Молекулярная биология клетки Глава 4

21

ческие мужчины (46XY) имеют женский фенотип и, наоборот, при оплодотворении яйцеклетки X-хромосомой, получившей ген sry, генетические женщины (46XX) имеют мужской фенотип.

22

ПРАКТИЧЕСКИЕ НАВЫКИ

I. МИКРОПРЕПАРАТЫ. ПОЛОВЫЕКЛЕТКИ. ГАМЕТОГЕНЕЗ

1. Сперматозоид

Сперматозоиды разных видов животных имеют похожее строение с некоторыми отличиями. Например, форма головки может быть шарообразной, как у сперматозоида морской свинки (рис. 4-9), или палочковидной, как усперматозоида лягушки. По количеству жгутиков встречаются сперматозоиды, имеющиенесколько жгутиков (некоторые ракообразные) или не имеющие жгутика. Сперматозоиды круглых червей имеют амебоидную форму и передвигаются с помощью псевдоподий.

Рис. 4-9. Сперматозоиды разных видов позвоночных. А — человека, Б — барана, В — крысы, Г — петуха, Д — лягушки, Е — саламандры [из Вилли К., 1959].

23

На микропрепарате (сперматозоид морской свинки) под малым увеличением микроскопа найти сперматозоиды, напоминающие английскую булавку(рис. 4-10). Под большим увеличением рассмотреть отдельные сперматозоиды, различить и обозначить нарисунке структуры сперматозоида (головку, акросому, шейку, тело, хвостик).

Рис. 4-10. Сперматозоиды морской свинки.

2. Яйцеклетка

Размер и строение яйцеклетки зависят от количества и распределения желтка в цитоплазме. Алецитальная яйцеклетка не содержит желтка, встречается у плоских червей. Яйцеклетка млекопитающих содержит мало желтка (олиголецитальная) (рис. 4-11). Мезолецитальная яйцеклетка содержат среднее количество желтка (осетровые рыбы, амфибии), а полилецитальная — большое количество (членистоногие, рыбы, рептилии, птицы). В олиголецитальных яйцеклетках желток распределён равномерно (гомо-, изолецитальный тип). В полилецитальных и мезолецитальных яйцеклетках желток может быть смещён к одному из полюсов (вегетативному), тогда как противоположный полюс яйцеклетки (анимальный) свободен от желтка — такие яйцеклетки относятся телолецитальному типу. Центролецитальный тип яйцеклетки характе-

24

рен для полилецитальных клеток, в которых желток расположен в центре яйцеклетки.

На микропрепарате (яичник кошки) под малым увеличением микроскопа найти фолликул, содержащий яйцеклетку (рис. 4-12). Под большим увеличением рассмотреть фолликул, различить и обозначить на рисунке структуры яйцеклетки (плазмолемму, желточные гранулы в цитоплазме, ядро с ядрышком), прозрачную оболочку, лучистый венец (оболочка из фолликулярных клеток). Обратить внимание на размеры яйцеклетки и фолликулярныхклеток (клетки гранулёзы).

Рис. 4-11. Зрелый фолликул млекопитающего. Овоцит первого порядка находится внутри возвышения — яйценосного бугорка (cumulus oophorus). Кнаружи от плазматической мембраны овоцита видна толстая прозрачная оболочка (zonapellucida), ккоторой примыкает несколько слоёв фолликулярных клеток, образующих лучистый венец (corona radiata). Крупное ядро яйцеклетки имеет округлую форму и занимает центральное положение. В ядре хорошо заметны ядрышки. Цитоплазма овоцита содержит распределённые равномерно немногочисленные желточные включения и примембранные кортикальные гранулы [из Gilbert S.F., 1985].

25

Рис. 4-12. Яйцеклетка кошки. Яичник содержит многочисленные фолликулы (пузырьки) на разной стадии созревания. В каждом фолликуле содержится яйцеклетка, окруженная прозрачной оболочкой и слоем фолликулярных клеток.

3. Мейоз яйцеклетки конской аскариды

На препарате представлен поперечный срез через зону роста половой трубки самки конской аскариды (круглый червь). Видны овоциты, покрытые трёхслойной оболочкой (внутренний слой — липидный, наружный — белочный и средний — хитиновый). В стадии пролиферации и роста диплоидный набор овоцита состоит из двух пар гомологичных хромосом (рис. 4-13).

