SPERMATOGENESE: STADIER OG DERES EGENSKAPER - BIOLOGI

Den spermatogenesen er en prosess for dannelse av sædceller fra kimceller (spermatogoniene). Det forekommer hos mannlige individer av eukaryote organismer med seksuell reproduksjon.

For at denne prosessen skal kunne utføres effektivt, trenger den spesifikke forhold, inkludert: en korrekt kromosomal inndeling med presise genuttrykk og et adekvat hormonelt medium, for å produsere et stort antall funksjonelle celler.

Kilde: Anchor207

Transformasjonen av spermatogoni til modne gameter skjer under seksuell modning hos organismer. Denne prosessen utløses på grunn av akkumulering av visse hormoner av hypofysen gonadotropin type, for eksempel HCG (human chorionic gonadotropin) som griper inn i produksjonen av testosteron.

Hva er spermatogenese?

Spermatogenese består av dannelsen av mannlige gameter: sædceller.

Produksjonen av disse kjønnscellene begynner i de seminiferøse tubuli, som ligger i testiklene. Disse tubuli opptar omtrent 85% av det totale volumet av gonadene, og i dem er de umodne kjønnsceller eller spermatogoni som kontinuerlig deler seg ved mitose.

Noen av disse spermatogoniene slutter å reprodusere seg og blir primære spermatocytter, som begynner prosessen med meiose for hver å produsere et par sekundære spermatocytter med sin fulle kromosombelastning.

Sistnevnte fullfører det andre stadiet av meiose, og til slutt ga opphav til fire spermatider med halve kromosombelastningen (haploid).

Senere gjennomgår de morfologiske forandringer, og genererer sædceller, som går til epididymis som ligger i pungen ved siden av testiklene. I denne kanalen oppstår modningen av kjønnsmassene som er klare til å overføre individets gener.

Spermatogeneseprosessen er avhengig av hormonell og genetisk regulering. Denne prosessen er testosteronavhengig, så spesialiserte celler (Leydig-celler) finnes i de halvkule tubulene i produksjonen av dette hormonet.

Genetiske elementer involvert

Noen viktige gener i spermatogenesen er SF-1-genet, som virker i differensieringen av Leydig-celler, og SRY-genet, som griper inn i differensieringen av Sertoli-celler og dannelsen av testikkelkabler. Andre gener er involvert i å regulere denne prosessen: RBMY, DBY, USP9Y og DAZ.

Det siste finnes på kromosomet Y. Det virker ved koding av RNA-bindende proteiner, og dets fravær er knyttet til infertilitet hos noen individer.

Stadier og deres egenskaper

Seminiferøse tubuli med moden sæd. nevronet

De primordiale kjønnscellene (gonocytter) dannes i eggeplommen og beveger seg til kjønnsorganet, og deler seg mellom Sertoli-cellene, og danner dermed de seminiferøse tubuli. Gonocyttene finnes inne, hvorfra de vandrer mot kjellermembranen for å gi spermatogoni.

Spredning av de primordielle kimcellene og dannelsen av spermatogonia skjer under den embryonale utviklingen av individet. Rett etter fødselen stopper den mitotiske delingen av disse cellene.

Prosessen som moden sæd blir produsert, er delt inn i tre faser: spermatogon, spermatocyt og sædceller.

1. Spermatogonfase

Når perioden med seksuell modenhet hos enkeltpersoner nærmer seg, aktiverer en økning i testosteronnivået spredningen av spermatogoni. Disse kimcellene deler seg for å generere en serie spermatogoni som differensierer til primære spermatocytter.

Hos mennesker skilles flere morfologiske typer spermatogoni ut:

Spermatogonia annonse: Ligger ved siden av de mellomliggende celler i den seminiferous tubule. De lider av mitotiske divisjoner som genererer et par av Ad-typen som igjen fortsetter å dele seg, eller et par av Ap-typen.

Ap spermatogonia: Disse følger differensieringsprosessen for å generere sæd, og deler seg fortløpende med mitose.

Spermatogonia B. Produkt av den mitotiske inndelingen av Ap spermatogonia. De har en sfæroidkjerne og det særegne ved å være koblet til hverandre av "cytoplasmatiske broer".

De danner et slags syncytium som vedvarer i de påfølgende stadier, og skilles i sæddifferensiering når sæd frigjøres i lumen i den seminiferøse tubuli.

Den cytoplasmatiske forbindelsen mellom disse cellene tillater en synkronisert utvikling av hvert par spermatogoni og at hver og en får den fullstendige genetiske informasjonen som er nødvendig for deres funksjon, siden selv etter meiose fortsetter disse cellene å utvikle seg.

2. Spermatocytisk fase

I denne fasen har B-spermatogonia delt mitotisk og dannet de I (primære) spermatocyttene som dupliserer kromosomene, slik at hver celle har to sett med kromosomer, og har to ganger den vanlige mengden genetisk informasjon.

