Дифференцировка клеток,этапы сперматогенеза

БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

Контрольная работа

по дисциплине:

Биология размножения  и развития

Вариант №3 Тема: «Сперматогенез»

 

 

Выполнила студентка 4 курса

Биологического факультета

ОЗО гр.А

Аверина А.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уфа 2013 

Оглавление

Как происходит размножение  и дифференцировка половых клеток? 3

«Теория непрерывности  зародышевой плазмы» 4

Мейотические процессы в развитии половых клеток (сперматозоидов) 4

Основные периоды  сперматогенеза 5

Морфология мужских  половых клеток 8

Особенности сперматогенеза у различных групп животных 9

Биохимические механизмы  движения сперматозоидов 11

Список использованной литературы: 13

 

 

Как происходит размножение  и дифференцировка половых клеток?

Сперматогенез - это митотическое деление клеток по типу мейоза, т.е. между делениями отсутствует  интерфаза: нет удвоения хромосомного материала, образуются клетки с гаплоидным набором.

В процессе сперматогенеза выделяют разные этапы дифференцировки клеток, которые в совокупности составляют сперматогенный эпителий.

У базальной мембраны – стволовые  клетки (долгоживущие), полустволовые (делятся один раз в цикл), сперматогонии (интенсивно делятся, характеризуя I стадию - фазу размножения). Стволовые и полустволовые клетки защищены отростками базальной мембраны и отростками сустентоцитов (поддерживающих клеток).

Процесс размножения сперматогонии переходит в фазу роста (2 стадия). Из каждой сперматогонии образуется сперматоцит I порядка. При этом клетка увеличивается в размерах и в стадии роста происходит процесс подготовки клетки к мейозу. Основные изменения происходят в хромосомном аппарате. Хромосомы становятся лучше видимыми в микроскоп: сперва в виде тонких нитей (лептотена). Нити постепенно начинают скручиваться в виде спирали, попарно сближаются (зиготена). Из-за сильного скручивания хромосом они утолщаются (пахитена).

Затем продольно расщепляется каждая хромосома. В результате уже не 2 хромосомы, а 4 хроматиды (тетрады). Начинается процесс деления клеток по типу мейоза. В результате 1-го деления образуются 2 сперматоцита II порядка, в каждый из которых попадает 23 диады. Сразу, без редупликации ДНК (без интерфазы), начинается 2-е деление. Из каждого сперматоцита II образуется по 2 сперматиды, содержащих по 23 монады (1/2 диады).

Эти два деления соответствуют  фазе созревания (III).

Затем IV фаза – фаза формирования. Из каждой сперматиды образуется 1 сперматозоид.

Т.о., клетки, образующиеся в процессе сперматогенеза, в стенке извитого семенного канальца лежат рядами:

- Нижний - серматогонии и малодифференцированные клетки;

• затем - сперматоциты I и II (более  крупные клетки);

• затем - сперматиды:

• центральная часть заполнена  сперматозоидами.

Все эти клетки находятся в контакте с сустентоцитами.

Процесс сперматогенеза с 10-14-летнего  возраста идет в яичке постоянно и циклически, длительность цикла сперматогенеза 68-75 суток. Весь процесс находится под контролем гормонов:

1) Ингибины I в основном регулируют процесс разрушения парамезонефрального протока.

2) Ингибины II. начиная с эмбриогенеза и сразу после рождения, блокируют размножение сперматогонии и ингибируют выделение ФСГ (фолликулостимул. гормона) гипофиза.

3) Ингибины III ингибируют выделение ФСГ до II- 14 лет.

 

«Теория непрерывности зародышевой  плазмы»

А. Вейсман в 1885—1896 гг. создал теорию «непрерывности зародышевой плазмы». Существуют якобы две плазмы: соматическая, участвующая в развитии тела организма, и зародышевая, передающаяся непрерывно от половых клеток одного поколения к половым клеткам каждого нового поколения. Носителями жизни являются, по Вейсману, «биофоры» — группы молекул органических веществ. Они находятся в ядре клеток и через поры ядра могут переместиться в цитоплазму. Ядру принадлежит активная роль, а цитоплазма, ее поведение и дифференциация, структура и отправления зависят от биофор, точнее — от групп биофор — детерминантов (определителей). В зародышевой плазме находится полный набор детерминантов; их столько, сколько типов однородных клеток у взрослого организма. Детерминанты, как и биофоры, растут и размножаются (делятся), так что для любого числа однородных клеток определенной ткани достаточно одного исходного детерминанта. Все детерминанты, определяющие развитие всех признаков организма, сгруппированы в ядре в иды. Во время митоза иды слагаются в иданты, соответствующие структурам хромосом. Таким образом, по Вейсману, наступающие в развитии организма различия между клетками происходят путем сортировки наследственных единиц (детерминантов). В ходе эмбрионального развития в связи с делением клеток детерминанты распределяются по различным клеткам, происходит постепенная растрата их, обеднение ими у новых и новых поколений специализирующихся клеток. Только половые клетки имеют полный набор детерминантов, а потому они и способны развиваться в целый организм.

