SPERMATOGENEZA: STADIILE ȘI CARACTERISTICILE ACESTORA - BIOLOGIE - 2025

Spermatogeneza este un proces de formare a spermatozoizilor din celulele germinale (spermatogonia). Apare la indivizii de sex masculin ai organismelor eucariote cu reproducere sexuală.

Pentru ca acest proces să fie realizat eficient, are nevoie de condiții specifice, inclusiv: o diviziune cromozomială corectă cu expresii genice precise și un mediu hormonal adecvat, pentru a produce un număr mare de celule funcționale.

Sursa: Anchor207

Transformarea spermatogoniei în gameți maturi are loc în timpul maturizării sexuale în organisme. Acest proces este declanșat datorită acumulării anumitor hormoni de tip gonadotropină hipofizară, cum ar fi HCG (gonadotropină corionică umană) care intervine în producerea de testosteron.

Ce este spermatogeneza?

Spermatogeneza constă în formarea gametelor masculine: sperma.

Producția acestor celule sexuale începe în tubulele seminifere, localizate în testicule. Acești tuburi ocupă aproximativ 85% din volumul total al gonadelor și în ele se află celulele germinale imature sau spermatogonia care se divizează continuu prin mitoză.

Unele dintre aceste spermatogonii încetează să se mai reproducă și devin spermatocite primare, care încep procesul de meioză pentru ca fiecare să producă o pereche de spermatocite secundare cu sarcina lor cromozomială completă.

Acestea din urmă completează a doua etapă a meiozei, dând naștere în cele din urmă la patru spermatide cu jumătate din încărcarea cromozomială (haploid).

Ulterior suferă modificări morfologice, generând spermatozoizi, care se duc la epididimul situat în scrot, lângă testicule. În acest canal are loc maturizarea gameților, care sunt gata să transmită genele individului.

Procesul de spermatogeneză depinde de reglarea hormonală și genetică. Acest proces depinde de testosteron, astfel încât celulele specializate (celulele Leydig) se găsesc în tubii seminiferi în producerea acestui hormon.

Elemente genetice implicate

Unele gene importante în spermatogeneză sunt gena SF-1, care acționează în diferențierea celulelor Leydig, și gena SRY, care intervine în diferențierea celulelor Sertoli și formarea cordoanelor testiculare. Alte gene sunt implicate în reglarea acestui proces: RBMY, DBY, USP9Y și DAZ.

Acesta din urmă se găsește pe cromozomul Y. Acționează în codificarea proteinelor de legare a ARN, iar absența sa este legată de infertilitate la unii indivizi.

Etapele și caracteristicile acestora

Tubule seminifere cu spermatozoizi maturi. nefronilor

Celulele germinale primordiale (gonocite) se formează în sacul gălbenușului și se deplasează spre creasta genitală, divizându-se între celulele Sertoli, formând astfel tubulii seminiferi. Gonocitele se găsesc în interior, de unde migrează spre membrana subsolului pentru a da naștere spermatogoniei.

Proliferarea celulelor germinale primordiale și formarea spermatogoniei apar în timpul dezvoltării embrionare a individului. La scurt timp după naștere, divizarea mitotică a acestor celule se oprește.

Procesul prin care se produce sperma matură este împărțit în trei faze: spermatogon, spermatocit și spermă.

1. Faza de spermatogon

Pe măsură ce se apropie perioada de maturitate sexuală a indivizilor, o creștere a nivelului de testosteron activează proliferarea spermatogoniei. Aceste celule germinale se divid pentru a genera o serie de spermatogonii care se diferențiază în spermatocite primare.

La om, se disting mai multe tipuri morfologice de spermatogonie:

Ad Spermatogonia: Situat lângă celulele interstițiale ale tubului seminifer. Ei suferă diviziuni mitotice care generează o pereche de tip Ad care, la rândul ei, continuă să se împartă, sau o pereche de tip Ap.

Spermatogonia ap: Acestea urmează procesul de diferențiere pentru a genera sperma, divizând consecutiv prin mitoză.

Spermatogonia B. Produsul diviziunii mitotice a spermatogoniei Ap. Au un nucleu sferoid și particularitatea de a fi conectate între ele prin „punți citoplasmatice”.

Ele formează un fel de sincițiu care persistă în etapele ulterioare, separând în diferențierea spermatozoizilor, deoarece sperma este eliberată în lumenul tubului seminifer.

Uniunea citoplasmatică dintre aceste celule permite o dezvoltare sincronizată a fiecărei perechi de spermatogonii și că fiecare obține informațiile genetice complete necesare funcționării lor, deoarece chiar și după meioză, aceste celule continuă să se dezvolte.

2. Faza spermatocitică

În această fază, spermatogonia B s-a divizat mitotic, formând spermatocitele I (primare) care își dublează cromozomii, astfel încât fiecare celulă poartă două seturi de cromozomi, purtând de două ori cantitatea obișnuită de informații genetice.

