55. Энергетические процессы в спермиях.

И. И. Иванов (1911) впервые установил, что спермии млекопитающих способны усваивать кислород воздуха. Последую­щими очень важными исследованиями Н.П.Шергина и других авторов была доказана различная интенсивность ды­хания спермиев животных разных ви­дов. В целом спермии сельскохозяй­ственных животных поглощают кисло­род сильнее, чем клетки легких и селе­зенки.

Понижение температуры спермы на каждые 10'С снижает интенсивность дыхания спермиев в 2 раза. При темпе­ратуре, близкой к 0 °С, дыхание выраже­но очень слабо. Повышение кислотнос­ти тормозит дыхание, изменение реак­ции в сторону щелочности усиливает его.

Дыхание — основной биохимичес­кий процесс, обеспечивающий сперми­ев необходимой энергией для движения. Около 90 % всей энергии спермии полу­чают за счет дыхания. В процессе дыха­ния под влиянием кислорода окисляют­ся углеводы, липиды (фосфатиды), бел­ки и жиры. Прежде всего окисляются простые сахара (моносахариды) — фруктоза и глюкоза, а затем другие ве­щества. В результате дыхания образуют­ся углекислота, вода и аммиак (при окислении белков) и выделяется боль­шое количество энергии, используемой спермиями для движения. Например, при распаде одной грамм-молекулы фруктозы выделяется 680 тыс. малых ка­лорий. Спермии легко окисляют также сорбит (многоатомный спирт), поступа­ющий в сперму с секретом пузырько­видных желез. Отчасти он образуется спермиями из фруктозы и глюкозы. По­скольку фруктозы больше всего в спер­ме быка, барана, то в сперме этих живот­ных и больше сорбита: в сперме быка — 10—136мг%, барана —26—120, хря­ка— 6—18 и жеребца —20—60 мг%.

Кроме сахаров и сорбита при дыха­нии спермиев расходуются и липиды (в основном липиды-фосфатиды, произ­водные лецитина). Но их окисление происходит несколько медленнее.

Дыхание спермиев так же, как и других клеток организма. Оно осуществляется под влиянием фермен­тов, главным образом цитохромоксидазы. В настоящее время в сперме найден весь комплекс окислительных фермен­тов, установленный при изучении обме­на веществ во всех органах и тканях организма. Количество ферментов в сперме варьирует в зависимости от вида животного. Их в несколько раз больше в сперме жеребца и хряка, чем в сперме быка и барана. Спермии относятся к факультатив­ным анаэробам, т. е. В спер­ме животных с влагалищным типом осе­менения (бык, баран, олень) содержится значительное количество сахара (до 1500 мг%); в сперме животных с маточ­ным типом осеменения выявляются лишь следы сахара, поэтому спермии не обладают или имеют слабовыраженную способность к гликолизу.

При отсутствии кислорода источни­ком энергии спермиев является сахар (фруктоза и глюкоза), который они мо­гут усваивать из сыворотки спермы пу­тем гликолиза или фруктолиза. Перво­начально обычно расходуется глюкоза, потом фруктоза. Пре­вращение сахаров в молоч­ную кислоту сопровождается выделени­ем энергии. Однако при фруктолизе выделяется почти в 20 раз мень­ше энергии, чем при дыхании. Гликолиз в сперме происходит с об­разованием ряда промежуточных про­дуктов, очень близких к обнаруженным при гликолизе в мышечных клетках.

Гликолиз наиболее интенсивно происходит при рН 7,6; при подкисле­ннии спермы до рН 6,4 или повышении ее щелочности гликолиз замедляется.

В сперме содержится в основном фруктоза; образуется она главным обра­зом в пузырьковидных железах под вли­янием гормонов семенников, передней доли гипофиза и поджелудочной желе­зы. Поэтому в спермиях, находящихся в семенниках и придатке семенника, не бывает фруктолиза.

