Лекция 6. Оплодотворение

Оплодотворение – исходный момент возникновения новой особи. В результате слияния гамет возникает новая особь, генетические потенции которой берут начало от обоих родителей.

Оплодотворение осуществляет две фуенкции:

· Половую – комбинирование генов родителей;

· Репродуктивную – создание нового организма.

Основные события:

1. Контакт гамет и их взаимное узнавание;

2. Регуляция проникновения сперматозоида в ЯЦК (только один, все остальные элиминируются);

3. Слияние ген. материала гамет;

4. Активация материала ЯЦК для вступления на путь дальнейшего развития. (До оплодотворения ЯЦК (ооцит II порядка) находится в заторможенном состоянии. Метаболические процессы редуцированы. Контакт со сперматозоидом сужит началом для активации ЯЦК).

В процессе слияния гаплоидных гамет образуется диплоидная зигота, т.о. соблюдается постоянство числа хромосом в ряду поколений.

Стадия зиготы сохраняется до начала дробления.

Овуляция в ампулярную часть яйцевода. Захват ампулой яйцевода за счет разных механизмов: это и перистальтические движения самого яйцевода, и участие в этих процессах покровов яйцевода, и это то что ЯЦК окружена кумулюсом.

Олодотворение происходит в ампулярной части яйцевода.

Оплодотворение внутреннее – адаптационное приспособление, чтобы сперма не высыхала на воздухе. Сперма вводится в половые пути самки, это делает встречу гамет наиблее вероятной.

ЯЦК на стадии метафазы II (собака, лиса, лошадь – на стадии метафазы I) . Овулировавшая половая клетка окружена блестящей оболочкой и кумулюсом. ЯЦК передвигается пассивно. Выброс ЛГ стимулирет маточную трубу к перистальтическим, волнообразным, вращательным, поступательным движениям.

ЯЦК – крупные (кролик, коза, овца – 120-140 мкм; мышь – 75-80 мкм; у человека – 100-120 мкм). Кумулюс способствует перемещению (если удалить движение замедляется). ЯЦК способна к оплодотворению в теч 20 часов после овуляции (при болезнях яйцевода очень быстро теряет способность).

У нек млекопитающих между яичником и яйцеводом имеется капсула – переходный компартмент, за счет которого яйцеклетка не может не попасти в полость яйцевода после овуляции. У человека такого приспособления нет. Поэтому может произойти оплодотворение в полости тела, возникает состояние внематочной беременности.

К месту оплодотворения прибывают сперматозоиды. У млекопитающих существует три популяции сперматозоидов: тестикулярные, эпидидимальные и эякулятивные. Внешне они не отличимы (головка, акросома, шейка, хвост – все есть). Пожалуй только в тестикулярных сперматозоидах есть остатки цитолазмы – резидуальная капля, которая удаляется в эпидидимисе. Но эти популяции не одинаковы. В эпидидимисе происходит созревание сперматозоидов, которое продолжаетс по всем проводящим путям и даже в половых путях самки. И только тогда сперматозоид принимает способность к оплодотворению. Сначала они пассивно движутся, достигая придатка семенника, там они находятся достаточно длительное время (до неск. Дней). Здесь удаляются резидуальные капли и приобретается способность к движению. Происходит структурная и цитохимическая модификация мембраны сперматозоида. Эти изменения необходимы. Эти процессы осуществляются в условиях пониженной температуры, потом после коопуляции сперматозоиды попадают в условия высокой температуры и других условий среды. К этим условим нужно быть готовым. Повышение температуры снижает стабильность биологических мембран. В эпидидимисе происходит образование гликопротеиновой оболочки, которая защищает от преждевременной активации мужской половой клетки. В модификации мембраны принимает участие секрет и предстательной железы, и семенных пузырьков. В это время на ПМ спермия появляются рецепторы гликопротеинов блестящей оболочки. В частности появляется мембранный белок рецептор галактозил трансфераза. Сперматозоиды как бы учатся двигаться в эпидидимисе (движутся не поступательно, хаотично). По мере продвижения от головки придатка к его хвостовой части сперматозоид становтся подвижным, но хаотические движея. Сила, приводящая сперматозоид в движение обеспечивается динеином, связанным с микротрубочками, он гидролизует молекулу АТФ и превращает высвобождающуюся химическую энергию в механическую, которая приводит клетки в движение. Роль динеина очевидна на примере мужчин с генетическим синдромом Гартеджнера – неподвижные жгутики и реснички – мужчины стерильны, бронхиальные заболевания.

Эякулятивные сперматозоиды. Существуют нормативы ВОЗ , которые характеризуют эякулятивные сперматозоиды по наличию аномальных форм. По этой классификации выделяют аномалии спермы (нормальный объем эякулята 2 мл):

· Гипоспермия – снижение объема эякулята;

· Аспермия – отсутствие эякулята;

· Олигозооспермия – снижение концентрации сперматозоидов (норма 20 млн);

· Азооспермия – отсутсвие сперматозоидов в эякуляте;

· Криптоспермия – в эякуляте единичные сперматозоиды;

· Стензоспермия – снижение подвижности;

· Тетразооспермия – снижение сперматозоидов с нормальной морфологией;

· Некрозоспермия – в эякуляте много мертвых мужских половых клеток;

· Лейкоспермия – повышена концентрация лейкоцитов;

· Полиспермия – концентрация сперматозоидов больше чем в норме;

· Гематоспермия – эритроциты в эякуляте;

В НОРМАЛЬНОМ ЭЯКУЛЯТЕ СОДЕРЖАНИЕ ПАТОЛОГИЧЕСКИХ ФОРМ ДОЛЖНО БЫТЬ НЕ БОЛЬШЕ 20 %.

