SPERMATOGENEZA: STADIJI I NJIHOVE KARAKTERISTIKE - BIOLOGIJA - 2026

Spermatogeneza je proces formiranja spermatozoida od zametnih stanica (spermatogonija). Javlja se u muških jedinki eukariotskih organizama sa spolnom reprodukcijom.

Da bi se ovaj proces izveo učinkovito, potrebni su posebni uvjeti, uključujući: ispravnu kromosomsku podjelu s preciznom ekspresijom gena i odgovarajućim hormonskim sredstvom, kako bi se proizveo veliki broj funkcionalnih stanica.

Izvor: Anchor207

Transformacija spermatogonije u zrele gamete događa se tijekom spolnog sazrijevanja u organizmima. Ovaj se proces pokreće zbog nakupljanja određenih hormona tipa hipofize gonadotropina, poput HCG (humani korionski gonadotropin) koji intervenira u proizvodnji testosterona.

Što je spermatogeneza?

Spermatogeneza se sastoji od stvaranja muških gameta: sperme.

Proizvodnja ovih spolnih stanica započinje u sjemeničnim tubulama, smještenim u testisima. Ti tubuli zauzimaju oko 85% ukupnog volumena spolnih žlijezda, a u njima su nezrele klice ili spermatogonije koje se neprestano dijele mitozom.

Neki od tih spermatogonija prestaju se razmnožavati i postaju primarni spermatociti, koji započinju proces mejoze, pri čemu svaki proizvodi par sekundarnih spermatocita svojim punim kromosomskim opterećenjem.

Potonji završavaju drugi stadij mejoze, čime se konačno stvaraju četiri spermatide s polovinom kromosomskog opterećenja (haploidni).

Kasnije prolaze morfološke promjene, stvarajući spermu, koja odlazi u epididimis smješten u skrotumu pored testisa. U ovom kanalu dolazi do sazrijevanja gameta koje su spremne za prijenos pojedinačnih gena.

Proces spermatogeneze ovisi o hormonskoj i genetskoj regulaciji. Taj proces ovisi o testosteronu, pa se u sjemeni-tubulima u proizvodnji ovog hormona nalaze specijalizirane stanice (Leydigove stanice).

Sudjeluju genetski elementi

Neki važni geni u spermatogenezi su gen SF-1, koji djeluje na diferencijaciju Leydigovih stanica, i gen SRY, koji intervenira u diferencijaciji Sertolijevih stanica i stvaranju testisa. U reguliranje ovog procesa uključeni su i drugi geni: RBMY, DBY, USP9Y i DAZ.

Potonji se nalazi na Y kromosomu Y. djeluje u kodiranju proteina koji vežu RNA, a njegova odsutnost je povezana s neplodnošću kod nekih pojedinaca.

Stadiji i njihove karakteristike

Seminozni tubuli sa zrelom spermom. nefrona

Primordijalne klice (gonociti) formiraju se u žumanjku i putuju do genitalnog grebena, dijeleći se između Sertolijevih stanica, formirajući tako sjemenišne tubule. Gonociti se nalaze iznutra, odakle migriraju prema bazalnoj membrani da bi stvorili spermatogoniju.

Razmnožavanje primordijalnih zametnih stanica i stvaranje spermatogonije nastaju tijekom embrionalnog razvoja jedinke. Ubrzo nakon rođenja mitotska podjela ovih stanica prestaje.

Proces stvaranja zrele sperme podijeljen je u tri faze: spermatogon, spermatocit i sperma.

1. Spermatogonska faza

Kako se približava razdoblje spolne zrelosti pojedinaca, povećanje razine testosterona aktivira proliferaciju spermatogonije. Te se klice dijele kako bi se stvorio niz spermatogonija koji se diferenciraju u primarne spermatocite.

