SPERMATOĢENĒZE: POSMI UN TO RAKSTUROJUMS - BIOLOĢIJA - 2025

Spermatoģenēzi ir process veidošanās spermatozoīdu no cilmes šūnu (spermatogoniju). Tas rodas eikariotu organismu vīriešiem ar seksuālu pavairošanu.

Lai šis process noritētu efektīvi, tam nepieciešami īpaši nosacījumi, tostarp: pareiza hromosomu dalīšana ar precīzām gēnu ekspresijām un atbilstoša hormonālā vide, lai iegūtu lielu skaitu funkcionālu šūnu.

Avots: Anchor207

Spermatogonijas pārveidošanās par nobriedušām gametām notiek seksuālās nobriešanas laikā organismos. Šis process tiek iedarbināts noteiktu hipofīzes gonadotropīnu tipa hormonu, piemēram, HCG (cilvēka horiona gonadotropīna), kas iejaucas testosterona ražošanā, uzkrāšanās dēļ.

Kas ir spermatoģenēze?

Spermatoģenēze sastāv no vīriešu dzimumšūnu veidošanās: spermas.

Šo dzimuma šūnu ražošana sākas sēklveida kanāliņos, kas atrodas sēkliniekos. Šīs kanāliņas aizņem apmēram 85% no kopējā dzimumdziedzeru tilpuma, un tajās ir nenobriedušas dzimumšūnas vai spermatogonijas, kas nepārtraukti dalās ar mitozi.

Daži no šiem spermatogonijiem pārtrauc vairoties un kļūst par primāriem spermatocītiem, kas sāk meiozes procesu, lai katrs iegūtu sekundāro spermatocītu pāri ar pilnu hromosomu slodzi.

Pēdējais pabeidz meiozes otro posmu, beidzot iegūstot četrus spermatiķus ar pusi no hromosomu slodzes (haploīds).

Vēlāk viņiem notiek morfoloģiskas izmaiņas, veidojot spermu, kas nonāk līdz epididimijai, kas atrodas sēkliniekos blakus sēkliniekiem. Šajā kanālā nobriest gametas, kuras ir gatavas indivīda gēnu pārnešanai.

Spermatoģenēzes process ir atkarīgs no hormonālās un ģenētiskās regulācijas. Šis process ir atkarīgs no testosterona, tāpēc šī hormona ražošanā sēklainās kanāliņās ir atrodamas specializētas šūnas (Leydig šūnas).

Iesaistītie ģenētiskie elementi

Daži svarīgi spermatoģenēzes gēni ir SF-1 gēns, kas darbojas Lydig šūnu diferenciācijā, un SRY gēns, kas ir saistīts ar Sertoli šūnu diferenciāciju un sēklinieku auklu veidošanos. Šī procesa regulēšanā ir iesaistīti citi gēni: RBMY, DBY, USP9Y un DAZ.

Pēdējais ir atrodams Y hromosomā. Tas darbojas kodējot RNS saistošos proteīnus, un tā neesamība ir saistīta ar dažu indivīdu neauglību.

Posmi un to raksturojums

Puscaurulīgas kanāliņas ar nobriedušu spermu. Nefrons

Sākotnējās dzimumšūnas (gonocīti) veidojas dzeltenuma maisiņā un pārvietojas uz dzimumorgānu apvalku, sadaloties starp Sertoli šūnām, tādējādi veidojot sēklveida kanāliņus. Gonocīti atrodas iekšpusē, no kurienes tie migrē uz pagraba membrānu, veidojot spermatogoniju.

Cilvēka embrionālās attīstības laikā notiek primorālo dzimumšūnu proliferācija un spermatogoniju veidošanās. Neilgi pēc dzimšanas šo šūnu mitotiskā dalīšana apstājas.

Nobriedušu spermatozoīdu ražošanas process tiek sadalīts trīs fāzēs: spermatogons, spermatocīts un sperma.

1. Spermatogona fāze

Tuvojoties indivīdu dzimumbrieduma periodam, testosterona līmeņa paaugstināšanās aktivizē spermatogonijas izplatīšanos. Šīs cilmes šūnas dalās, veidojot spermatogoniju virkni, kas diferencējas primārajos spermatocītos.

