SPERMATOGENES: STADIER OCH DERAS EGENSKAPER - BIOLOGI

Den spermatogenesen är en process för bildning av spermatozoer från könsceller (spermatogonier). Det förekommer hos manliga individer av eukaryota organismer med sexuell reproduktion.

För att denna process ska kunna genomföras effektivt behöver den specifika förhållanden, inklusive: en korrekt kromosomal uppdelning med exakta genuttryck och ett adekvat hormonellt medium för att producera ett stort antal funktionella celler.

Källa: Anchor207

Omvandlingen av spermatogoni till mogna gameter sker under sexuell mognad i organismer. Denna process utlöses på grund av ansamling av vissa hormoner av hypofysen gonadotropintyp, såsom HCG (human chorionic gonadotropin) som ingriper i produktionen av testosteron.

Vad är spermatogenes?

Spermatogenes består av bildandet av manliga gameter: spermier.

Produktionen av dessa könsceller börjar i de seminiferösa tubuli, som finns i testiklarna. Dessa tubuli upptar cirka 85% av den totala volymen av gonaderna och i dem är de omogna groddceller eller spermatogoni som kontinuerligt delar sig med mitos.

En del av dessa spermatogonier slutar reproducera och blir primära spermatocyter, som börjar meiosprocessen för var och en att producera ett par sekundära spermatocyter med sin fulla kromosombelastning.

Den senare avslutar det andra steget av meios, slutligen ger upphov till fyra spermatider med halva kromosombelastningen (haploid).

Senare genomgår de morfologiska förändringar och genererar spermier som går till epididymis som finns i pungen bredvid testiklarna. I denna kanal inträffar mogningen av gameterna som är redo att överföra individens gener.

Spermatogenesprocessen beror på hormonell och genetisk reglering. Denna process är testosteronberoende, så specialiserade celler (Leydig-celler) återfinns i seminiferösa tubuli vid produktionen av detta hormon.

Genetiska element inblandade

Några viktiga gener i spermatogenesen är SF-1-genen, som verkar i differentieringen av Leydig-celler, och SRY-genen, som ingår i differentieringen av Sertoli-celler och bildandet av testikelsnordar. Andra gener är involverade i att reglera denna process: RBMY, DBY, USP9Y och DAZ.

Det senare finns på kromosomen Y. Den verkar vid kodning av RNA-bindande proteiner och dess frånvaro är kopplad till infertilitet hos vissa individer.

Scener och deras egenskaper

Seminiferösa tubuli med mogna spermier. Nephron

De primordiala könscellerna (gonocyter) bildas i äggula-sacken och reser till könsdelskammaren och delar sig mellan Sertoli-cellerna och bildar därmed de seminiferösa tubuli. Gonocyterna finns inuti, varifrån de vandrar mot källarmembranet för att ge upphov till spermatogoni.

Proliferation av de ursprungliga bakteriecellerna och bildandet av spermatogoni sker under individens embryonala utveckling. Strax efter födseln upphör den mitotiska uppdelningen av dessa celler.

Processen med vilken mogna spermier produceras är indelade i tre faser: spermatogon, spermatocytisk och spermier.

1. Spermatogonfas

När individernas sexuella mognad närmar sig aktiverar en ökning av testosteronnivåerna spridningen av spermatogoni. Dessa groddceller delar sig för att generera en serie spermatogoni som differentierar sig till primära spermatocyter.

Hos människor skiljer sig flera morfologiska typer av spermatogoni:

Spermatogonia-annons: Ligger bredvid de mellanliggande cellerna i den seminiferösa tubuli. De lider av mitotiska uppdelningar som genererar ett par av Ad-typ som i sin tur fortsätter att dela, eller ett par av Ap-typ.

Ap-spermatogoni: Dessa följer differentieringsprocessen för att generera spermier och delar i följd med mitos.

Spermatogonia B. Produkt från den mitotiska uppdelningen av Ap-spermatogonia. De har en sfäroidisk kärna och det särpräglade att vara kopplade till varandra med ”cytoplasmiska broar”.

De bildar ett slags syncytium som kvarstår i de efterföljande stadierna och separerar i spermiedifferentiering när spermier frigörs i lumen i den seminiferösa tubuli.

Den cytoplasmiska föreningen mellan dessa celler tillåter en synkroniserad utveckling av varje par spermatogoni och att var och en får den fullständiga genetiska informationen som är nödvändig för deras funktion, eftersom även efter meios fortsätter dessa celler att utvecklas.

2. Spermatocytisk fas

I denna fas har B-spermatogonierna delats upp mitotiskt och bildat de I (primära) spermatocyterna som duplicerar sina kromosomer, så att varje cell har två uppsättningar kromosomer med två gånger den vanliga mängden genetisk information.

Därefter genomförs meiotiska uppdelningar av dessa spermatocyter, så det genetiska materialet i dem genomgår minskningar tills de når den haploida karaktären.

