Сперматогенез и оогенез. Сходства и различия

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет»

Медицинский институт

Кафедра клинической морфологии и судебной медицины с курсом онкологии.

Курсовая работа по дисциплине

«Гистология, цитология, эмбриология».

на тему:

«Сперматогенез и оогенез. Сходства и различия»

Выполнила: ст. гр. 12лл6 ИзъявлеваО.В.

Проверила: ассистент Юняшина Ю.В.

Пенза 2013

Оглавление

Введение

.Сперматогенез

.Оогенез

.Сравнение сперматогенеза и оогенез

Заключение

Список литературы

Введение

Размножение или репродукция, присущая всем живым существам функция воспроизведения себе подобных. В отличие от всех других жизненно важных функций организма, размножение направлено не на поддержание жизни отдельной особи, а на сохранение ее генов в потомстве и продолжение рода - тем самым на сохранение генофонда популяции, вида, семейства и т.д. В ходе эволюции у разных групп организмов сформировались - во многих случаях независимо - разные пути и стратегии размножения, и тот факт, что эти группы выжили и существуют, доказывает эффективность разных способов осуществления данного процесса.

При половом способе размножения потомство, как правило, имеет двух родителей. Каждый из родителей производит половые клетки. Половые клетки, или гаметы, обладают половинным или гаплоидным набором хромосом и возникают в результате мейоза. Таким образом, гамета (от греч. gamete - жена, gametes - муж) - зрелая репродуктивная клетка, содержащая гаплоидный наборхромосом и способная при слиянии с аналогичной клеткой противоположного пола образовать зиготу, при этом число хромосом становится диплоидным. В диплоидном наборе каждая хромосома имеет себе парную (гомологичную) хромосому. Одна из гомологичных хромосом происходит от отца, другая - от матери. Женская гамета называется яйцеклеткой, мужская -сперматозоидом. Процесс образования и развития гамет в половых железах носит общее название - гаметогенез. Все остальные клетки, не принимающие непосредственного участия в образовании гамет, получили название соматических клеток. Гаметогенез - широкий термин, который обозначает поэтапное "сотворение" высокоспециализированных клеток, способных дать начало новому организму.

Первичные половые клетки - гоноциты являются потомками эмбриональных тотипотентных клеток, присутствующих в бластодерме зародыша в период формирования первичной полоски. Появляются раньше половой железы и существуют независимо от неё. Затем они попадают в заднюю внезародышевую энтодерму, мигрируя в стенку кишки и в окружающую её мезенхиму, а затем перемещаются в дорсальный мезентерий к закладке гонады. До развития гонады активно перемещаются в организме с токами жидкостей. Оказавшись вблизи половой железы, гоноциты приближаются к ней амёбоидным способом, привлекаемые фактором белковой природы, который выделяют гонада. Проникнув в железу (яичники у самок, семенники у самцов), половые клетки располагаются у самцов в мозговом, а у самок в корковом слое гонады. В дальнейшем половые клетки доих созреваниях находятся в гонадах. Гонады зародыша вначале содержат относительно небольшое число заселивших их первичных половых клеток. Но попав в гонады, половые клетки начинают энергично делиться, и их численность резко увеличивается. Клетки делятся митотически. Митоз обеспечивает передачу двум дочерним клеткам совершенно одинаковых наборов хромосом, содержащих наследственную информацию.

1.Сперматогенез

Сперматозоид или спермий, зрелая мужская половая клетка животных и многих растений. Основная функция сперматозоида - оплодотворение яйца, т.е. перенос генетического материала отцовского организма в женскую половую клетку. Происхождение термина «сперматозоиды», означающего буквально «животное в семени», связано с тем, что Антони ван Левенгук первоначально счел их за паразитических животных, обитающих в семени (сперме). Хотя позднее Левенгук отказался от такой трактовки и стал рассматривать спермии как собственно «семя», содержащее преформированное животное, все же его первоначальная точка зрения просуществовала очень долго. Только в первой половине 19 в. было выяснено, что сперматозоиды - не паразиты, а участники оплодотворения, и лишь в 1876 Оскар Гертвиг установил, что спермий проникает в яйцо и ядра этих клеток сливаются.

