что такое семенная жидкость в биологии определение
Семенная жидкость
Во время полового акта сперматозоиды, взвешенные в 2—5 мл семенной жидкости, попадают в влагалище. В семенной жидкости содержится глюкоза и фруктоза, служащие для питания сперматозоидов, а также некоторые другие компоненты, в том числе и слизистые вещества, облегчающие прохождение спермы по выводящим каналам в организме человека.
Семенная жидкость образуется в организме мужчины в результате последовательной работы трёх разных желез. Недалеко от места впадения семявыносящих протоков в мочеиспускательный канал в семявыносящий проток изливает секрет пара так называемых семенных пузырьков.
Далее к семенной жидкости добавляется секрет предстательной железы, называемой также простатой, которая располагается вокруг мочеиспускательного канала у его выхода из мочевого пузыря. Секрет простаты выводится в мочеиспускательный канал через две группы коротких узких протоков, впадающих в мочеиспускательный канал.
Далее ещё в семенную жидкость добавляют свой компонент пара желез, носящая название куперовы железы или иначе бульбоуретральные железы. Они располагаются у основания пещеристых тел, расположенных в половом члене.
Секреты, выделяемые семенными пузырьками и куперовыми железами, имеют щелочной характер, а секреты простаты представляют собой водянистую жидкость молочного цвета, имеющую характерный запах.
Связанные понятия
Упоминания в литературе
Связанные понятия (продолжение)
Эта статья посвящена анатомии. О социокультурных аспектах восприятия женской груди см. статью Женская грудь.
Семенная жидкость
Из Википедии — свободной энциклопедии
Семенна́я жи́дкость, или семенна́я пла́зма, — жидкий компонент спермы, который образован секретами предстательной железы и семенных пузырьков. Смешиваясь со сперматозоидами, образует сперму. Семенная жидкость сообщает сперматозоидам подвижность, снижает кислотность среды влагалища и обеспечивает сперматозоиды энергетическими субстратами (глюкоза и фруктоза), сохраняя тем самым их способность к оплодотворению.
Во время полового акта сперматозоиды, взвешенные в 2—5 мл семенной жидкости, попадают во влагалище. В семенной жидкости содержится глюкоза и фруктоза, служащие для питания сперматозоидов, а также некоторые другие компоненты, в том числе и слизистые вещества, облегчающие прохождение спермы по выводящим каналам в организме человека.
Семенная жидкость образуется в организме мужчины в результате последовательной работы трёх разных желез. Недалеко от места впадения семявыносящих протоков в мочеиспускательный канал в семявыносящий проток изливает секрет пара так называемых семенных пузырьков.
Далее к семенной жидкости добавляется секрет предстательной железы, называемой также простатой, которая располагается вокруг мочеиспускательного канала у его выхода из мочевого пузыря. Секрет простаты выводится в мочеиспускательный канал через две группы коротких узких протоков, впадающих в мочеиспускательный канал.
Далее ещё в семенную жидкость добавляют свой компонент пара желез, носящая название куперовы железы или иначе бульбоуретральные железы. Они располагаются у основания пещеристых тел, расположенных в половом члене.
Секреты, выделяемые семенными пузырьками и куперовыми железами, имеют щелочной характер, а секреты простаты представляют собой водянистую жидкость молочного цвета, имеющую характерный запах.
Сперматогенез: как образуется мужская семенная жидкость
Сперматогенез
Это процесс созревания спермы, проходящий несколько последовательных этапов. Весь процесс сперматогенеза происходит в тестикулах (яичках), но контролируется гормонами и структурами головного мозга, а именно гипоталамусом и гипофизом, которые регулируют уровни гормонов и при необходимости посылают сигналы на повышение или понижение концентрации гормонов. Если происходит снижение концентрации тестостерона, то соответствующий сигнал получает гипофиз. В ответ начинает синтезироваться лютеинизирующий гормон, влияющий на особые клетки в яичках. Так и происходит повышение уровня тестостерона. Другие гормоны распределяют его по семенному канальцу (трубочкам), где сосредоточены предшественники сперматозоидов. Из них после нескольких последовательных стадий дифференцировки получится сперматозоид – привычный по картинкам в учебнике биологии «головастик». При эякуляции происходит выделение 39-929 млн. сперматозоидов.