Мейотические процессы в развитии половых клеток (сперматозоидов)

В процессе созревания (мейоза) клетки двукратно делятся.

I деление созревания (или I мейотическое деление) протекает следующим образом. Профаза начинается спирализацией хромосом. Они видны в виде тонких слабоокрашивающихся нитей. Затем гомологичные хромосомы сближаются, и каждая точка одной хромосомы совмещается с соответствующей точкой другой гомологичной хромосомы. Процесс тесного и точного сближения гомологичных хромосом в мейозе называется конъюгацией.

В процессе конъюгации гомологичные хромосомы сближаются и удерживаются рядом благодаря образованию каждой хроматидой нитей толщиной 1,5-2,0 нм, растущих по направлению к одной из хроматид второй (гомологичной) хромосомы. Нити на конце утолщены. Утолщения нитей двух противостоящих несестринских хроматид соединяются наподобие застежки "молния". Благодаря образованию таких мостиков гомологичные хромосомы могут долго находиться в сближенном состоянии. Во время профазы между конъюгированными хромосомами может происходить обмен гомологичными участками - кроссинговер. К концу профазы гомологичные хромосомы разъединяются в области центромер, оставаясь соединенными в области плеч.

В метафазе I деления созревания конъюгированные хромосомы располагаются по экватору клетки. В этот момент спирализация хромосом достигает максимума. Цетромеры обращены к полюсам.

В анафазе гомологичные хромосомы  расходятся к полюсам. Следовательно из каждой пары гомологичных хромосом в дочернюю клетку попадает только одна. Число хромосом уменьшается в 2 раза, и образовавшиеся сперматоциты II порядка содержат одинарный, гаплоидный набор хромосом. Поэтому первое мейотическое деление носит название редукционного (от лат. "редукцио" - уменьшение). Следует помнить, что в период созревания вступают диплоидные клетки, удвоившие количество ДНК ещё в период размножения. Их хромосомный набор можно обозначить как 2n4c. После расхождения в анафазе I деления хромосомы остаются удвоенными. В результате редукционного деления клетки содержат гаплоидное число хромосом и двойное количество ДНК (1n2c), которое приводится в соответствие с хромосомным набором во время следующего, II мейотического деления. В анафазе этого деления к полюсам расходятся хроматиды и образующиеся клетки (сперматиды) получают хромосомный набор, равный 1n1c. Последний период сперматогенеза - период формирования. Клетка приобретает вид, характерный для зрелого сперматозоида. В результате мейоза из одной первичной половой клетки образуется 4 сперматозоида с гаплоидным набором хромосом.

От митотического деления соматических клеток мейоз отличается рядом особенностей.

1. Профаза I мейотического деления занимает очень большой промежуток времени. Во время профазы гомологичные хромосомы конъюгируют и могут обмениваться участками (кроссинговер).

2. В метафазе I мейотического деления по экватору клетки располагаются не отдельные хромосомы, а пары конъюгированных хромосом.

3. В анафазе I мейотического деления к полюсам расходятся хромосомы, а не хроматиды, как в митозе.

4. Между I и II мейотическими делениями не синтезируется ДНК.

5. Силы отталкивания в мейозе  проявляются в области центромер, в то время как в митозе вначале разъединяются плечи хроматид.

Рис. 1. Мейотическое деление половых клеток

Основные периоды сперматогенеза

Сперматогенез протекает в стенках  разветвлённых канальцев семенника.

1) Размножение – сперматогонии усиленно поглощают питательные вещества и делятся не менее 10 раз, в результате образуются свыше 1000 сперматогоний.