В мужской половой системе сперматогенез происходит в половых желёзах (гонадах), представленных парным органом - яичками, выполняющими две важные функции: -генеративную (образование мужских половых клеток); - эндокринную (синтез мужских половых гормонов).

Эти функции взаимосвязаны, хотя и обеспечиваются различными структурными компонентами органа.

Сперматогенез включает в себя четыре периода: -размножения; -роста; -созревания; -формирования.

Период размножения. Сперматогенные клетки представлены сперматогониями. Это мелкие округлые диплоидные клетки, располагающиеся на базальной мембране семенных извитых канальцев. Различают два типа сперматогоний: А и В. Тип А представлен светлыми и тёмными слегка уплощёнными клетками со светлым ядром. Тёмные сперматогонии - неделящиеся, покоящиеся клетки, считаются стволовыми; светлые сперматогонии - клетки, делящиеся митозом. Одни из них поддерживают популяцию камбиальных клеток, другие - в ходе последовательных делений становятся сперматогониями типа В. Последние имеют грушевидную форму, большое округлое ядро и центрально расположенное ядрышко. Сперматогонии пополняются за счет деления (полного митоза) стволовых клеток мужской гонады. В определенный момент дочерняя клетка (производная стволовой) делится неполно, оставляя мостик, связывающий дочерние клетки, и вступает на путь сперматогенеза. Синтициальная связь, с одной стороны, обеспечивает синхронность существования клеток клона, с другой (в силу массовости) - гетерогенность и полиморфизм составляющих его клеток и тем самым высокую жизнеспособность. Деления гоний дифференцирующие. В процессе таких митотических делений дочерние клетки не вполне дорастают до исходных и мельчают, и в итоге подготавливают гонии к вступлению в мейоз. Период митотического дифференцирующего сперматогенеза завершается созданием «вторичных» сперматогоний, и подводит клетки клона к мейотическому периоду сперматогенеза.Клетки, закончившие деление и вступившие в период роста и созревания, называются первичными сперматоцитами (сперматоциты первого порядка).

Период роста. В период мейоза совершаются сложные изменения ядер, подготавливающие клетку к переходу в гаплоидное состояние. Сперматоциты первого порядка значительно увеличиваются в объёме и становятся самыми крупными сперматогенными клетками, содержание ДНК в ядрах удваивается (2n4c). Они отделяются от базальной мембраны канальцев и смещаются по направлению к просвету канальца. Сперматоциты первого порядка сразу вступают в профазу первого деления мейоза, продолжительность около 22 суток. В профазе мейоза I сперматоцит растет, и поэтому такие клетки называются еще ауксоцитами, то есть растущими. Таким образом самыми крупными клетками сперматогенеза являются готовящиеся к первому делению созревания сперматоциты I порядка.

Период созревания. У особей мужского пола первое редукционное деление мейоза заканчивается образованием двух сперматоцитов второго порядка, или вторичных сперматоцитов. Это клетки меньших размеров, чем первичные, которые располагаются ближе к просвету канальцев. Второе эквационное деление заканчивается появлением 4 гаплоидных клеток - сперматид.

