SPERMATOGENESE: STADIER OG DERES EGENSKABER - BIOLOGI - 2025

Den spermatogenesen er en proces med dannelse af spermatozoer fra kimceller (spermatogonier). Det forekommer hos mandlige individer af eukaryote organismer med seksuel reproduktion.

For at denne proces skal kunne udføres effektivt, har den brug for specifikke betingelser, herunder: en korrekt kromosomal opdeling med præcise genudtryk og et passende hormonelt medium til at producere et stort antal funktionelle celler.

Kilde: Anchor207

Transformationen af ​​spermatogoni til modne gameter forekommer under seksuel modning hos organismer. Denne proces udløses af akkumulering af visse hormoner af hypofyse-gonadotropin-typen, såsom HCG (human chorionisk gonadotropin), der griber ind i produktionen af ​​testosteron.

Hvad er spermatogenese?

Spermatogenese består af dannelse af mandlige gameter: sædceller.

Produktionen af ​​disse kønsceller begynder i de seminiferøse tubuli, der er placeret i testiklerne. Disse rør optager ca. 85% af det samlede volumen af ​​gonaderne, og i dem er de umodne kimceller eller spermatogoni, der kontinuerligt deler sig ved mitose.

Nogle af disse spermatogoni holder op med at reproducere og bliver primære spermatocytter, som begynder processen med meiose for hver producerer et par sekundære spermatocytter med deres fulde kromosomale belastning.

Sidstnævnte afslutter den anden fase af meiose og giver endelig anledning til fire spermatider med halve kromosombelastningen (haploid).

Senere gennemgår de morfologiske ændringer og genererer sædceller, der går til epididymis placeret i pungen ved siden af ​​testiklerne. I denne kanal forekommer modningen af ​​gameterne, der er klar til at overføre individets gener.

Spermatogeneseprocessen afhænger af hormonel og genetisk regulering. Denne proces er testosteronafhængig, så specialiserede celler (Leydig-celler) findes i de seminiferøse rør i produktionen af ​​dette hormon.

Genetiske elementer involveret

Nogle vigtige gener i spermatogenese er SF-1-genet, der virker i differentieringen af ​​Leydig-celler, og SRY-genet, der griber ind i differentieringen af ​​Sertoli-celler og dannelsen af ​​testikulære ledninger. Andre gener er involveret i reguleringen af ​​denne proces: RBMY, DBY, USP9Y og DAZ.

Det sidstnævnte findes på kromosomet Y. Det virker ved kodning af RNA-bindende proteiner, og dets fravær er forbundet med infertilitet hos nogle individer.

Stadier og deres egenskaber

Seminiferøse rør med moden sæd. nephron

De primordiale kimceller (gonocytter) dannes i æggesækken og bevæger sig til kønsdelene og deler sig mellem Sertoli-cellerne og danner således de seminiferøse rør. Gonocytterne findes inde, hvorfra de vandrer mod kældermembranen for at give anledning til spermatogoni.

Spredning af de primordiale kimceller og dannelsen af ​​spermatogonia forekommer under individets embryoniske udvikling. Kort efter fødslen stopper den mitotiske opdeling af disse celler.

Den proces, hvorpå moden sæd produceres, er opdelt i tre faser: spermatogon, spermatocyt og sædceller.

1. Spermatogon fase

Når individenes seksuelle modenhed nærmer sig, aktiverer en stigning i testosteronniveauet spredningen af ​​spermatogoni. Disse kimceller deles for at generere en række spermatogoni, der differentierer sig til primære spermatocytter.

Hos mennesker skelnes adskillige morfologiske typer spermatogoni:

Spermatogonia-annonce: Placeret ved siden af ​​de mellemliggende celler i den seminiferøse tubule. De lider af mitotiske opdelinger, der genererer et par af annonce-type, der igen fortsætter med at opdele, eller et par af ap-type.

Ap-spermatogoni: Disse følger differentieringsprocessen for at generere sædceller, som fortløbende deles med mitose.

Spermatogonia B. Produkt af den mitotiske opdeling af Ap-spermatogoni. De har en sfæroid kerne og det særlige ved at være forbundet til hinanden ved hjælp af "cytoplasmatiske broer".

De danner en slags syncytium, der fortsætter i de efterfølgende stadier, der adskilles i sæddifferentiering, når sæd frigøres i lumen i den seminiferøse tubule.

Den cytoplasmatiske forening mellem disse celler tillader en synkroniseret udvikling af hvert par spermatogoni, og at hver enkelt opnår den komplette genetiske information, der er nødvendig for deres funktion, da selv efter meiose fortsætter disse celler med at udvikle sig.

2. Spermatocytisk fase

I denne fase har B-spermatogonien opdelt mitotisk og dannet de I (primære) spermatocytter, der duplikerer deres kromosomer, så hver celle bærer to sæt kromosomer, der bærer to gange den sædvanlige mængde genetisk information.

Derefter udføres meiotiske opdelinger af disse spermatocytter, så det genetiske materiale i dem gennemgår reduktioner, indtil de når den haploide karakter.

Mitose I

I den første meiotiske opdeling kondenseres kromosomerne i profasen, hvilket i tilfælde af mennesker resulterer i 44 autosomer og to kromosomer (en X og en Y), hver med et sæt kromatider.

Homologe kromosomer kobles sammen, mens de ligger på metafasens ækvatorplade. Disse arrangementer kaldes tetrader, da de indeholder to par kromatider.

Tetrader udveksler genetisk materiale (krydse over) med kromatider, der omlejrer sig i en struktur kaldet synaptonemisk kompleks.

I denne proces sker genetisk diversificering ved at udveksle information mellem de homologe kromosomer, der er arvet fra faderen og moderen, hvilket sikrer, at alle spermatider produceret fra spermatocytterne er forskellige.

Ved afslutningen af ​​overkrydsningen adskilles kromosomerne og bevæger sig til modsatte poler i den meiotiske spindel og "opløser" strukturen af ​​tetraderne, hvor de rekombinerede kromatider af hvert kromosom forbliver sammen.

En anden måde at garantere genetisk mangfoldighed med hensyn til forældrene er ved en tilfældig fordeling af kromosomer, der stammer fra far og mor, mod spindelens poler. Ved afslutningen af ​​denne meiotiske opdeling produceres II (sekundære) spermatocytter.

Meiosis II

Sekundære spermatocytter begynder den anden meioseproces umiddelbart efter dannelsen og syntetiserer nyt DNA. Som et resultat af dette har hver spermatocyt halvdelen af ​​kromosombelastningen, og hvert kromosom har et par søsterchromatider med duplikeret DNA.

Ved metafase fordeles kromosomerne og justeres på ækvatorialpladen, og kromatiderne adskilles ved at migrere til modsatte sider af den meiotiske spindel.

Efter genopbygning af de nukleare membraner opnås haploide spermatider med halvdelen af ​​kromosomerne (23 i mennesker), en kromatid og en kopi af den genetiske information (DNA).

3. Spermfase

Spermiogenese er den sidste fase af spermatogeneseprocessen, og i den forekommer celledeling ikke, men morfologiske og metabolske ændringer, der tillader celledifferentiering til haploid moden sæd.

Cellulære ændringer forekommer, mens spermatider er bundet til plasmamembranen i Sertoli-celler, og kan beskrives i fire faser:

Golgifase

Det er den proces, hvorved Golgi-apparatet giver anledning til akrosomet, ved akkumulering af proakrosomiske granuler eller PAS (periodisk syre-Schiff's reaktive) i Golgi-komplekserne.

Disse granuler fører til en akrosomal vesikel placeret ved siden af ​​kernen, og dens placering bestemmer den forreste del af sædcellen.

Centriolerne bevæger sig mod den bageste del af spermatiden og justerer sig vinkelret på plasmamembranen og fremstiller de dubletter, der vil integrere mikrotubulierne i aksoneme ved bunden af ​​sædcellerne.

Cap fase

Den akrosomale vesikel vokser og strækker sig over den forreste del af kernen og danner akrosomet eller den akrosomale hætte. I denne fase kondenseres kerneindholdet, og den del af kernen, der forbliver under akrosomet, bliver tykkere og mister sine porer.

Akrosom fase

Kernen udstrækker sig fra rund til elliptisk, og flagellumet er orienteret, så dets forreste ende fastgøres til Sertoli-cellerne, der peger mod den basale lamina i de seminiferøse tubuli, inden i hvilke det udviklende flagellum strækker sig.

Cytoplasmaet bevæger sig bagover i cellen, og de cytoplasmatiske mikrotubulier akkumuleres i en cylindrisk kappe (manchette), der løber fra den akrosomale hætte til den bageste del af spermatiden.

Efter at have udviklet flagellumet bevæger centriolerne sig tilbage mod kernen og klæber til en rille i den bageste del af kernen, hvorfra ni tykke fibre dukker op, der når mikrotubulerne i axoneme; på denne måde er kernen og flagellum forbundet. Denne struktur er kendt som nakkeområdet.

Mitokondrierne bevæger sig mod det bageste område af halsen, der omgiver de tykke fibre og er arrangeret i en tæt spiralformet kappe, der danner mellemområdet for sædcelleren. Cytoplasmaen bevæger sig for at dække flagellum, der allerede er dannet, og "manchetten" opløses.

Modningsfase

Det overskydende cytoplasma phagocytoseres af Sertoli-cellerne og danner det resterende legeme. Den cytoplasmatiske bro, der blev dannet i B-spermatogonien, forbliver i de resterende legemer, så spermatiderne adskilles.

Endelig frigøres spermatiderne fra Sertoli-cellerne og frigøres i lumen i den seminiferøse tubule, hvorfra de transporteres gennem de rette rør, retest testis og efferente kanaler til epididymis.

