Spermie

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 19. července 2021; kontroly vyžadují 44 úprav .

Spermie (z jiného řeckého rodu σπέρμα σπέρματος zde „ spermie “ + ζωή „ život “ + εἶδος „vzhled, vzhled“, lat. spermie, spermium ) je samčí reprodukční buňka ( gaméta ) rozmnožující se omoz . Spermie mají obvykle schopnost aktivního pohybu a slouží k oplodnění samičí gamety - vajíčka . Obvykle jsou mnohem menší než vejce, protože neobsahují tak významné množství cytoplazmy a tělo je produkuje současně ve významném množství [1] .  

Typická stavba spermie odráží podobu společného předka zvířat a hub : jednobuněčný jaderný organismus, který se pohybuje pomocí bičíku v zádech a používá jej jako ocas . Rozsáhlá skupina organismů z ní odvozených zahrnuje zvířata, většinu hub a některé skupiny protistů a nazývá se zadní bičíkový klan . Většina ostatních eukaryot s bičíky je má v přední části.

V širokém slova smyslu se podle tradice také samčím zárodečným buňkám u rostlin někdy říká spermie a také se pro ně používají termíny spermie nebo anterozoidy (používají se i pro houby tradičně rostlinám blízké).

Spermie u zvířat

Diverzita spermií u zvířat

U různých živočišných druhů jsou spermie uspořádány odlišně, ale stále existují společné strukturální rysy. Typická spermie obratlovců má hlavu, střední část a ocas ( bičík ) [2] .

Hlava obsahuje haploidní jádro (nesoucí chromozomy ), akrozom (nesoucí lytické enzymy nezbytné k rozpuštění membrány vaječných buněk) a centriol , který tvoří cytoskelet bičíku. Mezi hlavou a střední částí je zúžení buňky, tzv. krček. Ve střední části je mitochondrie  - obří spirální mitochondrie . Bičík se používá k pohybu spermií.

U většiny zvířat má spermie typickou strukturu popsanou výše. Ale existují výjimky. Počet bičíků může být více než jeden. Takže v akvarijních rybách tetradona nesou spermie dva bičíky. U některých korýšů mají spermie několik bičíků. U škrkavek jsou spermie obecně bez bičíků (v průběhu evoluce všechny buňky tohoto druhu zvířat ztratily řasinky a bičíky), mají améboidní tvar a pohybují se pomocí prolegů . U čolka nese ocas „vlnící se membrána“ (ploutev). Hlavy spermií jsou velmi rozmanité. U lidí je hlava spermie vejčitá, laterálně zploštělá. U myší a potkanů  ​​- ve formě háčku. Nižší korýši mají kulovité spermie. U některých vačnatců se spermie zdvojnásobí a pohybují se v párech, zatímco současně tlučou ocasy. K oddělení dochází těsně před oplodněním vajíčka.

Spermie jsou mikroskopické velikosti, délka spermií je zpravidla od několika desítek do několika stovek mikrometrů. Velikost spermií se také velmi liší a nekoreluje s velikostí dospělých. Například myší spermie jsou 1,5krát větší než lidská spermie. A čolčí spermie jsou několikrát větší než lidská spermie.

Lidské spermie

Objev spermií

Spermie poprvé popsal holandský mikroskop Anthony van Leeuwenhoek v roce 1677. Podle samotného Leeuwenhoeka mu o „semenných zvířatech“ (jak je Leeuwenhoek říkal) řekl jeho přítel, student medicíny Johann Gam (Johan Ham). A ačkoli formálně nález spermií patří Gamovi, Leeuwenhoek spermie podrobně prozkoumal, načrtl a popsal. Jako první byla objevena lidská spermie; Leeuwenhoek brzy popsal spermie mnoha zvířat. Leeuwenhoek okamžitě navrhl, že se na početí podílejí „semenná zvířata“, o čemž informoval ve zvláštním dopise Britské královské vědecké společnosti. Téměř celé století však ve vědě dominoval názor, že spermie jsou parazitické organismy ve spermatu a samotná semenná tekutina se oplodňuje. Roli spermií při oplození prokázal italský přírodovědec Lazzaro Spallanzani . Termín „spermie“ se objevil až na počátku 19. století. Zavedl jej akademik Petrohradské akademie věd, Němec od narození Karl Ernst von Baer .