Kod ljudi se razlikuje nekoliko morfoloških vrsta spermatogonije:

Oglas o spermatogoniji: nalazi se pored međuprostornih stanica sjemeničnog tubula. Oni trpe mitotičke podjele koje stvaraju par vrste Ad koji se zauzvrat nastavlja dijeliti, ili par vrste Ap.

Ap spermatogonija: Oni prate proces diferencijacije za stvaranje sperme, dijeleći uzastopno mitozom.

Spermatogonija B. Proizvod mitotičke podjele Ap spermatogonije, koji imaju sfernu jezgru i osobinu međusobnog povezivanja pomoću "citoplazmatskih mostova".

Oni formiraju svojevrsni sincicij koji uporno ostaje u slijedećim fazama, razdvajajući se u diferencijaciji sperme, jer se spermatozoidi oslobađaju u lumenu sjemeničnog tubula.

Citoplazmatska unija između ovih stanica omogućuje sinkronizirani razvoj svakog para spermatogonija i da svaka dobije kompletne genetske informacije potrebne za njihovo funkcioniranje, jer se i nakon mejoze ove stanice nastavljaju razvijati.

2. Spermatocitna faza

U ovoj su se fazi spermatogonije B podijelile mitotički, tvoreći I (primarne) spermatocite koji dupliciraju njihove kromosome, tako da svaka stanica nosi dva skupa kromosoma, noseći dvostruko više od uobičajene količine genetske informacije.

Nakon toga provode se mejotičke podjele tih spermatocita, tako da se genetski materijal u njima podvrgava redukciji dok ne dostigne haploidni karakter.

Mitoza I

U prvoj mejotskoj podjeli kromosomi se kondenziraju u profazi, što rezultira u slučaju ljudi 44 autosoma i dva kromosoma (jedan X i jedan Y), svaki sa skupom kromatida.

Homologni kromosomi spajaju se jedan s drugim dok se postavljaju na ekvatorijalnu ploču metafaze. Ti se aranžmani nazivaju tetradama jer sadrže dva para kromatida.

Tetrade razmjenjuju genetski materijal (prelazeći) s kromatidima preuređujući se u strukturu zvanu sinaptonemski kompleks.

U ovom se procesu genetska diverzifikacija događa razmjenom informacija između homolognih kromosoma naslijeđenih od oca i majke, osiguravajući da su svi spermatidi proizvedeni iz spermatocita različiti.

Na kraju križanja kromosomi se odvajaju, prelazeći na suprotne polove mejotskog vretena, "otapajući" strukturu tetrada, a rekombinirani kromatidi svakog kromosoma ostaju zajedno.

Drugi način da se zajamči genetska raznolikost u odnosu na roditelje jest nasumična raspodjela kromosoma dobivenih od oca i majke prema polovima vretena. Na kraju ove mejotičke podjele nastaju II (sekundarni) spermatociti.

Mejoza II

Sekundarni spermatociti započinju drugi postupak mejoze odmah nakon formiranja, sintetizirajući novu DNA. Kao rezultat toga, svaki spermatocit ima pola kromosomskog opterećenja, a svaki kromosom ima par sestrinskih kromatida s dupliciranom DNK.

Kod metafaze, kromosomi se distribuiraju i poravnavaju na ekvatorijalnoj ploči, a kromatidi se odvajaju prelazeći na suprotne strane mejotičkog vretena.

Nakon ponovne izgradnje nuklearnih membrana dobivaju se haploidni spermatidi s polovicom kromosoma (23 kod čovjeka), kromatidom i kopijom genetskih podataka (DNA).

3. Faza sperme

Spermiogeneza je posljednja faza procesa spermatogeneze i u njoj se ne događaju stanične diobe, već morfološke i metaboličke promjene koje omogućuju diferencijaciju stanica na haploidnu zrelu spermu.

