Злиття гамет - запліднення у ссавців

Процес злиття гамет, тобто власне запліднення, поділяють на три послідовні фази:

1) дистантное взаємодія гамет і їхнє зближення;

2) контактна взаємодія гамет і активізація яйцеклітини;

3) входження сперматозоїда в яйце і подальше злиття гамет - сингамії.

Перша фаза (дистантное взаємодія гамет) забезпечується хемотаксисом - дією сукупності специфічних факторів збільшують ймовірність контакту статевих клітин. Здійснюються на деякій відстані, до зіткнення гамет один з одним. Вони спрямовані на підвищення ймовірності зустрічі сперматозоїдів і яйцеклітини. Дистантних взаємодії характерні для водних організмів, з зовнішнім типом запліднення. При цьому тварини стикаються з наступними проблемами:

* Здійснення зустрічі сперміїв і яєць при їх низькій концентрації в середовищі;

* Запобігання запліднення яєць спермиями іншого виду. [8]

В ході еволюції виробилося, відповідно і два механізми і для вирішення поставлених завдань: видоспецифічності залучення сперміїв і видоспецифічності їх активація.

Видоспецифічності залучення сперміїв доведено для багатьох тварин: кишковопорожнинних, молюсків, голкошкірих і первинно-хордових. Воно являє собою рід хемотаксиса - і руху по градієнту концентрації речовини. У 80-х рр. XX вдалося ідентифікувати два видоспецифічності аттрактантасперматозоідов морських їжаків - сперакт і резакт. Про речовини відносяться до пептидів і містять 10 і 14 амінокислотних залишків відповідно. Важливу роль в цьому хемотаксисі належить Гамоні - хімічним речовинам, що виробляються статевими клітинами. Яйцеклітина здатна продукувати т.зв. гіногамони або фертілізіни, а сперматозоїд - андрогомоги. Гіногамон I - низькомолекулярних речовин небілкової природи, котороеактівірует рух сперматозоїдів, підвищуючи ймовірність їх зустрічі з яйцем. Гіногамон II - речовина білкової природи (глікопротеїн), яке викликає зв'язування сперматозоїдів при взаємодії з комплементарним йому андрогомоном II, вбудованим в поверхневу оболонку спермия. Андрогомон I пригнічує рухливість сперми. Андрогомон II розріджує драглисте речовина і розчиняє оболонку яйця, тому його часто ототожнюють з гіалуронідазами. Встановлено, що яйцеклітини виділяють пептиди, що сприяють залученню сперматозоїдів. Відразу після еякуляції сперматозоїди не здатні до проникнення в яйцеклітину доти, поки не відбудеться капацитація - придбання спермиями запліднюючої здатності. Капацитація відбувається протягом приблизно семи годин під дією секрету жіночих статевих шляхів. В процесі капацитации з плазмалемми спермия в області акросоми видаляються глікопротеїни і протеїни насіннєвий плазми, що сприяє акросомальної реакції. У механізмі капацитации велике значення належить дії гормонів, перш за все прогестерону (гормон жовтого тіла), що активізує секрецію залізистих клітин яйцепроводів. Під час капацитации відбуваються зв'язування холестеролу цітолемми спермия альбумінами жіночих статевих шляхів і оголення біохімічних рецепторів статевих клітин.

Запліднення відбувається в ампулярної частини яйцепровода. Запліднення передує запліднення - дистантное взаємодія і зближення гамет, обумовлене хемотаксисом.

Друга фаза запліднення - контактна взаємодія, під час якого сперматозоїди обертають яйцеклітину. Численні спермії наближаються до яйцеклітини і вступають в контакт з її оболонкою. Яйцеклітина починає здійснювати обертальні рухи навколо своєї осі зі швидкістю

4 обороту в хвилину. Ці руху обумовлені биттям джгутиків сперматозоїдів, які тривають близько

В процесі контактної взаємодії чоловічої і жіночої статевих клітин в сперміях відбувається акросомальная реакція. Вона полягає в злитті зовнішньої мембрани акросоми з передніми двома третинами поверхні плазмалемми спермия. Потім мембрани розриваються в області злиття і в середу вивільняються ферменти акросоми. Запуск другої фази запліднення відбувається під впливом сульфатованих полісахаридів блискучої (прозорою) зони. Вони викликають надходження іонів кальцію і натрію в голівку спермия, заміщення ними іонів калію і водню і розрив мембрани акросоми. Прикріплення спермия до яйцеклітини відбувається під впливом вуглеводної групи фракції глікопротеїнів прозорої зони яйцеклітини. Рецептори спермия для прозорої зони являють собою фермент глікозілтрансферази. Цей фермент, що знаходиться на поверхні акросоми головки сперматозоїда, «дізнається» цукор N-ацетилглюкозамин - рецептор жіночої статевої клітини. Плазматичні мембрани в місці контакту статевих клітин зливаються і відбувається плазмогамия - об'єднання цитоплазм обох гамет.

