Состав спермы и ее биологические свойства.

ЛЕКЦИЯ

Тема: «ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ СПЕРМЫ»

ПЛАН:

1. Состав спермы и ее биологические свойства;

2. Морфология спермия;

3. Химический состав спермы;

4. Энергетические процессы в сперме;

5. Анабиоз спермиев;

Состав спермы и ее биологические свойства.

Сперма с/х животных состоит из двух частей различного происхождения: спермиев, образовавшихся в семеннике и созревших в придатке семенника и жидкости или (плазмы), являющейся смесью секрета придатка и секретов придаточных половых желез (предстательной, пузырьковидных, луковичных и уретральных).

У одних животных спермии составляют значительную часть эякулята (баран – около 30%, бык – около 14%), у других (хряк и жеребец), где секретов придаточных половых желез больше, они составляют лишь очень небольшую его часть (не более 7-8%). Соотношение между плазмой и спермиями даже у одного и того же животного не постоянно и зависит от многих факторов (режим эксплуатации).

Для искусственного осеменения желательны густые эякуляты, насыщенные спермиями, так как спермии в таких эякулятах более жизнеспособны и лучше сохраняются.

Спермии являются главной составной частью спермы. Но и жидкость окружающая их важна тем, что содержит питательные вещества для спермиев, соли, обеспечивающие ее изотоничность, буферы, предотвращающие негативно действующее повышение кислотности спермы.

Наиболее существенное биологическое свойство спермиев – их подвижность, переживаемость и оплодотворяющая способность. Первое и второе свойства являются основой для третьего, однако, оплодотворяющая способность обусловлена не только подвижностью, так как в некоторых случаях при достаточной подвижности спермии не обладают необходимой оплодотворяющей способностью.

2. Морфология спермия

Спермии сельскохозяйственных животных представляют собой небольшие подвижные клетки длиной 0,05-0,08 мм. (рисунок спермия)

Спермии состоят из головки, шейки, тела и длинного хвостика.

Головка (8-10 мкм) представляет овальную пластинку вогнутую с одной стороны и выпуклую с другой. При движении она вращается вокруг продольной оси и это заметно в слабоосвещенном поле микроскопа.

Головка спермия быка и барана суживается, а у жеребца и хряка она имеет равномерно овальную форму.

В средней и задней части головки находится ядро спермия, а в передней – акросома, образующая колпачок. Акросома состоит из иного вещества, чем ядро. Акросома и ядро покрыты очень тонкой оболочкой. (липопротеидной).

Шейка(1 мкм) имеет внутри две центриоли – проксимальную и дистальную. Центриоли связаны между собой тремя пучками фибрильных нитей.

Тело (8-10мкм) по длине примерно равно головке или вдвое больше ее и служит опорой для хвостика. Основу шейки тела и хвоста составляет осевая нить, которая образуется из дистальной центриоли и состоит из 2-х центральных фибрилл, окруженных тонкими двойными фибриллами. В теле спермия осевая нить окружена спиральной нитью, содержащей значительное количество липидов.

Хвост(50 мкм) состоит только из осевой нити, окруженной протоплазмой, за исключением самого конца, где осевая нить голая.

Снаружи спермий покрыт тонкой, но прочной оболочкой белкового характера, по химическому составу сходной с кератином кожи животных. в хвостовой части эта оболочка образует спиральное утолщение. Оболочка нормального спермия видна только под электронным микроскопом. При длительном хранении спермы оболочка набухает, отслаивается от головки и хвоста и становится видной в обычный микроскоп.

Находясь в придатке семенника спермии приобретают наружный липопротеидный покров (оболочку) состоящий из фосфорсодержащих липидов и белков и предохраняющий спермиев от внешних воздействий. Под влиянием анионов некоторых солей эта оболочка набухает и разрушается, что ускоряет гибель клеток (например хлор, входящих в 1%-ый раствор).

Зрелые спермии несут на своей поверхности отрицательный электрический заряд, предупреждающий их склеивание при приближении друг к другу (приобретает в придатке семенника).

Сперматогенез (сперматоцитогенез, спермиогенез)

- у быка 60 дней; для продвижения по каналу 8-14 дней; биологическая полноценность сохраняется 30-35 дней.

Суть: сперматогенез заключается в превращении диплоидных первичных половых клеток в гаплоидные дифференцированные мужские половые клетки – спермии.

