Энергетические процессы в спермиях

На поддержание жизни и движения спермии расходуют энергию. источниками энергии в данном случае являются два биохимических процесса: дыхание и фруктолиз.

В энергетических процессах, происходящих в сперме, большая роль отводится АТФ, как переносчику энергии, выделившейся в результате дыхания или фруктолиза. Энергия эта переносится к сократительному белку спермия – спермозину, который при этом сокращается и хвост спермия приходит в движение.

Процесс дыхания сопровождается окислением углеводов, липидов (фосфатидов) и белков. При этом вначале окисляются моносахариды - фруктоза и глюкоза, а также молочная кислота, образующаяся при их распаде.

При наличии сахаров липиды и белки на дыхание почти не используются.

Второй группой веществ, расходуемых при дыхании, являются липиды (фосфатиды) – плазмоген и лецитин. В отличие от других животных в плазме жеребца на дыхание тратится некоторое количество белков, на что указывает накопление аммиака в процессе дыхания спермы.

При окислении моносахаридов фруктоза в конечном итоге расщепляется на до двуокиси углерода (СО₂) и воды с выделением значительного количества энергии: С ₆Н ₁₂О₆+6О₂----6СО₂+6Н₂О+2846кДж. Такое количество энергии выделяется при распаде 1 моля (180 грамм) фруктозы.

Дыхание является основным энергетическим процессом для спермиев, от которого они получают 90% необходимой энергии. Этот сложнейший процесс происходит при участии ряда ферментов таких как цитохромоксидаза, карбоксилаза и др.

Дыхание спермиев, как и ряд других жизненных процессов усиливается при повышении температуры и ослабляется при ее понижении. При этом при повышении или понижении температуры на каждые 10⁰С оно повышается или понижается в 2 раза.

Щелочная среда повышает интенсивность процессов дыхания, кислая – понижает.

Высокий уровень дыхания свидетельствует о хорошем качестве спермы и хорошей оплодотворяющей способности спермиев.

В практике интенсивность дыхания спермиев определяется по методу Н. П. Шергина с помощью метиленовой синьки.

Рассказ: в 100 мл 0,9% NаCl растворяют 100 мг метиленовой синьки, ставят на 3 дня. Затем из маточного раствора готовят рабочий – 1% (1:10). Оценка: обесцвечивание

- бык до 10 мин – хор, 11-30 мин-ср, более 30 – плохо;

- баран 7 8-12 12

Фруктолиз или гликолиз – это расщепление сахаров без участия кислорода. Этот процесс является вторым источником энергии для спермиев после дыхания. В результате фруктолиза выделяется в 20 раз меньше энергии, чем при дыхании на каждую грамм-молекулу фруктозы. Следовательно, фруктолиз является менее экономным процессом, чем дыхание.

Фруктоза (а также незначительное количество глюкозы, галактозы и других моносахаров) продуцируется в пузырьковидных железах быка и барана. Как фруктоза, так и другие моносахара способны проникать через оболочку цитоплазмы спермиев довольно быстро.

Поскольку в сперме хряка и жеребца почти нет сахара, то фруктолиз у этих животных практически отсутствует. Однако путем добавления сахаров к сперме этих животных установлено, что спермии их способны к фруктолизу. В связи с этим наличие или отсутствие фруктолиза, наряду с другими характерными признаками, позволяет различать 2 типа спермы с/х животных.

К первому типу принадлежит сперма быка, барана и козла. Указанные производители выделяют густую сперму, содержащую сахар и имеющую высокий уровень фруктолиза.

Ко второму типу относится сперма жеребца и хряка. Сильно разбавленная секретами придаточных половых желез. В ней отсутствует сахар, а следовательно отсутствует и фруктолиз.

Как уже сказано, фруктолиз является второстепенным источником энергии по сравнении с дыханием, но при отсутствии кислорода становится единственным энергетическим процессом.

Недостаток О₂ может иметь место в глубине половых органов самки, особенно в яйцепроводах, а также при хранении спермы вне организма в узких сосудах. В последнем случае спермии дышат лишь в тонком поверхностном слое спермы, а в более глубоких слоях может наступать только фруктолиз. Чем гуще сперма, тем интенсивнее протекает в ней фруктолиз

В результате расщепления фруктозы при фруктолизе образуется молочная кислота и выделяется небольшое количество энергии:

С ₆Н ₁₂О₆----2С ₃ Н ₆О₃++129кДж.