При добавлении к сперме глюкозы дыхательный коэффициент (молярное отношение выделенной углекислоты к поглощенному кислороду — СО2/О₂) повышается, что свидетельствует об ин­тенсивном использовании сахара. Спер­мии способны воспринимать сахар из сыворотки, поэтому включение в состав разбавителей спермы сахаров удлиняет их жизнь, так как предотвращает расходование энергетических ресурсов самих спермиев. Через оболочку спермия лег­ко проникает свободная глюкоза или фруктоза, труднее проходят дисахариды, и она совершенно непроницаема для фосфорилированных сахаров.

При наличии кислорода спермии ис­пользуют часть лактата молочной кис­лоты, образовавшейся при гликолизе, для дыхания и за счет этого восстанавливают некоторое количество глюкозы. Однако процесс дыхания не может пре­дотвратить накопление в сперме молочной кислоты даже при содержании в ат­мосфере чистого кислорода.

Из большой и сложной проблемы об­мена веществ у спермиев для практики искусственного осеменения очень важ­но то, что спермии млекопитающих во внешней среде обладают способностью воспринимать кислород и глюкозу, а при наличии сахара могут жить и двигаться без кислорода. Спермии способ­ны жить в бескислородной среде доль­ше, чем в присутствии кислорода. На этом свойстве спермиев основан метод сохранения спермы под слоем вазели­нового масла, ограничивающего ее аэрацию и окисли­тельные процессы. С накоплением мо­лочной кислоты спермии переходят в анабиотическое состояние; при измене­нии реакции жидкой среды в сторону щелочности и повышении температуры движение их вновь восстанавливается.

Кислотный анабиоз можно исполь­зовать для сохранения спермы. Перевод спермы в анабиотическое состояние по­зволяет удлинить срок ее хранения вне организма на несколько дней. Затем по­догреванием или подщелачиванием сперму переводят опять в активное со­стояние. Чем выше кислотность спер­мы, тем выше должна быть температура для перевода ее в активное состояние. Например, в сперме с рН 7,6 спермии двигаются при 15—20 °С; в сперме с рН 6,0 движение начинается только при 35—40 °С. При рН 4,5 одно повышение температуры не выводит спермиев из анабиоза; они становятся подвижными лишь под действием температуры в со­четании с подщелачиванием среды. При более низком рН и длительном хране­нии спермии погибают. За счет выде­ления щелочи из погибших сперми­ев происходит частичная нейтрализа­ция молочной кислоты, а у части спермиев восстанавливается гликолиз до тех пор, пока увеличение концентра­ции молочной кислоты не прекратит его. Поэтому в процессе гликолиза наблюдаются скачкообраз­ные изменения рН.

Спермий, будучи узкоспециализиро­ванной клеткой, неспособен к синтезу и накоплению органических веществ. В нем преобладают катаболические (раз­рушительные) процессы перед анаболи­ческими (созидательными). Ассимиляция глюкозы не прекращает, а только иногда может замедлять процесс разрушения спермиев.

Главное отличие спермиев от других клеток — их способность к энергично­му, активному движению за счет энер­гии дыхания и гликолиза. Для движения спермиев, как и для мышечной работы, необходим АТФ. при снижении АТФ до 3 мг% и более оплодотворяющая способность спермы ухудшается.

Спермозин — аналогмы­шечного белка актомиозина. Под влия­нием спермозина, обладающего свой­ствами фермента аденозинтрифосфатазы, молекула АТФ распадается на фос­форную кислоту и аденозиндифосфат (АДФ); в результате этого процесса спермий получает энергию, обеспечива­ющую его подвижность. Оптимальная ферментативная активность спермози­на отмечается при рН 8,3. Поэтому подщелачивание спермы повышает актив­ность движения спермиев. АТФ, добав­ленный к спермиям, не влияет на их движение, это обусловлено, видимо, тем, что он не проникает через их обо­лочку. Добавление в сперму сахаров улучшает гликолиз, а следовательно, и дыхание, что позволяет поддерживать активность спермиев. Образующаяся при этих процессах энергия аккумули­руется в результате соединения АДФ с фосфорной кислотой и образования АТФ.

? 56. ВЕТЕРИНАРНО-САНИТАРНАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА СПЕРМЫ.