту, средний участок и хвостик — соответственно, приблизительно 4,5 и 45 мкм в длину.

Малые размеры, вероятно, необходимы для быстрого движения сперматозоида. Для уменьшения размера сперматозоида при его созревании происходят специальные преобразования: ядро уплотняется за счет уникального механизма конденсации хроматина (из ядра удаляются гистоны, и ДНК связывается с белками-протаминами), большая часть цитоплазмы выбрасывается из сперматозоида в виде так называемой «цитоплазматической капли», остаются только самые необходимые органеллы.

Сперматозоид мужчины имеет типичное строение и состоит из головки, средней части и хвоста.

Головка сперматозоида человека имеет форму эллипсоида, сжатого с боков, с одной из сторон имеется небольшая ямка, поэтому иногда говорят о «ложковидной» форме головки сперматозоида у человека. В головке сперматозоида располагаются следующие клеточные структуры:

• Ядро, несущее одинарный набор хромосом. Такое ядро называют гаплоидным. После слияния сперматозоида и яйцеклетки (ядро которой также гаплоидно) образуется зигота — новый диплоидный организм, несущий материнские и отцовские хромосомы. При сперматогенезе (развитии сперматозоидов) образуются сперматозоиды двух типов: несущие X-хромосому и несущие Y-хромосому. При оплодотворении яйцеклетки X-несущим сперматозоидом формируется эмбрион женского пола. При оплодотворении яйцеклетки Y-несущим сперматозоидом формируется эмбрион мужского пола. Ядро сперматозоида значительно мельче ядер других клеток, это во многом связано с уникальной организацией строения хроматина сперматозоида (см. протамины). В связи с сильной конденсацией хроматин неактивен — в ядре сперматозоида не синтезируется РНК.
• Акросома — видоизмененная лизосома — мембранный пузырек, несущий литические ферменты — вещества, растворяющие оболочку яйцеклетки. Акросома занимает около половины объёма головки и по своему размеру приблизительно равна ядру. Она лежит спереди от ядра и покрывает собой половину ядра (поэтому часто акросому сравнивают с шапочкой). При контакте с яйцеклеткой акросома выбрасывает свои ферменты наружу и растворяет небольшой участок оболочки яйцеклетки, благодаря чему образуется небольшой «проход» для проникновения сперматозоида. В акросоме содержится около 15 литических ферментов, основным из которых является акрозин.
• Центросома — центр организации микротрубочек, обеспечивает движение хвоста сперматозоида, а также предположительно участвует в сближении ядер зиготы и первом клеточном делении зиготы.

Позади головки располагается так называемая «средняя часть» сперматозоида. От головки среднюю часть отделяет небольшое сужение — «шейка». Позади средней части располагается хвост. Через всю среднюю часть сперматозоида проходит цитоскелет жгутика, который состоит из микротрубочек. В средней части вокруг цитоскелета жгутика располагается митохондрион — гигантская митохондрия сперматозоида. Митохондрион имеет спиральную форму и как бы обвивает цитоскелет жгутика. Митохондрион выполняет функцию синтеза АТФ и тем самым обеспечивает движение жгутика.

Хвост, или жгутик, расположен за средней частью. Он тоньше средней части и значительно длиннее её. Хвост — орган движения сперматозоида. Его строение типично для клеточных жгутиков эукариот.

Геном человека

Для осуществления нормальной жизнедеятельности каждой соматической клетке нашего организма необходимы 23 пары хромосом, полученных ей после слияния генетического материала материнской и отцовской клеток. Всю совокупность такого приобретенного генетического материала ученые-генетики называют геномом человека.

Изучение генома позволило специалистам определить, что хромосомный набор человека включает в себя последовательность более чем 30 000 разнообразных генов. Каждый из генов ответственен за развитие у человека какого-либо определенного признака.

О том, что передается человеку с генами, смотрите в следующем видео.

Калькулятор расчета овуляции

Длительность цикла

Длительность менструации

• Менструация
• Овуляция
• Высокая вероятность зачатия

Укажите первый день последней менструации

Овуляция происходит за 14 дней до начала менструального цикла (при 28-дневном цикле – на 14-й день). Отклонение от среднего значения бывает часто, поэтому расчет является приблизительным.

Также вместе с календарным методом можно измерять базальную температуру, исследовать цервикальную слизь, использовать специальные тесты или мини-микроскопы, сдавать анализы на ФСГ, ЛГ, эстрогены и прогестерон.