Овоцит 1 порядка в профазе первого деления мейоза. На этой стадии мейоза каждая хромосома уже удвоилась и состоит из двух хроматид, а гомологичные хромосомы конъюгируют с образованием тетрад. Ядерная оболочка овоцита распалась, на месте ядра видны две тетрады. Сперматозоид уже проник в овоцит, его пронуклеус достигает центра клетки, где остается в покоящемся состоянии до окончания созревания яйцеклетки. Пронуклеус сперматозоида содержит две хромосомы и имеет вид тельца с расплывчатыми контурами.

26

Рис. 4-13. Созревание яйцеклетки конской аскариды. Схема — верхняя панель. Микропрепарат — нижняя панель. А — овоцит первого порядка; Б — овоцит второго порядка; В — зрелая яйцеклетка.

Овоцит 2 порядка. Произошло первое (редукционное) деление мейоза. В овоците2 порядка остались двенегомологичныехромосомы, каждая из которыхсостоит из двух хроматид. Дведругие хромосомы, также состоящие из двух хроматид, вместе снебольшим участком цитоплазмы овоцита образуют первое направительное тельце, которое отделяется от овоцита и остаётся под его оболочкой. В центре клетки виден пронуклеус сперматозоида.

Зрелая яйцеклетка. Произошло второе (эквационное) деление мейоза. В овоците остаются две хроматиды, представляющие гаплоидный набор хромосом, и пронуклеус сперматозоида с гаплоидным набором хромосом. Дведругие хроматиды образуют второенаправительное тельце, которое также остаётся под оболочкой яйцеклетки.

27

II. ЛАБОРАТОРНАЯРАБОТА. ДВИГАТЕЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ

СПЕРМАТОЗОИДОВ ЛЯГУШКИ

Фрагмент семенника лягушки погрузить в физиологический раствор, перемешать стеклянной палочкой, слегка надавливая на семенник, в результате чего выделяется молочно-белая жидкость. Каплю полученной жидкости нанести на предметное стекло и покрыть покровным стеклом. Под малым увеличением микроскопа найти хаотично двигающиеся сперматозоиды (рис. 4-14). При большом увеличении обратить внимание на хлыстообразное биение хвостика сперматозоида при его движении.

Рис. 4-14. Активный (слева) и гиперактивный (справа) сперматозоид. Жизнеспособные подвижные сперматозоиды не способны оплодотворить яйцеклетку, пока не пройдут окончательное созревание в женских половых путях. Только после капацитации сперматозоиды смогут связаться с прозрачной оболочкой, осуществить акросомную реакцию, проникнуть в яйцеклетку и оплодотворить её. Для успешной капацитации сперматозоиды должны, примерно 7 часов, находится в женских половых путях. При капацитации усиливается фосфорилирование остатков тирозина мембранных и цитозольных белков сперматозоида, благодаря чему повышается его двигательная активность и готовность к акросомной реакции. Гиперактивация способствует продвижению сперматозоида в слизистой среде просвета маточной трубы и через лучистый венец (см. также http://www.ansci.wisc.edu/jjp1/ ansci_repro/lab/lab10/activatedmot/ spermlg.html).

28

ТИПОВЫЕТЕСТОВЫЕВОПРОСЫ

Пояснение. За каждым из перечисленных вопросов или незаконченных утверждений следуют обозначенные буквой ответы или завершения утверждений. Выберите один ответ или завершение утверждения, наиболее соответствующее каждому случаю.

1. Яйцеклетка человека относится к:

(А) Алецитальным	(Г) Полилецитальным
(Б) Олиголецитальным	(Д) Телолецитальным

(В)Центролецитальным

2.Для зрелой яйцеклетки млекопитающих характерно всё, КРОМЕ:

(А) В цитоплазме присутствуют мРНК генов материнского эффекта

(Б) Ядро содержит гаплоидный набор хромосом

(В)Окружена прозрачной оболочкой

(Г) Кортикальные гранулы содержат ферменты для переваривания проникших внутрь яйцеклетки сперматозоидов

(Д) Гены материнского эффекта контролируют активность сегрегационных генов

3.В результате спермиогенеза происходит всё, КРОМЕ:

(А)Образование акросомы

(Б) Образование аксонемы

(В) Второе деление мейоза

(Г) Разрыв цитоплазматичнеских мостиков

(Д) Накручивание митохондрии вокруг аксонемы

4.На какой стадии мейоза образуетсясинаптонемальный комплекс, обеспечивающий конъюгацию хромосом?

