Spermatozoidas ir jo chromosomos: apibrėžimas, sandara ir genetinė reikšmė

Spermatozoidas (gr. spermeion - sėkla, zoon - gyva būtybė) - tai vyriška lytinė ląstelė, gameta. Tai haploidinė ląstelė. Spermatozoido funkcija yra apvaisinti kiaušialąstę - moteriškąją lytinę ląstelę, susidarant zigotai, iš kurios vystosi naujas tos pačios rūšies individas. Dauginimasis yra esminis visos žinomos gyvybės bruožas, o tai yra procesas, kurio metu organizmai produkuoja naujus savo rūšies organizmus. Dauginantis lytiškai genetinę medžiagą palikuonims perduoda du organizmai, taigi palikuonys turi abiejų organizmų genų derinį. Daugeliui organizmų būdingos skirtingos - vyriškos ir moteriškos - gametos. Toks dauginimasis vadinamas anizogaminiu.

Spermatozoidas yra labai diferencijuota ląstelė. Kadangi kiaušinėlį apvaisina tik vienas iš milijardų spermatozoidų, juos labai smarkiai veikia natūrali atranka - visa spermatozoido sandara pritaikyta greitai judėti. Spermatozoidas turi pusę genetinės medžiagos reikalingos ląstelei, be to, jis lemia individo lytį.

Spermatozoido sandara ir funkcijos

Spermatozoidą paprastai sudaro trys dalys - galvutė, uodegėlė ir jas jungiantis kaklas (jungiančioji dalis). Žmogaus spermatozoido dydis apie 60 μm, iš jų galvutė sudaro ~ 4,5 μm, (jos plotis apie 3 μm, storis - 1 μm). Didžiąją galvutės dalį užima branduolys. Spermatozoido galvutė sudaryta iš dviejų dalių - akrosomos ir branduolio. Akrosoma sudaro kepurę, kuri uždengia apie 2/3 spermatozoido priekinės dalies. Šalmas vadinamas akrosoma. Kai spermatozoidas pasiekia kiaušinėlį, akrosoma išskiria chemines medžiagas, kurios ištirpdo kiaušinėlio paviršių ir spermatozoidas gali prasiskverbti į jo vidų.

Branduolys ypatingas tuo, jog DNR čia supakuota net iki 6 kartų stipriau nei metafazinėse chromosomose. Šiuo atveju tradiciniai histonai pakeičiami protaminais - baltymais, turinčiais daug teigiamų aminorūgščių (arginino, histidino, lizino). Žmogaus atveju, 70 % branduolio baltymų - protaminai, o 20 % histonai. Spermatozoidų branduolyje chromosomos išsidėsto neatsitiktinai. Telomeros jungiasi į poras arba tetramerus ir prisitvirtina prie branduolio apvalkalo. Tuo tarpu centromeros išsidėsto branduolio centre, sudarydamos tam tikrą struktūrą - chromocentrą. Tarp branduolio apvalkalo ir plazminės membranos lieka plonas citoplazmos sluoksnis.

Spermatozoido uodegėlė - ląstelės žiuželis - sąlygoja jo judrumą. Jos dėka žmogaus spermatozoidas gali judėti 1-3 mm/min greičiu. Uodegėlę su galvute jungia kaklas (jungiančioji dalis). Jame išsidėsčiusios dvi centriolės. Viena iš jų veikia kaip pamatinis kūnelis, duoda pradžią aksonemai - centriniam spermatozoido uodegėlės elementui. Spermatozoide esančias centrioles paveldi būsimas organizmas, nes moteriškosios lytinės ląstelės jų neturi. Vidurinę uodegėlės dalį supa mitochondrijų sluoksnis. Mitochondrijų būna daugiau kaip 50. Po apvaisinimo, spermatozoido mitochondrijos suardomos, todėl paveldimos tik iš motinos. Pagrindinė uodegėlės dalis yra ilgiausia. Ji sudaryta iš aksonemos, apsuptos 7 išorinių tankiųjų skaidulų, kurias dar papildomai dengia skaidulinis dangalas.