Период формирования (спермиогенез). В этом периоде происходит преобразование сперматид в зрелые половые клетки - сперматозоиды (спермии). В период формирования происходят лишь структурные изменения клеток, так как хромосомный набор их не меняется, оставаясь гаплоидным. В начале сперматогенеза клетки все ещё связаны друг с другом цитоплазматическими мостиками и продолжают оставаться в составе синцитиального клона. Структурные изменения сперматид заключаются в:

уплотнение хроматина (благодаря замещению гистонов негистоновыми белками), уменьшение ядра, приобретение им грушевидной формы:

образование акросомы - плоского мембранного мешочка, содержащего ряд липических ферментов, необходимых для оплодотворения. Акросома -производное комплекса Гольджи, формирующего начально акросомальные гранулы, которые, сливаясь, образуют пузырек, прилежащий к будущей передней поверхности ядра и постепенно распластывающийся по ней в виде шапочки;

формирование жгутика дистальной центриолью, образующей аксонему хвостика (после перемещения обеих центриолей к заднему полюсу ядра); проксимальная центриоль располагается во вдавлении ядерной оболочки;

образование особых элементов цитоскелета происходит по мере формирования хвостика и включает появление 9 продольно лежащих сегментированных колонн вокруг центриолей (связующий отдел), которые детально связаны с 9 плотными волокнами, расположенными по периферии пар микротрубочек аксонемы (промежуточный отдел). В главном отделе формируется волокнистое влагалище, образованное продольными столбами, соединенными ребрами;

изменение формы и расположения митохондрий, которые из удлиненных и диффузно разбросанных по цитоплазме: сперматиды, становятся спиралевидными и сосредотачиваются вокруг плотных волокон в формирующемся промежуточном отделе, тесно прилегая друг к другу;

удаление избыточной цитоплазмы, содержащей органеллы и липидные включения, из формирующихся спермиев в виде так называемых остаточных телец, которые выделяются в просвет канальца.

Особенностью сперматогенеза является образование функционального синцития, объединяющего клоны сперматогенных клеток, включённых в этот процесс. Межклеточные связи сперматогенных клеток обеспечивают их синхронное развитие, перенос питательных веществ и межклеточный обмен продуктами экспрессии генов.(Рис.1)

Рис.1. Схема процессов сперматогенеза.

Сперматогенез у человека длится 64-74 дня, начинаясь в период полового созревания и продолжаясь в течение всей жизни. После 50 лет его интенсивность значительно снижается. У человека ежедневно вырабатывается около 250 млн. сперматозоидов. Сперматогенез нормально протекает при температуре на 3 градуса ниже температуры тела (температура в мошонке). Он угнетается при повышении температуры (ношении излишне теплой одежды), крипторхизме (неопущении яичка в мошонку) и давлении на него окружающих тканей в полости брюшины и паховом канале.

2.Оогенез

Яйцеклетки - женские гаметы животных, высших растений. Как правило, яйцеклетки - гаплоидные клетки, но могут иметь другую плоидность у полиплоидных организмов. Человеческая яйцеклетка имеет диаметр примерно 150 мкм.

В цитоплазме яйцеклеток (ооплазме) содержатся включения питательных веществ - желток. Яйцеклетки образуются в результате овогенеза. После оплодотворения из оплодотворенной яйцеклетки (зиготы) развивается эмбрион. При партеногенезе эмбрион, а затем новый организм развивается из неоплодотворенной яйцеклетки.

Человеческая яйцеклетка впервые была описана в 1827 годуБэром. Это усилило интерес к изучению процессов гаметообразования и оплодотворения.

От сперматозоида яйцеклетка отличается:

подавляющей недвижимостью;

соответственно, характерной более или менее шаровидной формой;

наличием разнообразных защитных и оболочек-источников питательных веществ;

отсутствием функциональных органелл или образований, присущих сперматозоиду: хвоста, специализированного митохондриального комплекса, акросомы т.п.;

генетической информацией (половые хромосомы - XX).

особенностями образования и развития, а также временем жизни;

значительно меньшим их количеством в организме (при жизни в женском организме образуется около 400 яйцеклеток, тогда как сперматозоидов в мужском -сотни миллионов).

запасом питательных веществ для развития будущего зародыша, локализованных в цитоплазме;

значительно большими размерами (яйцеклетка человека в 85 000 раз больше сперматозоида).

Процесс развития женских половых клеток называется оогенезом. Гоноциты вселяются в зачаток женской половой гонады, и всё дальнейшее развитие женских половых клеток происходит в ней. Попав в яичник, гоноциты становятся оогониями. В этом процессе отсутствует период формирования.

Процесс оогенеза состоит из трёх периодов: -размножения; -роста; -созревания.

В отличие от сперматогенеза в яичниках происходит размножение, рост и частично созревание, заканчивающееся в яйцеводе. Кроме того, окончание второго деления мейоза происходит только в результате оплодотворения, и поэтому процесс оогенеза не всегда достигает конца.

Период размножения. Образованные из гоноцитов диплоидные клетки на 8-й неделе, оогонии (незрелые половые клетки), многократно делятся митотическидо 3-4 месяца внутриутробного развития, в результате чего в обоих яичниках человека их количество возрастает, достигая нескольких сотен тысяч. С таким запасом половых клеток рождается девочка. Новые половые клетки после рождения не возникают и наблюдается массовая дегенерация половых клеток. После последнего деления в периоде размножения клетка вступает в профазу первого деления созревания, и на этом клеточный цикл надолго задерживается. В профазе I мейоза происходят конъюгация хромосом, образование синаптонемального комплекса, кроссинговер, то есть события, определяющие все дальнейшие процессы мейоза.

Период роста. Оогонии входят в период роста. Они теряют способность к митотическому делению и вступают в профазу I мейоза. В профазе I мейоза происходят конъюгация хромосом, образование синаптонемального комплекса, кроссинговер, то есть события, определяющие все дальнейшие процессы мейоза.

Выделяют две фазы: малый и большой рост. До наступления половой зрелости совершается процесс малого роста, когда происходит, в основном, увеличение размеров ядра и цитоплазмыза счет накопления дейтоплазматических веществ в виде желтка. В период большого роста происходит накопление в цитоплазме питательного материала, который приносится в яичник с кровью материнского организма. В состав так называемых желточных включений входят белки, жиры, жироподобные вещества. На хромосомах первичного ооцита синтезируется большое количество информационной и транспортной РНК, а также вещества особого состава, располагающиеся под плазмолеммой, образующие кортикальный слой. Последовательно наступают стадии пролептотены, лептотены, зиготены, пахитены, диплотены. На зиготенной стадии профазы мейоза начинаются образование синаптонемального комплекса и конъюгация гомологичных хромосом. Синаптонемальный комплекс (СК) - это генетически детерминированная трехчленная белковая структура. На пахитене конъюгация завершается образованием бивалента, чем достигается мнимая редукция числа хромосом. Так возникает первичный ооцит, или ооцит первого порядка, окружённый вначале слоем плоских фолликулярных клеток (примордиальный фолликул). Объемы ядра и цитоплазмы увеличиваются пропорционально и незначительно. При этом ядерно-цитоплазматические отношения не нарушаются.

Формируя первичные фолликулы, у которых впервые появляется блестящая зона, имеющая вид бесструктурного оксифильного слоя между первичным овоцитом и фолликулярными клетками призматической формы. Она выполняет ряд важных функций: -образует полупроницаемый барьер между фолликулярными клетками и овоцитом; -увеличивает площадь поверхности контакта между ними; -обеспечивает видоспецифичность оплодотворения; -обеспечивает моноспермное оплодотворение; -защищает ранний эмбрион при его перемещении по половым путям до имплантации.

Далее ооциты первого порядка вступают в фазу большого роста.

В первую половину большого роста интенсивно увеличивается ядро и цитоплазма (цитоплазматический рост). «Ламповые щётки» и ядрышки достигают максимально развития и активно участвуют в синтезе РНК. Во вторую половину периода большого роста осуществляется вителлогенез (трофоплазматический рост). В ядре наблюдается спад синтеза РНК. Нередко образуется кариосфера - особая структура с порами, состоящая из элементов мембран и синаптонемального комплекса для изоляции диплотенных хромосом ядра ооцита от функциональной активности экстрахромосомной ДНК и ядрышек.