(А) Лептотена	(Г) Диплотена
(Б) Зиготена	(Д) Диакинез

(В)Пахитена

5.Укажите правильное чередование оболочек яйцевой клетки млекопитающих:

(А) плазмолемма — прозрачная оболочка — лучистый венец

(Б) лучистый венец — плазмолемма — прозрачная оболочка

(В)плазмолемма — лучистый венец — прозрачная оболочка

(Г) прозрачная оболочка — лучистый венец — плазмолемма

(Д)прозрачная оболочка — плазмолемма — лучистый венец

6.Сперматогенез. Верно всё, КРОМЕ:

(А) Стадия размножения начинается с наступлением половой зрелости

(Б) Из одного сперматоцита первого порядкаобразуется четыре пол-

29

ноценных сперматозоида

(В) Происходит при температуре ниже температуры тела

(Г) Все сперматозоиды имеют однуY-хромосому

(Д) Продолжается в течение 65 суток Пояснение. Каждый из нижеприведённых вопросов содержит че-

тыре варианта ответов, из которых правильными могут быть один или сразунесколько. Выберите:

A — если правильны ответы 1, 2 и 3 Б — если правильны ответы 1 и 3 В — если правильны ответы 2 и 4 Г — если правилен ответ 4

Д— если правильны ответы 1, 2, 3 и 4

7.Аксонема. Выберите правильные утверждения:

(1)имеет тубулин-динеиновый преобразователь химической энергии

(2)в центре содержит пару микротрубочек

(3)радиальные спицы соединяют периферические микротрубочки с центральными

(4)периферические микротрубочки связаны динеиновыми ручками

8.Кортикальные гранулы:

(1)расположены по периферии овоцита

(2)содержат ферменты (различные гидролазы)

(3)их содержимое выделяется тотчас после оплодотворения

(4)действуя на клетки лучистого венца, блокируют доступ сперматозоида к яйцеклетке

9.Акросома. Выберите правильные утверждения:

(1)мембранный органоид

(2)продукт комплекса Гольджи

(3)биохимический аналог лизосом

(4)содержит протеазы, липазы и фосфатазы

10.Кортикальная реакция:

(1)происходит в ответ на проникновение сперматозоида в яйцеклетку

(2)превращает прозрачную оболочку в оболочку оплодотворения

(3)разновидность экзоцитоза

(4)протеазы кортикальных гранул облегчают проникновение сперматозоида в яйцеклетку

Ответы к тестовым вопросам:

1 – Б, 2 – Г, 3 – В, 4 – В, 5 – А, 6 – А, 7 – Д, 8 – А, 9 – Д, 10 – А

30

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Назовите особенности строения сперматозоидов млекопитающих.

2.Назовите особенности строения яйцеклетки млекопитающих.

3.Что такое ооплазматическая сегрегация?

4.Объясните партеногенез.

5.Объясните принцип клонирования.

6.Поясните биологическую роль химической специализации цитоплазмы яйцеклетки.

7.Что такое гаметогенез?

8.Назовите основные стадии овогенеза и сперматогенеза.

9.Укажите особенности стадии размножения при сперматогенезе.

10.Укажите особенности стадии размножения при овогенезе.

11.Чем характеризуется стадия роста при сперматогенезе и овогенезе? Как называются образующиеся клетки?

12.В чем биологический смысл стадии созревания?

13.Что такое спермиогенез?

14.Какой набор хромосом и ДНК присутствует в клетках на разных стадиях овогенеза и сперматогенеза?

15.Перечислите основные отличия сперматогенеза и овогенеза.

16.Объясните роль мейоза в гаметогенезе.

17.Почему первое мейотическое деление называется редукционным?

18.Почему второе мейотическое деление называется эквационным?

19.Назовите основные процессы (события), происходящие во время профазы I мейотического деления.

20.Назовите основные процессы (события), происходящие во время метафазы I мейотического деления.

21.Назовите основные процессы (события), происходящие во время анафазы I мейотического деления.

22.Назовите основные процессы (события), происходящие во время телофазы I мейотического деления.

23.Назовите основные процессы (события), происходящие во время

II мейотического деления.

24.Чем отличается интерфаза перед первым и вторым мейотическим делением? Какое значение это имеет?

25.Что такое кроссинговер?

26.Объясните биологическую роль комбинативной изменчивости.

27.Какие виды хромосомных нарушений могут происходить во время мейоза?

28.На какой стадии гаметогенеза возникают хромосомные нарушения?

29.Почему возраст женщины следует учитывать при диагностике хро-