Етапи на сперматогенезата и техните характеристики



на сперматогенезата Това е процес, който се състои в образуването на сперматозоиди от зародишните клетки (сперматогонии). Среща се при мъжки индивиди от еукариотни организми със сексуално размножаване.

За да се извърши този процес ефективно, са необходими специфични условия, сред които: правилно хромозомно разделение с точни генни изрази и подходяща хормонална среда, за да се получи голям брой функционални клетки..

Превръщането на сперматогонията в зрели гамети се наблюдава по време на полово съзряване в организмите. Този процес се задейства от натрупването на някои хормони като хипофизни гонадотропини, като HCG (човешки хорионгонадотропин), който участва в производството на тестостерон..

индекс

  • 1 Какво е сперматогенеза?
    • 1.1 Участващи генетични елементи
  • 2 Етапи и техните характеристики
    • 2.1 1. Сперматогенна фаза
    • 2.2 2. Сперматоцитна фаза
    • 2.3 3. Спермиогенна фаза
  • 3 Регулиране на хормоните
    • 3.1 Оплождане
  • 4 Характеристики на сперматозоидите
  • 5 Различия между сперматогенезата и оогенезата
  • 6 Препратки

Какво е сперматогенеза?

Сперматогенезата се състои от образуването на мъжки гамети: сперматозоиди.

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

Някои от тези сперматогонии спират да се размножават и стават първични сперматоцити, които започват процеса на мейоза, за да произвеждат всяка двойка вторични сперматоцити с пълния им хромозомен заряд..

Последният завършва втория етап на мейозата, като най-накрая поражда четири сперматида с половината от хромозомния товар (хаплоид)..

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

Процесът на сперматогенезата зависи от хормоналната и генетичната регулация. Този процес е зависим от тестостерон, така че в семенните тубули са специализирани клетки (клетки на Leydig) в производството на този хормон..

Включени са генетични елементи

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

Последното се намира в Y хромозомата и действа върху кодирането на RNA свързващите протеини и отсъствието му е свързано с безплодие при някои индивиди..

Етапи и техните характеристики

Примитивните зародишни клетки (гоноцити) се образуват в жълтъчната торбичка и се придвижват до гениталния герб, като се разделят между клетките на Сертоли, образувайки по този начин семенните тубули. Гоноцитите се намират вътре, от където те мигрират към мембраната на базата, за да предизвикат сперматогонии.

Пролиферацията на първични зародишни клетки и образуването на сперматогония се случват по време на ембрионалното развитие на индивида. Малко след раждането процесът на митотично разделяне на тези клетки спира.

Процесът, чрез който се произвеждат зрели сперматозоиди, се разделя на три фази: сперматогичен, сперматоцитен и спермиогенен.

1. Сперматогенна фаза

С наближаването на периода на полова зрялост на индивидите, повишаването на нивата на тестостерона активира пролиферацията на сперматогениите. Тези зародишни клетки се разделят, за да генерират серия от сперматогонии, които се диференцират в първични сперматоцити.

При хората се разграничават няколко морфологични вида сперматогония:

Ad spermatogonios: Намира се до интерстициалните клетки на семенната тръба. Те страдат от митотични подразделения, които генерират двойка тип Ad, която от своя страна все още се дели, или двойка тип Ap.

Spermatogonios Ap: Те следват процеса на диференциация, за да генерират сперматозоидите, като се разделят последователно от митоза.

Spermatogonium B. Продукт на митотичното разделение на сперматогонията Ap.Те представят сфероидно ядро ​​и особеност на свързването помежду си чрез "цитоплазмени мостове".

Те образуват вид синцитий, който се запазва в следващите етапи, отделяйки се в диференциацията на сперматозоидите, когато сперматозоидите се освобождават в лумена на семенните тубули..

Цитоплазменият съюз между тези клетки позволява синхронизирано развитие на всяка двойка сперматогония и че всеки получава пълната генетична информация, необходима за неговото функциониране, тъй като дори и след мейозата, тези клетки продължават да се развиват..

