Spermatogeneze a jejich vlastnosti

spermatogeneze Je to proces, který spočívá ve tvorbě spermií z zárodečných buněk (spermatogonia). Vyskytuje se u samců jedinců eukaryotických organismů se sexuální reprodukcí.

Aby byl tento proces prováděn efektivně, potřebuje specifické podmínky, mezi ně patří: správné chromozomální dělení s přesnými genovými expresemi a odpovídající hormonální médium, aby se vytvořil vysoký počet funkčních buněk.

Transformace spermatogonie na zralé gamety se vyskytuje během pohlavního dozrávání v organismech. Tento proces je vyvolán akumulací určitých hormonů, jako jsou hypofyzární gonadotropiny, jako je HCG (lidský choriový gonadotropin), který se podílí na tvorbě testosteronu..

Index

• 1 Co je spermatogeneze?
  • 1.1 Zapojené genetické prvky
• 2 Fáze a jejich vlastnosti
  • 2.1 1. Spermatogonická fáze
  • 2.2 2. Spermatocytová fáze
  • 2.3 3. Spermiogenní fáze
• 3 Regulace hormonu
  • 3.1 Oplodnění
• 4 Charakteristika spermií
• 5 Rozdíly mezi spermatogenezí a oogenezí
• 6 Odkazy

Co je spermatogeneze?

Spermatogeneze spočívá v tvorbě samčích gamet: spermie.

Produkce těchto pohlavních buněk začíná v semennatých tubulech, umístěných ve varlatech. Tyto tubuly zabírají asi 85% celkového objemu gonád a v nich jsou nezralé zárodečné buňky nebo spermatogoni, které jsou kontinuálně rozděleny mitózou..

Některé z těchto spermatogonií přestávají reprodukovat a stávají se primárními spermatocyty, které začínají proces meiózy produkovat každý pár sekundárních spermatocytů s jejich kompletním nábojem chromozomu.

Posledně uvedené dokončují druhou fázi meiózy, což nakonec vede ke vzniku čtyř spermatidů s poloviční zátěží chromozomu (haploid)..

Později se podrobují morfologickým změnám, které generují spermie, které směřují do epididymis umístěného v šourku vedle varlat. V tomto kanálu dochází ke zrání gamet, které jsou připraveny k přenosu genů jedince.

Proces spermatogeneze závisí na hormonální a genetické regulaci. Tento proces je závislý na testosteronu, takže v semennatých tubulech jsou specializované buňky (Leydigovy buňky) v produkci tohoto hormonu.

Zapojeny genetické prvky

Některé důležité geny v spermatogenezi jsou gen SF-1, který působí v diferenciaci Leydigových buněk a gen SRY, který se podílí na diferenciaci Sertoliho buněk a tvorbě testikulárních kordů. Ostatní geny se podílejí na regulaci tohoto procesu: RBMY, DBY, USP9Y a DAZ.

Ten se nachází na chromozomu Y. Působí na kódování proteinů vázajících RNA a jeho absence je spojena s neplodností u některých jedinců..

Fáze a jejich vlastnosti

Primární zárodečné buňky (gonocyty) se tvoří ve žloutkovém vaku a pohybují se na genitální hřeben, který se dělí mezi Sertoliho buňkami, čímž se tvoří semenníkové tubuly. Gonocyty se nacházejí uvnitř, odkud migrují směrem k bazální membráně, čímž vznikají spermatogonia.

Proliferace primárních zárodečných buněk a tvorba spermatogonie se vyskytují během embryonálního vývoje jedince. Krátce po narození se zastaví proces mitotického dělení těchto buněk.

Proces, kterým jsou zralé spermie produkovány, je rozdělen do tří fází: spermatogonické, spermatocytové a spermiogenní.

1. Spermatogonická fáze

Jak se blíží období sexuální zralosti jednotlivců, zvýšení hladin testosteronu aktivuje proliferaci spermatogonie. Tyto zárodečné buňky se dělí, aby vytvořily řadu spermatogonií, které se diferencují na primární spermatocyty.

U lidí se rozlišuje několik morfologických typů spermatogonie:

Ad spermatogonios: Nachází se vedle intersticiálních buněk semennatého tubulu. Oni trpí mitotickými divizemi, které generují dvojici typu Ad, které se zase dělí, nebo pár typu Ap.

Spermatogonios Ap: Sledují proces diferenciace pro generování spermií, které se postupně dělí mitózou.

Spermatogonium B. Produkt mitotického dělení spermatogonie Ap. Představují sféroidní jádro a zvláštnost vzájemného spojení "cytoplazmatickými můstky"..

Tvoří druh syncytia, který přetrvává v následujících fázích, odděluje se v diferenciaci spermií, když se spermie uvolňují v lumen semennatého tubulu.

Cytoplazmatické spojení mezi těmito buňkami umožňuje synchronizovaný vývoj každé dvojice spermatogonií a že každá z nich získá kompletní genetickou informaci nezbytnou pro její fungování, protože i po meióze se tyto buňky dále vyvíjejí.

