Гаметогенез. Будова статевих клітин та запліднення

Це процес утворення та формування статевих клітин. Розрізняють процес формування яйцеклітин оогенез та процес формування сперматозоїдів – сперматогенез.

У ссавців початкові статеві клітини виділяються серед соматичних дуже рано на ембріональній стадії розвитку та мають диплоїдний набір хромосом. Вони мігрують до місця закладання статевої залози. У яєчниках розвиваються жіночі статеві клітини, у насінниках – чоловічі. Вони проходять ряд послідовних стадій: розмноження, дозрівання та формування.

Стадія розмноження

Шляхом мітозу діляться первинні статеві клітини, які потрапили до статевих залоз. Утворюється велика кількість оогоній у яєчниках та сперматогоній у насінниках. Мають диплоїдний набір хромосом.

Оогонії перестають ділитися ще ембріональному періоді самки. Потім більшість із них дегенерує.

Сперматогонії розташовані в насіннєвому канальці під сполучнотканинною оболонкою.

Стадія зростання

Клітини припиняють поділ та ростуть. Вони називаються ооцитами та сперматоцитами першого порядку. Клітини у цей період накопичують велику кількість речовин, збільшують кількість цитоплазми, розміри ядра.

Сперматоцити І порядку розташовані ближче до просвіту сім'яника.

Стадія дозрівання

У цій стадії відбуваються два послідовні поділи мейозу. Диплоїдні клітини стають гаплоїдними.

Після першого поділу мейозу виходять один ооцит та одне полярне тільце (полоцит). До ооцит другого порядку відходить майже вся цитоплазма. Після другого поділу з полярного тільця виходять оотиди, які майже не мають цитоплазми та швидко гинуть. Після другого поділу з ооциту утворюється яйцеклітина та друге полярне тільце.Полярне тільце швидко руйнується. Яйцеклітина має майже всю цитоплазму.

Після першого поділу мейозу утворюються сперматоцити другого порядку. Усі клітини мають рівномірно розподілену з-поміж них цитоплазму. Після другого поділу виходять чотири сперматид з рівною кількістю цитоплазми.

Стадія формування

На цій стадії в яйцеклітині відбувається формування частини зовнішніх оболонок та дозрівання.

У сперматогенезі відбувається перетворення сперматид на сперматозоїди. Цей процес називається сперміогенезом. У цьому ядро ​​ущільнюється, хромосоми конденсуються, стають інертними. Переміщуються органели. Апарат Гольджі притискається до ядра, ущільнюється і перетворюється на вакуолю. Ця вакуоль містить ферменти, здатні розчиняти оболонку яйцеклітин, міжклітинну речовину, і називається акросомою. Одна з центріолей наближається до ядра, друга – до периферії. З другої центріолі починає рости джгутик. У вигляді спірального чохлика навколо основи джгутика розташовані мітохондрії. Вони постачають енергію руху. Інші всі органели та цитоплазма зникають. Зрілий сперматозоїд майже не має цитоплазми. Розташовані зрілі сперматозоїди у просвіті насіннєвих канальців.

Оогенез та сперматогенез у квіткових рослин

Оогенез відбувається у процесі формування насіннєвого зачатку, для формування зародкового мішка.

Сперматогенез відбувається у пилковому зерні.

Будова статевих клітин

Статеві клітини переносять генетичну інформацію від батьківських організмів нащадкам. Гамети мають гаплоїдний набір хромосом. Їх характерний низький рівень процесів обміну речовин проти соматичними клітинами.

Яйцеклітини тварин

Мають великі розміри порівняно з чоловічими гаметами, певний запас речовин жовток.Жовток має у складі білки, жири, вуглеводи, мінеральні речовини. За кількістю жовтка розрізняють: багатожовтні яйцеклітини (у членистоногих, більшості риб, плазунів, птахів), із середньою кількістю жовтка (у амфібій, осетрових риб), маложовтні (у більшості черв'яків, молюсків, голкошкірих), практично безжовткових ссавців). Від кількості запасних поживних речовин у цитоплазмі залежить розміри яйцеклітини. Розміри яйцеклітини плацентарних ссавців від 50 до 180 мкм, людини – 90 мкм, страусів (без оболонок) – 80 мм, з оболонками – понад 150 мм.

У процесі формування жовтка визначається полярність.

Полюс, де відкладається жовток, називається вегетативним, а протилежний, зі зміщеним ядром – анімальним.