Synonyma, etymologie

Ve zdrojích v ruštině, zejména ve starých, se mohou vyskytovat názvy synonym : spermie, guma, vlákno semen, těla semen [3] [4] [5] [1] .

Moderní název pochází z „spermie“ objevených Leeuwenhoekem a Gamem a zpočátku je považovali za samostatné živé bytosti, přenašeče vytvořeného embrya (ze spermií, semene (spermatos) + živé bytosti (zoon) + druhy (eidos )) [6] [5] [7] .

Struktura a funkce

Lidská spermie je specializovaná buňka, jejíž struktura jí umožňuje plnit svou funkci: překonat ženský pohlavní trakt a proniknout do vajíčka, aby do něj vnesl mužský genetický materiál. Spermie splyne s vajíčkem a oplodní ho.

V lidském těle je spermie nejmenší buňkou v těle (pokud vezmeme v úvahu pouze samotnou hlavu bez ocasu). Celková délka lidské spermie je přibližně 55 mikronů. Hlava je přibližně 5,0 µm na délku, 3,5 µm na šířku a 2,5 µm na výšku, střední oblast a ocas jsou přibližně 4,5 a 45 µm na délku. [osm]

Malá velikost je pravděpodobně nezbytná pro rychlý pohyb spermií. Aby se zmenšila velikost spermie během jejího zrání , dochází ke speciálním transformacím: jádro se stává hustším díky jedinečnému mechanismu kondenzace chromatinu ( z jádra jsou odstraněny histony a DNA se váže na protaminové proteiny ), většina cytoplazmy je vyvržena z spermie ve formě tzv. „cytoplazmatické kapky“ zůstávají pouze nejpodstatnějšími organelami .

Samčí spermie má typickou stavbu a skládá se z hlavy, střední části a ocasu.

Hlava lidské spermie má tvar elipsoidu , ze stran stlačený, na jedné ze stran je malá dírka, takže se někdy mluví o "lžíčkovitém" tvaru hlavy lidské spermie. V hlavičce spermie jsou umístěny následující buněčné struktury:

  • Jádro , které nese jednu sadu chromozomů . Takové jádro se nazývá haploidní . Po splynutí spermie a vajíčka (jehož jádro je rovněž haploidní) vzniká zygota  - nový diploidní organismus nesoucí mateřské a otcovské chromozomy . Během spermatogeneze (vývoj spermií) se tvoří dva typy spermií: ty nesoucí chromozom X a ty, které nesou chromozom Y. Když je vajíčko oplodněno spermií nesoucí X, vytvoří se ženské embryo. Když je vajíčko oplodněno spermií nesoucí Y, vytvoří se mužské embryo. Jádro spermie je mnohem menší než jádra jiných buněk, což je do značné míry způsobeno jedinečnou organizací struktury chromatinu spermatu (viz protaminy ). V důsledku silné kondenzace je chromatin neaktivní - v jádře spermie se nesyntetizuje žádná RNA .
  • Akrozom  – modifikovaný Golgiho aparát – membránový váček, který nese lytické enzymy  – látky rozpouštějící membránu vaječných buněk. Akrozom zaujímá asi polovinu objemu hlavy a je přibližně stejně velký jako jádro. Leží před jádrem a pokrývá polovinu jádra (proto je akrozom často srovnáván s čepičkou). Po kontaktu s vajíčkem akrozom uvolní své enzymy a rozpustí malou část membrány vajíčka, což vytvoří malý „průchod“ pro vstup spermií. Akrozom obsahuje asi 15 lytických enzymů, z nichž hlavním je akrosin .
  • Centrosom  je centrem organizace mikrotubulů, která zajišťuje pohyb ocasu spermie a pravděpodobně se také podílí na konvergenci jader zygoty a prvním buněčném dělení zygoty .