Спермии образуются в семенниках взрослого животного из сперматогоний. Последние являются клетками зачаткового эпителия извитых канальцев семенника. В результате многочисленных делений сперматогоний образуются сперматоциты 1-го порядка, которые делятся и дают сперматоциты 2-го порядка. Последние делятся, образуя сперматиды. Этим заканчивается сперматоцитогенез. Затем сперматиды увеличиваются в размере и становятся материнскими клеточками для спермиев. Начинается спермиогенез. При последнем делении, происходящем в сперматоцитах 2-го порядка, хромосомы в ядре не удваиваются, как при предшествующих делениях, а расходуются поровну в обе дочерние клетки. Поэтому в сперматидах имеется половинное диплоидное (гаплоидное) число хромосом. При превращении сперматид в спермии ядро их становится плотным.

2. Химический состав спермы.

Сперма быков и баранов содержит много бел­ков: у быка — 5,8, у баранов — 10%. В сперме хряка белков 3,8, а у жереб­ца лишь 1,0—2,5%, В сперме быка и барана присутствуют липиды и фрук­тоза, а у хряков и жеребцов находят лишь их следы. Из минеральных ве­ществ имеются калий, натрий, хлор, фосфор и ряд микроэлементов.

СПЕРМИЙ

Гистохимические исследования показали, что головка спермия по своему химическому строению резко отличается от нитевидной его части. В основном она состоит из нуклеопротеидов, которые представляют собой соединение ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), с простым белком гистоном. ДНК содержит значительное количество фосфора (около 10%) и составляет около 40% сухого вещества головки.

Тело и хвост спермия состоят в основном из липидов и белков. примерно половину липидов составляет фосфорсодержащие липиды плазмоген и лецитин.

Вследствие того, что в спермиях имеется большое количество фосфорсодержащих соединений (ДНК, АТФ, фосфолипиды), общее количество фосфора в сухом веществе спермиев составляет 2,7%. Роль фосфора в биохимических процессах происходящих в сперме, чрезвычайно велика (четкое балансирование рациона).

До 1-2% сухого вещества спермиев составляют минеральные вещества (Na, K, Ca, Mg), входящие в состав различных кислот. Сера, входящая в состав цистина, обнаружена во всех частях спермия.

ПЛАЗМА СПЕРМЫ

Плазма спермы – это секреты придатка семенника, пузырьковидной, куперовых, предстательной и уретральных желез.

Развитие этих желез у разных видов с/х животных неодинаково, поэтому и состав плазмы спермы у разных животных значительно отличается. А это сказывается на биологических свойствах спермы, в частности на переживаемости спермиев.

У баранов главная часть эякулята барана (80-90%) слагается из спермиев и секрета придатка семенника. Секрет придатка семенника составляет 50-60% эякулята. В остальных 10-20% заметная роль принадлежит секрету пузырьковидных желез. На долю секретов предстательной и куперовых желез остается очень мало.

У быка особенно развиты пузырьковидные железы, их секрет составляет до 40% эякулята, секрет предстательной железы составляет 5-6% эякулята. Секретов куперовых и уретральных желез в эякуляте очень мало.

У хряка наряду с пузырьковидными сильно развиты луковичные (Куперовы) железы, но главную массу эякулята (до 55-70%) составляют секреты предстательной и уретральных желез. 26% объема составляют секреты пузырьковидных, - 18% - куперовых желез и 2% секреты придатка семенника. Сперма хряка содержит желатиноподобные комки и зерна, которые составляют до 20-30% эякулята. Это продукт секреции куперовых желез, свертывается и затем набухает (при получении спермы этот секрет отфильтровывают).

У жеребца пузырьковидные железы продуцируют от 8 до 85 мл секрета. Предстательная железа выделяет ничтожное количество секрета (менее 0,5 мл), относительно много жидкости содержится в ампулах семяпроводов (от 2,5 до 65 мл). Куперовы и уретральные железы дают вместе 25-80 мл эякулята.

Секреты придатка семенника и пузырьковидных желез имеют слабокислую реакцию, а остальные секреты слабощелочную.

Секрет придатка более богат белками и липидами. Из солей в целом преобладают соли Калия.