Chromosomos ir genetinė medžiaga

Chromosoma (lot. chromosoma, nuo gr. χρῶμα 'dažas' + σῶμα 'kūnas') - ląstelės branduolio dalis, kurią sudaro DNR ir histonai. Chromatinas sudaro chromosomas. Chromatinas nesidalijančiose ląstelėse yra dekondensuotų gijų pavidalo. Pati chromosoma sudaryta iš dviejų išilgai einančių gijų - chromatidžių. Kompaktinės chromosomos būna lazdelės formos. Chromosomoje yra skiriama pirminė persmauga - centromera ir pečiai. Chromosomų pečiuose yra storesnės ir intensyviau nusidažiusios sritys - chromomeros, kurios kaitaliojasi su tarpchromosominiais siūlais. Dėl to chromosoma gali būti panaši į nevienodai suvertus karolius.

Branduolyje yra haploidinis chromosomų rinkinys, kuris lemia individo lytį, nes spermatozoidas gali turėti X arba Y lytinę chromosomą. Žmogaus spermatozoidas, pavyzdžiui, gali turėti „X“ arba „Y“ tipo lytinę chromosomą. Y chromosoma nulemia, kad kūdikis bus berniukas. Visos kitos chromosomos mūsų organizme yra sudaryto iš motinos ir tėvo genų, bet Y chromosoma nesimaišo su motinos chromosomomis. Tad kūdikio Y chromosoma yra visiškai tokia pat, kaip jo tėvo Y chromosoma, o šio - kaip jo tėvo ir taip toliau.

Žmogaus somatinėse ląstelėse ir zigotoje yra 46 chromosomos, šis skaičius vadinamas diploidiniu (2n) chromosomų rinkiniu. Diploidiniame rinkinyje kiekviena chromosoma turi beveik identiškos genetinės kompozicijos antrininkę - homologinę chromosomą. Jose išsidėsto požymiui darančios įtaką sekos - aleliai. Perpus mažesnis neporinis chromosomų rinkinys vadinamas haploidiniu (n). Jis nurodo, kiek yra skirtingų (nehomologinių) chromosomų.

Kai kurių rūšių chromosomų skaičiai pateikiami žemiau esančioje lentelėje, siekiant iliustruoti diploidinio ir haploidinio rinkinio principus:

Apvaisinimo metu nulemiama lytis: jeigu apvaisinant dalyvauja spermatozoidai su lytine X chromosoma, susidaro zigota, turinti XX chromosomų rinkinį. Iš jos išsivystys moteriškosios lyties individas. Jei apvaisinant dalyvauja spermatozoidas su Y chromosoma, susidaro zigota, turinti XY chromosomų rinkinį. Tiek vyrai, tiek moterys įprastai turi 23 chromosomų poras, bet vyrų vieną iš šių porų sudaro skirtingos chromosomos. Didesnioji šios poros chromosoma yra X, mažesnioji Y. Jos vadinamos lytinėmis chromosomomis, kadangi jose koduojamos sekos daro įtaką lyties determinacijai. Žmogaus chromosoma Y yra kilusi iš chromosomos X, jai labai pakitus ir sumažėjus. Ji tebeturi šiek tiek X chromosomai giminingų sekų ties kuriom tebevyksta rekombinacija (pseudo-autosominė sritis, apie 5% visos chromosomos). Kitos chromosomos yra vadinamos autosomomis - tai visos likusios chromosomos, išskyrus X ir Y.

Ląstelei dalijantis prie centromerų prisitvirtina dalijimosi verpstės (achromatinė verpstė) siūlai. Ląstelei dalijantis mejozės būdu, kartais chromosomų pora neišsiskiria, ir abi chromosomos patenka į tą patį kiaušinėlį ar spermatozoidą. Dėl šios priežasties gali pradėti vystytis gemalas, vietoje vienos chromosomos poros turintis tris chromosomas. Toks reiškinys vadinamas trisomija. Paprastai jis sukelia ryškių sutrikimų, dėl kurių gemalas dažniausia neišgyvena ir žūva. Kartais biologiniai procesai ar išoriniai veiksniai (radiacija, kai kurios cheminės medžiagos, virusai) gali sukelti chromosomų trūkius.