Формирование сперматозоида
На сперматогенез требуется около 72-74 суток. В тестикулах расположена система извитых трубочек, которые называются семенными канальцами: в их стенках находятся зародышевые клетки. Под действием гормонов у этих клеток образуется голова и хвост, и с этого момента они могут проникнуть через гемато-тестикулярный барьер. Выходя в просвет канальца, они начинают свое движение в придатки. Здесь накапливаются и живут сперматозоиды 4-5 недель. Практически одновременно с этим происходит выделение семенной плазмы, которая вырабатывается предстательной железой. С ней смешиваются «головастики» и получается сперма.
Состав спермы
Эякуляция и стремление к оплодотворению
Во время эякуляции семенная жидкость выбрасывается со скоростью 70 км/ч. Вопреки распространенному мнению, сперматозоиды не бегут гурьбой в сторону яйцеклетки кто быстрее, расталкивая соперников. Часть из клеток движется в прямом направлении, другие «бегают» по кругу, третьи вообще не двигаются. В процессе продвижения спермы помогает не только заданная сила и скорость, но и стенки матки, благодаря их сокращениям семенная жидкость направляется к фаллопиевым трубам. После сперматозоиды сохраняют высокую подвижность и могут преодолевать 1-4 мм расстояния за минуту. Кажется, что это незначительная скорость, однако размер клетки – всего 0,055 мм! Все же силы сперматозоидов не бесконечны, и они устают, тогда на помощь приходят гормоны. Всплеск прогестерона стимулирует клетки на дальнейшее движение, они начинают покачивать хвостиками и двигаться к заветной цели, но нужно еще преодолеть защитную мембрану клетки. Как только одному из них удается прорваться, белковый слой блокируется и препятствует проникновению большего числа клеток. Но если этот процесс нарушается, то увеличивается риск различных мутаций, приводящих к развитию синдрома Дауна, потенциально опасных фатальных дефектов и пороков развития сердца, позвоночника и нервной системы плода.
Распространенные заблуждения
До сих пор в массах ходят слухи, касающихся сперматогенеза и состояния репродуктивной мужской системы. Время от времени появляются новые «исследования», на самом деле не имеющие под собой никакого научного обоснования. Одно из самых распространенных заблуждений – тесное нижнее белье может снизить количество активных клеток. Однако ни одно авторитетное научное исследование не нашло этому подтверждения. В противовес этому приводят данные о том, что у мужчин, которые носят нижнее белье-боксеры (шортики, семейные трусы), количество сперматозоидов на 17% выше, в сравнении с теми, кто предпочитает носить плавки. Однако детальное изучение этого исследования показало, что не были приняты во внимание другие факторы, которые могли бы, так или иначе, повлиять на этот процесс. Известно, что прерванный половой акт – не самое надежное средство контрацепции, его надежность составляет порядка 60%. И все дело в выделяемом преэякулянте, который выделяется перед эякуляцией. Несмотря на то, что эта жидкость не предназначена для депонирования клеток, в ней все же могут содержаться живые и активные сперматозоиды. Одно из исследований показало, что живые клетки содержатся у более чем 15% образцов преэякулянта. Поэтому вероятность наступления беременности при прерванном половом акте все же сохраняется. Мужчины, которые стали отцами после 50 лет и старше, вызывают восхищение. Есть мнение, что качество сперматогенеза не меняется с возрастом. Однако это не так: хотя сперма образуется у мужчин на протяжении всей жизни, но качество семенной жидкости с возрастом ухудшается. Ряд исследований показывает, что с возрастом повышается вероятность развития генетических мутаций у плода, поэтому всему свое время. В том числе – и даже в первую очередь – планированию рождения ребенка.