Секрет пузырьковидных желез (рH 6,5), имеющий наиболее важное значение для жизни спермиев, богат белками, липидами и солями Калия. Наиболее характерными составными частями секрета являются: фруктоза, лимонная кислота и щелочная фосфатаза, имеющая значение для образования фруктозы. Содержится также аскорбиновая кислота и многоатомный спирт – сорбит.

Секрет предстательной железы (рH 6,5) содержит очень небольшое количество растворенных веществ (1-2%), среди которых имеются свободные аминокислоты, ряд ферментов (кислая фосфатаза), а также простагландины, способствующие сокращению матки и сужению кровеносных сосудов. Чрезвычайно богат электролитами – натрием, калием, хлором, кальцием, бикарбонатом, цитратом, причем преобладает хлористый натрий (у кобеля до 90%). содержит антагглютинин – вещество, предохраняющее спермиев от агглютинации.

Луковичные (Куперовы) выделяют щелочной (р H 7,8-8,0) секрет.

Железы наиболее развиты у хряка и выделяют желатинозный секрет, который в смеси с секретом пузырьковидных желез образует крупные шарообразные зерна и выделяется в конце эякуляции. У остальных животных секрет куперовых желез прозрачный и тягучий, альбуминовой природы, выделяется в начале эякуляции, промывает уретру.

В целом секрет придаточных половых желез и канала придатка семенника (плазма спермы) имеет реакцию слабокислую (рH 6,5-6,7 у барана и быка) или слабощелочную (рH 7,2-7,3 у хряка и жеребца).

В процессе эякуляции все эти секреты выделяются неодновременно, в этом и состоит «асинхронность» процесса эякуляции.

Еще до спаривания и эякуляции из мочеполового канала начинают выделятся капли жидкости – это секреты уретральных и куперовых желез, которые промывают мочеполовой канал.

В начале эякуляции к этим секретам присоединяются, а затем сменяют их секрет предстательной железой и спермии с секретом придатка семенника. Последним выделяется секрет пузырьковидных желез, который промывает мочеполовой канал от спермиев (собирает их).

Важными характеристиками плазмы спермы явля­ются буферность и осмотическое давление.

Буферностъ ( свойство устойчиво сохранять свою реакцию) спермы обусловлена в основном солями сла­бых кислот - карбонатами, цитратами и фосфатами. Определенную роль в обеспечении буферности спермы играет и белок. Буферность спермы слабее буферности крови. Наиболее сильная она в сперме быка и барана.

Осмотическое давление спермы определяется коли­чеством растворенных в плазме веществ: минеральных и органических. Причем у различных видов живот­ных количество этих веществ различно.

Так, у хряка основными элементами, создающими осмотическое дав­ление, являются инозитол и калия цитрат; у кобеля — натрий хлористый. Выражается осмотическое давле­ние в атмосферах; колеблется в пределах 6,7—8,7 атм. Определяется этот показатель на основании величины депрессии, т. е. точки замерзания, которая для спер­мы животных равна примерно-0,6°С.

Поскольку спермии построены в основном из белка, который преобладает также и в секретах придаточных половых желез, то понятно, что в рационы для производителей должны входить корма, содержащие достаточное количество белка, а также фосфора, калия, натрия, кальция, хлора. (привести рацион быков из Барановичского ГПП).

3. Движение спермиев

Спермии обладают способностью к быстрому движению в окружающей их жидкой среде. Органами движения являются тело и хвост. Тело во время движения остается прямым и служит опорой для хвоста, который делает частые сокращения, толкая спермия вперед. Волны сокращения хвоста следуют одна за другой, в результате чего хвост изгибается змееобразно. При этом головка спермия, имея неправильную, несколько косую и вогнутую форму вращается вокруг своей оси и как бы ввинчивается в жидкость. вращение спермия происходит вследствие спиральной исчерченности поверхности тела и хвоста. Благодаря вращению нормальный спермий продвигается вперед по прямой линии. Такое движение называется прямолинейно-поступательным.

У спермиев, ослабленных в результате долгого хранения, форма головки в результате набухания изменяется и они начинают двигаться по замкнутому кругу – манежное движение, или же только по колеблются на одном месте – колебательное движение.

Манежное движение радиусом большим длины спермия тоже называется – прямолинейно поступательным.

Скорость движения спермиев в большой степени зависит от окружающей среды. При температуре 38-40⁰С спермии двигаются со скоростью 5-10 мм/минуту, а при 5⁰С их движение прекращается.