Можуть бути покриті різноманітними оболонками. Первинні оболонки мають яйцеклітини всіх тварин. У ссавців утворені виростами фолікулярних клітин та яйцеклітини. Побічні оболонки є лише в деяких тварин (у комах) і формуються в яєчнику. Мають мікрополе (вхід для сперматозоїда). У деяких тварин після запліднення утворюються залозами яйцеводи третинні оболонки. У птахів це шкаралупна, підшкаралупна оболонки та білок.

Сперматозоїди тварин

Розміри – від 10 до 800 мкм завдовжки, іноді більше. Мають джгутики, за допомогою яких пересуваються. Будова їх подібна до будови джгутиків клітин еукаріотів.

Сперматозоїди ссавців складаються з короткої головки, шийки, короткого проміжного відділу та джгутика. У головці міститься ядро. На передньому кінці розташована акросома, яка формується з комплексу Гольджі. Вона забезпечує проникнення сперматозоїда в яйцеклітину, активацію її (перехід до стану розвитку).У проміжному відділі знаходяться центріолі, оточені мітохондріями, які постачають енергію джгутику.

Джгутики характерні для сперматозоїдів хордових тварин, зелених і бурих водоростей, папоротей, хвощів, плаунів, мохів тощо. п. Не мають джгутиків чоловічі статеві клітини покритонасінних, більшість голонасінних, червоних водоростей, грибів та деяких тварин.

Запліднення

Це процес злиття чоловічої та жіночої гамет з утворенням зиготи. Сперматозоїди атакують яйцеклітину, при контакті з акросомою викликають її активацію, тобто виводять із стану спокою. Властивості оболонки яйцеклітини змінюються. Вглиб її проникає один сперматозоїд. Він відкидає джгутик. Оболонки стають непроникними для інших сперматозоїдів. Іноді проникає кілька сперматозоїдів, але з ядром яйцеклітини зливається лише ядро ​​одного з них. Інші сперматозоїди гинуть. Іноді ядра обох статевих клітин тривалий час не зливаються (у грибів, деяких круглих черв'яків). Зливаються вони перед дробленням.

У тварин розрізняють зовнішнє та внутрішнє запліднення.

Зовнішнє запліднення

Зовнішнє запліднення характерно переважно для мешканців водойм. Це запліднення, яке відбувається поза статевою системою самки. Зустрічається у багатощетинкових черв'яків, голкошкірих, деяких ракоподібних, двостулкових молюсків, ланцетників, кісткових риб, земноводних. Характерно іноді деяких наземних тварин – дощових черв'яків, деяких павукоподібних та інших.

Внутрішнє запліднення

Внутрішнє запліднення відбувається у статевих шляхах самки. Характерно переважно для тварин, мешканців суші: плоских хробаків, круглих хробаків, багатоніжок, комах, молюсків, плазунів, птахів, ссавців.Іноді зустрічається у мешканців водойм – деяких ракоподібних, хрящових риб тощо.

Необхідною умовою для запліднення водоростей та вищих спорових рослин є волога, вода. У ній пересуваються сперматозоїди.

Не залежить від вологи запліднення у насіннєвих рослин (голосонасінних та покритонасінних).

Запліднення дозволяє збільшити спадкову мінливість (комбінативна мінливість), оскільки зливаються половинні набори хромосом чоловічої і жіночої гамет.

Гаметогенез - стадії, фази та схема утворення статевих клітин

Процес розвитку статевих клітин називається гаметогенез. Перетворення проходить у статевих гонадах, у самців - у сім'яниках, у самок - у яєчниках.

Загальне поняття

Основною подією процесу є поділ клітин - мейоз. певну кількість хромосом під час запліднення. У результаті обміну комбінуються нові поєднання. спадкових факторів у молекулах.

Мітоз є непрямою реплікацією клітини, методом відтворення еукаріотичних бластомерів.Біологічна значимість полягає в строго дозованому поділі хромосом по дочірнім ядрам, що уможливлює появу ідентичних клітин у генетичному плані. Мітоз забезпечує життя організму (онтогенез), внаслідок процесу збільшується популяція клітинних тканин.

В результаті зовнішнього або внутрішнього запліднення відбувається злиття жіночих та чоловічих статевих клітин, результатом якого стає утворення зиготи. Ця плодова гамета має диплоїдний комплект хромосом (2n).