Mitos I

I den första meiotiska uppdelningen kondenseras kromosomerna i profaset, vilket i fallet med människor resulterar i 44 autosomer och två kromosomer (en X och en Y), var och en med en uppsättning kromatider.

Homologa kromosomer kopplar ihop varandra medan de står ihop på metafasens ekvatorplatta. Dessa arrangemang kallas tetrader eftersom de innehåller två par kromatider.

Tetrader utbyter genetiskt material (korsning) med kromatiderna som omorganiseras till en struktur som kallas synaptonemisk komplex.

I denna process sker genetisk diversifiering genom att utbyta information mellan de homologa kromosomerna som ärvts från fadern och modern, vilket säkerställer att alla spermatider som produceras från spermatocyterna är olika.

I slutet av övergången separeras kromosomerna och rör sig till motsatta poler i den meiotiska spindeln, "upplöser" strukturen på tetraderna, de rekombinerade kromatiderna för varje kromosom förblir tillsammans.

Ett annat sätt att garantera genetisk mångfald med avseende på föräldrarna är genom slumpmässig fördelning av kromosomerna härledda från fadern och mamman mot spindelens poler. I slutet av denna meiotiska uppdelning produceras II (sekundära) spermatocyter.

Meiosis II

Sekundära spermatocyter påbörjar den andra meiosprocessen omedelbart efter bildandet och syntetiserar nytt DNA. Som ett resultat av detta har varje spermatocyt halva kromosombelastningen och varje kromosom har ett par systerkromatider med duplicerat DNA.

Vid metafas är kromosomerna fördelade och inriktade på ekvatorialplattan, och kromatiderna separeras genom att migrera till motsatta sidor av den meiotiska spindeln.

Efter ombyggnad av kärnmembranen erhålls haploida spermatider med hälften av kromosomerna (23 hos människor), en kromatid och en kopia av den genetiska informationen (DNA).

3. Spermfas

Spermiogenes är den sista fasen av spermatogenesprocessen, och celldelningar förekommer inte i den, utan morfologiska och metaboliska förändringar som möjliggör celldifferentiering till haploida mogna spermier.

Cellförändringar inträffar medan spermatider är bundna till plasmamembranet i Sertoli-celler, och kan beskrivas i fyra faser:

Golgifas

Det är processen genom vilken Golgi-apparaten ger upphov till akrosomen, genom ackumulering av proakrosomiska granuler eller PAS (periodic acid-Schiff's reactive) i Golgi-komplexen.

Dessa granuler leder till en akrosomal vesikel belägen bredvid kärnan och dess position bestämmer den främre delen av spermierna.

Centriolerna rör sig mot den bakre delen av spermatiden och anpassar sig vinkelrätt mot plasmamembranet och gör de dubletter som kommer att integrera mikrotubulerna i axoneme vid basen av spermierna.

Cap-fas

Den akrosomala vesikeln växer och sträcker sig över den främre delen av kärnan och bildar akrosomen eller den akrosomala kapsylen. I denna fas kondenseras kärninnehållet och den del av kärnan som förblir under akrosomen förtjockas och förlorar sina porer.

Akrosom fas

Kärnan sträcker sig från rund till elliptisk, och flagellumet är orienterat så att dess främre ände fästs vid Sertoli-cellerna som pekar mot den basala lamina i de seminiferösa tubuli, inom vilka det utvecklande flagellumet sträcker sig.

Cytoplasman rör sig bakom cellen och de cytoplasmiska mikrotubulorna ackumuleras i en cylindrisk mantel (manchett) som går från det akrosomala locket till den bakre delen av spermatiden.

Efter att ha utvecklat flagellumet, rör sig centriolerna tillbaka mot kärnan, vidhäftande till ett spår i den bakre delen av kärnan, varifrån nio tjocka fibrer dyker upp som når mikrotubulerna i axoneme; på detta sätt är kärnan och flagellum anslutna. Denna struktur är känd som nackregionen.

Mitokondrierna rör sig mot den bakre delen av nacken, som omger de tjocka fibrerna och är arrangerade i en tät spiralformig mantel som bildar mellanliggande region av spermierna. Cytoplasman rör sig för att täcka redan bildad flagellum, och "manchetten" upplöses.

Mognadfas

Överskottet av cytoplasma fagocytoseras av Sertoli-cellerna och bildar den resterande kroppen. Den cytoplasmiska bron som bildades i B-spermatogoni kvarstår i restkropparna, så spermatiderna separeras.

Slutligen frisläpps spermatiderna från Sertoli-cellerna och frigörs i lummen i den halva tubuli där de transporteras genom de raka rören, retest testis och efferenta kanaler till epididymis.

