Stupne spermatogenézy a ich charakteristiky



spermatogenézy Je to proces, ktorý spočíva v tvorbe spermií zo zárodočných buniek (spermatogónium). Vyskytuje sa u samcov jedincov eukaryotických organizmov so sexuálnou reprodukciou.

Aby sa tento proces vykonával efektívne, potrebuje špecifické podmienky, medzi nimi: správne chromozomálne delenie s presnými expresiami génov a adekvátne hormonálne médium na produkciu vysokého počtu funkčných buniek.

Transformácia spermatogónie na zrelé gamety nastáva počas sexuálneho dozrievania v organizmoch. Tento proces je vyvolaný akumuláciou určitých hormónov, ako sú hypofyzárne gonadotropíny, ako je HCG (ľudský choriový gonadotropín), ktorý sa podieľa na produkcii testosterónu..

index

  • 1 Čo je spermatogenéza?
    • 1.1 Zahrnuté genetické prvky
  • 2 Fázy a ich charakteristiky
    • 2.1 1. Spermatogónna fáza
    • 2.2 2. Spermatocytová fáza
    • 2.3 3. Spermiogénna fáza
  • 3 Regulácia hormónov
    • 3.1 Hnojenie
  • 4 Charakteristiky spermií
  • 5 Rozdiely medzi spermatogenézou a oogenézou
  • 6 Referencie

Čo je spermatogenéza?

Spermatogenéza spočíva v tvorbe samčích gamét: spermií.

Produkcia týchto pohlavných buniek začína v semenníkových tubuloch, ktoré sa nachádzajú v semenníkoch. Tieto tubuly zaberajú približne 85% celkového objemu gonád a v nich sú nezrelé zárodočné bunky alebo spermatogoni, ktoré sú kontinuálne delené mitózou.

Niektoré z týchto spermatogónií prestať reprodukovať a stať sa primárnymi spermatocytov, ktoré začínajú proces meiózy produkovať každý pár sekundárnych spermatocytov s ich kompletný náboj chromozómu \ t.

Posledné štádium dokončuje druhý stupeň meiózy, čo nakoniec vedie k vzniku štyroch spermatidov s polovičnou záťažou chromozómov (haploid)..

Neskôr prechádzajú morfologickými zmenami, vytvárajúcimi spermie, ktoré sú nasmerované na epididymis umiestnené v miešku vedľa semenníkov. V tomto kanáli dochádza k dozrievaniu gamét, ktoré sú pripravené na prenos génov jedinca.

Proces spermatogenézy závisí od hormonálnej a genetickej regulácie. Tento proces je závislý od testosterónu, takže v semennatých tubuloch sú špecializované bunky (Leydigove bunky) pri produkcii tohto hormónu..

Zapojené genetické prvky

Niektoré dôležité gény v spermatogenéze sú gén SF-1, ktorý pôsobí v diferenciácii Leydigových buniek, a SRY gén, ktorý interguje pri diferenciácii Sertoliho buniek a tvorbe testikulárnych kordov. Iné gény sú zapojené do regulácie tohto procesu: RBMY, DBY, USP9Y a DAZ.

Ten sa nachádza na chromozóme Y. Pôsobí na kódovanie proteínov viažucich RNA a jeho absencia je spojená s neplodnosťou u niektorých jedincov..

Fázy a ich vlastnosti

Primárne zárodočné bunky (gonocyty) sa tvoria v žĺtkovom vaku a pohybujú sa na hrebeň genitálií, pričom sa delia medzi Sertoliho bunky, čím sa vytvárajú semenníkové tubuly. Gonocyty sa nachádzajú vo vnútri, odkiaľ migrujú smerom k bazálnej membráne, čím vznikajú spermatogónium.

Proliferácia primordiálnych zárodočných buniek a tvorba spermatogónie sa vyskytujú počas embryonálneho vývoja jedinca. Krátko po narodení sa zastaví proces mitotického delenia týchto buniek.

Proces, ktorým sú zrelé spermie produkované, je rozdelený do troch fáz: spermatogonická, spermatocytová a spermiogénna.