Norint apžiūrėti žmogaus chromosomas, pradžioje reikia paruošti auginamos periferinio kraujo limfocitų kultūros preparato tepinėlį, kuriame būtų daug ląstelių metafazės stadijoje. Chromosomoms vizualizuoti naudojami įvairūs chromosomų dažymo būdai. Paprastai analizei naudojamas šviesinis mikroskopas, prijungtas prie kompiuterinės kariotipo analizavimo sistemos. Analizuojama imersinio padidinimo objektyvu. Speciali programa nufotografuotas chromosomas automatiškai suskirsto poromis. Poros nariai yra vienodo dydžio, formos ir toje pačioje padėtyje turi sąsmauką. Be to, nudažius jose matosi toks pats charakteringas juostelių raštas.

Spermatogenezė ir įdomūs faktai

Spermatozoidai susiformuoja spermatogenezės metu vyro lytinių organų sėklidžių sėkliniuose vamzdeliuose. Žmogaus spermatozoidas susiformuoja per 61 dieną. Ilgą laiką buvo manoma, jog spermatozoidas kiaušinėliui pristato tik tėvinį haploidinį chromosomų rinkinį. Tačiau paaiškėjo, jog į kiaušinėlį patenka ne tik galvutė, bet visas spermatozoidas. Taip būsimam individui pristatomos centriolės ir kai kurie baltymai, reikalingi kiaušinėlio aktyvavimui (pvz., PLCζ didina kiaušinėlio pralaidumą Ca2+ jonams ir taip jį aktyvuoja). Baltymų svarbą iliustruoja tai, jog vaisingų ir nevaisingų vyrų spermatozoiduose žymiai skiriasi ~ 20 baltymų kiekis. Nors spermatozoiduose neaptikta transkripcijos ar transliacijos pėdsakų, branduolyje rasta apie 3000 iRNR molekulių bei keletas rūšių mikro-RNR. Rasta įrodymų, jog į kiaušinėlį pristatomi RNR kūneliai. Kai kurios iRNR koduoja baltymus, reikalingus ankstyvam embrionų vystymuisi. Gali būti, kad jos pristatomos tiesiai į kiaušinėlį arba pakuojant genomą neleidžia inaktyvuoti tam tikrų genų.

Ejakuliacijos metu išsiskiria apie pusę arbatinio šaukštelio spermos. Nors kiekis ir nedidelis, jame yra 200 milijonų spermatozoidų, kurių kiekvienas siekia apvaisinti kiaušinėlį. Dauguma spermatozoidų yra neveiksmingi. Tiesą sakant, net 90 proc. spermos, išsiskyrusios vienos ejakuliacijos metu, yra nekokybiška. Gyvūnai gamina labai daug spermatozoidų: šuo lytinio akto metu išskiria apie 60 mln., avinas - iki 2 mlrd., arklys - apie 10 mlrd., žmogus - apie 200 mln. spermatozoidų.

Stambiausi yra tritono spermatozoidai - iki 500 µm, šuns, jaučio, arklio, avino - nuo 40 iki 75 µm. Spermatozoidų paviršius įkrautas neigiamai, todėl jie nesulimpa. Kai kurių gyvūnų spermatozoidai netipiški, jų sandara labai įvairi. Vėžiagyvių spermatozidai turi spindulių arba atšakų formos ataugas, apvaliųjų kirmėlių - apvalūs arba ovalūs. Subrendę žmogaus spermatozoidai yra 50-60 mikronų ilgio, makštyje išbūna apie 2,5 valandos, gimdos kaklelyje - dvi paras (kartais ir ilgiau). Jie juda prieš skysčio srovę 3 mm/min. greičiu.

tags: #kiek #chromosomu #turi #suns #spermatozoidas

• Marijos ikona su Kūdikiu: menas ir tikėjimas
• Antikos mitai, didieji mūšiai ir mirties samprata
• Plačiau apie reformas vaikų globoje
• Vytauto Landsbergio politinė karjera
• Vaikų vystymosi skatinimas per žaidimą