Hormonreglering

Spermatogenesis är en process som regleras fint av hormoner, främst testosteron. Hos människor utlöses hela processen vid sexuell mognad, genom frigörandet i hypotalamus av hormonet GnRH som aktiverar produktion och ansamling av hypofysegonodotropiner (LH, FSH och HCG).

Sertoli-celler syntetiserar testosterontransportörproteiner (ABP) genom stimulering av FSH, och tillsammans med testosteronet som frisätts av Leydig-celler (stimulerat av LH) säkerställer de en hög koncentration av detta hormon i de seminiferösa tubuli.

I Sertoli-celler syntetiseras också östradiol, vilket är involverat i regleringen av Leydig-cellaktivitet.

Befruktning

Epididymis ansluts till vas deferens som flyter in i urinröret och till slut tillåter utgången av spermier som senare söker ett ägg att befruktas, vilket slutför den sexuella reproduktionscykeln.

När spermierna har släppts kan de dö inom några minuter eller timmar och måste hitta den kvinnliga gameten innan detta händer.

Hos människor släpps cirka 300 miljoner spermier i varje utlösning under samlag, men bara cirka 200 överlever tills de når regionen där de kan para sig.

Sperm måste genomgå en träningsprocess i det kvinnliga reproduktiva området där de får större rörlighet i flagellum och förbereder cellen för akrosomreaktionen. Dessa egenskaper är nödvändiga för att gödsla äggen.

Spermkapacitering

Bland de förändringar som spermierna för närvarande skiljer sig biokemiska och funktionella modifieringar, såsom hyperpolarisering av plasmamembranet, ökat cytosoliskt pH, förändringar i lipider och proteiner och aktivering av membranreceptorer som tillåter dem att känna igen av zona pellucida. att gå med i detta.

Denna region fungerar som en kemisk barriär för att undvika övergången mellan arter, eftersom befruktning inte sker genom att inte erkänna specifika receptorer.

Ägg har ett lager av granulära celler och omges av höga koncentrationer av hyaluronsyra som bildar en extracellulär matris. För att penetrera detta cellskikt har spermier hyaluronidas-enzymer.

När den kommer i kontakt med zona pellucida, utlöses akrosomreaktionen, i vilken innehållet i det akrosomala locket frigörs (som hydrolytiska enzymer), vilket hjälper spermierna att korsa området och ansluta till äggets plasmamembran och frigör inom dess cytoplasmatiska innehåll, organeller och kärna.

Kortikal reaktion

I vissa organismer sker en depolarisering av plasmamembranet i ägglossningen när den kommer i kontakt med en spermier, vilket förhindrar att fler än en befruktar det.

En annan mekanism för att förhindra polyspermia är den kortikala reaktionen, där enzymer frigörs som förändrar strukturen hos zona pellucida, hämmar glykoproteinet ZP3 och aktiverar ZP2, vilket gör denna region ogenomtränglig för andra spermier.

Egenskaper hos spermier

Manliga gameter har egenskaper som gör dem mycket olika från kvinnliga gameter och mycket anpassade för att sprida individens gener till efterföljande generationer.

I motsats till ägglossningar är spermierna de minsta cellerna i kroppen och presenterar ett flagellum som gör att de kan röra sig för att nå det kvinnliga gamet (som inte har sådan rörlighet) för att befrukta det. Detta flagellum består av en hals, mellanregion, huvudregion och terminalregion.

I halsen är centriolerna, och i mellanregionen är mitokondrierna belägna, som ansvarar för att tillhandahålla den energi som krävs för deras rörlighet.

I allmänhet är spermieproduktionen mycket hög, eftersom dessa är mycket konkurrenskraftiga bland dem eftersom endast cirka 25% faktiskt kommer att kunna befrukta en kvinnlig gamet.

Skillnader mellan spermatogenes och oogenes

Spermatogenes har egenskaper som skiljer den från oogenes:

-Celler gör meios kontinuerligt sedan sexuell mognad av individen, varje cell producerar fyra mogna gamet istället för en.

-Sperm mogna efter en komplex process som börjar efter meios.

-För produktion av ett spermier sker dubbelt så många celldelningar som vid bildandet av ett ägg.

referenser

Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008). Cellens molekylärbiologi. Garland Science, Taylor och Francis Group.
Creighton, TE (1999). Encyclopedia of Molecular biology. John Wiley och Sons, Inc.
Hill, RW, Wyse, GA, & Anderson, M. (2012). Djurfysiologi. Sinauer Associates, Inc. Förlag.
Kliman, RM (2016). Encyclopedia of Evolutionary Biology. Academic Press.
Marina, S. (2003) Framsteg inom kunskapen om Spermatogenesis, Clinical Implications. Ibero-American Fertility Magazine. 20 (4), 213-225.
Ross, MH, Pawlina, W. (2006). Histologi. Redaktör Médica Panamericana.

SPERMATOGENES: STADIER OCH DERAS EGENSKAPER - BIOLOGI - 2025