Сперматогенез и овогенез
Гаметогенез (греч. gamete– жена, gametes – муж + genesis – зарождение)
Гаметогенезом называют процесс образования половых клеток (гамет). Этот процесс происходит у мужских и женских особей в гонадах (половых железах), представленных семенниками (яичками) и яичниками.
Гаметы (n) образуются в результате мейоза из клеток-предшественников (2n, как у соматических клеток). Половые клетки гаплоидны, то есть имеют в два раза меньшее число хромосом, чем клетки-предшественники. Мужская (n) и женская (n) гаметы, сливаясь друг с другом в процессе оплодотворения, образуют зиготу (2n).
Таким образом, за счет гаплоидности гамет (в результате мейоза) поддерживается постоянное количество хромосом в ряду поколений, не происходит их удвоения.
Процессы сперматогенеза и овогенеза (оогенеза) требуют нашего более детального изучения.
Сперматогенез (греч. sperma – семя + genesis – зарождение)
Половые клетки в этой фазе называются сперматоцитами I порядка, они теряют способность к митотическому делению.
На фазу роста приходится S-период: происходит удвоение ДНК, в результате чего набор хромосом сперматоцита I порядка становится (2n4c).
Происходит первое деление мейоза (мейоз I). В результате из сперматоцитов I порядка (2n4c) образуются сперматоциты II порядка (n2c). Между мейозом I и мейозом II практически отсутствует интерфаза, поэтому сперматоциты II порядка (n2c) сразу же вступают в мейоз II, в результате которого образуются сперматиды (nc).
Овогенез, или оогенез (греч. ōón — яйцо + genesis – зарождение)
Половые клетки в этой фазе называются ооцитами I порядка, они теряют способность к митотическому делению.
Ооциты I порядка (2n4c) вступают в первое деление мейоза, в результате которого образуются ооциты II порядка (n2c) и первое полярное (направительное) тельце, которое не несет большой функциональной значимости и подвергается дегенерации.
Второе деление мейоза начинается только после взаимодействия овоцита II порядка (n2c) со сперматозоидом. В результате этого образуется яйцеклетка (nc) и второе полярное тельце, которое также подвергается дегенерации.
Строго говоря, при овуляции из яичников выходит не «яйцеклетка», а ооцит II порядка, который ждет встречи со сперматозоидом для продолжения деления и развития будущего зародыша. Если такого взаимодействия не происходит, то яйцеклетка подвергается дегенерации.
Оплодотворение
При внутреннем оплодотворении сперматозоид сливается с яйцеклеткой в женских половых путях, куда самец вводит семенную жидкость со сперматозоидами.
При внешнем оплодотворении сперматозоид сливается с яйцеклеткой вне половых путей самки, например, у двустворчатых моллюсков оплодотворение происходит в мантийной полости самки.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Сперматогенез. Всё, что вы хотели знать, но боялись спросить!
Сперматогенез. Всё, что вы хотели знать, но боялись спросить!
Автор
Редакторы
Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: Наш организм — это сложнейшая машина с многочисленными уровнями регуляции, но начиналось все когда-то всего лишь со слияния двух клеток: сперматозоида и яйцеклетки. Что же в них такого особенного, что вместе они способны дать начало новому организму? В этой статье мы поговорим про детство, отрочество и юность сперматозоидов, узнаем, какие трудности нужно пережить, чтобы стать одной из самых специализированных клеток организма, на примере сперматогенеза мышей.
Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021
Эта работа опубликована в номинации «Наглядно о ненаглядном» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.
Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.
Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.
Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
Перед тем, как разглядывать детали сперматогенеза, давайте взглянем на картину в целом [1]. Начнем совсем издалека — со строения генома. В нашем геноме 46 хромосом, из них 2 хромосомы половые (X и Y хромосомы), а остальные 22 пары — аутосомы. Это так называемый диплоидный набор — 2n. Он получается при слиянии яйцеклетки и сперматозоида, которые несут в себе гаплоидные наборы хромосом — n (22 аутосомы, по одной из каждой пары, и одну половую). Именно поэтому в каждом ребенке есть черты отца и матери. Изначально сперматогенез начинается со сперматогоний, исходных половых клеток с диплоидным набором хромосом (2n). Дальнейшие деления сперматогоний приводят к образованию сперматоцитов и именно сперматоциты вступают в мейоз, в результате которого образуются клетки с гаплоидным набором хромосом. Такие клетки называют сперматидами, они имеют круглую форму и внешне сильно отличаются от зрелых сперматозоидов. Поэтому в течение последней части сперматогенеза (ее еще называют спермиогенезом) происходит множество морфологических изменений и образуются зрелые сперматозоиды.
Однако есть еще пара важных вопросов, которые нам важно прояснить, прежде чем приоткрывать занавесу тайн сперматогенеза. В качестве модельного организма мы возьмем мышей, поскольку основные исследования по изучению сперматогенеза проводятся именно на них. И первый важный вопрос: а где же происходит вся эта вакханалия? Для сперматогенеза существует специальный парный орган — тестикулы (семенники). Внутри тестикул млекопитающих можно обнаружить семенные канальцы и межклеточное пространство. В тестикулах также присутствуют кровеносные и лимфатические сосуды, нервные клетки. В межклеточном пространстве обнаружены макрофаги, значительная часть которых находится на поверхности семенных канальцев.
Наиболее распространенным типом клеток, расположенных в межклеточном пространстве, являются клетки Лейдига, они секретируют тестостерон и другие андрогенные соединения. Эта функция важна тем, что способствует развитию вторичных половых признаков и обеспечивает нормальное течение сперматогенеза.
Семенные канальцы имеют U-образную форму, их внутренняя поверхность выстлана семенным эпителием, в котором протекает сперматогенез. Зрелые сперматозоиды попадают в просвет семенных канальцев, далее они направляются в средостение и затем накапливаются в эпидидимисе.
В семенном эпителии помимо половых клеток присутствуют клетки Сертоли, они окружают половые клетки, защищают их и обеспечивают питательными веществами. Плотные контакты между клетками Сертоли образованы мультибелковым комплексом, который прочно соединяет клетки друг с другом, в результате чего образуется гемато-тестикулярный барьер. Этот барьер отделяет клетки на поздних стадиях от кровеносных и лимфатических сосудов, что позволяет избежать аутоиммунной реакции. Подробности про гемато-тестикулярный барьер можно узнать в статье «Сперматогенез: через тернии к звездам» [2].
Теперь поговорим немного о том, что же мы хотим получить в конце нашего пути. Зрелый сперматозоид состоит из двух основных частей: это голова и хвост (флагелла) [1]. Отличительной особенностью сперматозоидов грызунов является крюкообразная голова, в то время как у копытных, плотоядных и приматов она округлая. В голове сперматозоида находится ядро, претерпевающее значительные изменения, о которых мы поговорим позже. Еще одним важным элементом, находящимся в голове сперматозоида, является акросома. Это мембранный пузырек с ферментами, который образуется из комплекса Гольджи. Его звездный час наступает при взаимодействии яйцеклетки со сперматозоидом: ферменты высвобождаются, растворяя оболочку яйцеклетки и помогая сперматозоиду проникнуть внутрь.
Для того чтобы добраться до яйцеклетки, у сперматозоида есть хвост (флагелла), который обеспечивает его подвижность [3]. Структурной основой флагеллы является аксонема — сложный комплекс на основе микротрубочек из белка тубулина. Микротрубочки образуют так называемую структуру 9×2+2: 9 дублетов микротрубочек располагаются по кругу, а в центе находятся две одиночные микротрубочки. От одного дублета к другому направлены динеиновые ручки, они обеспечивают скольжение дублетов относительно друг друга. Такое скольжение позволяет хвосту изгибаться в разных направлениях, в итоге его движение происходит по траектории, напоминающей воронку. С центральными микротрубочками дублеты связаны через белковые комплексы, которые называют радиальными спицами.
