Энзимная гипотеза выживаемости сперматозоидов в сперматеке Печать
Рейтинг пользователей: / 0
ХудшийЛучший 
Биология пчел
В природе существуют животные, стоящие на разных ступенях эволюционной лестницы, у которых половые клетки самцов (сперматозоиды) могут длительно храниться при плюсовых температурах. Одним из таких представителей и является пчелиная матка, поразительная способность которой к многолетнему хранению сперматозоидов трутня, в полости сперматеки (семяприемнике) хорошо известна.

Расшифровка механизма такого явления открывает иные, качественно новые перспективы консервации спермы сельскохозяйственных животных по сравнению с глубоким замораживанием.
Какие же факторы ответственны за выживаемость сперматозоидов трутня? Является ли способность к длительному хранению, свойством самих сперматозоидов, обусловленным особенностями их строения и обмена веществ, или же существуют определенные условия среды в сперматеке матки, которые обеспечивают выживаемость половых клеток самца?

Многочисленные исследования показали, что половые клетки трутня, по своему строению, не отличаются от половых клеток самцов животных других видов. Что же касается особых условий среды, якобы существующих в сперматеке и обеспечивающих длительное хранение сперматозоидов трутня, то здесь мнения расходятся.

Одни исследователи полагают, что ведущим фактором выживаемости половых клеток является недостаток в семяприемнике матки кислорода и питательных веществ (Табер, Блюм, 1960; Поль, 1970). Вторые связывают это явление с высокой концентрацией в сперматеке двуокиси углерода и низким значением рН среды (Фландрес, 1939). Третьи указывают на большую плотность сперматозоидов в единице объема, а также высокое осмотическое давление в полости семяприемника (Верма, 1973).

Однако было установлено, что не все перечисленные выше факторы имеют место при хранении спермы трутня. Так, аэрация семени, взятого из сперматеки, не вызывает активацию сперматозоидов трутня (Ленски, Шиндлер, 1967). Более того, сперматеке окружена густой сетью трахей, поставляющих кислород органу, удаление 50-70 % которых приводит к резкому снижению, а то и к полному прекращению оплодотворяющей способности сперматозоидов (Кёнигер, 1969). Недостаток питательных веществ также, по-видимому, не является одним из факторов выживаемости мужских половых клеток, так как в семяприемнике матки были найдены глюкоза, фруктоза и трегалоза (Алумот с соавт., 1969). Было установлено, что среда здесь не кислая, а щелочная (Ленски, Шиндлер, 1967), концентрация же двуокиси углерода оказалась незначительной.

Таким образом, вопрос о причине выживаемости сперматозоидов трутня в сперматеке пчелиной матки и до настоящего времени остается открытым.

Результаты ранее выполненных нами исследований показали, что в сперматозоидах трутней, взятых из сперматек маток через один, два и три года после спаривания, наблюдалась высокая активность ферментов гликолиза и дыхания и, в частности, дегидрогеназ (А. В. Молодюк, Е. Н. Беляева, 1978; А. В. Молодюк с соавт, 1978, 1979). Более полное представление о регуляции энергетического обмена я этих условиях могло дать изучение активности ключевого фермента дыхательной цепи митохондрий сперматозоидов - цитохромоксидазы, фермента, непосредственно взаимодействующего с кислородом.

Мы исследовали сперматозоиды, взятые из семенных пузырьков трутней, начиная с 1 -го и по 45-й день с момента выхода имаго из ячейки, а также, взятые из сперматек плодных маток через один, два, три и четыре года после их осеменения. По методике, разработанной Нахласом (М. Берстон, 1965), в половых клетках трутня выявляли фермент цитохромоксидаэу. Порядок проведения цитохимической реакции был аналогичен описанному нами ранее (1979) для выявления ферментов в сперматозоидах трутня.

Микроскопирование цитохимических препаратов показало, что митохондрии сперматозоидов трутня, из семенных пузырьков всех сроков развития, а также, взятых из сперматек плодных маток, не обладают цитохромо-ксидаэной активностью. Для уточнения этих данных мы провели биохимическое исследование митохондрий, результаты которого подтвердили данные цитохимического анализа: сперматозоиды трутня не обладают цитохромоксидазной активностью.

Полученные данные оказались неожиданными. Было непонятно, почему при наличии в сперматозоидах трутня высокой активности изученных дегидрогеназ, таких как лактатдегидрогеназа, НАД- Н-дегид-рогеназа, сукцинатдегидрогеназа и др., отсутствует активность цитохромоксидазы. Куда же переходят высвобожденные из молекул субстратов электроны, если не активны цитохромы дыхательной цепи, по которой осуществляется конечный процесс переноса электронов к молекулярному кислороду?

Мы выдвинули два предположения. Согласно первому в дыхательной цепи митохондрий сперматозоидов трутня имеется вся цепь цитохромов. Однако на уровне цитохромов "а + аз" (цитохромоксидазы) эта цепь подавлена каким-то фактором неизвестной природы. Вследствие этого цитохромоксидаза не воспринимает на себя поток электронов и, следовательно, не передает их на кислород. Согласно второму предположению дыхательная цепь митохондрий сперматозоидов трутня редуцирована и в ней отсутствуют цитохромы С1, с, "a + a3".

Для проверки выдвинутых предположений необходимо было установить, какие же типы цитохромов составляют дыхательную цепь сперматозоидов трутня. Эти исследования были выполнены нами на двухлучевом спектрофотометре Чанса с использованием метода количественной дифференциальной спектрофотометрии.

Данные дифференциальной спектрофотометрии показали присутствие в митохондриях сперматозоидов трутня электронно-транспортной цепи, включающей в себя как цитохромы "с + C1", так и цианчувствительные цитохромы "а + аз" (цитохромоксидазу). Однако фермент цитохромоксидаза в половых клетках трутня находится в подавленном состоянии, о чем свидетельствует отсутствие активности фермента в сперматозоидах при использовании биохимических и гистохимических методов исследований. В то же время другие окислительно-восстановительные ферменты, например дегидрогеназы, характеризуются в этих случаях высокой активностью.


 Схема дыхательной цепи митохондрий клетки



Схема дыхательной цепи митохондрий клетки [Ленннджпр, 1974). В квадрате указано предполагаемое место ингибирования дыхательной цепи. НАД - никотинамидадениндинуклеотид; ФМН - флавинмононуклеотид; ФАД - флавинаданиндинуклеотид; KoQ - ко-фермент Q (убихинон); АТФ - адено-зинтрифосфат.

Известно, что подавление (ингибирование) различных ферментов специфическими клеточными компонентами - один из способов, регулирующих ход ферментативных реакций в клетке. Наши данные согласуются с теорией Михаэлиса - Ментена и указывают на то, что ингибирование цитохромоксидазы в сперматозоидах трутня должно иметь обратимый характер. В литературе приводятся сведения о существовании ингибиторов дыхания митохондрий. Они имеют различную природу, а также разные точки приложения в дыхательной цепи. Описана высокая ингибирующая активность щелочных полипептидов и, в частности, протамина (Томасик, Ржевский, 1974; А. А. Константинов с соавт., 1975). Раппопорт (1974) приводит сведения о присутствии в митохондриях клеток половой системы термолабильных ингибиторов дыхательной цепи белковой природы. По мнению автора, одна из их функций - стимулирование перехода клеток на другой дыхательный путь, а также индукция и поддержание метаболизма покоя, что имеет место, например, во время зимней спячки животных, У многих видов насекомых, таких как китайский дубовый шелкопряд, капустная белянка, клоп-черепашка, состояние диапаузы характеризуется глубоким подавлением активности цитохромоксидаэы (Р. С. Ушатинская, 1973).

Таким образом, результаты наших исследований, а также данные литературы позволяют предположить, что подавленное состояние терминального фермента дыхательной цепи митохондрий сперматозоидов трутня - цитохромоксидаэы - является одним из ведущих факторов поддержания половыми клетками метаболизма покоя, что и делает возможным многолетнее хранение сперматозоидов трутня в семяприемнике пчелиной матки,

Блокирование активности цитохромоксидаэы трутня осуществляется не в полости сперматеки, а происходит во время сперматогенеза в семенниках трутня до момента выхода имаго из ячейки. Сперматозоиды поступают в семенные пузырьки уже с ингибироваиным ферментом. Об этом свидетельствует отсутствие цито-хромоксидазной активности в половых клетках, взятых из семенных пузырьков трутней с 1-го по 45-й день с момента выхода имаго из ячейки.

С позиций предложенной нами энзимной гипотезы становится возможным объяснить факт активации сперматозоидов трутня секретом железы сперматеки, в результате чего половые клетки становятся подвижными и приобретают способность оплодотворить яйцеклетку. При этом происходит раэынгибирование цитохромоксидаэы сперматозоидов "рили-зингфактором", что приводит ее а активное состояние.

Общую схему этого процесса можно представить в следующем виде. Насосом сперматеки из полости органа отсасывается определенное число сперматозоидов, на которые воздействует секрет, выделяющийся из железы сперматеки. Под действием рилизинг-фактора секрета происходит раэынгибирование цитохромоксидаэы сперматозоидов, в результате чего включается вся дыхательная цепь митохондрий и поток электронов устремляется к кислороду. При этом мгновенно синтезируется огромное количество АТФ, химическая энергия которой тотчас же превращается в механическую энергию движения клетки. Сперматозоид приобретает подвижность и устремляется к яйцеклетке. В этом случае он или оплодотворит ее, или же погибнет вследствие израсходования питательных веществ.
Остается неясным химический состав секрета железы сперматеки. Однако имеются сведения о том, что он богат нейтральными мукополисахаридами (Далей, 1972).

Результаты проведенных нами исследований на представителях других классов животных, стоящих на разных ступенях эволюционной лестницы (амфибий и млекопитающих), дают возможность предположить, что в основе длительного хранения сперматозоидов у животных лежат те же факторы, что и у трутней. Отсюда очевидно, что дальнейшая разработка вопроса о механизме выживаемости сперматозоидов трутня в семяприемнике пчелиной матки имеет не только теоретическое, но и большое практическое значение в плане поиска надежных путей консервации спермы.

Кировский научно-исследовательский институт гематологии и переливания кроаи г, Киров

 
Похожие статьи
Пчеловодческий магазин

А вы знаете ?

... что при соединении 2 семей пчел обычно между ними происходит "потасовка", нередко заканчивающаяся гибелью множества пчел. Для предупреждения этого явления соединяемые семьи обрызгивают водой с запахом анисового, розового или какого-либо другого ароматного масла, настоем травы мелиссы, соком огурца. Через 3-5 мин их соединяют. При отсутствии такой возможности разрезают пополам луковицу и помещают на 3-5 мин в гнезда присоединяемых семей или обрызгивают обе семьи обычной водой.