1. Spermatogónna fáza

Ako sa blíži obdobie sexuálnej zrelosti jedincov, zvýšenie hladín testosterónu aktivuje proliferáciu spermatogónie. Tieto zárodočné bunky sa delia na generovanie série spermatogónií, ktoré sa diferencujú na primárne spermatocyty.

U ľudí sa rozlišuje niekoľko morfologických typov spermatogónie:

Ad spermatogonios: Nachádza sa vedľa intersticiálnych buniek semennatého tubulu. Trpia mitotickými deleniami, ktoré vytvárajú pár typu Ad, ktoré sa zase delia, alebo pár typu Ap.

Spermatogonios Ap: Sledujú proces diferenciácie na generovanie spermií, ktoré sa postupne delia mitózou.

Spermatogónium B. Produkt mitotického delenia spermatogónie Ap Predstavuje sféroidné jadro a zvláštnosť, že sú navzájom spojené "cytoplazmatickými mostíkmi"..

Tvoria akýsi syncytium, ktoré pretrváva v nasledujúcich štádiách, pričom sa oddeľuje v diferenciácii spermií, keď sa spermie uvoľňujú v lúmene semenníkových tubulov..

Cytoplazmatické spojenie medzi týmito bunkami umožňuje synchronizovaný vývoj každého páru spermatogónií a že každý z nich získava kompletnú genetickú informáciu potrebnú na jeho fungovanie, pretože aj po meióze sa tieto bunky ďalej vyvíjajú.

2. Spermatocytová fáza

V tejto fáze bola spermatogónia B rozdelená mitóticamente, tvoriac espermatocitos I (primárny), ktorý duplikuje ich chromozómy, dôvod, prečo každá bunka trvá dve chromozómové hry, pričom nesie dvojnásobok obvyklého množstva genetickej informácie.

Následne sa uskutočňujú meiotické delenia týchto spermatocytov, takže genetický materiál v nich podlieha redukciám, až kým nedosiahnu haploidný charakter..

Mitóza I

V prvom meiotickom delení sú chromozómy kondenzované v propáze a v prípade človeka sa kondenzuje 44 autozómov a dva chromozómy (X a Y), z ktorých každý má súbor chromatidov..

Homológne chromozómy sú spojené, zatiaľ čo sú zarovnané na rovníkovej doske metafázy. Tieto usporiadania sa nazývajú tetrady, pretože obsahujú dva páry chromatidov.

Tetrady si vymieňajú genetický materiál (kríženie) preskupením chromatidov v štruktúre nazývanej synaptonemický komplex.

V tomto procese dochádza ku genetickej diverzifikácii, keď sa informácie vymieňajú medzi homológnymi chromozómami zdedenými od otca a matky, čím sa zabezpečuje, že všetky spermatidy produkované zo spermatocytov sú odlišné..

Na konci kríženia sa chromozómy oddelia, pohybujú sa na opačné póly meiotického vretienka, "rozpúšťajú" štruktúru tetradov, rekombinované chromatidy každého chromozómu zostávajú spolu.

Ďalším spôsobom, ako zaručiť genetickú diverzitu voči rodičom, je náhodné rozdelenie chromozómov odvodených od otca a matky smerom k pólom vretena. Na konci tohto meiotického delenia sa produkujú spermatocyty II (sekundárne).

Meióza II

Sekundárne spermatocyty začínajú proces druhej meiózy bezprostredne po vytvorení bez syntézy novej DNA. Výsledkom je, že každý spermatocyt má polovicu náboja chromozómu a každý chromozóm má pár sesterských chromatidov s duplikovanou DNA.

V metafáze sú chromozómy distribuované a zarovnané na rovníkovej doske a chromatidy sa separujú migráciou na opačné strany meiotického vretienka.

Po rekonštrukcii jadrových membrán sa získajú haploidné spermatidy s polovicou chromozómov (23 u ľudí), chromatidom a kópiou genetickej informácie (DNA)..

3. Spermiogénna fáza

Spermiogenéza je poslednou fázou procesu spermatogenézy a neexistujú žiadne bunkové delenia, ale morfologické a metabolické zmeny, ktoré umožňujú diferenciáciu buniek na zrelé haploidné spermie..