В хвосте сперматозоида на основе структурных различий выделяют несколько частей.
Самая ближняя к голове часть — соединительная. Именно в ней находится базальная пластинка, через которую происходит связь хвоста с головой.
За ней следует промежуточная часть, где находится митохондриальная спираль, состоящая из 50–75 митохондрий, вокруг которых вытягиваются 9 наружных плотных волокон. Митохондрии поставляют энергию для биения жгутика. Наружные плотные волокна представляют собой белковый комплекс, выполняющий структурную функцию. Промежуточная часть отделена от главной анулусом. Эта кольцевая структура помогает регулировать транспорт белков внутри хвоста.
В главной части уже нет митохондрий, снаружи появляется волокнистая оболочка, которая представляет собой две колонны. Колонны расположены вместо 3 и 8 наружных плотных волокон и соединены серией поперечных ребер. Колонны и ребра играют не только структурную функцию, предполагается, что они служат каркасом, на котором закрепляются ферменты, участвующие в регуляции созревания сперматозоида, подвижности хвоста и различных сигнальных путях.
Самой последней является концевая часть, где располагается аксонема и концы наружных плотных волокон и волокнистой оболочки.
Теперь мы вооружены и готовы начать наше путешествие! Первым делом познакомимся со сперматогониями — неспециализированными диплоидными клетками, с которых начинается сперматогенез.
Вначале было описано всего два типа сперматогоний [4], [5]. У первого, сперматогоний типа A, не обнаружили гетерохроматин в ядре, в то время как у второго, типа B, в ядре присутствовал гетерохроматин. Вскоре после этого был обнаружен тип сперматогоний с промежуточным количеством гетерохроматина — такие клетки были названы промежуточными (In) сперматогониями.
Что это значит для нас? Хроматин может находиться в активном состоянии или неактивном, активный хроматин мы называем эухроматином, а неактивный — гетерохроматином. Поскольку сперматогонии еще не определились со своей будущей профессией, то они себя не ограничивают и хранят генетический материал в активном состоянии. Однако решив стать зрелым сперматозоидом, сперматогония выбирает свой путь и знает, в каком направлении развиваться, поэтому всю ненужную для этого генетическую информацию переводит в неактивное состояние — гетерохроматин. Таким образом, увеличение количества гетерохроматина говорит нам об увеличении специализации клетки.
На данный момент обнаружено еще больше стадий, через которые проходят сперматогонии перед образованием сперматоцитов: от типа А через промежуточные в тип В [6]. Все начинается с деления сперматогоний As. Дочерние клетки могут мигрировать и стать двумя новыми одиночными стволовыми клетками, или могут оставаться вместе, соединенные межклеточным мостиком, поскольку цитокинез не завершен, и стать парой клеток Apr. Затем пара делится дальше, образуя цепочку из четырех. Затем сперматогонии Aal дифференцируются в так называемые сперматогонии A1, которые являются первым типом «дифференцирующихся» сперматогоний. У млекопитающих обычно шесть поколений дифференцирующихся сперматогоний делятся синхронно и на последнем своем делении производят сперматоциты.
Сперматогония типа В дает начало прелептотеновым сперматоцитам, которые вступают в мейоз, необходимый для получения гаплоидных клеток [7]. Мейоз состоит из двух последовательных клеточных делений без промежуточной S-фазы. Профаза первого мейоза удлинена и ее разделяют на последовательные стадии: лептотена, зиготена, пахитена и диплотена. Во время лептотены происходит конденсация ДНК, в зиготене гомологичные хромосомы соединяются и компактизируются. На стадии пахитены происходит кроссинговер — обмен участками между гомологичными хромосомами с образованием новых комбинаций генов. Этот процесс повышает наследственную изменчивость, благодаря которой происходит эволюция. В диплотене происходит частичная деконденсация хромосом и экспрессия генов, необходимых для дальнейших процессов. На этом профаза заканчивается. Далее хромосомы расходятся к полюсам клетки и результатом первого деления первичных сперматоцитов с диплоидным набором хромосом (2n) становятся вторичные сперматоциты с гаплоидным набором хромосом (n). При втором делении к полюсам клетки расходятся хроматиды, и после второго деления мейоза образуются круглые сперматиды.