Ulterior, se realizează diviziuni meiotice ale acestor spermatocite, astfel încât materialul genetic din ele suferă reduceri până la atingerea caracterului haploid.

Mitoza I

În prima diviziune meiotică, cromozomii sunt condensați în faza, rezultând, în cazul oamenilor, 44 de autosomi și doi cromozomi (unul X și unu Y), fiecare cu un set de cromatide.

Cromozomii omologi se cuplă între ei în timp ce se aliniază pe placa ecuatorială a metafazei. Aceste aranjamente se numesc tetradi, deoarece conțin două perechi de cromatide.

Tetradele schimbă materialul genetic (încrucișare) cu cromatidele rearanjate într-o structură numită complexul sinaptonemic.

În acest proces, diversificarea genetică are loc prin schimbul de informații între cromozomii omologi moșteniți de la tată și mamă, asigurându-se că toate spermatidele produse din spermatocite sunt diferite.

La sfârșitul încrucișării, cromozomii se separă, deplasându-se la poli opuși ai fusului meiotic, „dizolvând” structura tetradelor, cromatidele recombinate ale fiecărui cromozom rămânând împreună.

Un alt mod de a garanta diversitatea genetică în raport cu părinții este prin distribuirea aleatorie a cromozomilor obținuți de la tată și mamă către poli ai fusului. La sfârșitul acestei diviziuni meiotice, se produc spermatocite II (secundare).

Meiosis II

Spermatocitele secundare încep cel de-al doilea proces de meioză imediat după formarea lor, sintetizând ADN-ul nou. Drept urmare, fiecare spermatocit are jumătate din încărcarea cromozomilor și fiecare cromozom are o pereche de cromatide surori cu ADN duplicat.

La metafază, cromozomii sunt distribuiți și aliniați pe placa ecuatorială, iar cromatidele se separă prin migrarea în părțile opuse ale fusului meiotic.

După reconstrucția membranelor nucleare, spermatidele haploide sunt obținute cu jumătate din cromozomi (23 la om), o cromatidă și o copie a informațiilor genetice (ADN).

3. Faza spermatozoizilor

Spermiogeneza este ultima fază a procesului spermatogenezei, iar diviziunile celulare nu au loc în el, ci modificări morfologice și metabolice care permit diferențierea celulelor de spermatozoizi maturi haploizi.

Modificările celulare apar în timp ce spermatidele sunt atașate de membrana plasmatică a celulelor Sertoli și pot fi descrise în patru faze:

Faza Golgi

Este procedeul prin care aparatul Golgi dă naștere acrosomului, prin acumularea de granule proacrosomice sau PAS (reactiv acid-Schiff periodic) în complexele Golgi.

Aceste granule duc la o vezicule acrosomale situate lângă nucleu, iar poziția sa determină porțiunea anterioară a spermei.

Centriolii se deplasează spre porțiunea posterioară a spermatidelor, alinându-se perpendicular cu membrana plasmatică și formează dubletele care vor integra microtubulele axonemului la baza flagelului spermei.

Faza capacului

Veziculul acrosomal crește și se extinde pe porțiunea anterioară a nucleului, formând capacul acrosom sau acrosomal. În această fază, conținutul nuclear este condensat și partea din nucleu care rămâne sub acrosom se îngroașă, pierzându-și porii.

Faza acrosomică

Nucleul se alungește de la rotund la eliptic, iar flagelul este orientat astfel încât capătul său anterior se atașează de celulele Sertoli îndreptate spre lamina bazală a tuburilor seminifere, în interiorul cărora se extinde flagelul.

Citoplasma se deplasează posterior spre celulă, iar microtubulii citoplasmici se acumulează într-o teacă cilindrică (manchetă) care se deplasează de la capacul acrosomal la porțiunea posterioară a spermatidului.

După dezvoltarea flagelului, centriolii se deplasează înapoi spre nucleu, aderând la o canelură în porțiunea posterioară a nucleului, de unde apar nouă fibre groase care ajung la microtubulele axonemului; în acest fel nucleul și flagelul sunt conectate. Această structură este cunoscută sub numele de regiunea gâtului.

Mitocondriile se deplasează spre regiunea posterioară a gâtului, înconjurând fibrele groase și sunt dispuse într-o teacă elicoidală strânsă formând regiunea intermediară a cozii spermei. Citoplasma se deplasează pentru a acoperi flagelul deja format, iar „mancheta” se dizolvă.

Faza de maturare

Excesul de citoplasmă este fagocitat de celulele Sertoli, formând corpul rezidual. Puntea citoplasmatică care s-a format în spermatogonia B rămâne în corpurile reziduale, deci spermatidele sunt separate.

În cele din urmă, spermatidele sunt eliberate din celulele Sertoli, eliberându-se în lumenul tubului seminifer de unde sunt transportate prin tuburile drepte, rete testicul și canalele eferente către epididimă.

Reglarea hormonală

Spermatogeneza este un proces fin reglat de hormoni, în principal testosteron. La om, întregul proces este declanșat în maturizarea sexuală, prin eliberarea în hipotalamus a hormonului GnRH care activează producerea și acumularea gonodotropinelor hipofizare (LH, FSH și HCG).