K bunkovým zmenám dochádza, keď sú spermatidy pripojené k plazmatickej membráne buniek Sertoli a môžu byť opísané v štyroch fázach:

Golgiho fáza

Je to proces, ktorým Golgiho aparát vyvoláva vznik akrozómu, akumuláciou proacrosomálnych granúl alebo PAS (kyselina Peryodic-Schiff reaktívna) v Golgiho komplexoch.

Tieto granule sa otvárajú do akrozómového vezikula nachádzajúceho sa vedľa jadra a ich poloha určuje prednú časť spermatozoonu..

Centrioles sa pohybujú smerom k zadnej časti spermatidu, kolmo na plazmatickú membránu a vytvárajú dublety, ktoré integrujú mikrotubuly axónu do základne bičíka spermií..

Cap fáza

Akrozómové vezikuly rastú a siahajú po prednej časti jadra tvoriaceho akrozóm alebo čiapku akrozómu. V tejto fáze sa obsah jadra kondenzuje a časť jadra, ktorá leží pod akrozómom, zhustne a stráca póry..

Acrozómová fáza

Jadro sa predlžuje z okrúhleho na eliptické a bičík je orientovaný tak, že jeho predný koniec prilieha k Sertoliho bunkám smerujúcim k bazálnej vrstve semenníkových kanálikov, v ktorých sa rozširuje bičík..

Cytoplazma sa pohybuje v zadnom smere bunky a cytoplazmatické mikrotubuly sa hromadia vo valcovom puzdre (manchette), ktoré prechádza od čiapočky akrozómu k zadnej časti spermatidu..

Po vytvorení bičíka sa centrioly presunú späť do jadra, pričom sa držia drážky v zadnej časti jadra, z ktorej sa objaví deväť hrubých vlákien, ktoré sa dostanú do mikrotubúl axónu. týmto spôsobom sú spojené jadro a bičík. Táto štruktúra je známa ako oblasť krku.

Mitochondrie sa pohybujú smerom k zadnej oblasti krku, obklopujú hrubé vlákna a sú usporiadané v tesnom špirálovom puzdre, ktoré tvorí strednú oblasť chvosta spermií. Cytoplazma sa pohybuje, aby pokryla už vytvorený bičík, a "manchette" sa rozpúšťa.

Fáza zrenia

Prebytok cytoplazmy je fagocytovaný Sertoliho bunkami, tvoriacimi reziduálne telo. Cytoplazmatický mostík, ktorý sa tvoril v spermatogónii B, zostáva v zvyšných telách, takže spermatidy sú oddelené.

Nakoniec sa spermatidy uvoľňujú z buniek Sertoli, pričom sa uvoľňujú v lúmene semenníkovej trubice, odkiaľ sa transportujú cez rovné skúmavky, semenníky rete a eferentné kanály do epididymis..

Regulácia hormónov

Spermatogenéza je proces jemne regulovaný hormónmi, hlavne testosterónom. U ľudí sa celý proces spúšťa v sexuálnom dozrievaní, uvoľňovaním hormónu GnRH v hypotalame, ktorý aktivuje produkciu a akumuláciu hypofyzárnych gonadotropínov (LH, FSH a HCG)..

Sertoliho bunky syntetizujú testosterónové transportné proteíny (PBL) stimuláciou FSH a spolu s testosterónom uvoľneným Leydigovými bunkami (stimulovanými LH) zabezpečujú vysokú koncentráciu uvedeného hormónu v semenníkových tubuloch.

V Sertoliho bunkách sa tiež syntetizuje estradiol, ktorý zasahuje do regulácie aktivity Leydigových buniek..

oplodnenie

Epididymis sa spája s vas deferens, ktoré končia v močovej trubici, čo nakoniec umožňuje, aby spermie odišli, čo neskôr vyhľadáva vajíčko na oplodnenie a dokončí cyklus sexuálnej reprodukcie..

Potom, čo prepustený, spermie môžu zomrieť v priebehu niekoľkých minút alebo hodín, nájsť ženské gamete skôr, než sa to stane.

U ľudí sa počas pohlavného styku v každom ejakuláte uvoľní približne 300 miliónov spermií, ale len približne 200 prežije, kým nedosiahnu oblasť, kde sa môžu spárovať..

