Сперматогенеза

В това видео ще разгледаме две много важни структури на мъжката полова система – тестисите (семенници). Те са разположени в скротума и имат две изключително важни функции. Първо, те произвеждат мъжкия принос към оплождането, тоест сперматозоиди. Второ, те произвеждат по-голямата част от главния мъжки полов хормон тестостерон. В това видео ще се спрем единствено на ролята им при образуването на сперматозоиди. Да разгледаме тестисите отвътре. Във вътрешността им можем да видим сложен набор каналчета, нарисувани в светлосиньо. Те се наричат извити семенни каналчета. Сперматозоидите се образуват в тези каналчета, а тестостеронът се произвежда от клетките на Лайдиг, познати още като интерстициални клетки, които се намират на повърхността на тези каналчета. И така, сперматозоидите се образуват в извитите каналчета и оттам се отправят към епидидима (надсеменник), където да узреят и да са готови да отпътуват посредством процеса еякулация, за да се опитат да намерят и оплодят яйцеклетката. За да видим как точно се случва процесът на образуване на сперматозоиди, наречен сперматогенеза, ще разгледаме вътрешността на извитите каналчета. Да видим какво се случва вътре в тях. Това е напречен разрез на извито каналче. Уголемил съм изображението, за да се видят по-ясно отделните компоненти. Този светлосин повърхностен слой е подобен на мускул и изтласква сперматозоидите през извитите каналчета в надсеменника. Това се случва посредством координирани вълнообразни мускулни съкращения в тръбичките Координираният модел на движение се нарича перисталтика. Ако решиш да изстискаш тубичка паста за зъби, за да излезе малко паста за зъби от дъното към горния край, процесът, който се наблюдава, е подобен на перисталтика. Да се върнем на сперматозоидите. След като напуснат извитите каналчета, те навлизат в тази мрежа от тръбички, наречена rete testis. След това сперматозоидите се отправят към надсеменника, където узряват и биват съхранявани за определен период от време. Това беше накратко за перисталтиката и движението на сперматозоиди през тръбичките. Да се върнем на напречния разрез. Тези радиално разположени клетки в по-тъмно синьо се наричат сертолиеви клетки или подпорни клетки. Сертолиевите клетки са наблъскани в извитите каналчета. Тази схема онагледява функциите на тези клетки, които ще ви покажа след малко. Основната идея е, че сперматозоидите се образуват между две сертолиеви клетки. Това се случва, докато преминават между двете клетки в посока на лумена. Луменът представлява отвор в центъра на куха тръба. Представи си например градински маркуч. Луменът е частта, през която преминава водата. Да видим как точно се случва това. Ще увелича ето тази част, но всъщност бихме могли да изберем която и да е част в тези тръбички, тъй като става дума за същия процес. Да кажем, че това тук е сертолиева клетка и от другата страна също има сертолиева клетка. Ще напиша S (С), с което да обознача сертолиева клетка. Тази светлосиня част е гладкомускулният слой, който извършва перисталтика. А как се нарича тази лилава клетка? Това е сперматогоний. Сперматогониите са разположени между всяка група от съседни сертолиеви клетки. Сперматогонните клетки са предшествениците на зрелите сперматозоиди. Те са първичните зародишни клетки, от които произлизат сперматозоидите. Те преминават през различни етапи на развитие посредством процес, наречен диференциация, докато не се превърнат в познатата на нас форма – сперматозоиди. Може би си мислиш, че ако сперматогонните клетки се диференцират в зрели спермотозоиди, какво се случва тогава с първичните зародишеви клетки? Не биха ли се изчерпали? Много добър въпрос. Проблемът се разрешава, когато сперматогониите претърпят митоза и се разделят на две сперматогонни клетки. Едната от тях ще се диференцира в следващата първична зародишева клетка, която впоследствие ще се превърне в зрял сперматозоид, докато другата клетка ще продължи да бъде сперматогоний и от нея ще произлязат две клетки, едната от които ще се диференцира, а другата ще продължи да бъде сперматогоний и т.н. Да започнем оттук. Сперматогоният ще претърпи процес на клетъчно делене или митоза, в резултат на което една от дъщерните клетки ще се диференцира в първичен сперматоцит I ред. Сега ще го нарисувам. Не забравяй, че другата клетка ще се превърне отново в зародишна клетка – сперматогоний. Първичният сперматоцит или сперматоцит от I ред трябва да премине бариерата, образувана от плътното свързване на двете сертолиеви клетки. Това свързване заедно с двете сертолиеви клетки формират две отделения. Едното от страната на базалната мембрана се нарича базално отделение. Другото отделение се нарича луменово и се намира откъм лумена на каналчето. Тъй като двете отделения са плътно отделени, химичната среда в тях се