SPERMATOGENESIS: שלבים ומאפייניהם - ביולוגיה - 2025

יצירת הזרעונים הוא תהליך של היווצרות תא הזרע מתאי נבט (spermatogonia). זה מופיע אצל אנשים זכרים של אורגניזמים אוקריוטים עם רבייה מינית.

כדי שתהליך זה יתבצע ביעילות, הוא זקוק לתנאים ספציפיים, כולל: חלוקה כרומוזומלית נכונה עם ביטויים גנים מדויקים ומדיום הורמונלי מתאים, לייצור מספר גבוה של תאים פונקציונליים.

מקור: Anchor207

טרנספורמציה של spermatogonia לגמטות בוגרים מתרחשת במהלך התבגרות מינית באורגניזמים. תהליך זה מופעל עקב הצטברות הורמונים מסוימים מסוג גונדוטרופין יותרת המוח, כמו HCG (גונדוטרופין כוריוני אנושי) שמתערב בייצור טסטוסטרון.

מהי spermatogenesis?

Spermatogenesis מורכב מהיווצרות של גמטות זכריות: זרע.

ייצור תאי המין הללו מתחיל בצינורות הזרעיים הממוקמים באשכים. הצינורות הללו תופסים כ 85% מהנפח הכולל של הגונדות ובתוכם הם תאי הנבט הלא-בשלים או הזרעונים המתחלקים ללא הרף על ידי מיטוזה.

חלק מהזרמטוגוניה האלו מפסיקים להתרבות והופכים להיות זרעים ראשוניים, אשר מתחילים את התהליך של מיוזה אצל כל אחד מהם מייצר זוג זרעי-זרע משניים עם העומס הכרומוזומלי המלא שלהם.

האחרון משלים את השלב השני של המיוזה, ובסופו של דבר הוליד ארבע זרעונים עם מחצית העומס הכרומוזומלי (haploid).

בהמשך הם עוברים שינויים מורפולוגיים ויוצרים זרע, העוברים לאפידדימיס שנמצא בשק האשכים ליד האשכים. בצינור זה מתרחשת התבגרותם של הגמטות המוכנים להעברת הגנים של הפרט.

תהליך spermatogenesis תלוי ויסות הורמונלי וגנטי. תהליך זה הוא תלוי טסטוסטרון, ולכן תאים מיוחדים (תאי ליידיג) נמצאים בצינורות הזרעיים בייצור הורמון זה.

אלמנטים גנטיים מעורבים

כמה גנים חשובים בזרע הזרע הם הגן SF-1, הפועל בבידול של תאי ליידיג, והגן SRY, שמתערב בבידול של תאי סרטולי ויצירת מיתרי אשכים. גנים אחרים מעורבים בוויסות תהליך זה: RBMY, DBY, USP9Y ו- DAZ.

האחרון נמצא בכרומוזום Y. הוא פועל בקידוד של חלבונים מחייבים RNA והיעדרו קשור לאי פוריות אצל אנשים מסוימים.

שלבים ומאפייניהם

צינורות למחצה עם זרע בוגר. נפרון

תאי הנבט הקדומים (גונוציטים) נוצרים בשק החלמון ונוסעים אל פסגת אברי המין, ומתחלקים בין תאי סרטולי, וכך נוצרים צינורות הזרע. הגונוציטים נמצאים בפנים, משם הם נודדים לכיוון קרום המרתף כדי להוליד את הזרע.

ריבוי תאי הנבט הקדומים ויצירת spermatogonia מתרחשים במהלך ההתפתחות העוברית של הפרט. זמן קצר לאחר הלידה נפסקת החלוקה המיטוטית של תאים אלה.

התהליך שבאמצעותו נוצר זרע בוגר מחולק לשלושה שלבים: זרע spermatocyte, and spermatocyte.

1. שלב Spermatogon

ככל שתקופת הבשלות המינית של אנשים מתקרבת, עלייה ברמות הטסטוסטרון מפעילה את התפשטות הזרע. תאי נבט אלה מתחלקים ליצירת סדרה של זרע spogatogonia המבדלים spermatocytes ראשוני.

אצל בני אדם נבדלים כמה סוגים מורפולוגיים של spermatogonia:

Spermatogonia מודעה: ממוקמת בסמוך לתאים הביניים של צינורית הזרע. הם סובלים מחלוקות מיטוטיות המייצרות זוג מסוג מודעה אשר בתורו ממשיך להתחלק, או זוג מסוג Ap.