Deretter utføres meiotiske inndelinger av disse spermatocyttene, så det genetiske materialet i dem gjennomgår reduksjoner til de når den haploide karakteren.

Mitose I

I den første meiotiske inndelingen kondenseres kromosomene i profasen, noe som, for mennesker, resulterer i 44 autosomer og to kromosomer (ett X og ett Y), hver med et sett med kromatider.

Homologe kromosomer kobler seg til hverandre mens de legger seg på metafasens ekvatorplate. Disse arrangementene kalles tetrader da de inneholder to par kromatider.

Tetrader utveksler genetisk materiale (krysse over) med kromatidene som omorganiseres til en struktur som kalles synaptonemisk kompleks.

I denne prosessen skjer genetisk diversifisering ved å utveksle informasjon mellom de homologe kromosomene som er arvet fra faren og moren, noe som sikrer at alle spermatidene produsert fra spermatocyttene er forskjellige.

På slutten av overkjøringen skilles kromosomene ut og beveger seg til motsatte poler i den meiotiske spindelen, og "løser opp" tetradstrukturen, og de rekombinerte kromatider av hvert kromosom forblir sammen.

En annen måte å garantere genetisk mangfold med hensyn til foreldre er ved tilfeldig fordeling av kromosomer avledet fra far og mor mot polene i spindelen. På slutten av denne meiotiske delingen produseres II (sekundære) spermatocytter.

Meiosis II

Sekundære spermatocytter begynner den andre meioseprosessen umiddelbart etter dannelse, og syntetiserer nytt DNA. Som et resultat av dette har hver spermatocytt halvparten av kromosombelastningen og hvert kromosom har et par søsterkromatider med duplisert DNA.

Ved metafase blir kromosomene fordelt og justert på ekvatorialplaten, og kromatidene skilles ved å migrere til motsatte sider av den meiotiske spindelen.

Etter gjenoppbygging av kjernefysiske membraner oppnås haploide spermatider med halvparten av kromosomene (23 hos mennesker), en kromatid og en kopi av den genetiske informasjonen (DNA).

3. Spermfase

Spermiogenese er den siste fasen av spermatogeneseprosessen, og celledelinger forekommer ikke i den, men morfologiske og metabolske forandringer som lar celledifferensiering til haploid moden sæd.

Cellulære forandringer skjer mens spermatider er festet til plasmamembranen til Sertoli-celler, og kan beskrives i fire faser:

Golgifase

Det er prosessen der Golgi-apparatet gir opphav til akrosomet, ved akkumulering av proakrosomiske granuler eller PAS (periodisk acid-Schiffs reaktive) i Golgi-kompleksene.

Disse granulatene fører til en akrosomal vesikkel som ligger ved siden av kjernen, og dens stilling bestemmer den fremre delen av sædcellen.

Sentriolene beveger seg mot den bakre delen av spermatiden, og justerer seg vinkelrett med plasmamembranen og lager dubletter som vil integrere mikrotubulene i aksoneme ved basen av sædcellerne.

Cap-fase

Den akrosomale vesikelen vokser og strekker seg over den fremre delen av kjernen, og danner akrosom eller akrosomal hette. I denne fasen blir kjerneinnholdet kondensert, og den delen av kjernen som blir igjen under akrosomet tykner, og mister porene.

Akrosom fase

Kjernen strekker seg fra rund til elliptisk, og flagellumet er orientert slik at dens fremre ende fester seg til Sertoli-celler som peker mot basal lamina i de halvkule tubuli, hvori den utviklende flagellum strekker seg.

Cytoplasma beveger seg bakover til cellen, og de cytoplasmatiske mikrotubuliene samler seg i en sylindrisk kappe (manchette) som går fra den akrosomale hetten til den bakre delen av spermatiden.

Etter å ha utviklet flagellumet, beveger sentriolene seg tilbake mot kjernen og fester seg til et spor i den bakre delen av kjernen, hvorfra ni tykke fibre dukker opp som når mikrotubulene i aksoneme; på denne måten er kjernen og flagellum forbundet. Denne strukturen er kjent som nakkeområdet.

Mitokondriene beveger seg mot den bakre delen av nakken, som omgir de tykke fibrene og er anordnet i et tett spiralformet skjede som danner mellomområdet til sædhalten. Cytoplasma beveger seg for å dekke flagellum som allerede er dannet, og "manchetten" løses opp.

Modningsfase

Overskytende cytoplasma blir fagocytosert av Sertoli-celler, og danner det resterende legeme. Den cytoplasmatiske broen som ble dannet i B-spermatogonia forblir i de resterende kroppene, så spermatidene skilles fra hverandre.

Til slutt frigjøres spermatidene fra Sertoli-cellene, og frigjøres i lumen i den seminiferøse tubulien, hvorfra de blir transportert gjennom de rette rør, retest testis og efferente kanaler til epididymis.

Hormonregulering

Spermatogenese er en prosess som er fint regulert av hormoner, først og fremst testosteron. Hos mennesker utløses hele prosessen ved seksuell modning, ved frigjøring i hypothalamus av hormonet GnRH som aktiverer produksjonen og akkumuleringen av hypofysegonodotropiner (LH, FSH og HCG).

