Arten der Gametogenese: Spermatogenese und Oogenese

Gametogenese ist der Prozess der Bildung und Differenzierung haploider Gameten (Spermien und Eizellen) von den diploiden primären Keimzellen, Gametogonien (Spermatogonien und Oogonien), die in den primären Geschlechtsorganen, den sogenannten Gonaden (Hoden bei Frauen), vorhanden sind.

Gametogenese ist zwei Arten:

I. Spermatogenese und

II. Oogenese.

I. Spermatogenese (Abb. 3.13 A und 3.14):

Definition:

Es ist die Bildung von haploiden, mikroskopisch kleinen und funktionellen männlichen Gameten, Spermatozoen aus den diploiden Fortpflanzungszellen, Spermatogonie, die in den Hoden eines männlichen Organismus vorhanden sind.

Zeitraum:

Bei den saisonalen Zuchttieren durchlaufen die Hoden einen Hodenkreislauf, in dem die Hoden und ihr spermatogenes Gewebe nur in der spezifischen Brutzeit funktionieren. Bei einigen saisonal züchtenden Säugetieren wie Fledermaus, Otter und Lama vergrößern sich die Hoden, werden funktionsfähig und steigen in der Brutzeit in den Hodensack ein, da sie durch Ansammlung von Spermien schwerer werden, während sie bei anderen reduziert werden, nicht mehr funktionieren und in den Bauchraum aufsteigen Jahreszeiten.

Bei Männern, Löwen, Stieren, Pferden usw. liegen die Hoden jedoch permanent im Hodensack, und die Spermatogenese tritt das ganze Jahr über auf. Bei männlichen Männern steigen die Hoden während des siebten Monats der Entwicklung unter Stimulation von FSH der Adenohypophyse in die jeweiligen Skrotalbeutel.

Bei einigen Säugetieren, z. B. Elefanten, Echidna, Delfinen, Walen, Robben usw., liegen die Hoden jedoch permanent im Unterleib (intraabdominal), hauptsächlich aufgrund des Auftretens von Speck (dicke Fettschicht unter der Haut). Die Spermatogenese ist ein kontinuierlicher Prozess und ist in etwa 74 Tagen abgeschlossen.

Mechanismus:

Die Spermatogenese ist in zwei Teile unterteilt:

A. Bildung von Spermatiden:

Es ist in drei Phasen unterteilt:

1. Multiplikative oder mitotische Phase:

Dabei handelt es sich um die schnelle mitotische Teilung von primoiden oder primordialen Keimzellen, den sogenannten Gonozyten, die sich im Keimepithel der seminiferen Tubuli der Hoden befinden. Diese Zellen sind undifferenziert und haben einen großen und chromatinreichen Kern.

Dies bildet eine große Anzahl von diploiden und gerundeten Samenzellen der Samenzellen, die als Spermatogonie bezeichnet werden (gr. Sperma = Samen; gegangen = Nachwuchs). Jede spermatogoniale Zelle hat einen Durchmesser von etwa 12 um und hat einen herausragenden Kern. Einige Spermatogonien fungieren als Stammzellen (als Typ A-Spermatogonien bezeichnet) und teilen sich durch wiederholte mitotische Teilungen neue Zellen auf und fügen sie hinzu. Dadurch bilden sie eine spermatogene Linie, aber einige Spermatogonien dringen in die Wachstumsphase ein (genannt Typ B-Spermatogonia).

2. Wachstumsphase:

Es ist durch Spermatozytogenese gekennzeichnet, bei der ein diploides Spermatogonium durch die Anhäufung von Nährstoffen (die von Keimzellen stammen und nicht synthetisiert werden) im Zytoplasma und der Replikation von DNA in der Größe ansteigt (etwa zweimal), und es bildet sich ein diploider primärer Spermatozyt. Nährstoffe werden von Keimzellen abgeleitet. Währenddessen bereitet sich der primäre Spermatozyt auf die Meiose vor. Die Wachstumsphase der Spermatogenese ist viel kürzer als die der Oogenese.

3. Reifung oder meiotische Phase:

Es ist durch Meiose gekennzeichnet. Die diploiden primären Spermatozyten durchlaufen eine Meiose-I (reduktive oder heterotypische Teilung) und bilden zwei haploide Zellen, die als sekundäre Spermatozyten bezeichnet werden und jeweils 23 Chromosomen enthalten.

Es folgt unmittelbar Meiose-II (gleichmäßige oder homotypische Teilung) in jedem sekundären Spermatozyt, um zwei haploide Spermatide zu bilden, von denen jedes 23 Chromosomen aufweist. So produziert jedes diploide Spermatogonium 4 haploide Spermatiden. Verschiedene Stadien der Spermatogenese werden durch zytoplasmatische Stränge bis zur Spermiogenese miteinander verbunden, wenn sich die reifen und miteinander verbundenen Gameten voneinander trennen.