זרע זרע (Ap spermatogonia): אלה עוקבים אחר תהליך ההבחנה ליצירת זרע, ומחלקים ברצף על ידי מיטוזה.

Spermatogonia B. תוצר של החלוקה המיטוטית של Ap spermatogonia. יש להם גרעין ספירואידי והמוזרות של חיבור זה לזה על ידי "גשרים ציטופלסמיים".

הם יוצרים סוג של סינסיטיום שנמשך בשלבים שלאחר מכן, ונפרדים בבידול זרע, כאשר הזרע משתחרר לומן של הצינורית הזרעית.

האיחוד הציטופלזמתי בין תאים אלה מאפשר התפתחות מסונכרנת של כל זוג זרעי-זרע ושכל אחד מהם מקבל את המידע הגנטי השלם הדרוש לתפקודם, שכן גם לאחר המיוזה, התאים הללו ממשיכים להתפתח.

2. שלב Spermatocytic

בשלב זה, הזרע הזרע B התחלק באופן מיטוטי ויצר את ה- S (ראשוני) הזרע המשכפלים את הכרומוזומים שלהם, כך שכל תא נושא שני קבוצות של כרומוזומים, כשהם נושאים פעמיים את הכמות הרגילה של מידע גנטי.

בהמשך, מתבצעות חלוקות מיוטיות של זרעי-זרע אלה, כך שהחומר הגנטי בהן עובר הפחתה עד שהגיע לאופי הפלאוטי.

מיטוזיס I

בחלוקה המיוטית הראשונה, הכרומוזומים מעובדים בפרובאז, וכתוצאה מכך, במקרה של בני אדם, 44 אוטוזומים ושני כרומוזומים (אחד X ואחד Y), לכל אחד קבוצה של כרומטים.

כרומוזומים הומולוגיים מתקשרים זה עם זה תוך התייצבות בצלחת המשוונית של המטאפזה. סידורים אלה נקראים טטרדרים מכיוון שהם מכילים שני זוגות כרומטידים.

טרטרים מחליפים חומר גנטי (חצייה) עם הכרומטידים המסתדרים מחדש למבנה הנקרא המתחם הסינפונטמי.

בתהליך זה, גיוון גנטי מתרחש על ידי החלפת מידע בין הכרומוזומים ההומולוגיים שעברו בירושה מהאב והאם, תוך הבטחת כל הזרעונים המופקים מהזרמטוציטים שונים.

בתום המעבר, הכרומוזומים נפרדים, עוברים לקטבים הפוכים של הציר המיוטי, "ממיסים" את מבנה הטטרד, כאשר הכרומטידים המשולבים מחדש של כל כרומוזום נותרים יחד.

דרך נוספת להבטיח גיוון גנטי ביחס להורים היא על ידי התפלגות אקראית של כרומוזומים הנגזרים מהאב והאם לכיוון קטבי הציר. בסוף חלוקה מיוטית זו, מיוצרים spermatocytes II (משניים).

Meiosis II

Spermatocytes משניים מתחילים את התהליך meiosis השני מיד לאחר היווצרותם, מסנתז DNA חדש. כתוצאה מכך, לכל זרע spermatocyte יש מחצית העומס בכרומוזום ולכל כרומוזום יש זוג כרומטידים של אחות עם DNA משוכפל.

במטאפזה הכרומוזומים מופצים ומיישרים על הלוח המשווני, והכרומטידים נפרדים על ידי הנדידה לצדדים מנוגדים של הציר המיוטי.

לאחר בנייה מחדש של הממברנות הגרעיניות מתקבלים זרעי זרע עם מחצית הכרומוזומים (23 בבני אדם), כרומטיד והעתק של המידע הגנטי (DNA).

3. שלב הזרע

Spermiogenesis הוא השלב האחרון בתהליך spermatogenesis, חלוקות תאים אינן מתרחשות בו, אלא שינויים מורפולוגיים ומטבוליים המאפשרים בידול תאים לזרע בוגר.

שינויים בתאים מתרחשים בזמן שזרעי הדם מחוברים לקרום הפלזמה של תאי סרטולי, וניתן לתאר אותם בארבעה שלבים:

שלב גולגי

זהו התהליך שבאמצעותו מנגנון הגולגי מוליד את האקרוזום, על ידי הצטברות גרגירים פרוקראוזומיים או PAS (תגובתי של חומצה תקופתית-שיף) במתחמי גולגי.