Однозначно установить день овуляции можно посредством фолликулометрии (УЗИ).

1. Losos, Jonathan B.; Raven, Peter H.; Johnson, George B.; Singer, Susan R. Biology. New York: McGraw-Hill. pp. 1207-1209.
2. Campbell N. A., Reece J. B., Urry L. A. e. a. Biology. 9th ed. — Benjamin Cummings, 2011. — p. 1263
3. Ткаченко Б. И., Брин В. Б., Захаров Ю. М., Недоспасов В. О., Пятин В. Ф. Физиология человека. Compendium / Под ред. Б. И. Ткаченко. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. — 496 с.
4. https://ru.wikipedia.org/wiki/Овуляция

Продление жизнедеятельности

Исследования показали, что на вопрос сколько времени живы сперматозоиды до сих пор нет однозначного ответа. Но есть возможность сохранить жизнедеятельность как можно дольше.

• Работа в горячем цеху или на вредном производстве действую на сперму весьма неблагоприятно. Не стоит увлекаться сауной и баней, так как оптимальная температура не должна превышать 37 градусов.
• Частое использование презервативов со смазкой также снижает активность и сокращает длительность их жизни.
• Резкое понижение температуры приводит к неподвижности и невозможности зачатия. Однако замороженная сперма может храниться продолжительное время, не теряя своих свойств.
• Спринцевание повлияет на кислотно-щелочной баланс влагалища, что не позволит быстро продвинуться к матке.
• Мужчинам не стоит носить слишком тесную одежду, так как это ведет к перегреву. Не помешает изменить рацион и употреблять больше овощей, орехов, фруктов и морепродуктов. Если обогатить сперму фруктозой, то это тоже способствует активности сперматозоидов.

При зачатии следует учитывать сколько жив сперматозоид, поскольку достичь яйцеклетку можно как за полчаса, так несколько дней. Конечно многое зависит от подвижности, качества и количества спермы. Слишком частые сексуальные контакты здесь тоже нежелательны.

Интересен тот факт, что сперматозоиды с Y-хромосомой весьма подвижны. Вероятность того, что будет мальчик возрастает после того, как половой акт произойдет прямо перед овуляцией.

Носители Х-хромосом довольно жизнедеятельны и попробовать зачать девочку можно за несколько дней до овуляции, когда сперматозоид успеет найти свою яйцеклетку.

Хранилища

Сперматозоиды образуются из половых клеток, или сперматогоний, которые, как все прочие клетки организма, имеют 23 пары хромосом и способны расти и делиться. Созревающие и готовые к оплодотворению сперматозоиды хранятся в мужских гонадах (репродуктивных органах) — двух яичках, упрятанных во избежание перегрева в особый наружный мешочек, или мошонку. Дело в том, что для развития сперматозоидов требуется более низкая температура, чем для всех прочих функций организма.

Однако мейоз на удивление сложный. Вместо того, чтобы просто делить материнские и отцовские хромосомы между двумя дочерними клетками, хромосомы сначала дублируются, так что каждая из них состоит из двух нитей или хроматид. Затем дублируются отцовские и материнские хромосомы, а хромосомные плечи срастаются вместе. Для разделения этих хромосом на их хроматиды снова требуются два деления ядра в процессах, называемых первым и вторым мейотическими делениями. Это приводит к Х-образным хромосомам, состоящим из двух хроматид, удерживаемых вместе кольсиновыми кольцами только в их центре, известном как центромер.

Женские яйцеклетки образуются из оогоний, также наделенных 23 парами хромосом, но созревают внутри организма в двух резервуарах, называемых яичниками.

Прежде чем произойдет встреча сперматозоида и яйцеклетки, парные хромосомы должны разделиться на одинарные, чтобы слиться с 23 одинарными хромосомами другой клетки и образовать 23 новые пары. Благодаря этому делению зародыш наследует половину характеристик отца и половину — матери. Процесс деления парных хромосом называется мейозом.

Производятся четыре ядра гаплоидных гамет, каждая из которых содержит одну хроматидную хромосому из каждой хромосомы, другими словами, план тела. Если яйцо оплодотворено, генетический материал от матери и отца объединяется, и создается новый диплоидный набор хромосом, или просто: ребенок с носом папы и глазами мумии. В первом делении киназа побеждает на хромосомных плечах, но затем она теряет против фосфатазы в центромерах, — объясняет Захария. Последняя работа Группы теперь продемонстрировала, как киназа выигрывает борьбу с фосфатазой у центромера во втором дивизионе.