рН эякулята 7 -7,5. Эякулированные сперматозоиды не способны связываться с ЯЦК и оплодотворять ее. Финальные стадии созревания – капацетация – в женских половых путях. Эякулированные спермии находятся на разных стадиях физиологического созревания. Только 200 достигают ампулы яйцевода.

Попав из влагалища в маточные трубы сперматозоиды не активны до момента овуляции. 48 ч могут жить в репродуктивном тракте самки.

Почему сперматозоидов становится все меньше и меньше?

Перемещению сперматозоидов помогают сократительные движения матки и яйцевода. В трубно-маточной области осуществляется качественный и количественный отбор спермиев. Первая преграда на пути сперматозоидов – кислая среда. Овуляция – наиболее благоприятный момент для продвижения сперматозоидов и капацитации.

Физиолгические изменения, которые делают сперматозоид способным к оплодотворению – капацитация. Происходит модификация мембраны сперматозоида, перестройка гликопротеиновых молекул на ее поверхности, повышается мобильность клеток. Капацетация может быть проведена и в условиях in vitro. Путем инкубации сперматозоидов в культуральной среде, которая содержит ионы Ca2+, бикарбоната и сывороточный альбумин, или же если взять среду, содержащуюся в яйцеводе. Если попытаться некапацетирванным сперматозоидом оплодотворить яйцеклетку, то он застрянет в кумулюсе. Во время капацетации происходит модификация рецепторов гликопротеинов блестящей оболочки. Увеличивается текучесть плазмолеммы и подвижность спермия. Они приобретают поступательное движение. Происходит повышение внутриклеточной концентрации Ca2+, бикарбоната, Н2О2. Запускается каскад биохимических реакций, благодаря которым активируются ферменты акросомной реакция. Капацетация занимает несколько часов. Айзенбах выдвинул предположение, что капацетация – это временное состояние, и мужской половой клетки представлены сжатые сроки для оплодотворения. Молекулярные механизмы капацетации:

1. Изменение плазматической мембраны;

2. Повышение рН – приобретение способности к акросомной реакции;

3. Утрата белков или углеводов, блокирующих белки, связывающиеся с блестящей оболочкой;

4. Понижение мембранного отенциала, вход Ca2+ в клетку. Способствует слиянию мембран при акросомной реакции.

Некапацетировнные сперматозоиды связываются с клетками женского полового тракта. Эта связь утрачивается, когда капацетация произошла. В перешейке сперматозоиды задерживаются. Это препятствует полиспермии.

Клетки кумулюса секретируют, вещества, которые притягивают капацетированные сперматозоиды.

Капацетация: овца 1,5 ч, кролик – 5 ч, человек – 7 ч.

Попав из матки в яйцевода сперматозоиды гиперактивируются. Гиперактивность + гиалуронидаза (на пов-ти спермия) дают возможность проделывать ходы во внеклеточном матриксе кумулюса.

Следующая преграда – блестящая оболочка. У мыши эта оболочка состоит из трех типов гликопротеинов ZP (zona pellucida) 1, 2 и 3. Они отличаются различной Mr. Они образуют гетеромеры в виде цепочек (ZP 2+3), которые связаны между собой мостиками ZP1. У человека эта оболочка имеет сходное строение. Главный компонент – ZP3 – кроме структурной функции, еще первичное связывание гамет и инициация акросомной реакции. Участки связывания гамет находятся на углводной части гликопротеина. Для акросомной реакции важна и углеводная, и белковая части. К моменту оплодоворения у спермия на ПМ есть рецепторы к ZP3. Связываются только интактные сперматозоиды, которые не осуществили еще акросомной реакции. А внутрь попадают те, в к. эта реакция произошла. Акросомная реакция начинается со связывания ZP3, это приводит к вхождению Ca2+ в цитоплазму, повышению цАМФ. Акросома набухает, увеличивается, ее мембрана сливается с цитоплазматической мембраной, содержимое высвобождается. Во время акросомной реакции наружная мембрана, связанная с ZP3, сбрасывается, и обнаруживается внутренняя мембрана, связанная с ZP2. И ПРОИСХОДИТ ВТОРИЧНОЕ ЗАЯКОРИВАНИЕ. Протеолитические ферменты акросомы разрушают блестящую оболочку.

Замедление капацетации увеличивает время жизни сперматозоида.

После прохождения блестящей оболочки сперматозоид оказывается в перивителлиновом пространстве. Он поворачивается боковой экватоориальной стороной головки и связывается с микровыростами женской половой клетки. Образование бугорка оплодотворения (полимеризация актина). Слияние ПМ гамет. Сперматозоид оказывается внутри женской половой клетки.

Быстрый блок полиспермии. Медленный блок полиспермии (зонная реация – т.к. изминяется зона пеллюцида). Са2+ повышается, экзоцитоз кортикальных гранул. Секрет котикальных гранул гидролизует ZP2, ZP3 модифицируется и не может больше связаться с мембраной сперматозоида.

Механизм кортикальной реакции схож с акросомной реакцией: увеличивается внутриклеточная концентрация Ca2+, содержимое гранул распространяется. Ca2+ берется из ЭПР.

Слияние гамет приводит к снятию блока мейоза.

Образование пронуклеусов (у мышей мужской больше, чем женский). Оболочки по новой формируются, деконденсация. Через 20 ч после начала оплодотворения пронуклеусы растворяются, формируют общую метафазную пластинку.