Функции и строение сперматозоида
Сперматозоид — мужская половая клетка способная к передвижению, функцией которой является оплодотворение яйцеклетки.
Его строение, размеры и способность к передвижению напрямую связаны с условиями участия в процессе оогамии. Так называют оплодотворение, при котором половые клетки самца и самки резко отличаются по форме, размеру и функциям.
У человека сперматозоид можно считать наименьшей клеткой в организме, если не учитывать при измерении его хвост. Это одна из самых специализированных клеток. Иногда их называют также живчиками или спермиями.
Строение сперматозоида соответствует его функциональному предназначению, которое состоит в преодолении половых путей женщины и передаче генетической информации в яйцеклетку.
Сперматозоид состоит из:
- головки
- шейки
- средней части
- хвоста.
Эллипсоидной формы головка состоит из:
- акросомы
- ядра
- центросомы.
Акросома находится в передней части головки и представляет собой модифицированный комплекс Гольджи. Она содержит пятнадцать литических ферментов.
Наиболее важные из них гиалуронидаза и трипсиноподобный акрозин.
Во время контакта с яйцеклеткой происходит выброс этих ферментов на оболочку яйцеклетки и образование отверстия для проникновения сперматозоида.
За акросомой находится ядро, в котором находится генетический материал. В нём содержится 23 хромосомы, которые при оплодотворении сливаются 23 хромосомами яйцеклетки и дают начало новому организму.
Центросома находится в задней части головки, ближе к средней части сперматозоида. Она является центром системы микротрубочек и обеспечивает двигательную функцию хвоста. Гипотетически она задействована в соединении ядер зиготы и первом делении её клеток.
Шейка сперматозоида — это сужающаяся область за головкой, в котором она соединяется с телом сперматозоида. Она имеет гибкую структуру, что позволяет головке совершать колебательные движения.
За шейкой сперматозоида расположена средняя часть, иногда называемая телом. В ней находится митохондрион спиралевидной формы с 28 митохондриями. Накопленная им АТФ, задействуется для движения сперматозоида. Внутри спирали митохондриона расположен скелет жгутика, состоящий из микротрубочек.
Хвост сперматозоида находится за средней частью. Он значительно длиннее и уже неё. Сперматозоид перемещается благодаря кнутоообразным движениям хвоста, в котором находится две центральных и девять периферических пар микротрубочек.
Открытие сперматозоида
Первым, кто открыл сперматозоид, был друг известного голландского натуралиста Антони ван Левенгука Иоганн Гамм. Именно он сообщил Левенгуку о «семенных зверьках» в 1677 году.
Но заслуга Левенгука состоит в том, что он первым детально описал их, задокументировал наблюдения и отослал результаты в Лондонское Королевское общество.
Особенно удивительно то, что Левенгук работал, не используя микроскопа и не имея высшего образования. У него был талант к изготовлению линз, одна из которых обладала способностью к увеличению в 270 раз, и очень хорошее зрение.
Линзы тогда были размером с горошину, и прикладывать их приходилось прямо к глазу.
Самого Левенгука открыл для мира другой известный учёный Грааф, написавший в 1673 году секретарю Лондонского Королевского общества об удивительном изобретателе, увеличительные приборы которого превосходили известные на то время.
В том же году Грааф умер, не дожив и до 33 лет. Если бы не он, то Левенгук мог и не получить нужной ему поддержки, и мир узнал о сперматозоидах значительно позже.
В знак признания его заслуг, Левенгук всё-таки был принят в Лондонское Королевское общество, несмотря на то, что многие его члены сначала высокомерно относились к учёному.
Левенгук придерживался другого мнения, считая их будущей особью в зародышевом состоянии. Оплодотворяющая функция сперматозоида была позже доказана итальянским учёным Ладзаро Спалланцани. Сам же термин «сперматозоид» впервые был введён Карлом Эрнстом фон Бэром.
Особенности строения сперматозоида
Строение сперматозоида, как половой клетки, являющейся высокоспециализированной, имеет ряд отличительных особенностей, в сравнении с соматическими клетками.
Главные особенности таковы:
- в сперматозоиде намного меньше цитоплазмы, т. к. она менее значима, чем ядро;
- ядро содержит гаплоидный набор хромосом, то есть хромосомы без пары;
- обмен веществ находится на низком уровне, потребление энергии минимально;
- имеет жгутикообразный хвост для передвижения.
Размеры сперматозоида
Сперматозоид одна из самых мелких клеток в человеческом организме.
Его размеры составляют:
- длина 55 мкм;
- ширина 3,5 мкм;
- высота 2,5 мкм
Особенности мужских сперматозоидов
Некоторые важные особенности мужских гамет обеспечивают их эффективное функционирование в жёстких условиях. Это:
- отрицательный электрический заряд, не позволяющий протекать процессу агглютинации (склеивания) сперматозоидов в эякуляте;
- способность активно передвигаться со скоростью до 5 см в час, благодаря движениям жгутикоообразного хвостика;
- жидкокристаллическое состояние цитоплазмы, позволяющее выдерживать нахождение в неблагоприятной среде.
Свойства мужских гамет
Сперматозоид резко отличается от яйцеклетки по многим параметрам. Фактически они сходны лишь гаплоидным набором хромосом.
Основными свойствами гамет мужчины являются:
- способность к активному движению;
- небольшие размеры;
- наличие ферментов, способных расщепить мукополисахаридную оболочку яйцеклетки;
- отсутствие запаса питательных веществ;
- выработка в большом количестве.
Срок жизни сперматозоида
После 64 дней созревания сперматозоиды остаются в придатках яичек примерно 30 дней, после чего гибнут. До 24 часов они могут оставаться живыми в сперме, в зависимости от параметров среды.
При попадании в агрессивную для них кислую среду влагалища, сперматозоиды быстро гибнут.
По данным ВОЗ через два часа после полового акта во влагалище уже не остаётся живых сперматозоидов.
Если они попадают в матку, шейку матки или фаллопиевы трубы, они могут быть живыми до трёх суток.
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.
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.
Процесс оплодотворения
Попав во влагалище с эякулятом, сперматозоиды начинают движение к шейке матки, а затем в матку. Большая часть их гибнет в неблагоприятной среде влагалища спустя два часа. В шейке матки выделяется слизь, которая также препятствует их дальнейшему движению.
Для успешного осуществления процесса, дальнейшее движение должно продолжать не мене 10000000 сперматозоидов.
Оплодотворение яйцеклетки происходит в расширяющейся около яичника части маточной трубы.
Следующим препятствием для доступа к яйцеклетке становится лучистый венец пласт фолликулярных клеток вокруг неё.
Этот слой должен быть разрушен ферментами акросом сперматозоидов. Большое количество сперматозоидов, стремящихся достигнуть яйцеклетки, разрушают структуру, лучистого венца.
Затем, сперматозоид с помощью ферментов акросомы растворяет мукополисахаридную оболочку яйцеклетки, создавая отверстие для головки. После этого его головка проникает внутрь яйцеклетки. При этом тело и хвост остаются за её пределами. Во время слияния гаплоидных яйцеклетки и сперматозоида образуется диплоидная зигота, содержащая 46 хромосом.