Celulele Sertoli sintetizează proteinele transportoare de testosteron (ABP) prin stimularea FSH, iar împreună cu testosteronul eliberat de celulele Leydig (stimulate de LH), acestea asigură o concentrație ridicată a acestui hormon în tubii seminiferi.

În celulele Sertoli, este sintetizat și estradiolul, care este implicat în reglarea activității celulelor Leydig.

Fertilizare

Epididimul se conectează cu vasele deferențe care curg în uretră, permițând în final ieșirea de spermatozoizi care ulterior caută un ovul să se fertilizeze, completând ciclul de reproducere sexuală.

Odată eliberat, sperma poate muri în câteva minute sau ore, trebuind să găsească gametul feminin înainte de a se întâmpla acest lucru.

La oameni, aproximativ 300 de milioane de spermatozoizi sunt eliberați în fiecare ejaculare în timpul actului sexual, dar numai aproximativ 200 supraviețuiesc până când ajung în regiunea în care se pot împerechea.

Sperma trebuie să fie supusă unui proces de antrenament în tractul reproducător feminin, unde dobândesc o mobilitate mai mare a flagelului și pregătesc celula pentru reacția acrosomului. Aceste caracteristici sunt necesare pentru fertilizarea ouălor.

Capacitate de spermă

Printre modificările pe care spermatozoizii le prezintă, modificări biochimice și funcționale, cum ar fi hiperpolarizarea membranei plasmatice, creșterea pH-ului citosolic, modificări ale lipidelor și proteinelor și activarea receptorilor membranei care le permit să fie recunoscute de zona pellucida. să se alăture acestui lucru.

Această regiune funcționează ca o barieră chimică pentru a evita trecerea dintre specii, deoarece nerecunoscând receptorii specifici, fertilizarea nu are loc.

Ouăle au un strat de celule granulare și sunt înconjurate de concentrații mari de acid hialuronic care formează o matrice extracelulară. Pentru a pătrunde în acest strat de celule, spermatozoizii au enzime hialuronidază.

După intrarea în contact cu zona pellucida, reacția acrosomă este declanșată, în care conținutul capacului acrosomal este eliberat (sub formă de enzime hidrolitice), care ajută sperma să traverseze regiunea și să se alăture membranei plasmatice a ovulului, eliberând în interior conținutul său citoplasmatic, organele și nucleu.

Reacție corticală

În unele organisme, o depolarizare a membranei plasmatice a ovulului apare atunci când intră în contact cu un spermatozoid, împiedicând astfel mai mult de la fertilizarea acesteia.

Un alt mecanism de prevenire a polispermiei este reacția corticală, unde sunt eliberate enzime care schimbă structura zonei pelucide, inhibând glicoproteina ZP3 și activează ZP2, ceea ce face ca această regiune să fie impenetrabilă pentru alte sperme.

Caracteristicile spermatozoizilor

Gametele masculine au caracteristici care le fac foarte diferite de gametele feminine și sunt foarte adaptate pentru a răspândi genele individului în generațiile următoare.

Spre deosebire de ovule, spermatozoizii sunt cele mai mici celule prezente în corp și prezintă un flagel care le permite să se deplaseze pentru a ajunge la gametul feminin (care nu are o astfel de mobilitate) pentru a-l fertiliza. Acest flagellum este format dintr-un gât, regiunea intermediară, regiunea principală și regiunea terminală.

În gât sunt centriolele, iar în regiunea intermediară sunt localizate mitocondriile, care sunt responsabile de furnizarea energiei necesare mobilității lor.

În general, producția de spermă este foarte mare, acestea fiind foarte competitive între ele, deoarece doar aproximativ 25% vor reuși de fapt să fertilizeze un gamet feminin.

Diferențele dintre spermatogeneză și oogeneză

Spermatogeneza are caracteristici care o diferențiază de oogeneză:

-Celulele fac meioza continuu de la maturizarea sexuală a individului, fiecare celulă producând patru gameți maturi în loc de unul.

-Sperma matură după un proces complex care începe după meioză.

-Pentru producerea unui spermatozoid, apar de două ori mai multe divizii celulare decât în ​​formarea unui ovul.

Referințe

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008). Biologia moleculară a celulei. Garland Science, Taylor și Francis Group.
2. Creighton, TE (1999). Enciclopedia de biologie moleculară. John Wiley and Sons, Inc.
3. Hill, RW, Wyse, GA, și Anderson, M. (2012). Fiziologia animalelor. Sinauer Associates, Inc. Editori.
4. Kliman, RM (2016). Enciclopedia biologiei evolutive. Presă academică.
5. Marina, S. (2003) Avansuri în cunoașterea Spermatogenezei, implicații clinice. Revista ibero-americană de fertilitate. 20 (4), 213-225.
6. Ross, MH, Pawlina, W. (2006). Histologie. Editorial Médica Panamericana.