Созревшая и готовая к процессу деления сперматогония называется сперматоцитом I порядка. На этой стадии происходит деление парных хромосом, при котором в каждой из двух новых клеток оказывается половинка каждой пары. Теперь новые клетки (сперматоциты II порядка) содержат 23 одинарные хромосомы.

Такое же разделение парных хромосом происходит и в развивающейся яйцеклетке. Созревшая оогония преобразуется в окруженный фолликулом ооцит I порядка, и в процессе мейоза его парные хромосомы тоже разделяются на одинарные.

Эта универсальная киназа также присутствует в клетках человека. Нормальная клетка человека должна содержать ровно 46 хромосом. Они сочетаются с 23 парами. Пары с 1 по 22 пронумерованы по размеру и внешнему виду и одинаковы у мужчин и женщин. 23-я пара упоминается как половые хромосомы. При зачатии яйцо, содержащее 23 хромосомы от матери, сочетается с спермой, содержащей 23 хромосомы от отца. Два набора генетической информации объединяются так, что растущий эмбрион имеет 23 пары или 46 полных хромосом и представляет собой смесь генов обоих биологических родителей.

Литература

1. Баранов В. С., Кузнецова Т. В. Цитогенетика эмбрионального развития человека: научно-практические аспекты // СПб.: Научная литература, 2007. — С. 252—310.
2. Ворсанова С. В., Юров Ю. Г., Чернышов В. Н. Медицинская цитогенетика // Москва, 2006. — С. 219—222.
3. Biancotti J. C. Human embryonic stem cells as models for aneuploid chromosomal syndromes // Stemvcells. — 2010. — Vol. 28. — P. 1530—1540.
4. Bricker L. Types of pregnancy loss in recurrent miscarriage: implications for research and clinical practice // Hum. Reprod., 2002. — Vol. 17, N 5. — P. 1345—1350.
5. Carrell D. T. The clinical implementation of sperm chromosome aneuploidy testing: pitfalls and promises // J Androl.,2008. — Vol. 29(2). — P. 124—33.
6. Gersen S. L. The principles of clinical Cytogenetics // New York: Springer, 2013. — P. 275—292.
7. Harper J. C. Preimplantation genetic diagnosis // CambridgeUniversity Press, 2009. — Р. 95—116.
8. Harton G. L. at al. ESHRE PGD Consortium/Embryology Special Interest Group. Best practice guidelines for polar body and embryo biopsy for preimplantation genetic diagnosis/screening (PGD/PGS) // Human Reproduction, 2010. — Vol. 1. — P. 1—8.
9. Nielsen J. Chromosome abnormalities found among 34,910 newborn children: results from a 13-year incidence study in Arhus, Denmark // Hum Genet., 1991. — Vol. 87(1). — P. 81—3.
10. McKinlay R. J. Chromosome abnormalities and genetic counseling // New York: Oxford University Press, Inc., 2012, — P. 27—66, P. 377—402.

Важность процесса движения

Кислотность агрессивной для сперматозоидов среды влагалища неоднородна, и их движение направлено в сторону уменьшения кислотности.

Именно поэтому так важна скорость перемещения мужской гаметы, ведь чем дольше нахождение в более агрессивной среде, тем больше вероятность её гибели.

Важно также, что сперматозоиды способны воспринимать аттрактанты, особые химические вещества, способные стимулировать движение к источнику их выделения. Доказано их выделение яйцеклеткой, что и способствует направленному движению сперматозоидов.. Мобильность сперматозоидов имеет большее значение, чем их количество в сперме

Об этом хорошо известно врачам-андрологам. Заболевание, при котором половые клетки мужчины живы, но не способны перемещаться, называется акиноспермией

Мобильность сперматозоидов имеет большее значение, чем их количество в сперме. Об этом хорошо известно врачам-андрологам. Заболевание, при котором половые клетки мужчины живы, но не способны перемещаться, называется акиноспермией.

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.

Виды

В медицине принято делить мужские половые клетки на 2 вида: те, в которых содержатся X хромосомы (гиноспермии) и те, которые несут Y хромосомы (андроспермии). Первые клетки приводят к зачатию девочки, а вторые – мальчика. Стоит сказать, что тот факт, сколько хромосом у сперматозоида, не зависит от его разновидности. В норме их всегда будет 23.