Cilvēkiem izšķir vairākus morfoloģiskus spermatogonijas veidus:

Spermatogonijas reklāma: atrodas blakus sēklveida kanāliņu starpsienām. Viņi cieš no mitotiskas dalīšanas, kas rada Ad-tipa pāri, kas savukārt turpina dalīties, vai Ap-tipa pāri.

Ap spermatogonija: tie seko diferenciācijas procesam, lai iegūtu spermu, secīgi daloties ar mitozi.

Spermatogonija B. Ap spermatogonijas mitotiskā dalījuma produkts. Viņiem ir sferoidāls kodols un īpatnība būt savstarpēji savienotiem ar “citoplazmas tiltiem”.

Tie veido sava veida sincītiju, kas saglabājas turpmākajos posmos, atdaloties spermas diferenciācijā, jo sperma izdalās sēklveida kanāliņa lūmenā.

Citoplazmatiskā savienība starp šīm šūnām ļauj sinhronizēti attīstīt katru spermatogoniju pāri un ka katra no tām iegūst pilnīgu ģenētisko informāciju, kas nepieciešama to funkcionēšanai, jo pat pēc mejozes šīs šūnas turpina attīstīties.

2. Spermatocītiskā fāze

Šajā fāzē B spermatogonija mitotiski ir sadalījusies, veidojot I (primāros) spermatocītus, kas dublē viņu hromosomas, tā, ka katra šūna satur divus hromosomu komplektus, divreiz pārnēsājot parasto ģenētiskās informācijas daudzumu.

Pēc tam tiek veikta šo spermatocītu meiotiskā dalīšana, lai tajos esošais ģenētiskais materiāls tiktu reducēts līdz haploīdā rakstura sasniegšanai.

I mitoze

Pirmajā meiotiskajā dalījumā hromosomas tiek kondensētas prohāzē, kā rezultātā cilvēkiem rodas 44 autosomas un divas hromosomas (viena X un viena Y), katrai no tām ar hromatīdu komplektu.

Homologās hromosomas savienojas viena ar otru, atrodoties metafāzes ekvatoriālajā plāksnē. Šos izkārtojumus sauc par tetradiem, jo ​​tie satur divus hromatīdu pārus.

Tetradi apmainās ar ģenētisko materiālu (šķērsojot) ar hromatīdiem, kas pārkārtojas struktūrā, ko sauc par sinaptonēmisko kompleksu.

Šajā procesā ģenētiskā diversifikācija notiek, apmainoties ar informāciju starp homologām hromosomām, kas mantotas no tēva un mātes, nodrošinot, ka visi no spermatocītiem ražotie spermatidi ir atšķirīgi.

Šķērsošanas beigās hromosomas atdalās, virzoties uz pretējiem meiotiskās vārpstas poliem, “izšķīdinot” tetradu struktūru, katras hromosomas rekombinētos hromatīdus paliekot kopā.

Vēl viens veids, kā garantēt ģenētisko daudzveidību attiecībā uz vecākiem, ir no tēva un mātes iegūto hromosomu nejaušs sadalījums pa vārpstas poliem. Šīs meiotiskās dalīšanas beigās tiek ražoti II (sekundārie) spermatocīti.

II mejoze

Sekundārie spermatocīti sāk otro mejozes procesu tūlīt pēc to veidošanās, sintezējot jaunu DNS. Tā rezultātā katrā spermatocītā ir puse no hromosomu slodzes, un katrā hromosomā ir māsu hromatīdu pāris ar dublētu DNS.

Metafāzes laikā hromosomas tiek sadalītas un izlīdzinātas ekvatoriālajā plāksnē, un hromatīdi atdalās, migrējot uz meiotiskās vārpstas pretējām pusēm.

Pēc kodolenerģijas atjaunošanas tiek iegūti haploīdi spermatids ar pusi no hromosomām (23 cilvēkiem), hromatīdus un ģenētiskās informācijas (DNS) kopiju.

3. Spermas fāze

Spermioģenēze ir spermatoģenēzes procesa pēdējā fāze, un šūnu dalīšanās tajā nenotiek, bet gan morfoloģiskas un vielmaiņas izmaiņas, kas ļauj šūnas diferencēt līdz haploīdiem nobriedušiem spermatozoīdiem.