Do staničnih promjena dolazi dok su spermatidi pričvršćeni na plazma membranu Sertolijevih stanica i mogu se opisati u četiri faze:

Golgijeva faza

To je proces kojim Golgijev aparat stvara akrosom, nakupljanjem proakrosomskih granula ili PAS-a (periodična kiselina-Schiff-ova reaktiva) u Golgijevim kompleksima.

Te granule dovode do akrosomnog vezikula smještenog pored jezgre, a njegov položaj određuje prednji dio sperme.

Centriole se kreću prema stražnjem dijelu spermatida, poravnavajući se okomito s plazma membranom i čine duplice koji će integrirati mikrotubule aksonema u dno flagela sperme.

Faza čepa

Akrosomska vezikula raste i proteže se nad prednjim dijelom jezgre, tvoreći akrosomski ili akrosomski kapak. U ovoj se fazi nuklearni sadržaj kondenzira, a dio jezgre koji ostaje pod akrosomom se zgušnjava, gubeći pore.

Faza akrosoma

Jezgra se izdužuju od okrugla do eliptična, a flagellum je orijentiran tako da se njegov prednji kraj pričvršćuje na Sertolijeve stanice usmjerene prema bazalnoj lami sjemenišnih tubula, unutar koje se proteže flagellum u razvoju.

Citoplazma se pomiče prema stanici, a citoplazmatski mikrotubuli se nakupljaju u cilindričnom omotaču (manchette) koji teče od akrosomskog poklopca do stražnjeg dijela spermatida.

Nakon razvoja flagelluma, centriole se kreću natrag prema jezgri, pridržavajući se utoru u stražnjem dijelu jezgre, odakle izlazi devet debelih vlakana koja dopiru do mikrotubula aksonema; na taj se način povezuju jezgra i flagellum. Ova je struktura poznata kao regija vrata.

Mitohondriji se kreću prema stražnjoj regiji vrata, okružujući je gustim vlaknima i raspoređeni su u uskom spiralnom omotaču koji tvori intermedijarno područje repa sperme. Citoplazma se pomiče da pokriva već formirani flagellum, a "manchette" se rastvara.

Faza zrenja

Višak citoplazme fagocitozira Sertolijeve stanice, tvoreći preostalo tijelo. Citoplazmatski most koji je nastao u B spermatogoniji ostaje u zaostalim tijelima, pa su spermatidi razdvojeni.

Konačno, spermatidi se oslobađaju iz Sertolijevih stanica, oslobađajući se u lumen sjemeničnog tubula odakle se transportiraju kroz ravne epruvete, rete testise i eferentne kanale do epididimisa.

Hormonska regulacija

Spermatogeneza je proces fino reguliran hormonima, prije svega testosteronom. Kod ljudi je cjelokupni proces pokrenut spolnim sazrijevanjem, oslobađanjem u hipotalamusu hormona GnRH koji aktivira proizvodnju i akumulaciju gonodotropina hipofize (LH, FSH i HCG).

Sertolijeve stanice sintetiziraju proteine ​​prijenosnika testosterona (ABP) stimulacijom FSH-a, a zajedno s testosteronom koji oslobađaju Leydig-ove stanice (stimuliran LH) osiguravaju visoku koncentraciju ovog hormona u sjemenskim tubulima.

U Sertolijevim stanicama sintetizira se i estradiol koji sudjeluje u regulaciji aktivnosti Leydigovih stanica.

oplodnja

Epididimis se povezuje sa vasom deferensom koji se ulijeva u mokraćnu cijev, konačno omogućavajući izlaz spermija koji kasnije traže jaje za oplodnju, završavajući ciklus seksualne reprodukcije.

Jednom otpuštena, sperma može umrijeti za nekoliko minuta ili sati, morajući pronaći žensku gametu prije nego što se to dogodi.

U ljudi se tijekom snošaja u svakoj ejakulaciji ispušta oko 300 milijuna sperme, ali samo oko 200 ih preživi dok ne dođu do regije u kojoj se mogu pariti.

