Гаметы - высокодифференцированные клетки. Они предназначены для воспроизведения живых организмов.
Основные отличия гамет от соматических клеток:
1. Зрелые половые клетки имеют гаплоидный набор хромосом. соматические клетки имеют диплоидный набор. Например, соматические клетки человека содержат 46 хромосом. зрелые гаметы имеют 23 хромосомы.
2.У половых клеток изменено ядерно - цитоплазматическое соотношение. В женских гаметах объем цитоплазмы во много раз превышает объем ядра. в мужских клетках имеется обратная закономерность.
3. Гаметы имеют особый метаболизм. в зрелых половых клетках процессы ассимиляции и диссимиляции замедленны.
4. Гаметы различны между собой и эти различия обусловлены механизмами мейоза.
Гаметогенез
Сперматогенез - развитие мужских половых клеток. диплоидные клетки извитых канальцев семенников превращаются в гаплоидные сперматозоиды (рис.1). Сперматогенез включает 4 периода: размножения, роста, созревания, формирования.
1. Размножение. Исходный материал развития сперматозоидов — сперматогонии. клетки округлой формы с крупным, хорошо окрашивающимся ядром. содержит диплоидный набор хромосом. Сперматогонии быстро размножаются митотическим делением.
2. Рост. Сперматогонии образуют сперматоциты первого порядка.
3. Созревание. В зоне созревания происходит два мейотических деления. Клетки после первого деления созревания называются сперматоцитами второго порядка. Затем идет второе деление созревания. происходит редукция диплоидного числа хромосом до гаплоидного. образуется по 2 сперматиды. Следовательно, из одного диплоидного сперматоцита первого порядка образуются 4 гаплоидные сперматиды.
4. Формирование. Сперматиды постепенно превращаются в зрелые сперматозоиды. У мужчин выход сперматозоидов в полость семенных канальцев начинается после наступления половой зрелости. Он продолжается до затухания деятельности половых желез.
Овогенез - развитие женских половых клеток. клетки яичника - овогонии превращаются в яйцеклетки (рис.2).
Овогенез включает три периода: размножение, рост и созревание.
1. Размножение овогоний, так же как и сперматогоний, происходит путем митоза.
2. Рост. Во время роста овогонии превращаются в овоциты первого порядка.
Рис. 2. Сперматогенез и овогенез (схемы).
3. Созревание. как и при сперматогенезе, идут друг за другом два мейотических деления. После первого деления образуются две клетки, различные по своей величине. Одна большая — овоцит второго порядка и меньшая — первое направительное (полярное) тельце. В результате второго деления из овоцита второго порядка также образуются две неравные по размерам клетки. Большая — зрелая яйцевая клетка и маленькая — второе направительное тельце. Таким образом, из одного диплоидного овоцита первого порядка образуется четыре гаплоидные клетки. Одна зрелая яйцеклетка и три полярных тельца. Этот процесс протекает в маточной трубе.
Мейоз
Мейоз - биологический процесс в период созревания половых клеток. Мейоз включает первое и второе мейотическое деление.
Первое мейотическое деление (редукционное). Первому делению предшествует интерфаза. в ней происходит синтез ДНК. Однако профаза I мейотического деления отличается от профазы митоза. Она состоит из пяти стадий: лептотена, зиготена, пахитена, диплотена и диакинез.
В лептонеме происходит увеличение ядра и выявление в нем нитевидных слабо спирализованных хромосом.
В зигонеме происходит попарное объединение гомологичных хромосом, при котором центромеры и плечи точно сближаются друг с другом (явление конъюгации).
В пахинеме происходит прогрессирующая спирализация хромосом и объединение их в пары - биваленты. В хромосомах идентифицируются хроматиды, в результате чего образуются тетрады. При этом происходит обмен участками хромосом – кроссинговер.
Диплонема – начало отталкивания гомологичных хромосом. Расхождение начинается в области центромеры, однако в местах кроссинговера связь сохраняется.
В диакинезе происходит дальнейшее расхождение хромосом, которые, тем не менее все еще остаются связанными в бивалентах своими концевыми участками. В результате возникают характерные кольцевые фигуры. Ядерная мембрана растворяется.
