Гаметогенез - стадии, фазы и схема образования половых клеток

Общее понятие

Основным событием процесса является деление клеток — мейоз. Стадия включает два быстро происходящих разделения во время созревания, которые следуют сразу одно после другого. Дезоксирибонуклеиновая кислота удваивается 1 раз на стадии роста. В промежутке между первым и вторым делением не происходит синтез наследственного материала. Мейоз поддерживает определенное количество хромосом во время оплодотворения. В результате обмена комбинируются новые сочетания наследственных факторов в молекулах.

Митоз представляет собой непрямую репликацию клетки, метод воспроизведения эукариотических бластомеров. Биологическая значимость заключается в строго дозированном разделении хромосом по дочерним ядрам, что делает возможным появление идентичных клеток в генетическом плане. Митоз обеспечивает жизнь организма (онтогенез), в результате процесса увеличивается популяция клеточных тканей.

В результате внешнего или внутреннего оплодотворения происходит слияние женских и мужских половых клеток, итогом которого становится образование зиготы. Эта плодная гамета имеет диплоидный комплект хромосом (2 n).

Процесс развития

Число овогониев, которые вступают в процесс прогенеза, закладывается на стадии эмбриона. Спермогонии непрерывно делятся на фазе гаметогенеза при половом созревании и представляет собой непрерывное течение. Сравнительное биологическое отличие в том, что сперматогенез обеспечивает появление разнообразия из 4 гамет, а при овогенезе воспроизводится одна. Заканчивается образование женской яйцеклетки только после оплодотворения.

Особенности проявляются общими стадиями гаметогенеза:

• размножение гаметогониев с полным комплектом хромосом;
• период роста, накопление объема цитоплазмы и запасание питательными веществами;
• репликация ДНК на стадии роста, образование гаметоцитов;
• фаза созревания клеток в результате мейотического процесса;
• стадия образования оболочек женской яйцеклетки и появление подвижности у сперматозоида.

Во время мейоза формируются биваленты путем связывания двух гомологических молекул после репликации хромосом. Входящие биваленты содержат удвоенные молекулы из двух хроматид. Молекулы передвигаются так, чтобы сблизить соответствующие зоны, претерпевшие рекомбинацию. Скрепляются они способом белкового комплекса, строение которого сходно в биологии у животных и человека.

Стадия сперматогенеза

В этом периоде размножаются диплоидные биваленты, из которых получаются гаметы. Овогонии и спермогонии подвергаются мейотическому делению, в результате их число возрастает. Мужские клетки вступают в процесс партеногенеза на протяжении времени половой зрелости мужчины. У женщин появление новых овогоний связывается со временем эмбриогенеза.

Наиболее сложной является первая фаза, схема гаметогенеза включает периоды:

• лептотена — фаза удлиненных, малоспирализованных, тонких молекул;
• зиготена — время сближения гомологических бивалентов;
• пахитена — стадия слияния хромосом в биваленты и обмен участками;
• диктиотен — промежуток отталкивания молекул;
• диакинез — срок максимальной спирализованности хромосом, когда они утолщены и укорочены перед растворением оболочки ядра для формирования делительного веретена.

Первоначальные женские и мужские клетки размножаются путем митоза, поэтому соматические бластомеры содержат весь комплекс хромосом в парном сочетании для каждого вида. Молекулы отличаются однониточным строением до окончания синтетической стадии интерфазы. Двухниточная структура появляется в постсинтетическую стадию, профазу и метафазу.

Этап роста

На этом этапе клетки увеличивают размеры, мужские превращаются в сперматоциты, а женские становятся овоцитами первого порядка, при этом последние имеют большие размеры, чем сперматоциты. Питательные вещества накапливаются в виде желтков яйцеклетки для энергетической поддержки, вторая часть имеет значение при следующем делении. Отсутствие требуемого количества элементов приводит к патологии.

В этот период происходит репликация молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты, при этом остается неизменным количество хромосом. Биваленты получают двухниточное строение, а автогенетическая формула овоцитов и сперматоцитов получает вид 2 n 4 c.

Скапливание энергетического питания, рост и эскалация размеров являются характеристиками второго этапа нарастания и подготовки клеток к мейозу — делению.

Фаза созревания

Наблюдается редукционное и эквационное деление (мейоз I и II). После первого межевания возникают сперматоциты и овоциты II с обозначением n 2 c. Незрелые сперматиды после второго деления становятся взрослыми сперматозоидами с соответствующим обозначением nc, развиваются все свойственные полноценным мужским клеткам структуры. Яйцеклетки имеют 3 редукционных тельца, которые впоследствии отмирают и в размножении не принимают участия.

В следующем виде гаметогенеза ядра уплотняются и происходит усиленная спирализация хромосом. Молекулы становятся инертными в функциональном плане. Пластинчатый набор (комплекс Гольджи) движется к одному из ядерных полюсов, при этом формируется перфаторий — орган сперматозоида в виде мембранного пузырька. Центриоли находятся у противоположного полюса, у одной вырастает жгутик, где скапливаются митохондрии. В этой стадии происходит отторжение почти всей цитоплазмы, поэтому к головке сперматозоида она не поступает.