В конце периода большого роста «ламповые щётки» утрачивают петли и сильно укорачиваются. Наступает стадия диакинеза, вслед за которой формируется метафазная пластинка первого деления созревания. Ядрышки функционируют короткое время или не развиваются совсем, а кариосфера рано формируется.Ядерно-цитоплазматические отношения уменьшаются.

На стадии диакинеза ход мейоза замедляется до полного прекращения (блок мейоза). Блок мейоза у человека снимается с наступлением половозрелости. Профаза I может быть очень продолжительной, и большой рост ооцитов, способных к овуляции, у человека растягивается на десятки лет, то есть на весь репродуктивный рост.

С каждым половым циклом группа ооцитов вступает в период большого роста, но не все они развиваются до конца, так как большинство из них прекращает рост и гибнет. Только один из них (очень редко несколько овоцитов) переходит к следующему периоду оогенеза - созреванию.

Период созревания. С накоплениемнеобходимых веществ в цитоплазме первичного ооцита завершается профаза, а затем и остальные фазы первого редукционного деления созревания. В итоге образуются две диплоидные, но неодинаковых размеров клетки. В одной из них, клетке больших размеров, называемой ооцитом второго порядка, или вторичным ооцитом, остаются практически все накопленные необходимые для дальнейшего развития вещества. Другая, маленьких размеров, имеет очень мало цитоплазмы, и поэтому называется редукционным, или направительным, тельцем. Образование вторичного ооцита у женщины совпадает с моментом овуляции, когда после разрыва зрелого фолликула (Граафова пузырька), происходящего обычно на 14-е сутки овариально - менструального цикла, половая клетка покидает фолликул. Вслед за этим вторичный ооцит второго порядка на стадии метафазы второго деления мейоза, окружённый прозрачной зоной и фолликулярными клетками лучистого венца, попадает в воронку маточной трубы. (Рис.2, 3.)

Рис.2.Схема процессов оогенеза.

Второе деление мейоза завершается не всегда, а только в том случае, если сперматозоид достигает поверхности ооцита и проникает в него. Это деление также неравномерное, так как приводит к образованию яйцеклетки из вторичного ооцита, сохраняющей все необходимые для развития нового организма вещества, и нового редукционного тельца.

Цикличность роста и созревания половых клеток в половозрелом женском организме проявляется в том, что ежемесячно в процесс большого роста вовлекаются 5-20 овоцитов, но лишь один из них вступит в фазу созревания, а остальные погибнут в процессе атрезии фолликулов. На 5-б-м десятилетиях с наступлением менопаузы развитие половых клеток прекращается: в дальнейшем она подвергаются дегенеративных изменениям и исчезают из яичника.

Рис. 3. Стадии развития ооцита человека:

А - до рождения небольшая доля примордиальных фолликулов начинает расти, и эти фолликулы называют теперь развивающимися. Б - после какого-то периода непрерывного роста некоторые из развивающихся фолликулов накапливают жидкость, превращаясь в антральные фолликулы. В - с наступлением половой зрелости раз в месяц волна выделяемого гипофизом лютеинизирующего гормона (ЛГ) побуждает один антральный фолликул к созреванию: ооцит первого порядка, находящийся в этом фолликуле, завершает первое деление мейоза, образуя полярное тельце и превращаясь в ооцит второго порядка. Г - ооцит второго порядка вместе с полярным тельцем и частью окружающих фолликулярных клеток освобождается в тот момент, когда фолликул разрывается на поверхности яичника. Ооцит второго порядка претерпевает второе деление мейоза только в том случае, если он будет оплодотворен.- примордиальный фолликул; II - развивающийся фолликул; III - антральный фолликул; VI - большой антральный фолликул (Граафов пузырек); V - прорвавшийся фолликул; 1 - ооцит первого порядка, остановившийся в профазе I: 2 - фолликулярные клетки; 3 - полость; 4 - ооцит первого порядка; 5 - подъем уровня ЛГ; 6 - ооцит первого порядка завершает первое деление мейоза, превращаясь в ооцит второго порядка; 7 - поверхность яичника; 8 - ооцит второго порядка; 9 - 1-е полярное тельце.