Со стадии круглых сперматид начинается спермиогенез. Клетки больше не делятся, во время спермиогенеза происходит лишь усложнение их структуры, образуется хвост и сперматозоид приобретает знакомый нам вид [3].
Как мы уже знаем, круглые сперматиды образуются после мейотического деления сперматоцитов. Затем во время шага 2–3 аксонема начинает удлиняться и достигает почти полной длины. В это время она окружена жгутиковой мембраной — продолжением клеточной плазматической мембраны. Также во время стадии 2–3 на дистальном конце жгутика начинают формироваться предшественники колонн. Столбцы фиброзной оболочки и ребра впоследствии собираются в дистально-апроксимальном направлении — в том направлении, которое станет основной частью сперматозоидов. Между этапами 6 и 7 базальное тело с прикрепленной аксонемой перемещается к ядру и тянет за собой плазматическую мембрану, после чего плазматическая мембрана окружает промежуточную часть жгутика. На этапе 8 внешние плотные волокна начинают собираться вдоль дублетов микротрубочек аксонемы от промежуточной части к концу хвоста, в конечном итоге растягиваясь по всей длине, но не достигая своего полного диаметра до этапа 16. Также на этапе 8 из комплекса Гольджи образуется акросома. Параллельно с этим образуется манчета [8] — напоминающая юбку структура из микротрубочек и актиновых филаментов, играющая важную роль в транспорте белков из головы в хвост.
На этапе 9 ядро начинает удлиняться и конденсироваться, благодаря этому клетки на дальнейших стадиях называют элонгированными сперматидами. В обычном состоянии ДНК в ядре упакована с помощью белков гистонов, однако для более плотной упаковки гистоны замещаются на протамины [9]. Поскольку протамины несут больше положительных зарядов, отрицательно заряженная ДНК упаковывается еще более плотно, что позволяет уменьшить риск повреждения генетической информации до слияния сперматозоида с яйцеклеткой. Однако при такой плотной упаковке не происходит транскрипция, поэтому все необходимые РНК синтезируются заранее и хранятся в виде рибонуклеопротеиновых комплексов. Также на 9 стадии начинает формироваться анулус и окружает аксонему у ее основания. На шаге 15 анулус мигрирует дистально вдоль аксонемы к будущему месту соединения промежуточной и главной частей. Анулус представляет собой структуру в форме кольца, которая разделяет промежуточную и главную часть хвоста, тем самым участвуя в регуляции транспорта. В начале этапа 15 митохондрии в развивающейся промежуточной части мигрируют к аксонеме и конденсируются вокруг нее и внешних плотных волокон. На этапе 16 избыточная цитоплазма удаляется как остаточное тело. Затем зрелые сперматозоиды попадают в просвет и выходят из тестикул.
Зрелые сперматозоиды попадают в эпидидимис (придаток яичка). Сперматозоиды передвигаются за счет биения ресничек эпителия, при этом созревание сперматозоидов продолжается, они приобретают подвижность [10]. В итоге в эпидидимисе происходит накопление и хранение зрелых сперматозоидов. Около 23×10 6 сперматозоидов находится в эпидидимисе мышей, из которых 73% имеют нормальное строение, а остальные не пережили путешествие так успешно, и у них наблюдаются различные дефекты (отсутствие подвижности, наличие двух голов и т.д.).
В заключение хочется отметить, что различные поколения половых клеток связаны не случайным образом, а образуют клеточные ассоциации фиксированного состава. Так, например, сперматиды на данном этапе спермиогенеза всегда связаны с одними и теми же типами сперматоцитов и сперматогоний [11]. В определенный момент времени в семенном эпителии находится 3–4 типа клеток. В связи с этим у мышей выделяется 12 типов поперечных срезов семенного эпителия.