Сперматогонии (от греч. spérma, родительный падеж spérmatos — семя и gónos — рождение, плод, потомок), развивающиеся мужские половые клетки в период размножения до начала периода роста. Находятся в состоянии интенсивного митотического деления. У насекомых и некоторых других беспозвоночных различают первичные и вторичные сперматогонии; последние имеют меньшие размеры и окружены клетками, образующими семенной фолликул, или сперматоцисту. У млекопитающих выделяют сперматогонии типов А и Б, различающиеся степенью дифференцировки и структурой хроматина. У разных видов животных продолжительность периода размножения различна и зависит от числа генераций сперматогоний и темпа их деления — параметров, постоянных для каждого вида.

Сперматогоний типа А у человека, дифференцируясь, становятся клетками типа В. Клетки типа В вступают в митоз, образуя сперматоциты 1-го порядка. Ядро обоих вариантов клеток типа А характеризуется преобладанием деконденсированного хроматина, имеющего вид мелких зерен. Однако эти зерна так рассеяны по ядру светлых клеток, что ядро выглядит бледным. В ядрах находятся ядрышки расположенные вблизи ядерной оболочки. Хроматин ядра темных клеток типа А не дисперсный, собран в глыбки, ядро более крупное, чем в светлых клетках типа А. Ядрышки расположенные вблизи ядерной оболочки. В среднем половина дочерних клеток, возникших при размножении делящихся сперматогоний типа А(светлых) у человека, дифференцируясь, становятся клетками типа В. Роль темных клеток типа А в сперматогенезе человека остается невыясненной. Однако сведенья о роли таких клеток у обезьян позволяют сделать вывод о том, что эти клетки являются «резервными», которые в обычных условиях остаются покоящимися, не участвуют в цикле до тех пор, пока в этом не возникает необходимость.

Сперматогонии типа В. Ядро крупнее. Конденсация хроматина выражена более резко, хроматиновые гранулы образуют как бы неровную корочку у ядерной мембраны. Ядрышко различной формы, не связано с ядерной мембранной.

Сперматогонии образуются в пристеночном слое семенных канальцев; у многих животных имеется особая зона размножения в слепом конце семенников.

2) Рост – в сперматогонии начинают усиливаться процессы ассимиляции, они увеличивается в объёме, в ядре происходит подготовка к делению. Хромосомы парные, удваиваются, сближаются – тетрада. Образуются сперматоциты первого порядка. Они занимают второй ряд, являются самыми крупными, имеют рыхлое ядро с грубой хроматиновой структурой и содержат большое количество цитоплазмы.

Сперматоциты второго порядка  на срезах встречаются очень редко, поэтому необходимо морфологически различать следующих сперматоцитов  первого порядка: сперматоциты в  прелептотене, сперматоциты в лептотене, сперматоциты в зиготене, сперматоциты в пахитене, сперматоциты первого порядка в диплотене.

Сперматоциты первого порядка  в прелептотене. Лежат между клетками Сертоли. Нуклеоплазма гомогенна, в ней можно видеть светло- и темноокрашенные области, пучки хроматина связаны с ядерной оболочкой и ядрышком. Цитоплазма имеет небольшие пучки гладкого эндоплазматического ретикулума.

Сперматоциты первого порядка  в лептотене. Не соприкасаются с собственной оболочкой семенных канальцев. Имеют ядро, содержащие тонкие нити хромосом, митохондрии часто ветвятся.

Сперматоциты первого порядка  в зиготене. Увеличенное ядро, содержит нитевидные хромосомы, собирающиеся в пары, наличие синаптонемных комплексов( состоящих их двух латеральных и одного медиального элемента, который соединен с боковыми элементами при помощи тонких поперечных нитей).

Сперматоциты первого порядка  в пахитене. Объем ядер увеличивается, появляется большое шаровидное ядрышко, хромосомы толстые и короткие.

Сперматоциты первого порядка  в диплотене. Завершается процесс укорочения хромосом, исчезают синаптонемные комплексы.

3) Созревание –Период созревания заключается в двух последовательных делениях мейоза. В результате первого деления из сперматоцита I порядка образуются 2 сперматоцита II порядка. Из них в результате второго деления образуются 4 сперматиды. В сперматогониях и сперматоцитах I порядка диплоидное число хромосом, в сперматидах число хромосом гаплоидное. При оплодотворении происходит соединение ядерного материала мужской и женской половых клеток. В результате зигота имеет диплоидный набор хромосом. Мейоз создает возможности для возникновения в гаметах новых генных комбинаций. Это приводит к изменениям в генотипе и фенотипе потомства, получаемого в результате слияния гамет. Механизмы мейоза, участвующие в создании изменчивости, сводятся к следующему: