Гаметогенез. Сперматогенез. Овогенез

АО  «Медицинский университет Астана»

Кафедра биологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

на  тему:

«Гаметогенез.

Сперматогенез.

Овогенез»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: Нурушева Шынар

Студентка I курса 132 гр.

Факультета «Общая медицина»

Проверила: Жалмаканова  Ж.Ж.

 

 

 

 

 

 

 

 

Астана 2012

Содержание

Введение.

1. Биологический смысл полового размножения.

2. Гаметогенез. 

2.1 Сперматогенез. 

2.2 Овогенез.

Заключение.

Список использованной литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Огромное влияние  на жизнь человечества в наши дни  оказывают генетика и связанные с ней исследования физиологических особенностей размножения человека.

Современные люди часто не помнят или забывают о  прошлом и считают, что интерес  к генетике и связанным с ней  вопросам возник недавно. Но можно утверждать, что интерес к вопросам размножения столь же древен, как и наш собственный биологический вид.

Размножение - основное проявление жизнедеятельности для  любого вида, даже если его представители  этого и не осознают.

Мендель открыл основные законы наследственности приблизительно в то же время, когда другие биологи принялись изучать строение клетки. Поэтому когда законы генетики открыли заново в 1900-х годах, ученые уже смогли понять, что так называемые факторы должны соответствовать наблюдаемым в реальности структурам - хромосомам. Отождествление абстрактных понятий и реальных структур - крупнейшее достижение генетики на ранней стадии ее развития, и оно было сделано в основном благодаря исследованию природы пола.

 

 

 

1. БИОЛОГИЧЕСКИЙ СМЫСЛ ПОЛОВОГО РАЗМНОЖЕНИЯ

Процесс полового размножения осуществляется при  наличии половых клеток. Оплодотворение — это процесс слияния половых клеток. Образующаяся диплоидная зигота является начальным этапом развития нового организма. Процесс оплодотворения складывается из трех этапов — сближения половых клеток, активации яйцеклетки и слияния гамет (сингамия). Образование половых клеток, как правило, связано с прохождением мейоза на какой-либо стадии жизненного цикла организма. В большинстве случаев, половое размножение сопровождается слиянием половых клеток, или гамет, при этом восстанавливается удвоенный, относительно гамет, набор хромосом. В зависимости от систематического положения эукариотических организмов, половое размножение имеет свои особенности, но как правило, оно позволяет объединять генетический материал от двух родительских организмов и позволяет получить потомков с комбинацией свойств, отсутствующей у родительских форм.

Эффективности комбинирования генетического материала у потомков, полученных в результате полового размножения способствуют:

1. случайная встреча двух гамет;
2. случайное расположение и расхождение к полюсам деления гомологичных хромосом при мейозе;
3. кроссинговер между хроматидами.

Процесс формирования половых  клеток (гамет) известен под общим  названием гаметогенеза. Он характеризуется рядом весьма важных биологических процессов и протекает несколько по-разному при созревании сперматозоидов (сперматогенез) и яйцеклеток (овогенез). 
Первому этапу благоприятствуют ряд факторов: физиологическая зрелость мужского и женского организмов, синхронизация созревания яйцеклетки и сперматозоидов, определенное половое поведение партнеров, а также группа химических веществ — аттрактантов, способствующих сближению. Эта группа веществ также называется гамонами, т. е. гормонами, продуцируемыми гаметами. Сперматозоиды выделяют секрет, способствующий их сегрегации и активирующий их движение. 
Кроме того, структурный компонент сперматозоида — акросома — выделяет протеолитические ферменты, разрушающие яйцевые оболочки. Способность к капацитации (оплодотворению) сперматозоиды приобретают только в половых путях самки, а в случае искусственного оплодотворения in vitro — при наличии в питательной среде веществ, стимулирующих оплодотворение. В момент контакта сперматозоида и яйцеклетки происходит активация акросомы, под действием секрета яйцевые оболочки растворяются. 
Цитоплазматические мембраны яйцеклетки и сперматозоида сливаются, формируется так называемый цитоплазматический мостик. Через него внутреннее содержимое сперматозоида проникает в яйцеклетку. Хвостик сперматозоида также может проникнуть внутрь яйцеклетки, но затем, как правило, рассасывается. Слияние гамет активирует ядро яйцеклетки, запуская так называемый кортикальный цикл реакций. 
Мембранный потенциал клетки меняется, она становится проницаемой для ионов натрия. После этого волнообразно происходит увеличение концентрации ионов кальция и растворение кортикальных структур зиготы. Выделяемые ферменты способствуют отслоению желточной оболочки, которая затвердевает, формируя оболочку оплодотворения. 
Одной из главнейших функций кортикального цикла является предотвращение полиспермии, т. е. одновременного оплодотворения одной яйцеклетки несколькими сперматозоидами и, как следствие, полиплоидии. 
У костистых рыб, морского ежа все указанные изменения отражаются на морфологии и биохимии цитоплазмы. Это явление получило название сегрегации цитоплазмы. После активации происходит трансляция белка.