Za hlavičkou je tzv. " střední část " spermie. Střední část je od hlavy oddělena mírným zúžením - „krkem“. Za střední částí je ocas. Cytoskelet bičíku, který se skládá z mikrotubulů , prochází celou střední částí spermie . Ve střední části kolem cytoskeletu bičíku se nachází mitochondrie skládající se z 28 mitochondrií. Mitochondrie má spirálovitý tvar a jakoby ovíjí cytoskelet bičíku. Mitochondrie plní funkci syntézy ATP a tím zajišťuje pohyb bičíku.

Ocas neboli bičík se nachází za střední částí. Je tenčí než střední část a mnohem delší než ona. Ocas je orgánem pohybu spermií. Jeho struktura je typická pro bičíky eukaryotických buněk .

Pohyb lidských spermií

Lidská spermie se pohybuje pomocí bičíku . Během pohybu se spermie obvykle otáčí kolem své osy. Rychlost pohybu lidské spermie může dosáhnout 0,1 mm za sekundu. nebo více než 30 cm za hodinu. U ženy přibližně 1-2 hodiny po styku s ejakulací dosáhnou první spermie do ampulární části vejcovodu (část, kde dochází k oplodnění ).

V těle muže jsou spermie v neaktivním stavu, pohyby jejich bičíků jsou nevýznamné. Pohyb spermií podél mužského genitálního traktu (seniferní tubuly, epididymální kanálek, vas deferens) nastává pasivně v důsledku peristaltických kontrakcí svalů kanálků a bití řasinek buněk stěn kanálků. Spermie získávají aktivitu po ejakulaci v důsledku působení enzymů prostatické šťávy na ně.

Pohyb spermií podél ženského genitálního traktu je nezávislý a probíhá proti pohybu tekutiny. Pro oplodnění potřebují spermie překonat dráhu dlouhou asi 20 cm ( cervikální kanál - asi 2 cm,  dutina děložní  - asi 5 cm, vejcovod - asi 12 cm).

Vaginální prostředí je pro spermie škodlivé, semenná tekutina neutralizuje poševní kyseliny a částečně tlumí působení imunitního systému ženy proti spermiím. Z pochvy se spermie pohybují směrem k děložnímu čípku. Směr pohybu spermií určuje, vnímání pH prostředí. Pohybuje se ve směru klesající kyselosti; pH vagíny je asi 6,0, pH děložního čípku je asi 7,2. Většina spermií se zpravidla nemůže dostat do děložního čípku a zemřít ve vagíně (podle kritérií WHO používaných v postkoitálním testu nezůstávají ve vagíně žádné živé spermie 2 hodiny po koitu). Průchod cervikálním kanálem je pro spermie obtížný kvůli přítomnosti cervikálního hlenu v něm . Spermie po průchodu děložním čípkem končí v děloze, jejíž prostředí je pro spermie příznivé, v děloze si mohou po dlouhou dobu zachovat pohyblivost (jednotlivá spermie až 3–4 dny [8] ). Prostředí dělohy má aktivační účinek na spermie, výrazně se zvyšuje jejich pohyblivost. Tento jev se nazývá " kapacita ". Pro úspěšné oplodnění musí do dělohy vstoupit alespoň 10 milionů spermií. Z dělohy jsou spermie posílány do vejcovodů, jejichž směr a ve kterém jsou spermie určovány tokem tekutiny. Bylo prokázáno, že spermie mají reotaxi , což je schopnost pohybovat se proti proudu. Proudění tekutiny ve vejcovodu je vytvářeno řasinkami epitelu a také peristaltickými kontrakcemi svalové stěny trubice. Většina spermií nemůže dosáhnout konce vejcovodu - tzv. "nálevky" nebo "ampule", kde dochází k oplodnění. Z několika milionů spermií, které vstupují do dělohy, se pouze několik tisíc dostane do ampulky vejcovodu. Jak lidská spermie hledá vajíčko v infundibulu vejcovodu, zůstává nejasné. Bylo prokázáno, že lidské spermie mají chemotaxi  - pohyb směrem k atraktantům vylučovaným vajíčkem .

Pozorování in vitro ukazují, že pohyb spermií je složitý – spermie jsou schopny obcházet překážky a aktivně vyhledávat.

