СПЕРМАТОГЕНЕЗА: ЕТАПИ И ТЕХНИТЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ - БИОЛОГИЯ - 2024

На сперматогенезата е процес на образуване на сперматозоидите от зародишни клетки (сперматогони). Среща се при мъжки индивиди на еукариотни организми със сексуална репродукция.

За да се осъществи ефективно този процес, той се нуждае от специфични условия, включително: правилно хромозомно разделение с точна генна експресия и адекватна хормонална среда, за да се получи голям брой функционални клетки.

Източник: Anchor207

Превръщането на сперматогонията в зрели гамети става по време на полово съзряване в организмите. Този процес се задейства поради натрупването на някои хормони от типа на хипофизния гонадотропин, като HCG (човешки хорион хонадотропин), който се намесва в производството на тестостерон.

Какво представлява сперматогенезата?

Сперматогенезата се състои в образуването на мъжки гамети: сперма.

Производството на тези полови клетки започва в семенните тръби, разположени в тестисите. Тези тубули заемат около 85% от общия обем на половите жлези и в тях са незрелите зародишни клетки или сперматогония, които непрекъснато се делят чрез митоза.

Някои от тези сперматогонии спират да се възпроизвеждат и се превръщат в първични сперматоцити, които започват процеса на мейоза, като всеки произвежда двойка вторични сперматоцити с пълното си хромозомно натоварване.

Последните завършват втория стадий на мейозата, като накрая пораждат четири сперматиди с половин хромозомно натоварване (хаплоиден).

По-късно те претърпяват морфологични промени, генерирайки сперматозоиди, които отиват до епидидимиса, разположен в скротума до тестисите. В този канал настъпва съзряване на гаметите, които са готови да предават гените на индивида.

Процесът на сперматогенезата зависи от хормоналната и генетичната регулация. Този процес зависи от тестостерона, така че в производството на този хормон в семенните канали се намират специализирани клетки (клетки на Лайдиг).

Включени генетични елементи

Някои важни гени в сперматогенезата са гена SF-1, който действа в диференциацията на клетките на Лейдиг, и гена SRY, който се намесва в диференциацията на клетките на Sertoli и образуването на тестикуларни връзки. Други гени участват в регулирането на този процес: RBMY, DBY, USP9Y и DAZ.

Последната се намира в хромозомата Y. Действа при кодирането на протеини, свързващи РНК, а отсъствието й е свързано с безплодие при някои индивиди.

Етапи и техните характеристики

Семенни тубули със зрели сперматозоиди. Нефрон

Примордиалните зародишни клетки (гоноцити) се образуват в жълтъчния сак и пътуват до гениталния гребен, разделяйки се между клетките на Сертоли, като по този начин образуват семенните канали. Гоноцитите се намират вътре, откъдето те мигрират към базалната мембрана, за да предизвикат сперматогония.

Пролиферацията на първичните зародишни клетки и образуването на сперматогония възникват по време на ембрионалното развитие на индивида. Малко след раждането митотичното деление на тези клетки спира.

Процесът, чрез който се получават зрели сперматозоиди, се разделя на три фази: сперматогон, сперматоцит и сперма.

1. Сперматогонна фаза

С наближаването на периода на полова зрялост на хората увеличаването на нивата на тестостерон активира пролиферацията на сперматогонията. Тези зародишни клетки се разделят, за да генерират серия от сперматогонии, които се диференцират в първични сперматоцити.

При хората се разграничават няколко морфологични типа сперматогония:

Реклама за сперматогония: Разположена до интерстициалните клетки на семенната тръба. Те търпят митотични разделения, които генерират двойка тип Ad, която от своя страна продължава да се дели, или двойка тип Ар.

Ap spermatogonia: Те следват процеса на диференциация за генериране на сперматозоиди, като се разделят последователно чрез митоза.

Spermatogonia B. Продукт на митотичното разделение на Ap spermatogonia, Те имат сфероидно ядро ​​и особеността да бъдат свързани помежду си чрез „цитоплазмени мостове”.

Те образуват вид синцитиум, който персистира в следващите етапи, отделяйки се при диференциране на сперматозоидите, тъй като сперматозоидите се отделят в лумена на семенната тръба.

Цитоплазменият съюз между тези клетки позволява синхронизирано развитие на всяка двойка сперматогония и всяка от тях получава пълната генетична информация, необходима за функционирането им, тъй като дори след мейоза тези клетки продължават да се развиват.

2. Сперматоцитна фаза

В тази фаза B сперматогонията се е разделила митотично, образувайки I (първични) сперматоцити, които дублират хромозомите си, така че всяка клетка носи два набора хромозоми, носейки два пъти повече от обичайното количество генетична информация.