2. ГАМЕТОГЕНЕЗ

Гаметогенез — это процесс образования половых клеток. Протекает он в половых железах — гонадах (в яичниках у самок и в семенниках у самцов). Гаметогенез в организме женской особи сводится к образованию женских половых клеток (яйцеклеток) и носит название овогенеза. У особей мужского пола возникают мужские половые клетки (сперматозоиды), процесс образования которых называется сперматогенезом. 
 
Гаметогенез — это последовательный процесс, которых складывается из нескольких стадий — размножения, роста, созревания клеток. В процесс сперматогенеза включается также стадия формирования, которой нет при овогенезе. 
 
Стадии гаметогенеза 
 
1. Стадия размножения. Клетки, из которых в последующем образуются мужские и женские гаметы, называются сперматогониями и овогониями соответственно. Они несут диплоидный набор хромосом 2n2c. На этой стадии первичные половые клетки многократно делятся митозом, в результате чего их количество существенно возрастает. Сперматогонии размножаются в течение всего репродуктивного периода в мужском организме. Размножение овогоний происходит главным образом в эмбриональном периоде. У человека в яичниках женского организма процесс размножения овогоний наиболее интенсивно протекает между 2 и 5 месяцами внутриутробного развития. 
 
К концу 7 месяца большая часть овоцитов переходит в профазу I мейоза. 
Если в одинарном гаплоидном наборе количество хромосом обозначить как n, а количество ДНК — как c, то генетическая формула клеток в стадии размножения соответствует 2n2c до синтетического периода митоза (когда происходит репликация ДНК) и 2n4c после него. 

2. Стадия роста. Kлетки  увеличиваются в размерах и превращаются в сперматоциты и овоциты I порядка (последние достигают особенно больших размеров в связи с накоплением питательных веществ в виде желтка и белковых гранул). Эта стадия соответствует интерфазе I мейоза. Важное событие этого периода — репликация молекул ДНК при неизменном количестве хромосом. Они приобретают двунитчатую структуру: генетическая формула клеток в этот период выглядит как 2n4c. 
 
3. Стадия созревания. Происходят два последовательных деления — редукционное (мейоз I) и эквационное (мейоз II), которые вместе составляют мейоз. После первого деления (мейоза I) образуются сперматоциты и овоциты II порядка (с генетической формулой n2c), после второго деления (мейоза II) — сперматиды и зрелые яйцеклетки (с формулой nc) с тремя редукционными тельцами, которые погибают и в процессе размножения не участвуют. Так сохраняется максимальное количество желтка в яйцеклетках. Таким образом, в результате стадии созревания один сперматоцит I порядка (с формулой 2n4c) дает четыре сперматиды (с формулой nc), а один овоцит I порядка (с формулой 2n4c) образует одну зрелую яйцеклетку (с формулой nc) и три редукционных тельца. Отмеченные выше различия в ходе овогенеза и сперматогенеза имеют определенный биологический смысл, связанный с разным функциональным назначением мужских и женских гамет (помимо переноса генетической информации). Накопление в цитоплазме яйцеклетки большого количества запасных питательных веществ необходимо, так как на этой «базе» осуществляется развитие дочернего организма из оплодотворенного яйца. Неравномерное клеточное деление при овогенезе и обеспечивает формирование крупной яйцеклетки. Функция же сперматозоидов заключается в отыскании яйцеклетки, проникновении в нее и доставке своего хромосомного набора. Их существование кратковременно, а поэтому нет необходимости в запасании большого количества веществ в цитоплазме. А поскольку сперматозоиды в массе гибнут в процессе поиска яйцеклетки, их образуется огромное количество. 
 
Центральное событие в процессе гаметогенеза — редукция диплоидного набора хромосом (в ходе мейоза) и формирование гаплоидных гамет. 
 
4. Стадия формирования, или спермиогенеза (только при сперматогенезе). В результате этого процесса каждая незрелая сперматида превращается в зрелый сперматозоид (с формулой nc), приобретая все структуры, ему свойственные. Ядро сперматиды уплотняется, происходит сверхспирализация хромосом, которые становятся функционально инертными. Комплекс Гольджи перемещается к одному из полюсов ядра, формируя акросому. К другому полюсу ядра устремляются центриоли, причем одна из них принимает участие в формировании жгутика. Вокруг жгутика спирально закручивается одна митохондрия. Почти вся цитоплазма сперматиды отторгается, поэтому головка сперматозоида ее почти не содержит.

 

 

2.1. Сперматогенез

Процесс образования сперматозоидов называется сперматогенез.

Семенник состоит  из многочисленных канальцев. На поперечном разрезе через каналец видно, что его стенка имеет несколько слоев клеток. Они представляют собой последовательные стадии развития сперматозоидов.

Различают несколько  стадий развития сперматозоида. Первая из них — стадия размножения первичных половых клеток — сперматогониев, которые интенсивно делятся путем митоза. Затем эти клетки вступают в профазу I мейоза и превращаются в сперматоциты первого порядка.

В результате непрекращающегося  синтеза РНК и, следовательно  белка, профазные клетки увеличиваются  в размерах - это стадия роста.

Стадия, во время которой  проходят одно за другим два мейотических деления получила назваание стадии созревания.

в результате первого  деления созревания из одного сперматоцита первого порядка образуется два  сперматоцита второго порядка. После второго деления из каждого сперматоцита второго порядка возникают две гаплоидные клетки — сперматиды. Таким образом, из одной исходной клетки, вступившей в мейоз, образуются четыре сперматиды. Они имеют гаплоидный набор хромосом.

В стадии формирования сперматиды превращаются в сперматозоиды.

У большинства  диких животных сперматогенез происходит лишь в определенные периоды года. В промежутках между ними в  канальцах семенников содержатся лишь сперматогонии. Но у человека и большинства домашних животных сперматогенез происходит в течение всего года.

 

Сперматогенез у человека

Сперматогенез у человека в норме начинается в пубертатном периоде (около 12 лет) и продолжается до глубокой старости. Продолжительность полного сперматогенеза у мужчин составляет примерно 73—75 дней^[1]. Один цикл зародышевого эпителия составляет приблизительно 16 дней^[2]

Сперматозоиды образуются в яичках, а именно в извитых семенных канальцах. Стенка семенного канальца делится базальной мембраной на люминальную и адлюминальную стороны. На люминальной стороне расположены клетки Сертоли (сустентоциты) и предшественники половых клеток (сперматогонии, сперматоциты I и II порядков и сперматиды).