Образующуюся молочную кислоту спермии выделяют через свою оболочку в окружающую среду. В половых путях самки выделенная молочная кислота попадает в слизь, контактируется со стенками половых путей, а затем, скорее всего всасывается в кровь. Совершенно иначе обстоит дело тогда, когда сперма содержится в стеклянном или пластмассовом сосуде. Здесь молочной кислоте всасываться некуда и она постепенно накапливается в большом количестве в плазме спермы. Чем выше температура окружающей среды и гуще сперма, тем интенсивнее идет это накопление.

Анабиоз спермиев.

Анабиоз — состояние живых организмов или от­дельных клеток, при котором они переносят крайнее замедление или даже полное прекращение всех жизнен­ных процессов и могут быть возвращены к активной жизнедеятельности после создания необходимых физио­логических условий (Л. К. Лозина—Лозинский, 1955).

В зависимости от глубины анабиотического состоя­ния различают:

· полный анабиоз (абиоз), при котором отсутствует функционирование жизнеспособных структур, прекращен обмен веществ и фактически отсут­ствуют разрушительные процессы;

· неполный ана­биоз, при котором разрушительные процессы более ярко выражены, однако, протекают не за счет обмена веществ;

· мезабиоз — промежуточное состояние, при котором имеет место односторонний (диссимиляция) обмен веществ, связанный уже с функционированием ферментноактивных участков жизнеспособных струк­тур.

· полностью активное состояние — жизнь (биос) ха­рактеризуется двухсторонним обменом веществ с наличием созидательных и разрушительных процессов.

Анабиоз может быть вызван различными факторами. Естественный анабиоз и мезабиоз ши­роко распространены в природе. Чаще всего эти явления наблюдаются у гамет (пыльца высших растений, спермии) или зародышей (зерна, споры растений, яйца птиц и т. п.), которые способны в течение длительного вре­мени находиться в неактивном состоянии и после попа­дания в благоприятную среду возвращаться в активное состояние для того, чтобы оплодотворить яйцеклетку или дать начало развитию нового растительного или живот­ного организма.

В придатках семенников млекопитающих спермии благодаря естественному мезабиозу находятся в непо­движном состоянии (хряки, буйволы) или обладают очень слабой активностью (жеребцы, бараны, козлы, С. Кришна Рао, 1958).

Это обусловливается пони­женным количеством электролитов и моносахаридов в секрете придатка, повышенной кислотностью и быстрым освобождением спермиев от вредных продуктов их ка­таболизма, что предотвращает аутоинтоксикацию. По­следнее, по-видимому, играет основную роль, так как мужские гаметы (быка, барана) способны жить во внешней среде при плюсовых температурах довольно длительное время (10—12 суток), однако эта способ­ность не используется вследствие отравления их продук­тами собственной жизнедеятельности.

Один из факторов мезабиоза, действующий в придат­ке семенника,—слабокислая реакция среды—был ис­пользован многими авторами (Н. Ван-Демарк и У. Д. Шарма, 1957; Л. Яськовский, 1959; М. В. Сытина и В. К. Милованов, 1961) для разработки производст­венных методов кратковременного хранения спермы при плюсовых температурах. В качестве подкислителя они использовали углекислый газ.

Молочная кислота обладает способностью тормозить обменные процессы в сперме и вовлекает их состояние анабиоза, т. е. спермии теряют подвижность, оставаясь при этом живыми. При малой концентрации кислоты (рH 6) имеет место так называемая 1-я фаза анабиоза, когда спермии неподвижны лишь в условиях комнатной температуры, а подогревание спермы до 38-40⁰С вновь выводит их из состояния неподвижности..

При рH<6 наступает вторая фаза анабиоза. Для устранения второй фазы сперму приходится не только подогревать, но и нейтрализовать кислоту щелочными растворами, например натрия цитрата.

В состоянии анабиоза процессы дыхания и фруктолиза в сперме значительно снижены, что является положительным фактором, так как при этом удлиняются сроки хранения спермиев. Однако молочная кислота действует на сперму и токсически, что губительно для спермиев. Поэтому при исследовании качества спермы под микроскопом к капле спермы добавляется капля 2,9%-р-ра натрия цитрата.

Чтобы успешно сохранять сперму животных в течение длительного времени вне организма следует в деталях знать сложности обменных процессов и учитывать их при работе.