2. Spermatocytová fáze

V této fázi, spermatogonia B byl rozdělen mitóticamente, tvořit espermatocitos I (primární) to duplikovat jejich chromosomes, důvod proč každá buňka vezme dvě chromosomic hry, nést dvojnásobek obvyklého množství genetické informace.

Následně jsou prováděny meiotické dělení těchto spermatocytů, takže genetický materiál v nich podléhá redukcím, dokud nedosáhnou haploidního charakteru..

Mitóza I

V první meiotické divizi, chromosomy jsou kondenzovány v prophase, a v případě lidí, 44 autosomes a dva chromosomes (X a Y), každý s množinou chromatids, být kondenzován..

Homologní chromosomy jsou spojeny dohromady, zatímco jsou zarovnány na rovníkové desce metafáze. Tato uspořádání se nazývají tetrady, protože obsahují dva páry chromatidů.

Tetrady si vyměňují genetický materiál (překřížení) přeskupením chromatidů ve struktuře nazvané synaptonemický komplex.

V tomto procesu dochází ke genetické diverzifikaci, když se informace vyměňují mezi homologními chromozomy zděděnými po otci a matce, což zajišťuje, že všechny spermatidy produkované spermatocyty jsou odlišné..

Na konci přechodu se chromozomy oddělují, pohybují se na opačné póly meiotického vřetena, "rozpouštějí" strukturu tetradů, rekombinované chromatidy každého chromozomu zůstávají spolu.

Dalším způsobem, jak zaručit genetickou rozmanitost vůči rodičům, je náhodné rozdělení chromozomů odvozených od otce a matky směrem k pólům vřetena. Na konci tohoto meiotického dělení se produkují spermatocyty II (sekundární).

Meióza II

Sekundární spermatocyty začínají proces druhé meiosy bezprostředně poté, co jsou vytvořeny, bez syntézy nové DNA. Jako výsledek tohoto, každý spermatocyte má polovinu chromozómového náboje a každý chromozóm má pár sesterských chromatids s duplikovanou DNA..

V metafáze jsou chromozomy distribuovány a zarovnány na rovníkové desce a chromatidy se oddělují migrací na opačné strany meiotického vřetena..

Po rekombinaci jaderných membrán se získají haploidní spermatidy s polovinou chromozomů (23 u lidí), chromatidem a kopií genetické informace (DNA)..

3. Spermiogenní fáze

Spermiogeneze je poslední fází procesu spermatogeneze a nejsou zde žádné buněčné dělení, ale morfologické a metabolické změny, které umožňují diferenciaci buněk na zralé haploidní spermie..

K buněčným změnám dochází, když jsou spermatidy připojeny k plazmatické membráně Sertoliho buněk a mohou být popsány ve čtyřech fázích:

Golgiho fáze

Je to proces, kterým Golgiho aparát vyvolává akrosom, akumulací proacrosomálních granulí nebo PAS (Peryodic acid-Schiff reaktivní) v Golgiho komplexech.

Tyto granule se otevřou do akrosomového váčku umístěného vedle jádra a jejich poloha určuje přední část spermie..

Centrioles se pohybují směrem k zadní části spermatidu, kolmo k plazmatické membráně a vytvářejí dublety, které integrují mikrotubuly axonemu na bázi bičíka spermií..

Cap fáze

Akrosomový váček roste a rozprostírá se přes přední část jádra tvořícího akrosom nebo akrosomový uzávěr. V této fázi dochází ke kondenzaci obsahu jader a část jádra, která leží pod akrosomem, ztrácí póry..

Acrosomová fáze

Jádro se prodlužuje z kulatého na eliptický a bičík je orientován tak, že jeho přední konec přilne k Sertoliho buňkám směřujícím k bazální vrstvě semennatých tubulů, ve kterých se rozšiřuje bičík..

Cytoplazma se pohybuje v zadním směru buňky a cytoplazmatické mikrotubuly se hromadí ve válcovém pouzdru (manchette), které vychází z akrozomálního uzávěru do zadní části spermatidu..

Po vývoji flagellum, centrioles se stěhují zpátky do jádra, držet se drážky v zadní části jádra, od kterého devět tlustých vláken, která dosáhnou microtubules axoneme se objeví; tímto způsobem jsou spojeny jádro a bičík. Tato struktura je známá jako oblast krku.

Mitochondrie se pohybují směrem k zadní oblasti krku, obklopují tlustá vlákna a jsou uspořádány v těsném spirálovitém plášti tvořícím mezilehlou oblast ocasu spermií. Cytoplazma se pohybuje, aby pokryla již vytvořený bičík, a "manchette" se rozpouští.

Zrání

Přebytek cytoplazmy je fagocytován Sertoliho buňkami, které tvoří zbytkové tělo. Cytoplazmatický můstek, který vznikl ve spermatogonii B, zůstává ve zbytkovém těle, takže spermatidy jsou odděleny.

Nakonec se spermatidy uvolňují z Sertoliho buněk a uvolňují se v lumenu semennatého tubulu, odkud jsou transportovány rovnými trubkami, rete testis a eferentními kanály k epididymis..