Процес розвитку

Число огоніїв, які вступають у процес прогенезу, закладається на стадії ембріона. Спермогонії безперервно діляться на фазі гаметогенезу при статевому дозріванні і є безперервним перебігом. Порівняльна біологічна відмінність у тому, що сперматогенез забезпечує появу різноманітності з 4 гамет, а при овогенезі відтворюється одна. Закінчується утворення жіночої яйцеклітини лише після запліднення.

Особливості виявляються загальними стадіями гаметогенезу:

• розмноження гаметогоніїв із повним комплектом хромосом;
• період зростання, накопичення обсягу цитоплазми та запасання поживними речовинами;
• реплікація ДНК на стадії зростання; утворення гаметоцитів;
• фаза дозрівання клітин у результаті мейотичного процесу;
• стадія утворення оболонок жіночої яйцеклітини та поява рухливості у сперматозоїда.

Під час мейозу формуються біваленти шляхом зв'язування двох гомологічних молекул після реплікації хромосом. Вхідні біваленти містять подвоєні молекули двох хроматид. Молекули пересуваються так, щоб зблизити відповідні зони, які зазнали рекомбінації. Скріплюються вони методом білкового комплексу, будова якого подібна до біології у тварин і людини.

Стадія сперматогенезу

У цьому періоді розмножуються диплоїдні біваленти, з яких виходять гамети. Овогонії та спермогонії піддаються мейотичному поділу, в результаті їх кількість зростає. Чоловічі клітини вступають у процес партеногенезу протягом статевої зрілості чоловіка. У жінок поява нових вогонь пов'язується з часом ембріогенезу.

Найбільш складною є перша фаза, схема гаметогенезу включає періоди:

• лептотену - фаза подовжених, малоспіралізованих, тонких молекул;
• зиготена - час зближення гомологічних бівалентів;
• пахітену - стадія злиття хромосом у біваленти та обмін ділянками;
• диктіотен - проміжок відштовхування молекул;
• діакінез - термін максимальної спіралізованості хромосом, коли вони потовщені та укорочені перед розчиненням оболонки ядра для формування ділительного веретена.

Початкові жіночі та чоловічі клітини розмножуються шляхом мітозу, тому соматичні бластомери містять весь комплекс хромосом у парному поєднанні для кожного виду. Молекули відрізняються однонитковим будовою до закінчення синтетичної стадії інтерфази. Двониткова структура з'являється в постсинтетичну стадію, профазу та метафазу.

Етап зростання

На цьому етапі клітини збільшують розміри, чоловічі перетворюються на сперматоцити, а жіночі стають овоцитами першого порядку, при цьому останні мають більші розміри, ніж сперматоцити. Поживні речовини накопичуються у вигляді жовтків яйцеклітини для енергетичної підтримки, друга частина має значення при наступному розподілі. Відсутність необхідної кількості елементів призводить до патології.

У цей період відбувається реплікація молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти, при цьому залишається незмінною кількість хромосом.Біваленти отримують двониткову будову, а автогенетична формула овоцитів і сперматоцитів набуває вигляду 2 n 4 c.

Накопичення енергетичного харчування, зростання та ескалація розмірів є характеристиками другого етапу наростання та підготовки клітин до мейозу — поділу.

Фаза дозрівання

Спостерігається редукційний та екваційний поділ (мейоз I та II). Після першого межування виникають сперматоцити та овоцити II з позначенням n 2 c. Незрілі сперматид після другого поділу стають дорослими сперматозоїдами з відповідним позначенням nc, розвиваються всі властиві повноцінним чоловічим клітинам структури. Яйцеклітини мають 3 редукційні тільця, які згодом відмирають і в розмноженні не беруть участі.

У наступному вигляді гаметогенезу ядра ущільнюються та відбувається посилена спіралізація хромосом. Молекули стають інертними у функціональному плані. Пластинчастий набір (комплекс Гольджі) рухається до одного з ядерних полюсів, при цьому формується перфаторій - орган сперматозоїда у вигляді мембранної бульбашки. Центріолі знаходяться біля протилежного полюса, в однієї виростає джгутик, де накопичуються мітохондрії. У цій стадії відбувається відторгнення майже всієї цитоплазми, тому до головки сперматозоїда вона не надходить.

Використовується накопичений раніше обсяг поживних речовин. Це стає необхідним, тому що на цьому етапі розвивається дочірній біонт і запліднюється яйцеклітина. Формування великої дорослої клітини забезпечується нерівномірністю поділу гамет. Сперматозоїд шукає яйцеклітину, проникає в порожнину і доносить туди генетичний набір молекул ДНК.