К сожалению, сразу после зачатия абсолютно точно узнать пол ребенка невозможно, однако его можно предположить с достаточно большой вероятностью. Как показывают наблюдения, репродуктивные клетки с Y-хромосомой гораздо более активны, в то время как клетки, несущие X-хромосому имеют большую продолжительность жизни.

Исходя из этого, можно сделать вывод, что пары, желающие зачать мальчика должны вступать в незащищенные половые контакты во время овуляции. В этом случае сперматозоиды с Y хромосомой достигнут цели гораздо быстрее. Если же половой акт произошел за сутки до овуляции – повышаются шансы зачать девочку.

Стоит сказать, что для удачного оплодотворения важно не только количество сперматозоидов, но и их качество, состав семенной жидкости. В спермограмме даже самого здорового мужчины наряду с качественными гаметами встречаются также патологические формы репродуктивных клеток

Однако их количество обычно не превышает 20-25%.

Иногда сперматозоидов с нетипичным строением может быть чрезвычайно много. Такое может происходить при различных заболеваниях половых органов (как правило, воспалительного характера).

Чтобы узнать соотношение здоровых и патологических репродуктивных сперматозоидов, выявить каковы особенности строения сперматозоидов у мужчины, медики традиционно выполняют тест Крюгера.

Его суть состоит в том, что мужчина сдает сперму в медицинском учреждении путем сексуального самоудовлетворения. Биологический материал собирается в стерильный контейнер, а затем отправляется в лабораторию. Там его окрашивают по Папаниколау (это необходимо для того, чтобы четче рассмотреть половые клетки) и исследует под микроскопом.

При различных патологиях сперматозоид может иметь такое строение:

• избыточная толщина шейки или ее искривление;
• наличие двойного хвоста;
• полное отсутствие хвоста;
• деформации головки;
• наличие двух головок.

Кроме этого возможны также малозаметные изменения в форме сперматозоида.

Данное состояние требует срочного медицинского вмешательства, так как чрезмерное число аномальных репродуктивных клеток повышают шансы замершей беременности, выкидышей, а также рождения ребенка с различными патологиями.

Процесс митоза

Деление клетки — это важный, сложный и энергозатратный процесс. Представьте себе, что вы планируете пойти в поход — что вам нужно сделать перед  этим? Для начала нужно подготовиться — скорее всего, сборы займут у вас даже больше сил, чем путешествие. Вот и клетке необходимо подготовиться! Для этого перед делением проходит  интерфаза.

Интерфаза деления

Обращаю ваше внимание на то, что интерфаза не является фазой деления. Ее правильнее будет назвать подготовительной стадией

Если бы вы были клеткой, что бы вам хотелось сделать, чтобы деление прошло без осложнений, а чтобы новые клетки ни в чем не нуждались первое время? В этой ситуации пригодилась бы энергия, строительные и наследственные материалы. Для получения всех этих веществ и проходит интерфаза.

Процессы, проходящие в интерфазу:

• Синтез АТФ. В молекулах АТФ в нашем организме запасается энергия, а без энергии такую сложную процедуру было бы невозможно провести.
• Синтез и накопление органических веществ. Нужно же из чего-то строить новые клетки?
• Репликация ДНК. Удвоение молекулы ДНК — центральный процесс интерфазы. Из одной молекулы ДНК образуется две, молекула раскручивается и к каждой из цепочек, по принципу комплементарности, достраивается еще одна цепь. В итоге вместо одной ДНК в хромосоме образуется две, такая хромосома называется двухроматидной, а набор ДНК становится 4с.
• Удвоение некоторых органоидов. Это нужно, чтобы после деления каждой клетке достался примерно одинаковый стартовый набор для начала самостоятельной жизни.

После такой серьезной подготовки можно перейти к делению. Благодаря репликации ДНК в интерфазе, клетка вступает в митоз с набором 2n4c. Например, для человека это 46 хромосом и 92 молекулы ДНК (по две молекулы в каждой хромосоме).

Для ЕГЭ важно помнить, что митоз проходит в 4 фазы. Чтобы закрепить правильную последовательность стадий, предлагаю маленький лайфхак — просто  запомните слово ПРИМАТ

Мы с вами относимся к приматам, а буквы в этом слове расположены так же, как фазы митоза, начинающиеся с этих букв. Профаза, метафаза, анафаза и телофаза.