2. Сперматоцитна фаза

В тази фаза сперматогонията B е разделена mitóticamente, образувайки есперматоцитоза I (първична), която дублира техните хромозоми, причината, поради която всяка клетка взема две хромозомни игри, носещи двойно от обичайното количество генетична информация..

Впоследствие се извършват мейотични разделяния на тези сперматоцити, така че генетичният материал в тях да претърпи намаления, докато не достигнат хаплоидния характер..

Митоза I

В първото мейотично разделение, хромозомите се кондензират в профазата, а в случая на хората се кондензират 44 автозоми и две хромозоми (X и Y), всяка с набор от хроматиди..

Хомоложните хромозоми се свързват заедно, докато се подравняват по екваториалната плоча на метафазата. Тези аранжировки се наричат ​​тетради, тъй като те съдържат два чифта хроматиди.

Тетрадите обменят генетичен материал (пресичане) чрез пренареждане на хроматидите в структура, наречена синаптенемичен комплекс.

В този процес генетичната диверсификация се случва, когато информацията се обменя между хомоложните хромозоми, наследени от бащата и майката, като се гарантира, че всички сперматиди, произведени от сперматоцитите, са различни.

В края на пресичането хромозомите се разделят, придвижвайки се до противоположните полюси на мейотичния вретено, "разтваряйки" структурата на тетрадите, като рекомбинираните хроматиди на всяка хромозома остават заедно.

Друг начин за гарантиране на генетичното разнообразие по отношение на родителите е чрез случайното разпределение на хромозомите, получени от бащата и майката към полюсите на вретеното. В края на това мейотично разделение се произвеждат сперматоцити II (вторични).

Мейоза II

Вторичните сперматоцити започват процеса на втората мейоза веднага след като се образуват, без да синтезират нова ДНК. В резултат на това всеки сперматоцит има половината от хромозомния заряд и всяка хромозома има двойка сестрински хроматиди с дублирана ДНК.

В метафазата, хромозомите са разпределени и подредени по екваториалната плоча, а хроматидите се разделят, мигрирайки към противоположни страни на мейотичния вретено.

След рекомпозиране на ядрени мембрани се получават хаплоидни сперматиди с половината от хромозомите (23 при хора), хроматид и копие на генетична информация (ДНК)..

3. Спермиогенна фаза

Спермиогенезата е последната фаза на процеса на сперматогенезата и няма клетъчни деления, а морфологични и метаболитни промени, които позволяват клетъчната диференциация на зрелите хаплоидни сперматозоиди..

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

Фаза Голджи

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

Тези гранули се отварят в акросомни везикули, разположени до ядрото и тяхното положение определя предната част на сперматозоида.

Центриолите се движат към задната част на сперматида, подравнявайки се перпендикулярно на плазмената мембрана и изработват дублети, които интегрират микротубулите на аксонемата в основата на флеймулата на сперматозоидите..

Фаза на капачката

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

Акрозомна фаза

Ядрото се удължава от кръгъл до елиптичен, а флагелът е ориентиран така, че неговият преден край прилепва към клетките Сертоли, насочени към базалната ламина на семенните тубули, в рамките на които се удължава флагелата..

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

След развиването на флагелуса центриолите се придвижват обратно към ядрото, придържайки се към жлеб в задната част на ядрото, откъдето се появяват девет плътни влакна, които достигат микротубулите 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, обграждайки плътните влакна и са разположени в плътна спирална обвивка, образуваща междинната област на опашката на сперматозоида. Цитоплазмата се придвижва, за да покрие вече формирания флагелум, а манчетата се разтварят.

Фаза на зреене

Излишната цитоплазма се фагоцитира от клетки Sertoli, образувайки остатъчното тяло. Цитоплазменият мост, който се образува в сперматогонията В, остава в остатъчните тела, така че сперматидите са разделени..

Накрая, сперматидите се освобождават от клетките Сертоли, освобождавайки се в лумена на семенната тръбичка, откъдето се транспортират през правите тръби, рете тестис и еферентни канали към епидидима..