B. Spermiogenese (Abb. 3.15):

Die Umwandlung eines nicht beweglichen, abgerundeten und haploiden Spermatids in ein funktionelles und bewegliches Spermatozoon wird Spermiogenese oder Spermioteliose genannt. Das Hauptziel besteht darin, die Beweglichkeit der Spermien durch Verringerung des Gewichts und der Entwicklung der Bewegungsstruktur zu erhöhen.

Es beinhaltet die folgenden Änderungen:

1. Der Kern wird durch den Verlust von Materialien wie RNAs, Nukleolus und den meisten sauren Proteinen kondensiert, schmal und nach vorne gerichtet.

2. Ein Teil des Golgi-Körpers von Spermatiden bildet das Akrosom, während der verlorene Teil des Golgi-Körpers Golgi-Rest genannt wird.

3. Zentriolen von Spermatiden bilden den Spermienhals.

4. Distale Zentriole führt zu Axonemen.

5. Mitochondrien bilden einen spiralförmigen Ring hinter dem Hals um die distale Zentriole und den proximalen Teil des Axonems. Dies nennt man nebenkern.

6. Das meiste Zytoplasma geht verloren, aber ein Teil des Zytoplasmas bildet eine Hülle des Spermaschwanzes.

Die Spermatiden reifen zu Spermatozoen in tiefen Falten des Zytoplasmas der Sertoli-Zellen (Pflanzenzellen), die sie auch ernähren. Reife Spermatozoen werden im Lumen der Samenröhrchen freigesetzt, die als Spermien bezeichnet werden. Die zwei Hoden eines jungen Erwachsenen bilden täglich etwa 120 Millionen Spermien.

Veränderungen der Spermatiden während der Spermiogenese.

Steuerung:

Beim Menschen beginnt die Spermatogenese nur im Alter der Pubertät aufgrund der erhöhten Sekretion des Gonadotropin-Releasing-Hormons (GnRH) aus dem Hypothalamus des Gehirns. GnRH stimuliert die Adenohypophyse, um zwei Gonadotropine zu sekretieren: FSH und ICSH. ICSH stimuliert die Leydig-Hodenzellen, um männliche Sexualhormone, sogenannte Androgene, abzuscheiden, von denen das Testosteron das wichtigste ist.

Testosteron stimuliert die Spermatogenese, insbesondere die Spermiogenese. FSH stimuliert die Sertoli-Zellen des Hoden, bestimmte Faktoren abzuscheiden, die den Prozess der Spermatogenese unterstützen. Man nennt es physiologische Kontrolle.

Arten:

Beim Mann und einer großen Anzahl anderer Tiere mit XY-Mechanismus beim Mann gibt es zwei Arten von Spermien: 50% Gynosperms mit X-Chromosom und 50'X) Androsperms mit Y-Chromosom.

Bedeutung:

(ein) Produziert haploide Spermien.

(b) Ein Übergang kann während der Meiose-I auftreten, wodurch Variationen entstehen können.

(c) Beweist die evolutionäre Beziehung.

II. Oogenese (Abb. 3.13 B):

Definition:

Es handelt sich dabei um die Bildung von haploiden weiblichen Gameten, die als Eizellen bezeichnet werden, aus den diploiden Eizelle, Oogonia, des Eierstocks des weiblichen Organismus. Es umfasst zwei biologische Prozesse: Genetische Programmierung und Verpackung.

Zeitraum:

Die Periode der Oogenese ist bei verschiedenen Tieren unterschiedlich. Bei der weiblichen Frau gibt es in der undifferenzierten weiblichen Gonade nach einem Monat der fötalen Entwicklung etwa 1.700 primäre Keimzellen. Diese vermehren sich in zwei Monaten der Trächtigkeit zu etwa 600.000 Oogonien und im 5. Monat enthalten die Eierstöcke mehr als 7 Millionen Oogonien; Viele Patienten leiden jedoch vor der Geburt an einer Atresie (Degeneration der Keimzellen). Zum Zeitpunkt der Geburt gibt es 2 Millionen Primärfollikel, von denen jedoch 50% atretisch sind.

Atresia setzt sich fort und zur Zeit der Pubertät enthält jeder Eierstock nur 60.000 bis 80.000 Primärfollikel. Die Oogenese ist erst nach Beginn der Pubertät abgeschlossen und nur einer von 500 wird durch FSH zur Reifung angeregt. Die Oogenese ist also ein diskontinuierlicher und verschwenderischer Prozess.

