Лабораторное занятие № 2.
Сперматогенез. Оплодотворение.
Процесс образования мужских половых клеток – сперматогенез. В результате образуются сперматозоиды.
В сперматогенезе различают 4 периода: размножение, рост, созревание (мейоз) и формирование.
Сперматогенез происходит в извитых семенных канальцах семенников. Развитие сперматозоидов начинается в период пренатального развития при закладке генеративных тканей, затем возобновляется в период наступления половозрелости и продолжается до старости.
В период 1) размножения происходит ряд следующих друг за другом митозов, в результате которых происходит увеличение количества клеток, называемых сперматогониями. Некоторые сперматогонии вступают в период роста и называются сперматоцитами I порядка.
Период 2) роста соответствует периоду интерфазы клеточного цикла, в которой происходит удвоение наследственного материала сперматоцитов I порядка (2n4С), и затем они вступают в профазу I мейотического деления. Во время профазы I происходит конъюгация гомологичных хромосом и обмен между гомологичными хроматидами (кроссинговер). Кроссинговер имеет важное генетическое значение, так как приводит к возникновению генетических различий между индивидуумами.
Период 3) созревания протекает в два этапа, что соответствует I мейотическому (редукционному) и II мейотическому (эквационному) делениям. При этом из одного сперматоцита I порядка сначала получаются два сперматоцита II порядка (1n2С), затем 4 сперматиды (1n1С). Сперматиды отличаются друг от друга набором хромосом: они все содержат по 22 аутосомы, но половина клеток содержит Х-хромосому, а другая половина – Y-хромосому. Аутосомы отличаются между собой и от родительских различным сочетанием аллелей, поскольку произошел обмен во время кроссинговера.
В период 4) формирования (или спермиогенез ) количество клеток и число хромосом в них не меняется, т.к. в этот период из 4 сперматид формируется 4 сперматозоида, в которых происходит морфологическая реорганизация клеточных структур: вырастает жгутик, уплотняется ядро, образуется оболочка. У человека эта фаза продолжается 14 дней.
В результате всего процесса сперматогенеза из каждой исходной недифференцированной сперматогонии получается 4 зрелых половых клетки, содержащих по гаплоидному набору хромосом.
Гормональная регуляция сперматогенеза
Синтез и секреция мужских половых гормонов регулируется гипоталамо-гипофизарной системой по механизму отрицательной обратной связи. Секреция лютеинизирубщего (ЛГ) и фолликулостимулирующего (ФСГ) стимулируется гонадотропин-рилизинг гормоном. В препубертатный период секреция андрогенов подавляет по механизму отрицательной обратной связи секрецию гонадотропина до начала пубертатного периода, когда гипофизарные клетки становятся менее чувствительными к ингибирующему действию циркулирующих в крови андрогенов. Эта потеря чувствительности приводит к циклически импульсному освобождению ЛГ и ФСГ. ЛГ, связываясь с рецепторами клеток Лейдига, стимулирует образование тестостерона интерстициальными клетками Лейдига. ФСГ, связываясь с рецепторами клеток Сертоли в семенниках, стимулирует сперматогенез. В этих клетках находятся рецепторы ФСГ, через которые активируется выработка андрогенсвязывающего белка (АСБ). Комплекс тестостерона с этим белком оказывает влияние на сперматогенез.
Тестостерон замыкает отрицательную обратную связь на уровне гипофиза и гипоталамуса, уменьшая частоту секреторных импульсов ЛГ. Торможение секреции ФСГ аденогипофизом происходит под действием белка ингибина, вырабатываемого клетками Сертоли. ФСГ стимулирует синтез этого белка, который по механизму отрицательной обратной связи тормозит дальнейшую секрецию ФСГ. (Клетки Сертоли вырабатывают и белок активин, который обладает противоположным действием (механизм положительной обратной связи, на рисунке не показано)).
Препарат 1: Семенник крысы
Зарисовать несколько срезов семенных канальцев, отметить:
1) ядра клетки Сертоли (треугольной или овальной формы);
2) сперматогонии;
3) сперматоциты 1-го и 2-го порядков;
4) сперматиды;
5) сперматозоиды;
6) интерстициальные клетки Лейдига в соединительной ткани;
7) просвет семенного канальца.
Препарат 2: Сперматозоиды морской свинки
Препарат 3: Сперматозоиды петуха
Препарат 4: Сперматозоиды человека
Зарисовать сперматозоиды морской свинки, петуха и человека, отметить:
1) головка;
2) жгутик;
3) шейка;
4) акросома.
Препарат 5: Аскарида. Пронуклеусы и веретено деления зиготы
Препарат 6: Синкарион у лошадиной аскариды
Изучив последние два препарата, сделать рисунки, отражающие процесс оплодотворения у аскариды. На рисунках отметить:
1) пронуклеусы;
2) редукционное тельце;
3) оболочки яйца аскариды;
4) перивителлиновое пространство;
5) синкарион (после слияния пронуклеусов):
6) хромосомы синкариона.