Сперматогонии, лежащие  непосредственно на базальной мембране извитых семенных канальцев, проходят несколько последовательных стадий митотического деления. Общее количество сперматогоний в яичке мужчины составляет около 1 млрд. Различают две основные категории сперматогоний: А и В. Сперматогонии А, которые делятся митотически, сохраняют способность к делению и поддерживают свою популяцию. Остальные дефференцируются в сперматогоний В, которые «эвакуируются» клеточными контактами сустентоцитов (образуют под основанием половой клетки новый контакт и резорбируют старый). Сперматогония. В делится митотически, дифференцируясь в сперматоцит I порядка, вступающий в мейоз.

В результате первого  деления мейоза образуются две дочерние клетки сперматоциты второго порядка, каждый из которых содержит гаплоидный набор (23 у человека) d-хромосом^[3]. Вторичные сперматоциты расположены ближе к просвету канальца. Во втором делении мейоза образуются две сперматиды. Таким образом, в результате деления одной сперматогонии образуются четыре сперматиды, каждая из которых обладает гаплоидным набором хромосом.

В ходе сложного процесса спермиогенеза сперматиды дифференцируются в зрелые сперматозоиды. Дифференцирующиеся сперматиды лежат в углублениях  плазматической мембраны клеток Сертоли. При спермиогенезе комплекс Гольджи формирует акросому, содержащую протеолитические ферменты , которые при контакте с яйцеклеткой растворяют участок её блестящей оболочки (zona pellucida).

Сложный процесс сперматогенеза регулируется гонадотропными гормонами гипофиза и стероидными гормонами яичка. После полового созревания гипоталамус начинает выделять гонадотропный рилизинг-гормон, под влиянием которого гипофиз секретирует фолликулостимулирующий гормон (ФСГ), стимулирующий развитие и функционирование клетки Сертоли илютеинизирующий гормон (ЛГ), стимулирующий клетки Лейдига к выработке тестостерона. Тестостерон оказывает воздействие на развитие клеток Сертоли, а также на предшественники половых клеток (в ассоциации с андроген-связывающим белком, выделяемым клетками Сертоли).

Секреторная активность гипофиза регулируется клетками Сертоли и клетками Лейтига. Тестостерон, выделяемый клетками Лейдига подавляет активность гипофиза к выработке ЛГ и ФСГ. Ингибин и эстрадиол, образующийся в клетках Сертоли, подавляют гипофиз к выработке ФСГ и клетки Лейдига к выработке тестостерона. Морфофункциональное состояние яичка регулируется гормонами аденогипофиза — ФСГ и ЛГ, причём уровень гормонов постоянный, имеются лишь незначительные колебания.

Строение сперматозоида  человека.

2.2 Овогенез.

Процесс образования  яйцеклетки называется овогенез.

Яйцеклетка - это очень большая клетка, которая несёт материнскую часть генетической информации Зрелое яйцо является высокоспециализированной клеткой, содержащей огромный запас питательных веществ, необходимых для развития зародыша. После оплодотворения со сперматозоидом образует зиготу (зародыш), которая впоследствии станет новым организмом.

Яйцеклетки образуются в яичниках. Так же как и при  образовании сперматозоидов, вступлению в мейоз женских половых клеток предшествует стадия размножения первичных  половых клеток — оогониев —  путем митоза. Число митотических делений обычно меньше, чем при размножении сперматогониев. 
Вступив в профазу I мейоза, оогоний становится ооцитом первого порядка. У млекопитающих и человека этот процесс заканчивается еще до рождения особи. Сформировавшиеся к моменту рождения ооциты первого порядка сохраняются без изменения долгие годы. С наступлением половой зрелости отдельные ооциты периодически вступают в стадию роста. Стадия роста ооцита отличается от соответствующей стадии сперматогенеза своей продолжительностью. Иногда на этой стадии ооцит находится несколько месяцев, достигает гигантских размеров. В его цитоплазме образуется много митохондрий, рибосом, развивается гладкая и шероховатая эндоплазматическая сеть, идет синтез питательных веществ, которые запасаются в виде желточных и белковых гранул.