Установите последовательность этапов сперматогенеза. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр.
1) образование сперматоцитов первого порядка
2) образование сперматозоидов
3) митотическое деление сперматогониев
4) мейоз сперматоцитов первого порядка
5) рост сперматоцитов и накопление питательных веществ
6) образование сперматоцитов второго порядка
Сперматогенез — образование мужских половых клеток (сперматозоидов) — происходит в четыре стадии, которые соответствуют четырем зонам:
1) зона размножения — первичные мужские половые клетки (сперматогонии), содержащие диплоидный набор однохроматидных хромосом (2n2c), делятся митозом, увеличиваясь в количестве;
2) зона роста (интерфаза половых клеток) — клетки растут, происходит редупликация (удвоение ДНК), в результате клетки на этой стадии содержат диплоидный набор двухроматидных хромосом (2n4c) и называются сперматоцитами 1-го порядка;
3) зона созревания — происходит мейоз, в результате первого мейотического деления из сперматоцита 1-го порядка образуются два сперматоцита 2-го порядка c гаплоидным набором двухроматидных хромосом (n2c), а в результате второго деления — четыре сперматиды с гаплоидным набором однохроматидных хромосом (nc);
4) зона формирования — хромосомный набор не изменяется (деления не происходит), из сперматид образуются сперматозоиды — клетки с хвостом и минимальным содержанием цитоплазмы.
3) митотическое деление сперматогониев — зона размножения;
1) образование сперматоцитов первого порядка — зона роста;
5) рост сперматоцитов и накопление питательных веществ — зона роста;
4) мейоз сперматоцитов первого порядка — зона созревания, первое деление мейоза;
6) образование сперматоцитов второго порядка — зона созревания, первое деление мейоза;
2) образование сперматозоидов — зона формирования.
Сперматогенез — это процесс образования и созревания сперматозоидов — мужских половых клеток. Он происходит в яичках и длится в среднем 75 дней. Впервые этот процесс начинается во время полового созревания под влиянием мужских половых гормонов и продолжается до конца жизни. Для того чтобы сперматогенез протекал нормально, необходима температура около 34 °С, поэтому яички вынесены за пределы тела.
Рис. 1 — Схема сперматогенеза.
Анатомо-физиологические особенности
Яичко покрыто плотной белочной оболочкой, которая создает отходящие внутрь перегородки, формируя дольки. Внутри каждой дольки расположены от 1 до 4 семенных канальца — извитых трубочек со сперматогенным эпителием внутри. Именно там и происходит сперматогенез.
На базальной мембране — «основе» извитого канальца — сперматогенный эпителий располагается в несколько слоев, каждый из которых, по сути, отдельное «поколение» (генерация) сперматозоидов. Между ними находятся поддерживающие клетки — клетки Сертоли. Это «система жизнеобеспечения» формирующихся половых клеток. Клетки Сертоли снабжают будущие сперматозоиды питательными веществами и кислородом все время, пока происходит деление, рост и созревание сперматозоидов. Кроме того, они опосредованно регулируют сперматогенез, вырабатывая белок, переносящий тестостерон.
Стадии сперматогенеза
В процессе сперматогенеза выделяют четыре фазы:
Стадия деления
В самом крайнем ряду, у базальной мембраны, располагаются сперматогонии — мелкие округлые клетки. По сути, это стволовые клетки для будущих гамет. Часть их активно делится, «сдвигая» дочерние клетки к центру извитого канальца. На этом этапе будущие половые клетки содержат полный набор хромосом — 23 пары. Некоторые (те, что остаются у базальной мембраны) продолжают активно делиться, остальные начинают дифференцировку (формирование), превращаясь в сперматоциты первого порядка, все еще имеющие 46 хромосом.
Стадия роста
Сперматоциты первого порядка крупнее своих «прародителей», и в них идет активный обмен веществ, необходимый для подготовки к делению. Синтезируются белки, ферменты, удваивается ДНК.
Стадия созревания
На этой стадии сперматоциты первого порядка делятся дважды. После первого деления образуются сперматоциты второго порядка, имеющие 23 пары хромосом, которые сразу же делятся снова, и на этот раз каждой дочерней клетке — сперматиде — достается только одна хромосома из пары. Такое двойное деление, после которого клетка сохраняет только половинный набор хромосом, называется мейоз. В итоге из одного сперматоцита первого порядка получается 4 сперматиды. Половина из них содержит Х-хромосому, формирующую плод женского пола, половина — У-хромосому, необходимую для мужского генотипа.
Формирующиеся половые клетки по-прежнему крепко связаны с клетками Сертоли, обеспечивающими их питанием. Более того, они продолжают быть связанными и между собой мостиками из цитоплазмы. Это позволяет полноценно созреть и сформироваться клеткам, содержащим всего 23 хромосомы — количество, недостаточное для нормального существования клетки.
Стадия формирования
Формирование сперматозоидов из сперматид происходит в центральных рядах сперматогенного эпителия. Клетки отращивают жгутики, которые «свешиваются» в просвет канальцев. В жгутики смещается большая часть митохондрий — «энергетических станций» клетки. Именно они будут обеспечивать энергией движения «хвостика», обеспечивающие, собственно, возможность поступательного перемещения сперматозоидов, без которого сперма теряет фертильность.
А вот аппарат, обеспечивающий концентрацию ферментов — комплекс Гольджи — наоборот, перемещается к переднему концу головки, уплотняется и создает акросому. В ней содержатся ферменты, которые «растворяют» участок оболочки яйцеклетки, чтобы произошло оплодотворение. Сперматозоиды без акросомы не фертильны.
Только после созревания сперматозоидов разрывается цитоплазматический мостик, соединявший клетки, и полноценная гамета становится полностью автономной.
Зрелые сперматозоиды продвигаются в семявыносящие пути, соединяется с секретом предстательной железы, который обеспечивает подвижность и жизнеспособность сперматозоидов, и покидают организм во время эякуляции.
Гормональная регуляция сперматогенеза
Основной гормон, регулирующий темп деления сперматогоний и сперматоцитов — тестостерон. Сперматогенез — процесс крайне чувствительный к внешним воздействиям и даже субклиническое снижение тестостерона может вызвать бесплодие. Причем простое введение тестостерона не ускоряет сперматогенез, для этого приходится вмешиваться на уровне регуляторных гормонов: хорионического гонадотропина и фолликулостимулирующего гормона (ФСГ). Только с помощью совместной работы этих гормонов удается восстановить фертильность.
ЕГЭ 2018 Биология Задание 8
Установите соответствие между процессом, происходящих при сперматогенезе, и зоной, в которой происходит данный процесс: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
А) Митотическое деление первичных половых клеток — Зона размножения
Б) Образование диплоидных сперматогониев — Зона размножения
В) Образование сперматоцитов 1-го порядка — Зона роста
Г) мейотическое деление клеток — Зона созревания
Д) образование гаплоидных сперматид — Зона созревания