Sertoli-celler syntetiserer testosterontransportørproteiner (ABP) ved stimulering av FSH, og sammen med testosteronet frigitt av Leydig-celler (stimulert av LH), sikrer de en høy konsentrasjon av dette hormonet i de halvkule tubuli.

I Sertoli-celler syntetiseres også østradiol, som er involvert i reguleringen av Leydig-celleaktivitet.

befruktning

Epididymis kobles sammen med vas deferens som strømmer inn i urinrøret, slik at endelig utløpet av sædceller som senere søker et egg å befrukte, fullfører syklusen for seksuell reproduksjon.

Når den er frigjort, kan sæd dø i løpet av minutter eller timer, og måtte finne den kvinnelige gameten før dette skjer.

Hos mennesker frigjøres omtrent 300 millioner sædceller i hver ejakulasjon under samleie, men bare rundt 200 overlever til de når regionen der de kan parre seg.

Sperm må gjennom en treningsprosess i den kvinnelige reproduktive kanalen der de får større bevegelighet av flagellum og forbereder cellen for den akrosome reaksjonen. Disse egenskapene er nødvendige for å gjødsle eggene.

Spermkondensasjon

Blant endringene som sæden er, skiller seg biokjemiske og funksjonelle modifikasjoner ut, som hyperpolarisering av plasmamembranen, økt cytosolisk pH, endringer i lipider og proteiner og aktivering av membranreseptorer som lar dem bli gjenkjent av zona pellucida. å bli med på dette.

Denne regionen fungerer som en kjemisk barriere for å unngå krysning mellom arter, siden befruktning ikke finner sted ved å ikke gjenkjenne spesifikke reseptorer.

Egg har et lag med granulære celler og er omgitt av høye konsentrasjoner av hyaluronsyre som danner en ekstracellulær matrise. For å penetrere dette cellelaget har sædceller hyaluronidaseenzymer.

Når den kommer i kontakt med zona pellucida, utløses akrosomreaksjonen, der innholdet i den akrosomale hetten frigjøres (som hydrolytiske enzymer), som hjelper sædcellene til å krysse området og gå sammen med plasmamembranen til egget og frigjøre i det cytoplasmatiske innholdet, organeller og kjernen.

Kortikal reaksjon

I noen organismer oppstår en depolarisering av plasmamembranen til eggløsningen når den kommer i kontakt med en sæd og dermed forhindrer mer enn en fra å befrukte den.

En annen mekanisme for å forhindre polyspermia er den kortikale reaksjonen, der enzymer frigjøres som endrer strukturen til zona pellucida, hemmer glykoproteinet ZP3 og aktiverer ZP2, noe som gjør denne regionen ugjennomtrengelig for andre sædceller.

Kjennetegn på sæd

Mannlige gameter har egenskaper som gjør dem veldig forskjellige fra kvinnelige gameter og sterkt tilpasset for å spre individets gener til påfølgende generasjoner.

I motsetning til eggløsning er sædceller de minste cellene som er til stede i kroppen og presenterer et flagellum som lar dem bevege seg for å nå det kvinnelige gamet (som ikke har slik mobilitet) for å befrukte det. Dette flagellumet består av en nakke, et mellomregion, hovedregion og terminalregionen.

I nakken er sentriolene, og i mellomregionen er mitokondriene lokalisert, som er ansvarlige for å gi energien som er nødvendig for deres mobilitet.

Generelt er sædproduksjonen veldig høy, og disse er veldig konkurransedyktige blant dem, fordi bare rundt 25% faktisk vil være i stand til å befrukte en kvinnelig gamet.

Forskjeller mellom spermatogenese og oogenese

Spermatogenese har egenskaper som skiller den fra oogenese:

-Celler lager meiose kontinuerlig siden den seksuelle modningen til den enkelte, og hver celle produserer fire modne gameter i stedet for en.

-Sperm moden etter en kompleks prosess som begynner etter meiose.

-For produksjon av sæd oppstår dobbelt så mange celledelinger som ved dannelse av en egg.

referanser

Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008). Molekylærbiologi i cellen. Garland Science, Taylor og Francis Group.
Creighton, TE (1999). Encyclopedia of Molecular biology. John Wiley og Sons, Inc.
Hill, RW, Wyse, GA, & Anderson, M. (2012). Dyrefysiologi. Sinauer Associates, Inc. Utgivere.
Kliman, RM (2016). Encyclopedia of Evolutionary Biology. Academic Press.
Marina, S. (2003) Fremskritt i kunnskapen om Spermatogenese, kliniske implikasjoner. Ibero-American Fertility Magazine. 20 (4), 213-225.
Ross, MH, Pawlina, W. (2006). Histologi. Redaksjonell Médica Panamericana.

SPERMATOGENESE: STADIER OG DERES EGENSKAPER - BIOLOGI - 2026