Сперматозоїди при контакті з яйцеклітиною можуть пов'язувати десятки тисяч молекул гликопротеида Zp3. При цьому наголошується запуск акросомальної реакції. Акросомальная реакція характеризується підвищенням проникності плазмалемми спермия до іонів Са2 + і її деполяризацією. Це сприяє злиттю плазмалемми з передньої мембраною акросоми.

Ферменти руйнують блискучу зону, спермій проходить через розрив і входить в перівітеллінового простір, розташоване між блискучою зоною і плазмалеммой яйцеклітини. Через кілька секунд змінюються властивості плазмалемми яйцеклітини, і починається кортикальна реакція, а ще через кілька хвилин настає зонная реакція, в процесі якої змінюються властивості блискучої зони.

Запліднення сприяють сотні інших, які беруть участь в заплідненні, сперматозоїдів. Ферменти, що виділяються з акросом, - спермолізіни (трипсин, гіалуронідаза) руйнують променистий вінець, розщеплюють глікозаміноглікани прозорої зони яйцеклітини. Відокремлюються фолікулярні клітини склеюються в конгломерат, який слідом за яйцеклітиною переміщається по матковій трубі завдяки мерехтінню війок епітеліальних клітин слизової оболонки маткової труби.

Третя фаза запліднення - сингамії. У овоплазму проникають головка і проміжна частина хвостового відділу. Після входження сперматозоїда в овоціт на периферії овоплазми відбувається її ущільнення (зонна реакція) і утворюється оболонка запліднення. [1]. Кортикальна реакція - це злиття плазмалемми яйцеклітини з мембранами кортикальних гранул. В результаті цього вміст з гранул виходить в перівітеллінового простір і впливає на молекули глікопротеїдів блискучої зони. Внаслідок цієї зонної реакції молекули Zp3 модифікуються і втрачають здатність бути рецепторами сперміїв. Утворюється оболонка запліднення товщиною

50 нм, що перешкоджає поліспермії, тобто проникненню інших сперміїв. Механізм кортикальной реакції включає приплив іонів натрію через ділянку мембрани сперматозоїда, вбудований в поверхню яйцеклітини після завершення акросомальної реакції. В результаті негативний мембранний потенціал клітини стає слабопозитивний. Приплив іонів натрію обумовлює вивільнення іонів кальцію з внутрішньоклітинних депо і збільшення його вмісту в гіалоплазме яйцеклітини. Слідом за цим починається екзоцитоз кортикальних гранул. Вивільняються з них протеолітичні ферменти розривають зв'язку між блискучою зоною і плазмалеммой яйцеклітини, а також між спермиями і прозорою зоною. Крім того, виділяється гликопротеид, що зв'язує воду і привертає її в простір між плазмалеммой і блискучою зоною. Внаслідок цього формується перівітеллінового простір. Нарешті, виділяється фактор, що сприяє затвердінню прозорої зони і утворення з неї оболонки запліднення.

Завдяки механізмам запобігання поліспермії тільки одне гаплоидное ядро ​​сперматозоїда отримує можливість злитися з одним гаплоидним ядром яйцеклітини, що призводить до відновлення характерного для всіх клітин диплоїдного набору хромосом. Проникнення сперматозоїда в яйцеклітину через кілька хвилин значно підсилює процеси внутрішньоклітинного метаболізму, що пов'язано з активізацією її ферментативних систем. Це служить стимулом для завершення другого поділу мейозу, і овоціт другого порядку стає зрілим яйцем. При цьому утворюється також друге полярне тільце, яке одразу ж дегенерує, а хвіст сперматозоїда розсмоктується в цитоплазмі ядра. Ядра обох гамет перетворюються в пронуклеуси і зближуються. Мембрани пронуклеусов руйнуються, а батьківські і материнські хромосоми прикріплюються до утворився ниток веретена. До цього часу обидва гаплоїдних набору, що містять у людини по 23 хромосоми, вже реплицироваться, і виникли в результаті 46 пар хроматид вишиковуються по екватору веретена, як в метафазі мітозу. Злиття пронуклеусов називається каріогамія і триває близько

12 ч. На цій стадії відновлюється диплоидное число хромосом. [9] Після злиття жіночого і чоловічого пронуклеусов запліднене яйце отримує назву зиготи (одноклітинний зародок). Зигота проходить стадії анафази і телофази і завершує свій перший мітотичний поділ. Наступний за цим цитокинез призводить до утворення з одноклітинного зародка двох диплоїдних дочірніх клітин. Вже на стадії зиготи виявляються презумптівного зони (лат. Presumptio - ймовірність, припущення) як джерела розвитку відповідних ділянок бластули, з яких в подальшому формуються зародкові листки. Процес запліднення закінчується і починаються процеси дроблення