Sperma mora proći trenažni proces u ženskom reproduktivnom traktu gdje steknu veću pokretljivost flagela i pripremiti stanicu za akrosomsku reakciju. Te su karakteristike neophodne za oplodnju jajašaca.

Kondenzacija sperme

Među promjenama koje postoje u spermiju ističu se biokemijske i funkcionalne modifikacije, poput hiperpolarizacije plazma membrane, povećanog citosolnog pH, promjena u lipidima i proteinima te aktiviranja membranskih receptora, što omogućava prepoznavanju zone pellucida. pridružiti se tome.

Ovo područje djeluje kao kemijska barijera kako bi se izbjeglo križanje između vrsta, jer ne prepoznavanjem specifičnih receptora oplodnja se ne odvija.

Jaja imaju sloj zrnatih stanica i okruženi su visokim koncentracijama hijaluronske kiseline koje tvore izvanćelijski matriks. Da bi prodrli u ovaj sloj stanica, sperma ima enzime hialuronidaze.

Dovodeći u kontakt sa zona pellucida, aktivira se akrosomska reakcija, pri čemu se oslobađa sadržaj akrosomske kapice (kao hidrolatni enzimi), koji pomažu spermiju da pređe regiju i pridruži se plazma membrani jajovoda, oslobađajući u njemu njegov citoplazmatski sadržaj, organele i jezgra.

Kortikalna reakcija

U nekim organizmima dolazi do depolarizacije plazma membrane ovule kada dođe u kontakt sa spermom, čime se spriječava oplodnja više od jedne.

Drugi mehanizam za sprečavanje polispermije je kortikalna reakcija, gdje se oslobađaju enzimi koji mijenjaju strukturu zone pellucida, inhibirajući glikoprotein ZP3 i aktivirajući ZP2, čineći ovo područje neprobojnim za ostale sperme.

Karakteristike sperme

Muške gamete imaju karakteristike koje ih razlikuju od ženskih gameta i vrlo su prilagođene za širenje gena pojedinca na sljedeće generacije.

Za razliku od ovula, spermatozoidi su najmanje stanice koje se nalaze u tijelu i predstavljaju flagellum koji im omogućuje kretanje kako bi došli do ženske gamete (koja nema takvu pokretljivost) kako bi je oplodili. Taj se flagellum sastoji od vrata, srednje regije, glavne regije i terminalne regije.

U vratu su centriole, a u srednjoj regiji nalaze se mitohondriji koji su odgovorni za pružanje energije potrebne za njihovu pokretljivost.

Općenito, proizvodnja sperme je vrlo velika, a one su među njima vrlo konkurentne jer će samo oko 25% moći oploditi ženskom gametom.

Razlike između spermatogeneze i oogeneze

Spermatogeneza ima karakteristike koje ga razlikuju od oogeneze:

-Kćelije čine mejozu kontinuirano nakon spolnog sazrijevanja jedinke, a svaka stanica proizvodi četiri zrele gamete umjesto jedne.

-Sperma sazrijeva nakon složenog procesa koji započinje nakon mejoze.

-Za proizvodnju sperme događa se dvostruko više dioba stanica nego kod stvaranja jajašca.

Reference

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008). Molekularna biologija stanice. Garland Science, Taylor i Francis Group.
2. Creighton, TE (1999). Enciklopedija molekularne biologije. John Wiley and Sons, Inc.
3. Hill, RW, Wyse, GA, i Anderson, M. (2012). Fiziologija životinja. Sinauer Associates, Inc. Izdavači.
4. Kliman, RM (2016). Enciklopedija evolucijske biologije. Akademska štampa.
5. Marina, S. (2003) Napredak u poznavanju spermatogeneze, kliničkih implikacija. Ibero-američki časopis o plodnosti. 20 (4), 213-225.
6. Ross, MH, Pawlina, W. (2006). Histologija. Uredništvo Médica Panamericana.