גרגירים אלה מובילים לשלפוחית ​​אקרוזומית הממוקמת בסמוך לגרעין ומיקומה קובע את החלק הקדמי של הזרע.

הצנטריוזים נעים לכיוון החלק האחורי של הזרע, ומיישרים עצמם בניצב עם קרום הפלזמה ויוצרים את הכפילויות שישלבו את המיקרו-צינורות של האקסונמה בבסיס עמוד הזרע.

שלב כובע

שלפוחית ​​האקרוזום גדלה ומשתרעת על החלק הקדמי של הגרעין ויוצרת את הכובע האקרוזום או האקרוזומלי. בשלב זה, התוכן הגרעיני מתעבה וחלק הגרעין שנותר מתחת לאקרוזום מתעבה, מאבד את נקבוביותיו.

שלב אקרוזום

הגרעין מתארך מסיבוב לאליפטי, והגלון מכוון כך שקצהו הקדמי נצמד לתאי סרטולי המפנים לכיוון הלמינה הבסיסית של צינורות הזרע, שבתוכם משתרע ה flagellum המתפתח.

הציטופלזמה נעה אחורית לתא והמיקרו-צינוריות הציטופלזמיות מצטברות בתוך נדן גלילי (מנצ'ט) העובר מהכובע האקרוזומלי לחלק האחורי של הזרע.

לאחר פיתוח ה flagellum, הצנטריוזים נעים לאחור לעבר הגרעין, דבקים בחריץ בחלק האחורי של הגרעין, משם יוצאים תשעה סיבים עבים המגיעים למיקרו-צינורות של האקסונמה; בדרך זו מחוברים הגרעין והפלגלום. מבנה זה ידוע כאזור הצוואר.

המיטוכונדריה נעות לעבר האזור האחורי של הצוואר, מקיפות את הסיבים העבים ומסודרות בתוך נדן סלילי הדוק ויוצרים את אזור הביניים של זנב הזרע. הציטופלסמה עוברת לכסות את הדגל שכבר נוצר, וה"מאנצ'ט "מתמוסס.

שלב ההבשלה

הציטופלזמה העודפת עוברת פגוציטוזה על ידי תאי הסרטולי ויוצרת את הגוף הנותר. הגשר הציטופלזמתי שנוצר בזרע הזרע B נותר בגופיו הנותרים, ולכן נפרדים הזרעונים.

לבסוף, הזרעונים משתחררים מתאי סרטולי, ומשחררים לומן של הצינורית הזרעית וממנה הם מועברים דרך הצינורות הישרים, מבחן נפט וגידול תעלות אפידדימיס.

ויסות הורמונלי

Spermatogenesis הוא תהליך המווסת היטב על ידי הורמונים, בעיקר טסטוסטרון. אצל בני אדם התהליך כולו מופעל בהתבגרות מינית, על ידי שחרור בהיפותלמוס של ההורמון GnRH שמפעיל ייצור והצטברות של גונודוטרופינים יותרת המוח (LH, FSH ו- HCG).

תאי סרטולי מסנתזים חלבוני טרנספורטר טסטוסטרון (ABP) על ידי גירוי של FSH, ויחד עם הטסטוסטרון שמשתחרר על ידי תאי ליידיג (מגורה על ידי LH) הם מבטיחים ריכוז גבוה של הורמון זה בצינורות הזרעיים.

בתאי סרטולי מסונתז גם אסטרדיול, המעורב בוויסות פעילות תאי ליידיג.

הַפרָיָה

האפידדימיס מתחבר לוואי דפרנס הזורם לשופכה, ומאפשר סוף סוף יציאת זרע שמאוחר יותר מחפשת ביצה להפרות, ומשלים את מעגל ההתרבות המינית.

לאחר שחרורו, הזרע יכול למות תוך דקות או שעות, תוך צורך למצוא את הגאמט הנשי לפני שזה יקרה.

אצל בני אדם משתחררים כ -300 מיליון זרע בכל שפיכה במהלך קיום יחסי מין, אך רק כ -200 שורדים עד שהם מגיעים לאזור בו הם יכולים להזדווג.

הזרע צריך לעבור תהליך אימונים בדרכי הרבייה הנשית, שם הם רוכשים ניידות רבה יותר של המכה ומכינים את התא לתגובה האקרוזומית. מאפיינים אלה נחוצים להפרות הביציות.