В анафазе I происходит расхождение к полюсам клетки гомологичных хромосом из каждой пары, а не хроматид. В этом принципиальное отличие от аналогичной стадии митоза.
Телофаза I. Происходит формирование двух клеток с гаплоидным набором хромосом (например, у человека – 23 хромосомы). однако количество ДНК сохраняется равным диплоидному набору.
Второе мейотическое деление (эквационное). Сначала идет короткая интерфаза. в ней синтез ДНК отсутствует. Затем следуют профаза II и метафаза II. В анафазе II расходятся не гомологичные хромосомы, а только их хроматиды. Поэтому дочерние клетки остаются гаплоидным. ДНК в гаметах - вдвое меньше, чем в соматических клетках.
Биологическое значение мейоза:
1. Образуются гаметы с гаплоидным набором хромосом. Это обеспечивает постоянство хромосом.
2. Возникают новые различные комбинации негомологических хромосом.
3. Идет рекомбинация генетического материала гомологических хромосом.
При оплодотворении происходит объединение мужской и женской половых клеток. образуется зигота. Она содержит диплоидный набор хромосом. В результате случайного сочетания гамет обеспечивается возможность комбинирования отцовского и материнского наследственного материала в самых различных вариантах.
Строение половых клеток
Сперматозоиды это подвижные мелкие гаметы. Они самые мелкие клетки организма. Они не содержат желтка. Размеры сперматозоидов, например, у человека около 70 мкм длины. они состоят из головки, шейки, тела и хвоста (рис. 3).
Рис. 3. Схема строения сперматозоида млекопитающего:
А – общий вид. В – схема строения: 1 – головка; 2 – тело; 3 – хвост;
4 – акросома; 5 –ядро; 6 –центросома; 7 – митохондриальная спираль; 8 – осевая нить; 9 – центральное кольцо
Головка. Основную часть головки занимает ядро, окруженное тонким ободком цитоплазмы.
Акросома. В передней части головки лежит акросома. Это - цитоплазматический чехлик с протеолитическими ферментами, при помощи которых сперматозоид внедряется в яйцеклетку.
Шейка и тело – короткий отдел. Здесь расположены митохондрии. Шейка также содержит базальное тельце. от него отходит опорная осевая нить. Она идет вдоль тела и хвоста.
Хвост имеет осевую нить. Хвостовая часть богата липидами.
Сперматозоиды содержат У- хромосому или Х- хромосому.
Яйцеклетки бывают круглой или овальной формы и различных размеров. В отличие от сперматозоидов они больших размеров. Их цитоплазма содержит питательное вещество - желток. желток состоит из белка и липидов. Они необходимы для развития зародыша. Наибольшее яйцо у сельдевой акулы. Оно достигает 29 см в диаметре. у женщины созревает только около 400 яйцеклеток за всю жизнь.
яйцо имеет оболочку, цитоплазму и небольшое ядром (рис. 4).
Яйцо окружено фолликулярными клетками. Они прилегают к поверхности яйцеклетки.
В овоплазме находятся включения. особенно важны питательные вещества. Они обеспечивают развитие и рост зародыша. Это желточные зерна.
различают следующие типы яйцевых клеток.
1. Изолецитальные яйца содержат относительно мало желтка. Он распределен равномерно по всей цитоплазме яйца. Ядро при этом занимает центральное положение (яйца моллюсков, иглокожих, ланцетника, млекопитающих).
Рис. 4. Схема строения яйцеклетки млекопитающего:
1 - фолликулярные клетки; 2 - блестящая зона; 3 - цитоплазматическая мембрана, 4 - кортикальный слой; 5 - овоплазма; 6 - ядро
2. Телолецитальные яйца имеют много желточных зерен. Они накапливаются у вегетативного полюса. На анимальном полюсе расположены цитоплазма без желтка и ядро. Это яйца рыб, амфибий, рептилий, птиц.
3. Центролецитальные яйца имеют центральное ядро. вокруг него располагается желток в виде зерен. Это яйца членистоногих.
п од цитоплазматической мембраной находится кортикальный слой толщиной 2-3 мкм. Кортикальные тельца развиваются из пузырькового комплекса Гольджи. Они защищают яйцо от проникновения лишних сперматозоидов.