Mechanismus:

Wie die Spermatogenese besteht die Oogenese aus drei Phasen:

1. Multiplikationsphase:

In diesem bestimmten primären Keimzellen (größer und mit großen Kernen) des Keimepithels der Eierstöcke werden rasche mitotische Teilungen vorgenommen, um Gruppen diploider Eizellenzellen (Oogonie) zu bilden. Jede Gruppe ist anfangs ein Akkord und wird Eierröhre von Pfluger genannt, die später eine abgerundete Masse, das Eiernest, bildet (Abb. 3.13 B).

2. Wachstumsphase:

Die Wachstumsphase der Oogenese ist von sehr langer Dauer als die der Spermatogenese, z. B. nur drei Tage bei Drosophila, 6-14 Tage bei Hühnern, 3 Jahre bei Fröschen und viele Jahre (12-13 Jahre) bei Frauen. Während der Wachstumsphase verwandelt sich ein Oogonium aus dem Eiernest in eine diploide primäre Eizelle, während andere Oogonien des Eiernestes ein einschichtiges nährstoffhaltiges follikuläres Epithel bilden.

Die so gebildete Struktur wird als Primärfollikel bezeichnet. Später wird jeder Primärfollikel von mehreren Schichten von Granulosazellen umgeben und verwandelt sich in Sekundärfollikel. Bald entwickelt der sekundäre Follikel eine mit Flüssigkeit gefüllte Antrumhöhle namens Antrum und wird als tertiärer Follikel bezeichnet. Es ändert sich weiter, um Graaf'schen Follikel zu bilden. Daher entwickeln sich nicht alle Oogonien weiter.

Wachstumsphase beinhaltet:

(a) Vergrößerung der Eizelle (2000-mal beim Frosch; 43-mal bei der Maus; 90.000-mal bei Drosophila; 200-mal bei der Henne und etwa 200-mal bei der weiblichen Frau) durch Bildung und Akkumulation von Eigelb (Vitellogenese) durch ein spezielles Mitochondrial Wolke nahe am Kern und Eigelbkern genannt.

(b) Der Kern wird mit einem Nukleoplasma aufgebläht und wird Keimvesikel genannt.

(c) Eine dünne Vitellinmembran wird um die Eizelle ausgeschieden.

(d) Erhöhung der Anzahl der Mitochondrien, der Anzahl der ER und des Golgi-Körpers.

(e) Bildung von Lampenbürstenchromosomen in Fischen, Amphibien, Reptilien, Vögeln, Insekten usw. zur schnellen Dottersynthese.

(f) Genamplifikation oder Redundanz von r-RNA-Genen zur schnellen Synthese von r-RNA.

3. Reifungsphase:

Es ist durch Meiose gekennzeichnet. Dabei wird die diploide und ausgewachsene primäre Eizelle einer Meiose-I (Reduktionsteilung) unterzogen, um zwei ungleiche haploide Zellen zu bilden. Die kleinere Zelle wird als erster Polkörper (Polozyt) bezeichnet und hat eine sehr geringe Menge an Zytoplasma. Die größere Zelle wird als sekundäre Eizelle bezeichnet und besitzt einen großen Anteil nährstoffreiches Zytoplasma. Beide sind Haploiden und haben jeweils 23 Chromosomen.

Die sekundäre Eizelle wird einer Meiose-II (Gleichungsaufteilung) unterzogen, um zwei ungleiche haploide Zellen zu bilden. Die kleinere Zelle wird als zweiter Polkörper bezeichnet und hat sehr wenig Cytoplasma, während die größere Zelle als ootid bezeichnet wird. Es hat fast ganzes Zytoplasma und unterscheidet sich in ein Ei. Inzwischen kann sich der erste Polkörper in zwei Teile teilen.

Bei der Oogenese bildet ein diploides Oogonium ein haploides Ei und zwei oder drei polare Körper, während ein diploides Spermatogonium bei der Spermatogenese vier haploide Spermien bildet. Die Hauptfunktion der Bildung von Polarkörpern besteht darin, Haploidie zu bringen, aber das gesamte Cytoplasma in einer Eizelle zu halten, um während der Entwicklung einer Zygote Nahrung zur Bildung eines Embryos bereitzustellen. Die Anzahl der Eizellen verringert sich mit der Fähigkeit der Frau, sie zu tragen und aufzuziehen.

In den meisten Organismen, einschließlich der menschlichen Frau, tritt der Eisprung im sekundären Stadium der Eizelle auf, in dem die Meiose-I abgeschlossen und der erste polare Körper freigesetzt worden ist. Meiosis-II ist nur zum Zeitpunkt des Eintritts von Spermien abgeschlossen.

Bedeutung:

(a) Es produziert haploides Ei, indem 2 oder 3 haploide Polkörper freigesetzt werden.

(b) Das meiste Zytoplasma wird im funktionellen Ei zurückgehalten.

(c) Abweichungen können auftreten, wenn Meiosis-I überschritten wird.

(d) beweist eine evolutionäre Beziehung.