Профаза

В профазе хромосомы спирализуются, из-за этого ядро и ядерная оболочка распадаются.

• Хромосомы хаотично располагаются в цитоплазме.
• Центриоли клеточного центра расходятся к полюсам и начинают формировать веретено деления.
• Несмотря на то, что процессы идут достаточно активно, на набор ни один из них не влияет, и он остается прежним-—2n4c.

Метафаза

Пожалуй, самая красивая фаза митоза — метафаза. Ее частенько упоминают в фильмах и сериалах про школу, например в «Сумерках», потому что она лучше остальных фаз просматривается в микроскоп.

• Хромосомы выстраиваются в линию друг за другом по экватору и формируют метафазную или экваториальную пластинку.
• Нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом. Получается, что каждая из них удерживается с двух полюсов.  
• Хромосомы поменяли только положение, набор в клетке не изменился – 2n4c

Анафаза

Активная и интересная фаза.

• Нити веретена деления сокращаются и разрывают двухроматидные хромосомы, растаскивая сестринские хроматиды к противоположным полюсам клетки
• Каждая из хроматид становится однохроматидной хромосомой с одной молекулой ДНК внутри
• Количество хромосом увеличивается вдвое, а количество молекул ДНК не меняется. Набор 4n4c.

Телофаза

После того, как клетка разделила генетический материал по полюсам, она может приступить непосредственно к делению.

• Происходит деспирализация хромосом
• В будущих клетках формируются ядра и ядерные оболочки
• Цитоплазма и органоиды распределяются поровну
• Клетка делится надвое, в результате образуются две диплоидные клетки с набором 2n2c
• Эти клетки не только идентичны друг другу, но и материнской клетке, которая вступила в деление изначально.

Хромосомы яйцеклетки

Итак, давайте в первую очередь разберемся с вопросом «Сколько в яйцеклетке человека хромосом?». Полный набор хромосом в яйцеклетке состоит из 46 элементов. При этом половые клетки человека содержат 23 хромосомы, но когда яйцеклетка соединяется со сперматозоидом, набор полностью укомплектовывается, и зарождается новая жизнь.

Хромосома – это часть клеточного ядра, которая несет в себе какую-либо наследственную информацию. Именно от генетической структуры зависят индивидуальные особенности человеческого организма. В соматических клетках содержится 23 пары хромосом, и 22 из них имеют двойную структуру.

Только половые клетки (яйцеклетка и сперматозоид) содержат хромосомы с одинарной структурой. Эта особенность специально задумана природой, чтобы при оплодотворении эмбрион имел нормальный набор хромосом. Мало кто знает, что информационная емкость человеческой яйцеклетки приблизительно равна 233 бит

В яйцеклетке человека содержится 23 хромосомы. Однако мужские и женские половые клетки имеют важные генетические отличия. В первую очередь, яйцеклетка отличается от сперматозоида набором хромосом. В ядре содержится 22 одинарных Х-хромосомы.

Такие элементы содержат намного больше ДНК, и как следствие генетической информации, чем Y-хромосомы. Половые клетки человека формируются еще во время внутриутробного развития эмбриона.  В первые месяцы жизни ребенка их количество составляет около 1 млн. Однако постепенно такие  показатели снижаются до 300 тыс.

Репродуктивные функции гамета взрослой женщины сохраняет на протяжении 1-4 суток, а затем погибает. Женские половые клетки имеют также несколько дополнительных отличий, а именно:

• Количество митохондрий. В женской гамете таких элементов меньше, так как она является статичной, и лишняя энергия ей ни к чему.
• Наличие цитоплазмы в женских половых клетках. Это вещество необходимо для активного накопления питательных веществ, обеспечивающих рост эмбриона после оплодотворения.
• Оболочка женской гаметы вырабатывает специальное вещество, которое притягивает сперматозоиды. Также она выполняет роль защитной мембраны, способной пропустить внутрь только одного самого быстрого и сильного спермия.

Яйцеклетка формируется в женском организме только один раз в месяц, в то время как мужские гаметы образуются ежедневно. Принцип передвижения у женских и мужских половых клеток также кардинально отличается. Яйцеклетка самостоятельно перемещаться не может. Она попадает в матку только за счет активных ворсинок, расположенных на маточных трубах.