Životnost lidských spermií

Po době zrání asi 64 dnů může spermie zůstat v těle muže až měsíc. V ejakulátu jsou schopny přežít v závislosti na podmínkách prostředí (světlo, teplota, vlhkost) až 24 hodin. Ve vagíně spermie odumírají během několika hodin. V děložním čípku, děloze a vejcovodech zůstávají spermie naživu až 9 dní.

Spermie ve světě rostlin

Ve většině případů jsou rostlinné spermie velmi malé; výjimkou jsou spermie cykasů : u některých druhů jsou viditelné pouhým okem a dosahují průměru 0,3 mm. Jádro rostlinných spermií je obvykle velké, s malým množstvím cytoplazmy. Rostlinné spermie se také nazývají anterozoidy [9] . Rostlinný orgán, ve kterém se produkují spermie, se nazývá antheridium .

Anabióza ve veterinární medicíně

Díky anabióze je prudce inhibována spotřeba energetických zdrojů pro životně důležité procesy spermií a akumulace metabolických produktů, což zvyšuje jejich životnost mimo tělo. Proto je tento jev široce využíván při umělém oplodnění . V současné době existuje několik metod pro vytvoření umělé anabiózy spermií:

  • Snížení teploty na 2-4 stupně Celsia.
  • Hluboké chlazení spermií (až -196 stupňů Celsia).
  • Snížení pH spermií na 6,3-6,4 pomocí organických kyselin.
  • Použití chemických inhibitorů metabolických procesů ve spermatu. [deset]

Viz také

Poznámky

  1. ↑ 1 2 Spermatozoon  // Velká ruská encyklopedie  : [ve 35 svazcích]  / kap. vyd. Yu. S. Osipov . - M  .: Velká ruská encyklopedie, 2004-2017.
  2. ↑ Archivní kopie spermatu ze dne 16. června 2021 na Wayback Machine // Veterinary Encyclopedic Dictionary  - M .: Soviet Encyclopedia, 1981. - 640 s.
  3. ↑ Spermatozoa // Encyklopedický slovník Brockhause a Efrona  : v 86 svazcích (82 svazcích a 4 dodatečné). - Petrohrad. , 1890-1907.
  4. ↑ Fausek V. A. Zhivchiki // Encyklopedický slovník Brockhaus a Efron  : v 86 svazcích (82 svazcích a 4 doplňkové). - Petrohrad. , 1890-1907.
  5. ↑ 1 2 Spermatozoon // Velká sovětská encyklopedie  : [ve 30 svazcích]  / kap. vyd. A. M. Prochorov . - 3. vyd. - M  .: Sovětská encyklopedie, 1969-1978.
  6. ↑ Shimkevich V. M. Embryology // Encyklopedický slovník Brockhaus a Efron  : v 86 svazcích (82 svazcích a 4 dodatečné). - Petrohrad. , 1890-1907.
  7. ↑ Spermatozoa  / Mazin V.V. // Velká lékařská encyklopedie  : ve 30 svazcích  / kap. vyd. B.V. Petrovský . - 3. vyd. - M .  : Sovětská encyklopedie , 1985. - T. 24: Cévní sutura - Tenióza. — 544 s. : nemocný.
  8. ↑ 1 2 Základní anatomické a fyziologické údaje pro použití v radiační bezpečnosti: referenční hodnoty. Publikace ICRP 89. - M: Nakladatelství Medkniga, 2007. - S. 184.
  9. ↑ Anterozoidy // Encyklopedický slovník Brockhause a Efrona  : v 86 svazcích (82 svazcích a 4 dodatečné). - Petrohrad. , 1890-1907.
  10. ↑ N.I.Polyantsev, A.I.Afanasiev. Porodnictví, gynekologie a biotechnologie reprodukce zvířat. - Petrohrad. : Lan, 2012. - 400 s.

Literatura

  • Drozdov A. L., Ivankov V. N. Morfologie živočišných gamet. Význam pro systematiku a fylogenetiku. - M., Ed. dům "Celoročně", 2000. - 460 s.: nemoc.
  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie