Стадии сперматогенеза и их характеристика



сперматогенез Это процесс, который заключается в образовании сперматозоидов из половых клеток (сперматогониев). Встречается у самцов эукариотических организмов с половым размножением.

Для эффективного осуществления этого процесса необходимы особые условия, в том числе: правильное хромосомное деление с точной экспрессией генов и адекватной гормональной средой для производства большого количества функциональных клеток..

Превращение сперматогонии в зрелые гамет происходит во время полового созревания в организмах. Этот процесс запускается накоплением определенных гормонов, таких как гонадотропины гипофиза, таких как ХГЧ (хорионический гонадотропин человека), который участвует в выработке тестостерона..

индекс

  • 1 Что такое сперматогенез?
    • 1.1 Генетические элементы участвуют
  • 2 Этапы и их характеристики
    • 2.1 1. Сперматогоническая фаза
    • 2.2 2. Сперматоцитарная фаза
    • 2,3 3. Спермиогенная фаза
  • 3 Регулирование гормонов
    • 3.1 Оплодотворение
  • 4 Характеристики спермы
  • 5 Различия между сперматогенезом и оогенезом
  • 6 Ссылки

Что такое сперматогенез?

Сперматогенез состоит из формирования мужских гамет: сперматозоидов.

Производство этих половых клеток начинается в семенных канальцах, расположенных в яичках. Эти канальцы занимают около 85% от общего объема половых желез, и в них находятся незрелые половые клетки или сперматогони, которые непрерывно делятся на митозы..

Некоторые из этих сперматогоний перестают размножаться и становятся первичными сперматоцитами, которые начинают процесс мейоза с образованием каждой пары вторичных сперматоцитов с полным зарядом хромосом..

Последние завершают вторую стадию мейоза, в результате чего образуются четыре сперматиды с половиной хромосомной нагрузки (гаплоид)..

Позже они претерпевают морфологические изменения, образуя сперматозоиды, которые направляются на эпидидимис, расположенный в мошонке рядом с яичками. В этом протоке происходит созревание гамет, которые готовы передавать гены индивида.

Процесс сперматогенеза зависит от гормональной и генетической регуляции. Этот процесс зависит от тестостерона, поэтому в семенных канальцах находятся специализированные клетки (клетки Лейдига), вырабатывающие этот гормон.

Генетические элементы участвуют

Некоторыми важными генами в сперматогенезе являются ген SF-1, который участвует в дифференцировке клеток Лейдига, и ген SRY, который участвует в дифференцировке клеток Сертоли и формировании тестикулярных кордов. Другие гены участвуют в регуляции этого процесса: RBMY, DBY, USP9Y и DAZ..

Последний обнаружен в хромосоме Y. Он действует на кодирование РНК-связывающих белков, и его отсутствие связано с бесплодием у некоторых людей..

Этапы и их характеристики

Примитивные половые клетки (гоноциты) образуются в желточном мешке и перемещаются к генитальному гребню, разделяясь между клетками Сертоли, образуя семенные канальцы. Гоноциты находятся внутри, откуда они мигрируют к базальной мембране, вызывая образование сперматогониев..

Пролиферация первичных половых клеток и образование сперматогоний происходят во время эмбрионального развития человека. Вскоре после рождения процесс митотического деления этих клеток прекращается.

Процесс производства зрелой спермы делится на три фазы: сперматогоническая, сперматоцитарная и спермиогенная..

1. Сперматогоническая фаза

По мере приближения периода половой зрелости индивидуума повышение уровня тестостерона активирует пролиферацию сперматогонии. Эти половые клетки делятся, образуя серию сперматогоний, которые дифференцируются в первичные сперматоциты..

У людей выделяют несколько морфологических типов сперматогоний:

Ad spermatogonios: Расположен рядом с интерстициальными клетками семенного канальца. Они страдают от митотического деления, которое генерирует пару типа Ad, которые в свою очередь все еще делятся, или пару типа Ap.

Spermatogonios Ap: Они следуют за процессом дифференцировки, чтобы произвести сперму, разделяясь последовательно митозом.

Сперматогониум В. Продукт митотического деления сперматогонии Ap. Они представляют собой сфероидальное ядро ​​и особенность соединения между собой "цитоплазматическими мостиками"..

Они образуют своего рода синцитий, который сохраняется на последующих стадиях, разделяясь при дифференцировке сперматозоидов, когда сперматозоиды выделяются в просвет семенных канальцев..

Цитоплазматический союз между этими клетками обеспечивает синхронизированное развитие каждой пары сперматогоний, и каждая из них получает полную генетическую информацию, необходимую для ее функционирования, поскольку даже после мейоза эти клетки продолжают развиваться.

2. Сперматоцитарная фаза

На этом этапе сперматогония B была разделена mitóticamente, образуя эсперматоциты I (первичные), которые дублируют их хромосомы, поэтому каждая клетка выполняет две хромосомные игры, что в два раза больше обычного количества генетической информации..

Впоследствии выполняются мейотические деления этих сперматоцитов, так что генетический материал в них подвергается редукции до тех пор, пока они не достигнут гаплоидного характера..

Митоз I

При первом мейотическом делении хромосомы конденсируются в профазе, а в случае человека конденсируются 44 аутосомы и две хромосомы (X и Y), каждая с набором хроматид..

Гомологичные хромосомы соединяются вместе, выравнивая экваториальную пластинку метафазы. Эти аранжировки называются тетрадами, поскольку они содержат две пары хроматид.

Тетрады обмениваются генетическим материалом (кроссинговером), перестраивая хроматиды в структуре, называемой синаптонемным комплексом..

В этом процессе генетическая диверсификация происходит, когда происходит обмен информацией между гомологичными хромосомами, унаследованными от отца и матери, что гарантирует, что все сперматиды, полученные из сперматоцитов, различны.

В конце кроссинговера хромосомы отделяются, перемещаясь к противоположным полюсам мейотического веретена, «растворяя» структуру тетрад, причем рекомбинированные хроматиды каждой хромосомы остаются вместе.

Другой способ гарантировать генетическое разнообразие по отношению к родителям - это случайное распределение хромосом, полученных от отца и матери, к полюсам веретена. В конце этого мейотического деления образуются сперматоциты II (вторичные).

Мейоз II

Вторичные сперматоциты начинают процесс второго мейоза сразу после их образования, не синтезируя новую ДНК. В результате этого каждый сперматоцит имеет половину заряда хромосомы, и каждая хромосома имеет пару сестринских хроматид с дублированной ДНК.

В метафазе хромосомы распределены и выровнены на экваториальной пластинке, а отдельные хроматиды мигрируют к противоположным сторонам мейотического веретена.

После перекомпоновки ядерных мембран получают гаплоидные сперматиды с половиной хромосом (23 человека), хроматидой и копией генетической информации (ДНК)..

3. Спермиогенная фаза

Спермиогенез является последней фазой процесса сперматогенеза, и нет делений клеток, но есть морфологические и метаболические изменения, которые позволяют дифференцировать клетки в зрелую гаплоидную сперму.

Изменения клеток происходят, когда сперматиды прикрепляются к плазматической мембране клеток Сертоли, и могут быть описаны в четыре этапа:

Фаза Гольджи

Это процесс, посредством которого аппарат Гольджи создает акросому путем накопления проакросомальных гранул или PAS (Peryodic acid-Schiff реактивный) в комплексах Гольджи.

Эти гранулы открываются в пузырек акросомы, расположенный рядом с ядром, и их положение определяет переднюю часть сперматозоида.

Центриоли движутся в направлении задней части сперматиды, выравнивая перпендикулярно плазматической мембране и создавая дублеты, которые объединяют микротрубочки аксонемы в основании жгутика спермы..

Кап фазы

Везикул акросомы растет и распространяется по передней части ядра, образуя акросому или кепку акросомы. На этом этапе ядерное содержимое конденсируется, а часть ядра, которая находится ниже акросомы, утолщается, теряя свои поры..

Акросомная фаза

Ядро удлиняется от круглого к эллиптическому, и жгутик ориентирован так, что его передний конец прилипает к клеткам Сертоли, направленным к базальной пластинке семенных канальцев, внутри которых распространяются жгутики в образовании..

Цитоплазма движется в заднем направлении клетки, а цитоплазматические микротрубочки накапливаются в цилиндрической оболочке (манчете), которая проходит от акросомальной крышки до задней части сперматиды..

После развития жгутика центриоли возвращаются к ядру, прилипая к бороздке в задней части ядра, из которой выходят девять толстых волокон, которые достигают микротрубочек аксонемы; таким образом ядро ​​и жгутик связаны между собой. Эта структура известна как область шеи.

Митохондрии движутся в направлении задней области шеи, окружая толстые волокна, и расположены в плотной спиральной оболочке, образующей промежуточную область хвоста сперматозоида. Цитоплазма движется, чтобы покрыть уже сформированный жгутик, и «манчета» растворяется.

Фаза созревания

Избыточная цитоплазма фагоцитируется клетками Сертоли, образуя остаточное тело. Цитоплазматический мостик, который образовался в сперматогонии B, остается в остаточных органах, поэтому сперматиды отделяются.

Наконец, сперматиды высвобождаются из клеток Сертоли, освобождаясь в просвете семенного канальца, откуда они транспортируются через прямые трубки, через яичко и эфферентные каналы к эпидидимису..

Регулирование гормонов

Сперматогенез - это процесс, тонко регулируемый гормонами, главным образом тестостероном. У людей полный процесс запускается при половом созревании путем высвобождения в гипоталамусе гормона GnRH, который активирует выработку и накопление гонадотропинов гипофиза (LH, FSH и HCG).

Клетки Сертоли синтезируют транспортные белки тестостерона (PBL) путем стимуляции ФСГ и вместе с тестостероном, выделяемым клетками Лейдига (стимулируется ЛГ), обеспечивают высокую концентрацию указанного гормона в семенных канальцах.

В клетках Сертоли также синтезируется эстрадиол, который вмешивается в регуляцию активности клеток Лейдига.

оплодотворение

Эпидидимис соединяется с семявыносящим протоком, который заканчивается в уретре, и, наконец, позволяет сперматозоиду выйти, что позднее приводит к оплодотворению яйцеклетки, завершая цикл полового размножения..

После освобождения сперма может умереть в течение нескольких минут или часов, найдя женскую гамету до того, как это произойдет..

У человека около 300 миллионов сперматозоидов выделяется в каждом эякуляте во время полового акта, но только около 200 выживают, пока не достигнут области, где они могут спариваться.

Сперма должна пройти процесс обучения в женских половых путях, где они приобретают большую подвижность жгутика и подготавливают клетку к реакции акросомы. Эти характеристики необходимы для оплодотворения яйцеклеток.

Тренировка спермы

Среди изменений, которые присутствуют сперматозоиды, есть биохимические и функциональные модификации, такие как гиперполяризация плазматической мембраны, повышенный цитозольный pH, изменения в липидах и белках и активация мембранных рецепторов, позволяющих им распознаваться zona pellucida. присоединиться к этому.

Этот регион работает как химический барьер, чтобы избежать скрещивания видов, так как не распознавание специфических рецепторов не приводит к оплодотворению.

Яйца имеют слой зернистых клеток и окружены высокими концентрациями гиалуроновой кислоты, которые образуют внеклеточный матрикс. Чтобы проникнуть в этот слой клеток, сперматозоиды обладают ферментами гиалуронидазы.

При контакте с zona pellucida запускается реакция акросомы, при которой высвобождается содержимое акросомального колпачка (такого как гидролитические ферменты), что помогает сперматозоиду пересекать область и присоединяется к плазматической мембране яйцеклетки, освобождая внутри него цитоплазматический состав, органеллы и ядро.

Корковая реакция

У некоторых организмов происходит деполяризация плазматической мембраны яйцеклетки, когда она вступает в контакт со спермой, предотвращая оплодотворение более чем одного..

Другим механизмом предотвращения полиспермии является корковая реакция, при которой высвобождаются ферменты, которые изменяют структуру zona pellucida, ингибируя гликопротеин ZP3 и активируя ZP2, делая эту область непроницаемой для других сперматозоидов..

Характеристика спермы

Мужские гаметы обладают характеристиками, которые делают их очень отличными от женских гамет и высоко адаптированы для распространения генов индивида в следующих поколениях..

В отличие от яйцеклеток, сперматозоиды являются самыми маленькими клетками, присутствующими в организме, и имеют жгутик, который позволяет им двигаться, чтобы достичь женской гаметы (у которой нет такой подвижности), чтобы оплодотворить ее. Этот жгутик состоит из шеи, промежуточной области, основной области и концевой области.

В шее находятся центриоли, а в промежуточной области - митохондрии, которые обеспечивают энергию, необходимую для их подвижности..

В целом, производство спермы очень велико, и они очень конкурентоспособны, поскольку только около 25% оплодотворяют женскую гамету..

Различия между сперматогенезом и оогенезом

Сперматогенез имеет характеристики, которые отличают его от оогенеза:

-Клетки делают мейоз непрерывно от полового созревания человека, производя каждую клетку четыре зрелых гаметы вместо одного.

-Сперма созревает после сложного процесса, который начинается после мейоза.

-Для производства спермы в два раза больше делений клеток, чем при образовании яйцеклетки..

ссылки

  1. Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М., Роберт К. и Уолтер П. (2008).Молекулярная биология клетки. Гирлянда Наука, Тейлор и Фрэнсис Групп.
  2. Крейтон, Т. Э. (1999). Энциклопедия молекулярной биологии. Джон Вили и сыновья, Inc.
  3. Hill, R.W., Wyse, G.A. & Anderson, M. (2012). Физиология животных. Sinauer Associates, Inc. Издатели.
  4. Климан Р. М. (2016). Энциклопедия эволюционной биологии. Академическая пресса.
  5. Марина, С. (2003) Достижения в области сперматогенеза, клинические последствия. Ибероамериканский Журнал Плодородия. 20(4), 213-225.
  6. Росс М. Х., Павлина В. (2006). гистология. Редакция Панамерикана Медикал.