Spermie musia prejsť procesom tréningu v ženskom reprodukčnom trakte, kde získajú väčšiu pohyblivosť bičíka a pripravia bunku na reakciu akrozómu. Tieto vlastnosti sú potrebné na oplodnenie vajíčok.

Spermický tréning

Medzi zmenami, ktoré sú prítomné v spermiách, patria biochemické a funkčné modifikácie, ako je hyperpolarizácia plazmatickej membrány, zvýšené pH cytozolu, zmeny lipidov a proteínov a aktivácia membránových receptorov, ktoré im umožňujú rozpoznať zónu pellucida pripojiť sa k nemu.

Táto oblasť funguje ako chemická bariéra, aby sa zabránilo kríženiu medzi druhmi, pretože nerozpoznávanie špecifických receptorov nevykonáva oplodnenie.

Vaječky majú vrstvu granulovaných buniek a sú obklopené vysokými koncentráciami kyseliny hyalurónovej, ktoré tvoria extracelulárnu matricu. Aby prenikla táto vrstva buniek, spermie majú hyaluronidázové enzýmy.

Po príchode do kontaktu so zona pellucida sa spúšťa reakcia akrozómu, v ktorej sa uvoľňuje obsah akrozomálneho viečka (ako sú napríklad hydrolytické enzýmy), čo pomáha spermiám prechádzať cez oblasť a pripojiť sa k plazmatickej membráne vajíčka, uvoľňujúc v ňom jeho cytoplazmatický obsah, organely a jadro.

Kortikálna reakcia

V niektorých organizmoch dochádza k depolarizácii plazmatickej membrány vajíčka, keď prichádza do styku so spermií, čo jej zabraňuje viac ako jednému z oplodnenia..

Ďalším mechanizmom na prevenciu polyspermie je kortikálna reakcia, pri ktorej sa uvoľňujú enzýmy, ktoré menia štruktúru zona pellucida, inhibujú glykoproteín ZP3 a aktivujú ZP2, čo robí túto oblasť nepreniknuteľnou pre iné spermie..

Charakteristika spermií

Mužské pohlavné bunky majú vlastnosti, ktoré ich odlišujú od ženských gamét a sú vysoko prispôsobené na šírenie génov jedinca do nasledujúcich generácií..

Na rozdiel od vajíčok sú spermie najmenšími bunkami prítomnými v tele a majú bičík, ktorý im umožňuje pohyb, aby sa dostali k ženskej gamete (ktorá nemá takú pohyblivosť) na jej oplodnenie. Tento bičík pozostáva z krku, strednej oblasti, hlavnej oblasti a koncovej oblasti.

V krku sú centrioly av strednej oblasti sú to mitochondrie, ktoré sú zodpovedné za poskytovanie energie potrebnej na ich mobilitu..

Všeobecne platí, že produkcia spermií je veľmi vysoká, je veľmi konkurencieschopná medzi nimi, pretože len asi 25% bude skutočne oplodniť ženský gamet.

Rozdiely medzi spermatogenézou a oogenézou

Spermatogenéza má vlastnosti, ktoré ju odlišujú od oogenézy:

-Bunky robia meiózu kontinuálne zo sexuálneho dozrievania jedinca, pričom produkujú každú bunku štyri zrelé gamety namiesto jedného.

-Spermie dozrieva po komplexnom procese, ktorý začína po meióze.

-Na produkciu spermií sa vyskytuje dvakrát toľko bunkových delení ako pri tvorbe vajíčka.

referencie

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008).Molekulárna biológia bunky. Garland Science, Taylor a Francis Group.
  2. Creighton, T. E. (1999). Encyklopédia molekulárnej biológie. John Wiley a Sons, Inc.
  3. Hill, R.W., Wyse, G.A., & Anderson, M. (2012). Fyziológia zvierat. Sinauer Associates, Inc..
  4. Kliman, R. M. (2016). Encyklopédia evolučnej biológie. Akademická tlač.
  5. Marina, S. (2003) Pokroky v znalosti Spermatogenézy, Klinické dôsledky. Iberoamerican Fertility Magazine. 20(4), 213-225.
  6. Ross, M. H., Pawlina, W. (2006). histológia. Editorial Panamericana Medical.