Гаметогенез — стадії, фази, схема утворення статевих клітин

Процес розвитку статевих клітин називається гаметогенез. Перетворення проходить в статевих гонадах, у самців — в сім’яниках, у самок — в яєчниках.

У жіночих особин утворюється яйцеклітина і процес має назву овогенез.

У чоловічих представників з’являються сперматозоїди і явище іменується сперматогенезом.

Загальне поняття

Основним процесом розвитку є поділ клітин – мейоз. Стадія включає два поділи, що швидко відбуваються під час дозрівання, які слідують відразу одне після іншого. Дезоксирибонуклеїнова кислота подвоюється 1 раз на стадії росту.

У проміжку між першим і другим поділом не відбувається синтез спадкового матеріалу. Мейоз підтримує певну кількість хромосом під час запліднення. В результаті обміну комбінуються нові поєднання спадкових факторів в молекулах.

Мітоз являє собою непряму реплікацію клітини, метод відтворення еукаріотичних бластомерів.

Біологічна значимість полягає в строго дозованому поділі хромосом по дочірнім ядрам, що уможливлює появу ідентичних клітин в генетичному плані. Мітоз забезпечує життя організму (онтогенез), в результаті процесу збільшується популяція клітинних тканин.

В результаті зовнішнього або внутрішнього запліднення відбувається злиття жіночих і чоловічих статевих клітин, підсумком якого стає утворення зиготи. Ця плодова гамета має диплоїдний комплект хромосом (2 n).

Процес розвитку

Число овогоніїв, які вступають в процес прогенеза, закладається на стадії ембріона. Спермогонії безперервно діляться на фазі гаметогенеза при статевому дозріванні і являє собою безперервний перебіг.

Порівняльна біологічна відмінність в тому, що сперматогенез забезпечує появу різноманітності з 4 гамет, а при овогенезі відтворюється одна. Закінчується утворення жіночої яйцеклітини тільки після запліднення.

Особливості проявляються загальними стадіями гаметогенеза:

• розмноження гаметогоніїв з повним комплектом хромосом;
• період зростання, накопичення обсягу цитоплазми та запасання поживними речовинами;
• реплікація ДНК на стадії росту, утворення гаметоцитів;
• фаза дозрівання клітин в результаті мейотичного процесу;
• стадія утворення оболонок жіночої яйцеклітини та поява рухливості у сперматозоїда.

Під час мейозу формуються біваленти шляхом зв’язування двох гомологічних молекул після реплікації хромосом.

Вхідні біваленти містять подвоєні молекули з двох хроматид. Молекули пересуваються так, щоб зблизити відповідні зони, що пройшли рекомбінацію. Скріплюються вони способом білкового комплексу, будова якого схоже в біології у тварин і людини.

Стадія сперматогенезу

У цьому періоді розмножуються диплоїдні біваленти, з яких виходять гамети. Овогонії та спермогонії піддаються мейотичного поділу, в результаті їх число зростає. Чоловічі клітини вступають в процес партеногенезу протягом часу статевої зрілості чоловіка. У жінок поява нових овогоній зв’язується з часом ембріогенезу.

Найбільш складною є перша фаза, схема гаметогенеза включає періоди:

• лептотена – фаза подовжених, малоспіралізованих, тонких молекул;
• зиготена – час зближення гомологічних бівалентів;
• пахітена – стадія злиття хромосом в біваленти і обмін ділянками;
• диктіотен – проміжок відштовхування молекул;
• діакінез – термін максимальної спіралізованості хромосом, коли вони потовщені і вкорочені перед розчиненням оболонки ядра для формування ділильного веретена.

Початкові жіночі та чоловічі клітини розмножуються шляхом мітозу, тому соматичні бластомери містять весь комплекс хромосом в парному поєднанні для кожного виду. Молекули відрізняються однонитковою будовою до закінчення синтетичної стадії інтерфази. Двониткова структура з’являється в постсинтетичну стадію, профазу і метафазу.

Етап зростання

На цьому етапі клітини збільшують розміри, чоловічі перетворюються в сперматоцити, а жіночі стають овоцитами першого порядку, при цьому останні мають більші розміри, ніж сперматоцити.

Живильні речовини накопичуються у вигляді жовтків яйцеклітини для енергетичної підтримки, друга частина має значення при наступному розподілі. Відсутність необхідної кількості елементів призводить до патології.

У цей період відбувається реплікація молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти, при цьому залишається незмінною кількість хромосом. Біваленти отримують двониткова будова, а автогенетична формула овоцитів і сперматоцитів отримує вигляд 2 n 4 C.

Скупчення енергетичного живлення, зростання та ескалація розмірів є характеристиками другого етапу наростання і підготовки клітин до мейозу — поділу.

Фаза дозрівання

Спостерігається редукційний і екваційний поділ (мейоз I і II). Після першого межування виникають сперматоцити та овоцити II з позначенням n2C. Незрілі сперматиди після другого поділу стають дорослими сперматозоїдами з відповідним позначенням nc, розвиваються всі властиві повноцінним чоловічим клітинам структури.

Яйцеклітини мають 3 редукційних тільця, які згодом відмирають і в розмноженні не беруть участі.

У наступному вигляді гаметогенеза ядра ущільнюються і відбувається посилена спіралізація хромосом. Молекули стають інертними у функціональному плані. Пластинчастий набір (комплекс Гольджі) рухається до одного з ядерних полюсів, при цьому формується перфаторій — орган сперматозоїда у вигляді мембранної бульбашки.

Центріолі знаходяться у протилежного полюса, в одній виростає джгутик, де накопичуються мітохондрії. У цій стадії відбувається відторгнення майже всієї цитоплазми, тому до голівці сперматозоїда вона не надходить.

Використовується накопичений раніше обсяг поживних речовин. Це стає необхідним, тому що на цьому етапі розвивається дочірній біонт і запліднюється яйцеклітина. Формування великої дорослої клітини забезпечується нерівномірністю поділу гамет. Сперматозоїд відшукує яйцеклітину, проникає в порожнину і доносить туди генетичний набір молекул ДНК.

Сперматозоїди існують короткий час, вони відтворюються у великій кількості, тому що маса гине на етапі виявлення яйцеклітини, а в цитоплазмі з цієї причини не накопичується багато поживних елементів.

Центральною подією є спрощення диплоїдного комплексу хромосом в процесі мейозу і відтворення гаплоїдних клітин, приватним варіантом яких є гамети.

Формування жіночих бівалентів

У тканинах жіночих яєчників статеві клітини з повним комплексом хромосом кілька разів піддаються поділу шляхом мітозу. В результаті овогенна тканину розростається. Овогонія переходить в стадію овоцита 1 порядку, який продовжує посилене зростання і концентрує корисні речовини. Стадія росту овоцита триває довше, ніж розвиток сперматоцита.

Зростання овоцита 1 порядку закінчується дозріванням. Настає час мейозу, але цей процес поділу проходить тривало. У тварин двоїння клітин стартує на стадії ембріона, але зупиняється на першій фазі до того, як самка досягає статевої зрілості.

Визначення періоду заморожування відбувається в залежності від виду ссавця і може тривати від місяців до декількох років. Згодом під дією гормонів клітини діляться деякий час протягом продуктивного віку.

Перший процес мейозу полягає в асиметричному утворенні великої гамети — овоцита 2-го розряду, де накопичується енергетичний потенціал і органели.

Сюди пересувається маленька клітина у вигляді спрямованого полярного тіла, в якій знаходиться тільки ядро.

Другий поділ також відноситься до асиметричного процесу. Яйцеклітина утворюється з овоцита 2 порядку, в ній містяться поживні елементи та вторинне спрямоване Полярне тіло. З початкового тіла виходить два невеликих вторинних освіти. У більшості тварин мейоз зупиняється в період метафази другого поділу і закінчується з заплідненням яйцеклітини.