Regulace hormonu

Spermatogeneze je proces jemně regulovaný hormony, hlavně testosteronem. U lidí je celý proces spuštěn při pohlavním dozrávání, uvolněním hormonu GnRH v hypotalamu, který aktivuje produkci a akumulaci hypofyzárních gonadotropinů (LH, FSH a HCG)..

Sertoliho buňky syntetizují testosteronové transportní proteiny (PBL) stimulací FSH a spolu s testosteronem uvolněným Leydigovými buňkami (stimulovanými LH) zajišťují vysokou koncentraci uvedeného hormonu v semennatých tubulech.

V Sertoliho buňkách je také syntetizován estradiol, který zasahuje do regulace aktivity Leydigových buněk..

Hnojení

Epididymis se váže na vaz defereny, které končí v močové trubici, a konečně umožňuje, aby spermie vystoupily, což později vyhledává vajíčko, které se má oplodnit, a dokončí cyklus sexuální reprodukce..

Jakmile se uvolní, spermie mohou zemřít během několika minut nebo hodin.

U lidí se během pohlavního styku v každém ejakulátu uvolní asi 300 milionů spermií, ale jen asi 200 přežije, dokud nedosáhnou oblasti, kde se mohou spárovat..

Spermie musí projít procesem tréninku v ženském reprodukčním traktu, kde získají větší pohyblivost bičíku a připraví buňku pro reakci akrozomu. Tyto vlastnosti jsou nezbytné k oplodnění vajíček.

Trénink spermií

Mezi změnami, které jsou přítomny, patří biochemické a funkční modifikace, jako je hyperpolarizace plazmatické membrány, zvýšené pH cytosolů, změny lipidů a proteinů a aktivace membránových receptorů, které jim umožňují rozpoznat zona pellucida připojit se k tomuto.

Tato oblast funguje jako chemická bariéra, aby se zabránilo křížení mezi druhy, protože nerozpoznávání specifických receptorů neprovádí hnojení.

Vaječníky mají vrstvu granulárních buněk a jsou obklopeny vysokými koncentracemi kyseliny hyaluronové, které tvoří extracelulární matrici. Aby pronikly touto vrstvou buněk, mají spermie hyaluronidázové enzymy.

Po kontaktu s zona pellucida se spustí reakce akrozomu, ve které se uvolní obsah akrosomálního uzávěru (jako jsou například hydrolytické enzymy), což pomáhá spermiím překonat oblast a připojit se k plazmatické membráně vajíčka, uvolňující v ní jeho cytoplazmatický obsah, organely a jádro.

Kortikální reakce

V některých organismech dochází k depolarizaci plazmatické membrány vaječníku, když přichází do styku se spermií, což zabraňuje jejímu oplodnění..

Dalším mechanismem prevence polyspermie je kortikální reakce, při které se uvolňují enzymy, které mění strukturu zona pellucida, inhibují glykoprotein ZP3 a aktivují ZP2, což činí tuto oblast neprostupnou pro jiné spermie..

Charakteristika spermií

Mužské gamety mají vlastnosti, které je činí velmi odlišnými od ženských gamet a jsou vysoce přizpůsobeny k šíření genů jedince do následujících generací..

V kontrastu s ovules, spermie buňky jsou nejmenší buňky přítomné v těle a mají flagellum, který dovolí jim se pohybovat aby dosáhl ženské gamete (který nemá takovou mobilitu) oplodnit to. Tento bičík se skládá z krku, mezilehlé oblasti, hlavní oblasti a koncové oblasti.

V krku jsou centrioly a ve střední oblasti jsou mitochondrie, které jsou zodpovědné za poskytování energie nezbytné pro jejich mobilitu..

Obecně lze říci, že produkce spermií je velmi vysoká, protože je mezi nimi velmi konkurenceschopná, protože pouze asi 25% skutečně oplodní ženský gamet.

Rozdíly mezi spermatogenezí a oogenezí

Spermatogeneze má vlastnosti, které ji odlišují od oogeneze:

-Buňky probíhají kontinuálně od sexuálního zrání jedince a produkují každou buňku čtyři zralé gamety místo jednoho.

-Spermie zraje po složitém procesu, který začíná po meióze.

-Pro produkci spermií se vyskytuje dvakrát tolik buněčných dělení jako při tvorbě vajíčka.

Odkazy

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008).Molekulární biologie buňky. Garland věda, Taylor a Francis skupina.
2. Creighton, T. E. (1999). Encyklopedie molekulární biologie. John Wiley a Sons, Inc.
3. Hill, R.W., Wyse, G.A., & Anderson, M. (2012). Fyziologie živočichů. Sinauer kolegové, Inc. Vydavatelé.
4. Kliman, R. M. (2016). Encyklopedie evoluční biologie. Akademická tisková zpráva.
5. Marina, S. (2003) Pokroky ve znalostech Spermatogeneze, Klinické důsledky. Iberoamerican časopis plodnosti. 20(4), 213-225.
6. Ross, M. H., Pawlina, W. (2006). Histologie. Redakční Panamericana Medical.