Прогенез. Общие и отличительные черты гаметогенеза женской и мужской половых клеток

Таблица 2

Периоды	Вид деления	Овогенез	Сперматогенез
1. Период размножения	Митоз	Овогонии в яичнике - со 2-го по 7-й мес. эмбриогенеза	Сперматогонии - в семеннике, со 2-го по 7–й месяц эмбриогенеза, всю жизнь
2. Период роста	Профаза первого мейотического деления	Овоциты I порядка в яичнике - с 7 мес. эмбриогенеза до овуляции в течение жизни	Сперматоциты I порядка - в семеннике, с рождения, всю жизнь.
3. Период созревания	Мейоз 1 деление	Овоциты II порядка в воронке яйцевода, в течение 36 час. После овуляции	Сперматоциты II пор. – в семеннике, с 6 лет всю жизнь.
	Мейоз 2 деление	Яйцеклетка в воронке яйцевода, после оплодотворения (дифференцировка завершена).	Сперматиды – в семеннике, с полового созревания всю жизнь.
4. Период формирования	Дифференцировка клеток	Отсутствует.	Сперматозоиды - в семеннике, с полового созревания всю жизнь.

Таким образом, в результате мейоза каждая исходная половая клетка с диплоидным набором хромосом (сперматоцит 1 порядка и овоцит 1 порядка), вступив в мейоз и пройдя два деления, даст 4 клетки с гаплоидным набором хромосом. В мужском организме все 4 гаплоидных клетки равноценны и называются сперматидами. В женском организме, вследствие ассиметрии мейоза, образуется только одна половая клетка на стадии овоцита второго порядка, а три другие дочерние клетки дадут направительные (редукционные) тельца с гаплоидными ядрами. Овоцит второго порядка находится в просвете маточной трубы на стадии метафазы второго деления созревания. Для завершения овогенеза и образования яйцеклетки необходимо проникновение в овоцит II порядка сперматозоида.

Таким образом, для овогенеза развитие заканчивается периодом созревания и образованием овоцита второго порядка, который при оплодотворении даст зрелую яйцеклетку, а для сперматогенеза существует еще четвертый период - период формирования, во время которого происходят изменения в строении клетки, в результате чего и образуется узкоспециализированная, подвижная жгутиковая клетка – сперматозоид (таблица 2).

1.3. Особенности строения яйцеклетки

Яйцеклетка является самой крупной клеткой в организме, ее диаметр колеблется от 120 – до 200 мкм, а объем тысячекратно больше объема сперматозоидов. С поверхности она окружена 2 – 3 тысячами фолликулярных клеток, которые формируют лучистый венец и зернистую оболочку. Рис.1. Регулирующую роль в период презумптивной (предположительной) оотипической дифференцировки играет ядро, изменения которого способствуют реализации программы сегрегации цитоплазмы. Сегрегацией называется жесткое закономерное перемещение и расположение органоидов и химических веществ по определенным участкам тела клетки Основным процессом, происходящим в ядре, является амплификация на молекуле ДНК генов. Термин «амплификация» обозначает копирование или увеличение количества. Поэтому, в результате амплификации происходит резкое увеличение молекул ДНК и РНК, которые будут участвовать в синтезе белков в клетках эмбриона, а не самой яйцеклетки. Яйцеклетка запасает такое количество РНК всех типов (рРНК, иРНК, тРНК), которого хватает для осуществления синтеза белка во всех клетках на первых трех этапах эмбрионального развития (зигота, дробление и гаструляция). Без амплификации синтез РНК в новых клетках эмбриона растянулся бы на длительный срок, например у шпорцевой лягушки - на 500 лет, а у человека - на десятилетия. Участки ДНК с амплифицированными кодонами замыкаются в кольца, перемещаются к внутреннему листку ядерной оболочки и вступают с ним в контакт. В дальнейшем, этот участок оболочки начинает выпячиваться в цитоплазму, отпочковывается и становится частью цитоплазмы. Так создается новый, характерный только для овоцита, органоид - пористая мембрана. Рис.3. Пористая мембрана представляет собой регуляторный комплекс, предназначенный для синтеза белка в новых клетках эмбриона.

В ходе оотипической дифференцировки в результате сегрегации происходит функциональное разъединение цитоплазмы овоцита на 2 зоны:

1. Центральную, лежащую вокруг ядра

2. Периферическую - кортикальную

В центральной зоне расположены органоиды двух функциональных аппаратов клетки: синтетического и энергетического. Синтетический аппарат включает гранулярную ЭПС, комплекс Гольджи и пористые мембраны. Пористых мембран тысячи, они лежат между ЭПС и КГ.

Энергетический аппарат представлен огромным количеством крупных митохондрий, их в 12-17 раз больше, чем в соматических клетках. Митохондрии яйцеклетки имеют следующие особенности:

1) делятся почкованием и укладываются вокруг ядра в радиальном направлении;

2) 90% митохондрий в яйцеклетке неактивны, так как они создаются для новых клеток эмбриона, где и будут работать;

3) все митохондрии наследуются только по материнской линии.