Сперматозоїди є короткий час, вони відтворюються у великій кількості, т. до.маса гине на етапі виявлення яйцеклітини, а цитоплазмі з цієї причини не накопичується багато поживних елементів. Центральною подією є спрощення диплоїдного комплексу хромосом у процесі мейозу та відтворення гаплоїдних клітин, окремим варіантом яких є гамети.

Формування жіночих бівалентів

У тканинах жіночих яєчників статеві клітини з повним комплексом хромосом кілька разів піддаються поділу шляхом мітозу. В результаті овогенна тканина розростається. Овогонія перетворюється на стадію овоцита 1 порядку, який продовжує посилене зростання концентрує корисні речовини. Стадія зростання овоциту триває довше, ніж сперматоцита.

Зростання овоциту 1 порядку закінчується дозріванням. Настає час мейозу, але цей процес поділу проходить довго. У тварин двоїння клітин стартує на стадії ембріона, але зупиняється на першій фазі до того, як самка досягає статевої зрілості. Визначення періоду заморожування відбувається в залежності від виду ссавця і може тривати від місяців до кількох років. Згодом під дією гормонів клітини поділяються деякий час упродовж продуктивного віку.

Перший процес мейозу полягає в асиметричному утворенні великої гамети – овоциту 2-го розряду, де накопичується енергетичний потенціал та органоїди. Сюди пересувається маленька клітина як спрямованого полярного тіла, у якій перебуває лише ядро.

Другий поділ відноситься до асиметричних процесів. Яйцеклітина утворюється з овоциту порядку 2, в ній містяться поживні елементи і вторинне направлене полярне тіло. З початкового тіла виходить дві невеликі вторинні утворення.У більшості тварин мейоз зупиняється в період метафази другого поділу і закінчується заплідненням яйцеклітини.

Одна велика яйцеклітина з повним комплектом хромосом і 3 полярні тіла, здатних скорочуватися, формується зі статевої клітини жіночого організму в процесі овування. Полярні згустки служать для рівного поділу ядра та правильного розташування хромосом у процесі мейозу. Гормон прогестерон координує початок та закінчення овогенезу у ссавців.

Будова яйцеклітини

Елемент є гамету жіночого типу у вищих рослинних організмів, людини, тварин. Яйцеклітина виділяється у водоростей, інших протист з характерним злиттям клітин. У людей вона є великою несинціатильною клітиною, хоча подібні елементи м'язів та об'ємні нейрони у багато разів перевищують розміри.

Велика малорухлива гамета має всередині запас поживних речовин. Як енергетичні запаси виступають складові, які потрібні для білкового біосинтезу, а також спеціальні регулятивні компоненти, що контролюють процеси. До складу живильного комплекту входить жовток, який містить фосфоліпіди, білки, мінерали та різні жири. Ці речовини забезпечують зародок протягом ембріональної стадії.

Яйцеклітини розрізняються за кількістю жовтка:

• алецитальні мають у складі нікчемний обсяг жовтка;
• полілецитальні містять його у великій масі;
• мезолецитальні відрізняються помірним вмістом;
• олігоцитальні включають малий обсяг жовтка.

Яйцеклітина людини відноситься до алецитальних видів. Це швидким переходом зародка від харчування продуктами розпаду тканин батьківського організму отримання речовин із материнської тканини.

Клітини поділяються за місцем розташування жовтка:

• телолецитальний тип - потік зміщений у бік вегетативного відростка;
• гомолецитальний передбачає рівномірне розміщення;
• центролецитальний вигляд – жовток знаходиться в центрі.

У людській яйцеклітині жовток рівномірно розподіляється в області, тому ядро ​​розташовується в центрі.

Конструкція та функція сперматозоїда

Чоловіча статева гамета присутня у організмів, що розмножуються, за способом оогамії. Активно пересуваються сперматозоїди запліднюють жіночі яйцеклітини.

Сперматозоїд відрізняється типовою структурою та складається з елементів:

Головка відрізняється формою еліпса, трохи сплющеного з боків.

У головці розташовуються структурні елементи:

• Ядро містить одинарний комплект хромосом і має назву гаплоїдного. Після злиття з яйцеклітиною формується організм з повним набором молекул ДНК, отриманим від матері та батька.
• Акросома представляє змінену лізосому, а саме пухирець у формі мембрани. У порожнині знаходяться 15 видів літичних ферментів для розчинення капсули яйцеклітини.
• Центросома формується як системи мікротрубочок, які необхідні організації пересування з допомогою хвоста. Цей елемент наближає ядра зиготи та сприяє першому мейозу у клітці.