Одна велика яйцеклітина з повним комплектом хромосом і 3 полярних тіла, здатних скорочуватися, формується зі статевої клітини жіночого організму в процесі овогонія.

Полярні згустки служать для рівного поділу ядра і правильного розташування хромосом в процесі мейозу. Гормон прогестерон координує початок і закінчення овогенезу у ссавців.

Елемент являє собою гамету жіночого типу у вищих рослинних організмів, людини, тварин. Яйцеклітина виділяється у водоростей, інших протистів з характерним злиттям клітин. У людей вона є великою несинціатильною клітиною, хоча подібні елементи м’язів і об’ємисті нейрони у багато разів перевищують розміри.

Велика малорухлива гамета має всередині запас поживних речовин. В якості енергетичних запасів виступають складові, які потрібні для білкового біосинтезу, а також спеціальні регулятивні компоненти, контролюючі процеси.

До складу поживного комплекту входить жовток, який містить:

• фосфоліпіди;
• білки;
• мінерали;
• різні жири.

Ці речовини живлять зародок протягом ембріональної стадії.

Яйцеклітини розрізняються за кількістю жовтка:

• алецитальні мають в складі незначний обсяг жовтка;
• полілецитальні містять його у великій масі;
• мезолецитальні відрізняються помірним вмістом;
• олігоцитальні включають малий обсяг жовтка.

Яйцеклітина людини відноситься до алецитальних видів. Це пояснюється швидким переходом зародка від харчування продуктами розпаду тканин батьківського організму до отримання речовин з материнської тканини.

Клітини поділяються за місцем розташування жовтка:

• тілолецитальний тип – згусток зміщений у бік вегетативного відростка;
• гомолецитальний передбачає рівномірне розміщення;
• центролецитальний вид – жовток знаходиться в центрі.

У людській яйцеклітині жовток рівномірно розподіляється в області, тому ядро розташовується в центрі.

Оболонка захищає яйце від проникнення декількох сперматозоїдів і пропускає тільки одного. Зберігається первісна форма зародка, завдяки капсулі. Яйцеклітина має трохи витягнуту або кулясту форму і приблизний діаметр 130 мкм.

Конструкція і функція сперматозоїда

Чоловіча статева гамета присутній у розмножуються організмів за способом оогамії. Активно пересуваються сперматозоїди запліднюють жіночі яйцеклітини. За розміром вони менше жіночих статевих гамет, тому що не відрізняються великим обсягом цитоплазми і відтворюються чоловічим організмом у великій кількості.

Сперматозоїд відрізняється типовою структурою і складається з елементів:

• головка;
• центральна частина;
• хвіст.

Головка відрізняється формою еліпса, трохи сплющеного з боків. На одній стороні розташовується невелика виїмка, тому сперматозоїди людини називають ложковіднимі.

У голівці розташовуються структурні елементи:

• Ядро містить одинарний комплект хромосом і носить найменування гаплоїдного. Після злиття з яйцеклітиною формується організм з повним набором молекул ДНК, отриманим від матері і батька.
• Акросома представляє змінену лізосому, а саме пухирець у формі мембрани. У порожнині знаходяться 15 видів літичних ферментів для розчинення капсули яйцеклітини. Акросома за розміром майже дорівнює ядру і займає більшу частину головки.
• Центросома формується у вигляді системи мікротрубочок, які потрібні для організації пересування за допомогою хвоста. Цей елемент наближає ядра зиготи і сприяє першому мейозу в клітині.

Сперматозоїди бувають двох видів в залежності від вмісту Y або X хромосоми.

У першому випадку виходить чоловічий плід, у другому формується жіночий. Сперматозоїдне ядро дрібніше інших клітинних підстав. Позаду головки знаходиться центральна частина, ділянки з’єднуються судженою шийкою.

Джгутик з мікротрубочок, який оточений мітохондріоном, йде через центральний сегмент на всьому протязі. Скупчення мітохондрія синтезує АТФ і забезпечує хід джгутика. За середньою областю знаходиться хвіст, який довший і тонший центральної ділянки.