Хормонална регулация

Сперматогенезата е процес, финно регулиран от хормони, главно тестостерон. При хората целият процес се задейства при полово съзряване, чрез освобождаване в хипоталамуса на хормона GnRH, което активира производството и натрупването на хипофизни гонадотропини (LH, FSH и HCG)..

Сертоли клетките синтезират транспортните протеини на тестостерон (PBL) чрез стимулиране на FSH и заедно с тестостерона, освободен от клетките на Leydig (стимулирани от LH), осигуряват висока концентрация на споменатия хормон в семенните тубули..

В клетките на Сертоли се синтезира и естрадиол, който се намесва в регулирането на активността на клетките на Leydig..

оплождане

Епидидимът се свързва със семепровода, който завършва в уретрата, като най-накрая позволява на сперматозоида да излезе, което по-късно търси яйцеклетка за наторяване, завършвайки цикъла на половото размножаване..

След като бъде освободена, сперматозоидите могат да умрат в рамките на няколко минути или часове, като намерят женска гамета, преди това да се случи.

При хора около 300 милиона сперматозоиди се освобождават във всеки еякулат по време на полов акт, но само около 200 оцеляват, докато достигнат региона, където могат да се чифтосат..

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

Обучение на сперматозоиди

Сред промените, които присъстват в сперматозоидите, са биохимични и функционални модификации, като хиперполяризация на плазмената мембрана, повишено цитозолно рН, промени в липидите и протеините и активиране на мембранни рецептори, позволяващи им да бъдат разпознати от зоната pellucida да се присъединят към това.

Този регион работи като химическа бариера, за да се избегне кръстосването между видовете, тъй като непризнаването на специфични рецептори не извършва торене.

Овулите имат слой от гранулирани клетки и са заобиколени от високи концентрации на хиалуронова киселина, които образуват извънклетъчен матрикс. За да проникнат в този слой клетки, сперматозоидите притежават хиалуронидазни ензими.

При контакт с зоната pellucida, реакцията на акрозомата се задейства, при което се освобождава съдържанието на акрозомалната капачка (като хидролитични ензими), което помага на сперматозоида да пресече региона и да се присъедини към плазмената мембрана на яйцето, освобождавайки в него съдържанието на цитоплазмата, органелите и ядрото.

Кортична реакция

В някои организми се случва деполяризация на плазмената мембрана на яйцеклетката, когато тя влезе в контакт със сперматозоида, като по този начин се предотвратява торенето му..

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

Характеристики на сперматозоидите

Мъжките гамети имат характеристики, които ги правят много различни от женските гамети и са силно приспособени да разпространяват гените на индивида до следващите поколения.

За разлика от яйцеклетките, сперматозоидите са най-малките клетки в тялото и имат флагел, който им позволява да се движат, за да достигнат до женската гамета (която няма такава подвижност), за да я наторят. Този флагелум се състои от врата, междинната област, основната област и крайната област.

В шията са центриолите, а в междинния участък са митохондриите, които са отговорни за осигуряване на необходимата енергия за тяхната мобилност..

Като цяло, производството на сперматозоиди е много високо, като е много конкурентно между тях, тъй като само около 25% действително ще оплоди жената гамета.

Разлики между сперматогенезата и оогенезата

Сперматогенезата има характеристики, които я отличават от оогенезата:

-Клетките правят непрекъснато мейозата от половото съзряване на индивида, произвеждайки всяка клетка четири зрели гамети вместо една.

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

-За производството на сперматозоиди се появяват два пъти повече клетъчни деления, както 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, Тейлър и Франсис Груп.
  2. Creighton, T.E. (1999). Енциклопедия на молекулярната биология. John Wiley и Sons, Inc..
  3. Hill, R.W., Wyse, G.A., & Anderson, M. (2012). Физиология на животните. Sinauer Associates, Inc. Издатели.
  4. Климан, Р. М. (2016). Енциклопедия на еволюционната биология. Академик Прес.
  5. Марина, С. (2003) Напредък в познаването на сперматогенезата, клиничните последствия. Списание Iberoamerican Fertility. 20(4), 213-225.
  6. Ross, M.H., Pawlina, W. (2006). хистология. Редакция Panamericana Medical.