		Увеличение ок.10 х об. 10 1 - белочная оболочка с мезотелием, 3-примордиальные фолликулы, 4 - растущий фолликул, (вторичный)
		Увеличение ок. 10 х об.40 4 - растущий фолликул, (вторичный): а - овоцит 1 порядка, б - блестящая оболочка, в - лучистый венец, г - крыша фолликула
Рис 1: Яичник. Окраска гематоксилин-эозином.
	1 - ядро, 2 - ядрышко, 3 - желточные зерна в цитоплазме, 4 - мультивезикулярные тельца, 5 - клеточная оболочка с микроворсинками, 6 - блестящая зона, 7 - фолликулярные клетки зернистого слоя, 8 - отростки фолликулярных клеток
Рис. 2 Овоцит первого порядка – электронограмма (атлас В. Г. Елисеева 1970 г)

Рис 3 Процесс формирования органелл «пористых мембран»

1.–Ядро; 2. - Ядерная мембрана; 3. - Молекула ДНК; 4. - Амплификация РНК; 5. - Выход в цитоплазму; 6. - Органоид пористая мембрана.

Одним из факторов, определяющим дифференцировку эмбриона, является уникальный белковый состав цитоплазмы яйцеклетки и депонирование в ней специфических структур - слоистых пластинок. Установлено, что все белки яйцеклетки можно разделить на три группы:

1. Белки, синтезируемые самой яйцеклеткой.

2. Белки, синтезируемые вспомогательными фолликулярными клетками половых желез.

3. Белки, синтезируемые в печени матери.

Белки 1-ой группы являются регуляторами деления клеток и играют очень важную роль на втором этапе эмбриогенеза – дроблении. В цитоплазме яйцеклетки эти белки заблокированы и активируются ферментами сперматозоида только после оплодотворения. Белки 2 – ой группы используются самой яйцеклеткой для пластических целей.

Белок 3-ей группы - вителлогенин, представляет собой сложный комплекс, который состоит из двух частей: липовителлина и фосфовитина. Оба белка формируют сложные структуры липопротеинового комплекса в виде слоистых пластинок. Каждая пластинка отграничена биомембраной и имеет кристаллическое строение центральной зоны. Этот комплекс упакованных биомембран будет использоваться новыми клетками на протяжении первых трех периодов эмбрионального развития. Если микрохирургическим путем удалить какую - либо часть яйцеклетки, то не разовьется определенная ткань или даже орган, так как все части цитоплазмы строго распределены в результате презумптивной дифференцировки.

Организация цитоплазмы клетки настолько сложна и уникальна, что созданы специальные карты, аналогичные географическим, отражающие закономерность расположения органоидов и включений в овоците. Рис. 4.

Рис 4 Схема структурной организации яйцеклетки

Периферическую часть цитоплазмы составляет узкая кортикальная зона шириной 2-3 мкм. Здесь накапливаются следующие структуры и вещества: неактивные лизосомы, регуляторы оплодотворения - гамоны, сложные углеводы, сократительные белки и гликопротеиды, которые лежат в примембранном слое. Количество лизосом достигает 5000 штук, они имеют крупные размеры, лежат вплотную к цитолемме и обуславливают неровность ее поверхности. Неактивные лизосомы называются кортикальными гранулами, которые в момент оплодотворения активируются и выбрасываются из яйцеклетки. Это так называемая кортикальная реакция, в результате которой ферменты лизосом способствуют инактивации сперматозоидов, окружающих уже оплодотворенную яйцеклетку.

Функции кортикальной зоны:

1. Способствует оплодотворению и моногамии или проникновению одного спермия.

2. Обеспечивает движение клеточной оболочки в период деления за счет сократительных белков.

Также во время кортикальной реакции происходит выделение гликопротеидов и гамонов за пределы клетки. Гликопротеиды участвуют в образовании гидратированной оболочки, которая превращается в прочную оболочку оплодотворения.

Особо сложную дифференцировку претерпевает надмембранный слой цитолеммы яйцеклетки. Этот слой представляет собой гликокаликс толщина которого достигает 1 – 2 мкм, что в сотни раз больше, чем у соматических клеток. Поэтому этот слой хорошо различим в световом микроскопе и при окраске определяется как блестящая оболочка – Zona pellucida (ZP). В составе ZP гликопротеины, имеющие тонкофибриллярную структуру. Особое значение имеют две группы гликопротеинов, которые обозначаются как ZP - 3 и ZP – 2.

ZP – 3 является рецептором для сперматозоидов, в блестящей оболочке их насчитывается до 10¹².

ZP – 2, наоборот, препятствует проникновению сперматозоидов в яйцеклетку после оплодотворения, способствуя моноспермии.

Итак, зрелая яйцеклетка имеет жесткую дифференцировку цитоплазмы и специализированную цитолемму, содержащую рецепторы к сперматозоидам. Вокруг закончившей дифференцировку яйцеклетки располагаются 2 - 3 тыс. фолликулярных клеток, осуществляющих трофическую функцию.