Сперматозоїди бувають двох видів залежно від вмісту Y чи X хромосоми. У першому випадку виходить чоловічий плід, у другому формується жіночий. Сперматозоїдне ядро ​​дрібніше за інші клітинні основи. За головкою знаходиться центральна частина, ділянки з'єднуються звуженою шийкою.

Джгутик із мікротрубочок, який оточений метохондріоном, йде через центральний сегмент на всьому протязі. Скупчення мітохондрію синтезує АТФ і забезпечує перебіг джгутика. За середньою областю знаходиться хвіст, який довший і тонший за центральну ділянку.

Схожі записи:

Гамети: поняття, формування, типи та процес запліднення

Гамети - це репродуктивні клітини (статеві клітини), які об'єднуються під час статевого розмноження, щоб сформувати нову клітину, яка називається зиготою. Чоловічі гамети – сперма, а жіночі гамети – яйцеклітини. У насіннєвих рослин пилок є чоловічою спермою, що виробляє гаметофіт. Жіночі гамети (яйцеклітини) містяться усередині зав'язі рослини. У тварин гамети виробляються у чоловічих та жіночих гонадах. Сперматозоїди рухливі і мають довгий хвоподібний виріст, званий джгутиком. Однак яйцеклітини не рухливі та відносно великі порівняно з чоловічою гаметою.

Освіта гамет

Гамети утворюються у вигляді клітинного поділу, званого мейозом. Цей процес двоетапного поділу виробляє чотири дочірні клітини, які є гаплоїдними. Гаплоїдні клітини містять лише один набір хромосом.Коли гаплоїдні чоловічі та жіночі гамети об'єднуються в процес, який називають заплідненням, вони утворюють зиготу. Зигота диплоїдна і містить два набори хромосом.

Типи гамет

Одні чоловічі та жіночі гамети мають однаковий розмір і форму, тоді як інші відрізняються за розміром та формою. У деяких видів водоростей і грибів чоловічі та жіночі статеві клітини майже ідентичні, і зазвичай однаково рухливі. Об'єднання цих типів гамет відоме як ізогамія. У деяких організмах гамети мають різні розміри та форму, та їх злиття називають анізогамією або гетерогамією. Вищі рослини, тварини, а також деякі види водоростей і грибів виявляють особливий тип анізогамії, яка називається оогамія. При оогамії жіноча гамета не рухлива і набагато більша, ніж чоловіча гамета.

Гамети та запліднення

Запліднення відбувається, коли чоловічі та жіночі гамети зливаються. У тварин організмів поєднання сперми та яйцеклітини відбувається у фалопієвих трубах жіночого репродуктивного тракту. Мільйони сперматозоїдів вивільняються під час статевого акту, які потрапляють із піхви до фалопієвих труб.

Сперма спеціально пристосована для запліднення яйцеклітини. Головна область має ковпачкове покриття, зване акросом, яке містить ферменти, що допомагають клітині сперми проникати у статеву залозу (зовнішнє покриття мембрани яєчних клітин). Після досягнення клітинної мембрани яйцеклітини сперматозоїдна головка зливається з яйцеклітиною. Проникнення крізь zona pellucida (оболонка навколо мембрани яйцеклітини) викликає викид речовин, що змінюють zona pellucida, і запобігає заплідненню яйцеклітини іншими сперматозоїдами.Цей процес має вирішальне значення, оскільки запліднення декількома клітинами сперми або поліспермія спричиняє зиготу з додатковими хромосомами. Це смертельно для зиготи.

Після запліднення два гаплоїдні гамети стають однією диплоїдною клітиною або зиготою. У людей це означає, що зигота матиме 23 пари гомологічних хромосом загалом 46 хромосом. Зигота продовжить розподіл за допомогою мітозу і в кінцевому підсумку дозрівати в організм, що повністю функціонує. Стать майбутньої дитини визначається спадкуванням статевих хромосом. Клітини сперми можуть мати один із двох типів статевих хромосом - X або Y. Яйцеклітина має тільки один тип статевих хромосом - Х. Якщо клітина сперми з Y-хромосомою запліднить яйцеклітину, то в результаті індивідуум буде чоловічої статі (XY). Якщо клітина сперми з X-хромосомою запліднить яйцеклітину, то в результаті індивідуум буде жіночої статі (XX).