Hormonel regulering

Spermatogenese er en proces, der er fint reguleret af hormoner, primært testosteron. Hos mennesker udløses hele processen i seksuel modning ved frigivelse i hypothalamus af hormonet GnRH, der aktiverer produktion og akkumulering af hypofysegonodotropiner (LH, FSH og HCG).

Sertoli-celler syntetiserer testosterontransportproteiner (ABP) ved stimulering af FSH, og sammen med testosteronet frigivet af Leydig-celler (stimuleret af LH) sikrer de en høj koncentration af dette hormon i de seminiferøse tubuli.

I Sertoli-celler syntetiseres estradiol også, hvilket er involveret i reguleringen af ​​Leydig-celleaktivitet.

Befrugtning

Epididymis forbindes med vas deferens, der strømmer ind i urinrøret, tillader endelig udgangen af ​​sædceller, der senere søger et æg til at befrugte, og afslutter cyklussen for seksuel reproduktion.

Når sædcellerne er frigivet, kan de dø i løbet af minutter eller timer og skulle finde det kvindelige gamet inden dette sker.

Hos mennesker frigives ca. 300 millioner sædceller ved hver ejakulation under samleje, men kun ca. 200 overlever, indtil de når det område, hvor de kan parre sig.

Sædcellerne skal gennemgå en træningsproces i den kvindelige reproduktive kanal, hvor de får større mobilitet af flagellum og forbereder cellen til den akrosome reaktion. Disse egenskaber er nødvendige for at befrugte æg.

Sædekapacitet

Blandt de ændringer, som sædcellen er til stede, skiller sig biokemiske og funktionelle modifikationer ud, såsom hyperpolarisering af plasmamembranen, øget cytosolisk pH, ændringer i lipider og proteiner og aktivering af membranreceptorer, der tillader dem at blive genkendt af zona pellucida. at deltage i dette.

Denne region fungerer som en kemisk barriere for at undgå krydsning mellem arter, da befrugtning ikke finder sted ved ikke at genkende specifikke receptorer.

Æg har et lag granulære celler og er omgivet af høje koncentrationer af hyaluronsyre, der danner en ekstracellulær matrix. For at trænge ind i dette lag af celler har sædceller hyaluronidaseenzymer.

Når den kommer i kontakt med zona pellucida, udløses akrosomreaktionen, hvori indholdet af den akrosomale hætte frigøres (som hydrolytiske enzymer), som hjælper sædcellerne med at krydse området og gå sammen med plasmamembranen i æg, der frigiver inden i dets cytoplasmatiske indhold, organeller og kerne.

Kortikal reaktion

I nogle organismer forekommer en depolarisering af plasmamembranen i ægløsningen, når den kommer i kontakt med en sæd, hvilket forhindrer, at flere end en befrugter den.

En anden mekanisme til at forhindre polyspermia er den kortikale reaktion, hvor enzymer frigøres, der ændrer strukturen af ​​zona pellucida, hæmmer glycoprotein ZP3 og aktiverer ZP2, hvilket gør denne region uigennemtrængelig for anden sædceller.

Egenskaber ved sæd

Mandlige gameter har karakteristika, der gør dem meget forskellige fra kvindelige gameter og meget tilpasset til at sprede individets gener til efterfølgende generationer.

I modsætning til ægløsning er sædceller de mindste celler, der findes i kroppen, og de præsenterer et flagellum, der giver dem mulighed for at bevæge sig for at nå det kvindelige gamet (som ikke har en sådan mobilitet) for at befrugte det. Dette flagellum består af en hals, en mellemregion, hovedregion og terminalregionen.

I nakken er centriolerne, og i mellemregionen er mitokondrierne placeret, som er ansvarlige for at give den nødvendige energi til deres mobilitet.

Generelt er sædproduktionen meget høj, idet disse er meget konkurrencedygtige blandt dem, da kun omkring 25% faktisk vil være i stand til at befrugte en kvindelig gamet.

Forskelle mellem spermatogenese og oogenese

Spermatogenese har karakteristika, der adskiller den fra oogenese:

-Celler producerer meiose kontinuerligt siden den seksuelle modning af individet, hvor hver celle producerer fire modne gameter i stedet for en.

-Sperm moden efter en kompleks proces, der begynder efter meiose.

-For produktion af en sæd forekommer dobbelt så mange celledelinger som ved dannelsen af ​​en æg.

Referencer

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008). Cellens molekylærbiologi. Garland Science, Taylor og Francis Group.
2. Creighton, TE (1999). Encyclopedia of Molecular biology. John Wiley og Sons, Inc.
3. Hill, RW, Wyse, GA, & Anderson, M. (2012). Dyrefysiologi. Sinauer Associates, Inc. Udgivere.
4. Kliman, RM (2016). Encyclopedia of Evolutionary Biology. Academic Press.
5. Marina, S. (2003) Fremskridt inden for viden om Spermatogenese, kliniske implikationer. Ibero-American Fertility Magazine. 20 (4), 213-225.
6. Ross, MH, Pawlina, W. (2006). Histologi. Redaktionel Médica Panamericana.