Šūnas mainās, kamēr spermatids ir piestiprināts Sertoli šūnu plazmas membrānai, un tās var aprakstīt četrās fāzēs:

Golgi fāze

Tas ir process, kurā Golgi aparāts rada akrosomu, uzkrājoties proakrosomiskām granulām vai PAS (periodiski skābes-Šifa reaktīvajai) Golgi kompleksiem.

Šīs granulas noved pie akrozoma pūslīša, kas atrodas blakus kodolam, un tā atrašanās vieta nosaka spermas priekšējo daļu.

Centrioles virzās uz spermatidu aizmugurējo daļu, perpendikulāri izlīdzinoties ar plazmas membrānu un veidojot dubletus, kas integrēs aksonema mikrotubulus spermas flagellum pamatnē.

Vāciņa fāze

Akrosomālais pūslis aug un izplešas pāri kodola priekšējai daļai, veidojot akrosomas vai akrosomālo vāciņu. Šajā fāzē kodolvielu saturs tiek kondensēts, un kodola daļa, kas paliek zem akrosomas, sabiezē, zaudējot poras.

Akrosomu fāze

Kodols izstiepjas no apaļas līdz eliptiskam, un flagellum ir vērsts tā, lai tā priekšējais gals piestiprinātos pie Sertoli šūnām, kas vērstas uz sēklaino kanāliņu pamata slāni, kurā paplašinās flagellum.

Citoplazma pārvietojas šūnas aizmugurē, un citoplazmas mikrotubulas uzkrājas cilindriskā apvalkā (mančetē), kas virzās no akrosomālā vāciņa uz spermatidīna aizmugurējo daļu.

Pēc flagellum attīstīšanas centrioles virzās atpakaļ uz kodola pusi, pieliekoties rievai kodola aizmugurējā daļā, no kurienes izdalās deviņas biezas šķiedras, kas sasniedz aksonema mikrotubulas; šādā veidā kodols un flagellum ir savienoti. Šī struktūra ir pazīstama kā kakla reģions.

Mitohondriji virzās uz kakla aizmugurējo reģionu, apņemot biezās šķiedras, un ir izvietoti ciešā spirālveida apvalkā, kas veido spermas astes starpposmu. Citoplazma pārvietojas, lai pārklātu jau izveidoto flagellum, un "manchette" izšķīst.

Nogatavošanās fāze

Citoplazmas pārpalikumu fagocitizē Sertoli šūnas, veidojot atlikušo ķermeni. Citoplazmas tilts, kas izveidojās B spermatogonijā, paliek atlikušajos ķermeņos, tāpēc spermatidas tiek atdalītas.

Visbeidzot, spermatīdi tiek atbrīvoti no Sertoli šūnām, nokļūstot sēklveida kanāliņa lūmenā, no kurienes tie tiek transportēti caur taisnajām caurulītēm, sēklinieku sēklinieku un efektīvajiem kanāliem uz epididimiju.

Hormonālā regulēšana

Spermatoģenēze ir process, ko precīzi regulē hormoni, galvenokārt testosterons. Cilvēkiem visu procesu sāk seksuāla nobriešana, jo hipotalāmā izdalās hormons GnRH, kas aktivizē hipofīzes gonodotropīnu (LH, FSH un HCG) veidošanos un uzkrāšanos.

Sertoli šūnas sintezē testosterona transportiera olbaltumvielas (ABP), stimulējot FSH, un kopā ar testosteronu, ko izdala Leidiga šūnas (stimulē LH), nodrošina augstu šī hormona koncentrāciju sēklainās kanāliņos.

Sertoli šūnās tiek sintezēts arī estradiols, kas ir iesaistīts Leidiga šūnu aktivitātes regulēšanā.

Mēslošana

Epididīms savienojas ar vas deferens, kas ieplūst urīnizvadkanālā, beidzot ļaujot iziet no spermas, kas vēlāk meklē olšūnu, lai apaugļotos, pabeidzot seksuālās reprodukcijas ciklu.

Pēc izdalīšanās sperma var nomirt dažu minūšu vai stundu laikā, pirms tas jāatrod sieviešu dzimuma gamete.

Cilvēkiem dzimumakta laikā katrā ejakulācijā izdalās apmēram 300 miljoni spermatozoīdu, bet tikai aptuveni 200 izdzīvo, līdz nonāk līdz reģionam, kur var pāroties.

Spermai jāiziet apmācības process sieviešu reproduktīvajā traktā, kur viņas iegūst lielāku flagellum kustīgumu un sagatavo šūnu akrosomas reakcijai. Šīs īpašības ir vajadzīgas, lai apaugļotu olšūnas.

Spermas kapacitāte

Starp spermatozoīdu izmaiņām izceļas bioķīmiskās un funkcionālās modifikācijas, piemēram, plazmas membrānas hiperpolarizācija, paaugstināts citosola pH, lipīdu un olbaltumvielu izmaiņas un membrānas receptoru aktivizēšana, ļaujot tos atpazīt zona pellucida. pievienoties šim.

Šis reģions darbojas kā ķīmiska barjera, lai izvairītos no šķērsošanas starp sugām, jo, neatpazīstot īpašus receptorus, mēslošana nenotiek.

Olām ir granulētu šūnu slānis, un tās ieskauj augsta hialuronskābes koncentrācija, kas veido ārpusšūnu matricu. Lai iekļūtu šajā šūnu slānī, spermā ir hialuronidāzes enzīmi.

Saskaroties ar zona pellucida, tiek aktivizēta akrosomu reakcija, kurā izdalās akrosomālā vāciņa saturs (kā hidrolītiski fermenti), kas palīdz spermai šķērsot reģionu un pievienoties olšūnas plazmas membrānai, atbrīvojot tajā citoplazmatiskais saturs, organellās un kodolā.

Kortikālā reakcija

Dažos organismos olšūnas plazmas membrānas depolārizācija notiek, nonākot saskarē ar spermu, tādējādi neļaujot vairāk nekā vienam to apaugļot.

Vēl viens polispermijas novēršanas mehānisms ir garozas reakcija, kurā izdalās fermenti, kas maina zona pellucida struktūru, nomācot glikoproteīnu ZP3 un aktivizējot ZP2, padarot šo reģionu necaurlaidīgu citiem spermatozoīdiem.

Spermas raksturojums

Vīriešu dzimumšūnām ir raksturīgas īpašības, kas padara tās ļoti atšķirīgas no sieviešu dzimuma gametām un ir ļoti pielāgotas, lai izplatītu indivīda gēnus nākamajām paaudzēm.

Atšķirībā no olšūnām, spermatozoīdi ir mazākās šūnas, kas atrodas ķermenī, un tām ir flagellum, kas ļauj tām pārvietoties, lai sasniegtu sieviešu dzimuma gametu (kurai nav šādas mobilitātes), lai to apaugļotu. Šis flagellum sastāv no kakla, starpposma reģiona, galvenā reģiona un termināla reģiona.

Kaklā atrodas centrioles, un starpreģionā atrodas mitohondriji, kas ir atbildīgi par enerģijas nodrošināšanu viņu mobilitātei.

Kopumā spermas produkcija ir ļoti augsta, starp tām ir ļoti liela konkurence, jo tikai aptuveni 25% faktiski spēs apaugļot sieviešu dzimuma gametu.

Atšķirības starp spermatoģenēzi un ooģenēzi

Spermatoģenēzei ir īpašības, kas to atšķir no oģenēzes:

-Kūnas kopš indivīda seksuālās nobriešanas nepārtraukti veido meiozi, katra šūna vienas vietā ražo četras nobriedušas gametas.

-Sperma nobriest pēc sarežģīta procesa, kas sākas pēc mejozes.

-Spermas ražošanai notiek divreiz vairāk šūnu dalīšanās nekā olšūnas veidošanā.

Atsauces

1. Alberts, B., Džonsons, A., Lūiss, J., Rafs, M., Roberts, K., un Valters, P. (2008). Šūnas molekulārā bioloģija. Garland Science, Taylor un Francis grupa.
2. Kreitons, TE (1999). Molekulārās bioloģijas enciklopēdija. Džons Vileijs un dēli, Inc.
3. Hils, RW, Vīzija, GA un Andersons, M. (2012). Dzīvnieku fizioloģija. Sinauer Associates, Inc. izdevēji.
4. Kliman, RM (2016). Evolūcijas bioloģijas enciklopēdija. Akadēmiskā prese.
5. Marina, S. (2003) Spermatoģenēzes, klīnisko nozīmju zināšanu uzlabošana. Ibero-American Auglības žurnāls. 20 (4), 213–225.
6. Ross, MH, Pawlina, W. (2006). Histoloģija. Redakcija Médica Panamericana.