различава. Сигналните им молекули са различни, както и протеините, които плават в тях. Това помага на всяко отделение да се погрижи за сперматозоидите по време на различните им етапи на развитие. Връщаме се на тясната свръзка. Тя усеща приближаването на сперматоцита от първи ред и се отваря, така че сперматоцитът влиза в нея и започва да нараства, като увеличава цитоплазмата си, тъй като се подготвя за клетъчно делене и диференциация в сперматоцит от втори ред. Тази свръзка се преобразува изключително бързо, тоест се затваря, още преди сперматоцитът от първи ред да е преминал напълно. Смисълът от бързото преобразуване на преградата е да се избегне изтичането между различните отделения и средата в тях да остане различна. Да се върнем отново на сперматоцита от първи ред. Вече е преминал през свръзката и не се е променил особено, освен че е нараснал, като е увеличил цитоплазмата си. Сега се дели и се диференцира в два сперматоцита от втори ред. Съществува обаче огромна разлика между деленето на сперматогония, при което се образува сперматоцит от първи ред, нов сперматогоний. Онова делене беше митоза, а това делене, при което сперматоцитът от първи ред се дели, след което се образуват два сперматоцита от втори ред, се нарича мейоза. Митозата и мейозата са подобни процеси, но при митозата клетката се уголемява и се разделя на две идентични дъщерни клетки, генетично идентични с родителската клетка. При мейозата родителската клетка предава на двете дъщерни клетки по половината от хромозомите си. Всеки сперматоцит от първи ред разполага с 23 чифта хромозоми и всяка хромозома съдържа две хроматиди. Вероятно можеш да забележиш, че всички тези хромозоми са претърпели кросинговър. Те са нарисувани в розово и синьо от хомоложните хромозоми на родителските клетки. Само искам да напомня, че сперматоцитите от първи ред се образуват от сперматогонии по време на митоза, но в определен момент сперматоцитите от първи ред решават да преминат през процес на мейоза. Профаза I започва в тези сперматоцити от първи ред, а кросиговърът започва при тези сперматоцити от първи ред. Следва метафаза I, анафаза I, телофаза I и накрая цитокинеза, при която сперматоцитът от първи ред се дели на два сперматоцита от втори ред. Когато сперматоцитите от първи ред се диференцират в сперматоцити от втори ред, те предават на всяка една от дъщерните си клетки половината от хромозомите си. По този начин всеки сперматоцит от втори ред има 23 хромозоми, като всяка от тях има по една сестринска хроматида. Какво се случва след това? Всеки един от сперматоцитите от втори ред разполага с 23 хромозоми, които имат хроматиди. Време е за диференциация. Те се диференцират в сперматиди, които вече започват да приличат на сперматозоиди. Образуват се по два сперматида от един сперматоцит от втори ред. Ето тук ще са четири. Тук съм нарисувал сперматидите, образувани от един от сперматоцитите от втори ред. Нарисувал съм само два. Обърни внимание, че тези сперматиди са по-здраво захванати за сертолиевите клетки. По този начин си набавят много хранителни вещества. Когато се диференцират от сперматоцити от втори ред в сперматиди, се наблюдава втората фаза на мейоза. Първата фаза завърши, когато от сперматоцити от първи ред се образуваха сперматоцити от втори ред. След преминаването през втората фаза на мейозата броят на хромозомните копия намалява наполовина, тоест вместо по 23 хромозоми с по две хроматиди новоизлюпените сперматиди разполагат с по 23 единични копия на всяка хромозома. Сперматозоидите трябва да имат само по едно копие на всяка хромозома, тъй като яйцеклетките също имат само по едно копие на всяка хромозома, и след като сперматозоидът оплоди яйцеклетката, двете им ядра се сливат и се образува набор от 23 хромозомни двойки – 23 от бащиния сперматозоид и 23 от майчината яйцеклетка. Точно това искаме да се случи. В последната фаза, която се случва между две сертолиеви клетки, сперматидите се диференцират в сперматозоиди. Пада се по един сперматозоид на сперматид. Процесът на образуване на сперматозоиди се нарича сперматогенеза. Всеки сперматозоид разполага с едно-единствено копие на всяка хромозома. Имай предвид, че от един сперматоцит от първи ред се образуват четири сперматозоида. Това, което виждаш на схемата, всъщност трябва да се умножи по две, тоест трябва да се виждат още два сперматозоида, тъй като на схемата съм изобразил само един от сперматоцитите от втори ред. Тук долу не сме съвсем готови с новообразуваните сперматозоиди. Те са незрели и трябва да се отправят към надсеменника, за да се превърнат в зрели сперматозоиди, които са напълно способни да изиграят своята роля в оплождането. В надсеменника сперматозоидите приемат още митохондрии, опашките им се удължават и вече са готови за дългия си път с надеждата да оплодят една яйцеклетка.