Впоследствие се извършват мейотични деления на тези сперматоцити, така че генетичният материал в тях претърпява редукция до достигане на хаплоидния характер.

Митоза I

При първото мейотично деление хромозомите се кондензират в профазата, което води до човешки 44 автозоми и две хромозоми (една X и една Y), всяка с набор от хроматиди.

Хомоложни хромозоми се свързват една с друга, докато се редят на екваториалната плоча на метафазата. Тези аранжименти се наричат ​​тетради, тъй като съдържат две двойки хроматиди.

Тетрадите обменят генетичен материал (кръстосан) с хроматидите, пренареждащи се в структура, наречена синаптонемичен комплекс.

В този процес генетичната диверсификация се осъществява чрез обмен на информация между хомоложните хромозоми, наследени от бащата и майката, като се гарантира, че всички сперматиди, произведени от сперматоцитите, са различни.

В края на кръстосването хромозомите се разделят, преминавайки към противоположни полюси на мейотичното вретено, "разтваряйки" структурата на тетрадите, като рекомбинираните хроматиди на всяка хромозома остават заедно.

Друг начин да се гарантира генетично разнообразие по отношение на родителите е чрез произволното разпределение на хромозомите, получени от бащата и майката, към полюсите на вретеното. В края на това мейотично деление се получават II (вторични) сперматоцити.

Мейоза II

Вторичните сперматоцити започват втория процес на мейоза веднага след формирането им, синтезирайки нова ДНК. В резултат на това всеки сперматоцит има половината от хромозомния товар и всяка хромозома има двойка сестрински хроматиди с дублирана ДНК.

При метафаза хромозомите се разпределят и подравняват върху екваториалната плоча, а хроматидите се разделят чрез мигриране към противоположните страни на мейотичното вретено.

След възстановяването на ядрените мембрани се получават хаплоидни сперматиди с половината хромозоми (23 при хората), хроматид и копие на генетичната информация (ДНК).

3. Сперматозоидна фаза

Спермиогенезата е последната фаза на процеса на сперматогенезата и в нея не се наблюдават клетъчни деления, а морфологични и метаболитни промени, които позволяват диференцирането на клетките към хаплоидна зряла сперма.

Клетъчните промени възникват, докато сперматидите са прикрепени към плазмената мембрана на клетките на Sertoli и могат да бъдат описани в четири фази:

Фаза на Голджи

Това е процесът, при който апаратът на Голджи поражда акрозома, чрез натрупване на проакрозомни гранули или PAS (периодична киселина-Шиф реактивна) в комплексите на Голджи.

Тези гранули водят до акрозомна везикула, разположена до ядрото и нейната позиция определя предната част на спермата.

Центриолите се придвижват към задната част на сперматида, като се подравняват перпендикулярно на плазмената мембрана и правят дублетите, които ще интегрират микротубулите на аксонемата в основата на сперматозоида.

Фаза на капачката

Акрозомната везикула расте и се простира над предната част на ядрото, образувайки акрозомната или акрозомната капачка. В тази фаза ядреното съдържание се кондензира и частта от ядрото, която остава под акросома, се сгъстява, губейки порите си.

Акрозомна фаза

Ядрото се издължава от кръгло до елиптично, а флагелът е ориентиран така, че предният му край се прикрепя към клетките на Сертоли, насочени към базалната ламина на полусеменните тръбички, в рамките на които се простира развиващият се жълъчек.

Цитоплазмата се придвижва отзад към клетката и цитоплазмените микротубули се натрупват в цилиндрична обвивка (маншета), която преминава от акрозомната капачка към задната част на сперматида.

След като развиват флагела, центриолите се придвижват обратно към ядрото, прилепвайки към жлеб в задната част на ядрото, откъдето излизат девет дебели влакна, които достигат до микротрубовете на аксонемата; по този начин ядрото и флагелът са свързани. Тази структура е известна като областта на шията.

Митохондриите се придвижват към задната област на шията, заобикаляйки дебелите влакна и са подредени в плътна спирална обвивка, образуваща междинната област на опашката на спермата. Цитоплазмата се движи, за да покрие вече образувания флагел, а "манчетата" се разтваря.

Фаза на зреене

Излишната цитоплазма се фагоцитира от клетките на Сертоли, образувайки остатъчното тяло. Цитоплазменият мост, който се е образувал в сперматогонията В, остава в остатъчните тела, така че сперматидите са разделени.

И накрая, сперматидите се освобождават от клетките на Сертоли, като се отделят в лумена на семенната тръба, откъдето се транспортират през правите тръби, рети тестисите и еферрентните канали до епидидимиса.