Овогенез протекает при постоянном взаимодействии развивающихся половых клеток с эпителиальными в составе фолликулов.

.Сравнение сперматогенеза и оогенеза

Оогенез имеет принципиальное сходство со сперматогенезом, оогенез также проходит ряд стадий: размножения, роста и созревания.

Несмотря на это принципиальное сходство генетических процессов при сперматогенезе и оогенезе, между ними существуют значительные различия.

Во-первых, стадия формирования присуща сперматогенезу и отсутствует в ходе оогенеза.

Во-вторых,стадия роста при оогенезе длиннее, чем при сперматогенезе.

В-третьих, стадия созревания оогенеза имеет свои особенности, заключающиеся в неравномерности делений созревания, приводящих к выделению полярных телец. сперматогенез оогенез размножение

В-четвертых, у индивидуумов женского пола первое деление мейоза начинается в период внутриутробного развития, впервые завершается к моменту полового созревания, а в последний - накануне менапаузы. У мальчиков мейоз начинается только с достижением половой зрелости и сохраняется в течение всей половой зрелости мужчины.

В-пятых, образование зрелых половых клеток у женщин происходит циклически с периодом примерно 28 дней, в то время как у мужчин это происходит непрерывно.

В-шестых, в отличие от сперматогоний, каждая изкоторых в результате мейоза дает четыре функционально полноценных сперматозоида, из оогонии получается только одна яйцеклетка. После первого деления мейоза в одну дочернюю клетку отходит большая часть цитоплазмы, а во вторую, называемую направительным тельцем, малая. Аналогично происходит во время второго деления мейоза. Направительные тельца дегенерируют.

В-седьмых, мужская и женская половые клетки сильно отличаются по строению и функции: сперматозоид - маленькая подвижная клетка, очень богатая митохондриями, которые снабжают его энергией для движения, в то время как яйцеклетка - самая большая клетка человеческого организма (диаметр 150 - 200 мкм), содержащая не только значительные запасы питательных веществ, но и матричные РНК, которые будут использоваться на ранних стадиях развития зародыша. Яйцеклетка окружена питающими ее фолликулярными клетками и образует специализированную структуру - фолликул (Граафов пузырек).

В-восьмых, ход cперматогенеза более подвержен влиянию факторов внешней cреды нежели ход овогенеза, вследствие различия в расположении половых органов (семенники, как правило, находятся вне брюшной полости).

Рис. 4. Сравнение сперматогенеза и оогенеза.

Заключение

Половое размножение является значительным эволюционным приобретением организмов. С другой стороны, оно способствует пересортировке генов, появлению разнообразия организмов и повышению их конкурентоспособности в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды. По сравнению с другими клетками функция гамет уникальна. Они обеспечивают передачу наследственной информации между особями разных поколений, чем сохраняют жизнь во времени.

Список литературы

1.Вальков Э.И. «Общая и медицинская эмбриология». Учебное пособие для медицинских вузов. Санкт-Петербург «ФОЛИАНТ» 2003г. Ст. 27-34.

. Голиченков В.А. Иванов Е.А. Никерясов Е.Н. «Эмбриология» Москва «AcademIa» 2004г. Ст. 23-26, 30-35.

. #"justify">.http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/1661/%D0%A1%D0%9F%D0%95%D0%A0%D0%9C%D0%90%D0%A2%D0%9E%D0%97%D0%9E%D0%98%D0%94