קיבול זרע

בין השינויים שקיימים הזרע, בולטים שינויים ביוכימיים ותפקודיים, כמו היפר קוטביות של קרום הפלזמה, עליית pH ציטוזולי, שינויים בליפידים וחלבונים והפעלת קולטני הממברנה המאפשרים להם להכיר על ידי zona pellucida. להצטרף לזה.

אזור זה פועל כמחסום כימי בכדי להימנע ממעבר בין מינים, מכיוון שאינו מזהה קולטנים ספציפיים, אין הפריה מתרחשת.

לביצים שכבה של תאים גרגירים והם מוקפים בריכוזים גבוהים של חומצה היאלורונית המהווים מטריצה ​​חוץ תאית. כדי לחדור לשכבה זו של תאים, יש לזרע אנזימים היאלורונידאז.

כשמגיעים במגע עם הזונה פלוצידה, מופעלת התגובה האקרוזומית, בה משתחררים תכולת הכובע האקרוזומי (כאנזימים הידרוליטיים), המסייעים לזרע לחצות את האזור ולהצטרף לקרום הפלזמה של הביצית, ומשחררים בתוכו תוכנו הציטופלסמי, האברונים והגרעין.

תגובה קליפת המוח

בחלק מהאורגניזמים, קיטוב של קרום הפלזמה של הביוץ מתרחש כאשר הוא בא במגע עם זרע, ובכך מונע ביותר מאחד להפרות אותו.

מנגנון נוסף למניעת פוליספרמיה הוא התגובה בקליפת המוח, שם משוחררים אנזימים המשנים את מבנה הזונה פלוצידה, מעכבים את הגלוקופרוטאין ZP3 ומפעילים את ZP2, מה שהופך אזור זה לבלתי חדיר לזרע אחר.

מאפייני הזרע

לגמטות גברים יש מאפיינים ההופכים אותם לשונים מאוד מגמטים נשיים ומותאמים מאוד להפצת הגנים של הפרט לדורות הבאים.

בניגוד לביציות, זרע הם התאים הקטנים ביותר שנמצאים בגוף ומציגים סגל המאפשר להם לנוע על מנת להגיע לגמאית הנשית (שאין לה תנועה כזו) כדי להפרות אותה. סמל זה מורכב מצוואר, אזור ביניים, אזור ראשי ואזור הטרמינל.

בצוואר נמצאים הצנטריוזים, ובאזור הביניים ממוקמים המיטוכונדריה, האחראים לספק את האנרגיה הדרושה לניידות שלהם.

באופן כללי, ייצור הזרע הוא גבוה מאוד, ואלה תחרותיים מאוד ביניהם מכיוון שרק כ- 25% יוכלו למעשה להפרות את הגאמט הנשי.

הבדלים בין spermatogenesis לאוגנוזה

לספרמטוגנזה מאפיינים המבדילים אותה מאוגנזה:

-תאים מייצרים מיוזה באופן רציף מאז התבגרותם המינית של האדם, כאשר כל תא מייצר ארבע גמטים בוגרים במקום אחד.

-זרע בוגר לאחר תהליך מורכב שמתחיל לאחר מיוזה.

-לייצור זרע מתרחשות פי שניים חלוקות תאים בהיווצרות ביצית.

הפניות

1. אלברטס, ב., ג'ונסון, א., לואיס, ג'יי, רף, מ., רוברט, ק., וולטר, פ. (2008). ביולוגיה מולקולרית של התא. גרלנד מדע, טיילור ופרנסיס גרופ.
2. קרייייטון, TE (1999). אנציקלופדיה של ביולוגיה מולקולרית. ג'ון וויילי ובניו, בע"מ.
3. Hill, RW, Wyse, GA, and Anderson, M. (2012). פיזיולוגיה של בעלי חיים. שותפים לסינאואר, בע"מ.
4. Kliman, RM (2016). אנציקלופדיה של ביולוגיה אבולוציונית. עיתונות אקדמית.
5. Marina, S. (2003) התקדמות בידע של Spermatogenesis, השלכות קליניות. מגזין הפוריות של איברו-אמריקה. 20 (4), 213-225.
6. רוס, MH, Pawlina, W. (2006). היסטולוגיה. העריכה של מדיקה פאנמריקנה.