Хормонална регулация

Сперматогенезата е процес, фино регулиран от хормони, предимно тестостерон. При хората целият процес се задейства при полово съзряване, чрез освобождаването в хипоталамуса на хормона GnRH, който активира производството и натрупването на хипофизни гонодотропини (LH, FSH и HCG).

Клетките на Sertoli синтезират тестостеронови преносители протеини (ABP) чрез стимулиране на FSH и заедно с тестостерона, освободен от клетките на Leydig (стимулиран от LH), те осигуряват висока концентрация на този хормон в семенните канали.

В клетките на Сертоли също се синтезира естрадиол, който участва в регулацията на активността на клетките на Лейдиг.

Оплождане

Епидидимисът се свързва с vasrerereren, които се вливат в уретрата, като накрая позволяват изхода на сперматозоидите, които по-късно търсят яйцеклетка за оплождане, завършвайки цикъла на полово размножаване.

Веднъж освободен, сперматозоидите могат да умрат за минути или часове, като трябва да намерят женската гамета, преди това да се случи.

При хората около 300 милиона сперматозоиди се отделят при всяка еякулация по време на полов акт, но само около 200 оцеляват, докато стигнат до района, където могат да се чифтосват.

Сперматозоидите трябва да преминат през тренировъчен процес в женския репродуктивен тракт, където те придобиват по-голяма подвижност на флагела и подготвят клетката за реакцията на акрозом. Тези характеристики са необходими за оплождането на яйцата.

Кондензация на спермата

Сред промените, които присъстват сперматозоидите, се открояват биохимични и функционални модификации, като хиперполяризация на плазмената мембрана, повишено цитозолно рН, промени в липидите и протеините и активиране на мембранните рецептори, което им позволява да бъдат разпознати от zona pellucida. да се присъедини към това.

Този регион работи като химическа бариера, за да се избегне кръстосването между видове, тъй като като не разпознае специфични рецептори, торенето не се извършва.

Яйцата имат слой от гранулирани клетки и са заобиколени от високи концентрации на хиалуронова киселина, които образуват извънклетъчна матрица. За да проникнат в този слой клетки, спермата има хиалуронидазни ензими.

При влизане в контакт с zona pellucida се задейства реакцията на акрозома, при която съдържанието на акрозомната капачка се освобождава (като хидролитични ензими), които помагат на сперматозоидите да преминат през региона и да се присъединят към плазмената мембрана на яйцеклетката, освобождавайки в неговото цитоплазмено съдържание, органели и ядро.

Коркална реакция

При някои организми се получава деполяризация на плазмената мембрана на овула, когато той влиза в контакт със сперматозоид, като по този начин предотвратява оплождането на повече от един.

Друг механизъм за предотвратяване на полиспермия е кортикалната реакция, при която се отделят ензими, които променят структурата на zona pellucida, инхибирайки гликопротеина ZP3 и активирайки ZP2, което прави този регион непроницаем за други сперматозоиди.

Характеристики на спермата

Мъжките гамети имат характеристики, които ги правят много различни от женските гамети и силно адаптирани за разпространение на гените на индивида в следващите поколения.

За разлика от овулите, сперматозоидите са най-малките клетки, присъстващи в тялото и представляват жълтеник, който им позволява да се движат, за да достигнат до женската гамета (която няма такава мобилност), за да я оплождат. Този жълтеник се състои от шия, междинен участък, основен участък и крайната област.

В областта на шията се намират центриолите, а в междинния регион са разположени митохондриите, които са отговорни за осигуряването на енергията, необходима за тяхната мобилност.

Като цяло производството на сперма е много високо, като те са много конкурентни сред тях, тъй като само около 25% всъщност ще могат да оплождат женска гамета.

Разлики между сперматогенезата и оогенезата

Сперматогенезата има характеристики, които я отличават от оогенезата:

-Клетките правят мейоза непрекъснато след половото съзряване на индивида, като всяка клетка произвежда четири зрели гамети вместо една.

-Спермата узрява след сложен процес, който започва след мейоза.

-За производството на сперма се получават два пъти повече клетъчни деления, отколкото при образуването на яйцеклетка.

Препратки

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008). Молекулярна биология на клетката. Garland Science, Taylor и Francis Group.
2. Creighton, TE (1999). Енциклопедия на молекулярната биология. John Wiley and Sons, Inc.
3. Hill, RW, Wyse, GA и Anderson, M. (2012). Физиология на животните. Sinauer Associates, Inc. Издатели.
4. Климан, РМ (2016). Енциклопедия на еволюционната биология. Академична преса.
5. Marina, S. (2003) Напредък в познанията за сперматогенезата, клиничните последствия. Иберо-американско списание за плодородие. 20 (4), 213-225.
6. Ross, MH, Pawlina, W. (2006). Хистология. Редакция Médica Panamericana.