Используется накопленный ранее объем питательных веществ. Это становится необходимым, т. к. на этом этапе развивается дочерний бионт и оплодотворяется яйцеклетка. Формирование крупной взрослой клетки обеспечивается неравномерностью деления гамет. Сперматозоид отыскивает яйцеклетку, проникает в полость и доносит туда генетический набор молекул ДНК.

Сперматозоиды существуют короткое время, они воспроизводятся в большом количестве, т. к. масса погибает на этапе выявления яйцеклетки, а в цитоплазме по этой причине не накапливается много питательных элементов. Центральным событием является упрощение диплоидного комплекса хромосом в процессе мейоза и воспроизведение гаплоидных клеток, частным вариантом которых являются гаметы.

Формирование женских бивалентов

В тканях женских яичников половые клетки с полным комплексом хромосом несколько раз подвергаются делению путем митоза. В результате овогенная ткань разрастается. Овогония переходит в стадию овоцита 1 порядка, который продолжает усиленный рост и концентрирует полезные вещества. Стадия роста овоцита длится дольше, чем развитие сперматоцита.

Рост овоцита 1 порядка заканчивается созреванием. Наступает время мейоза, но этот процесс деления проходит длительно. У животных двоение клеток стартует на стадии эмбриона, но останавливается на первой фазе до того, как самка достигает половой зрелости. Определение периода замораживания происходит в зависимости от вида млекопитающего и может продолжаться от месяцев до нескольких лет. Впоследствии под действием гормонов клетки делятся некоторое время на протяжении продуктивного возраста.

Первый процесс мейоза заключается в асимметричном образовании крупной гаметы — овоцита 2-го разряда, где скапливается энергетический потенциал и органоиды. Сюда передвигается маленькая клетка в виде направленного полярного тела, в которой находится только ядро.

Второе деление также относится к асимметрическим процессам. Яйцеклетка образуется из овоцита 2 порядка, в ней содержатся питательные элементы и вторичное направленное полярное тело. Из начального тела получается два небольших вторичных образования. У большинства животных мейоз останавливается в период метафазы второго деления и оканчивается с оплодотворением яйцеклетки.

Одна большая яйцеклетка с полным комплектом хромосом и 3 полярных тела, способных сокращаться, формируется из половой клетки женского организма в процессе овогония. Полярные сгустки служат для ровного разделения ядра и правильного расположения хромосом в процессе мейоза. Гормон прогестерон координирует начало и окончание овогенеза у млекопитающих.

Строение яйцеклетки

Элемент представляет собой гамету женского типа у высших растительных организмов, человека, животных. Яйцеклетка выделяется у водорослей, иных протистов с характерным слиянием клеток. У людей она является большой несинциатильной клеткой, хотя подобные элементы мышц и объемистые нейроны во много раз превышают размеры.

Крупная малоподвижная гамета имеет внутри запас питательных веществ. В качестве энергетических запасов выступают составляющие, которые требуются для белкового биосинтеза, а также специальные регулятивные компоненты, контролирующие процессы. В состав питательного комплекта входит желток, который содержит фосфолипиды, белки, минералы и разные жиры. Эти вещества снабжают зародыш в течение эмбриональной стадии.

Яйцеклетки различаются по количеству желтка:

• алецитальные имеют в составе ничтожный объем желтка;
• полилецитальные содержат его в большой массе;
• мезолецитальные отличаются умеренным содержанием;
• олигоцитальные включают малый объем желтка.

Яйцеклетка человека относится к алецитальным видам. Это объясняется быстрым переходом зародыша от питания продуктами распада тканей родительского организма к получению веществ из материнской ткани.

Клетки подразделяются по местоположению желтка:

• телолецитальный тип — сгусток смещен в сторону вегетативного отростка;
• гомолецитальный предполагает равномерное размещение;
• центролецитальный вид — желток находится в центре.

В человеческой яйцеклетке желток равномерно распределяется в области, поэтому ядро располагается в центре. Оболочка защищает яйцо от проникновения нескольких сперматозоидов и пропускает только одного. Сохраняется первоначальная форма зародыша, благодаря капсуле. Яйцеклетка имеет немного вытянутую или шарообразную форму и примерный диаметр 130 мкм.

Конструкция и функция сперматозоида

Мужская половая гамета присутствует у размножающихся организмов по способу оогамии. Активно передвигающиеся сперматозоиды оплодотворяют женские яйцеклетки. По размеру они меньше женских половых гамет, т. к. не отличаются большим объемом цитоплазмы и воспроизводятся мужским организмом в большом количестве.

Сперматозоид отличается типичной структурой и состоит из элементов:

• головка;
• центральная часть;
• хвост.

Головка отличается формой эллипса, немного сплющенного с боков. На одной стороне располагается небольшая выемка, поэтому сперматозоиды человека называют ложковидными.

В головке располагаются структурные элементы:

• Ядро содержит одинарный комплект хромосом и носит наименование гаплоидного. После слияния с яйцеклеткой формируется организм с полным набором молекул ДНК, полученным от матери и отца.
• Акросома представляет измененную лизосому, а именно пузырек в форме мембраны. В полости находятся 15 видов литических ферментов для растворения капсулы яйцеклетки. Акросома по размеру почти равняется ядру и занимает бо́льшую часть головки.
• Центросома формируется в виде системы микротрубочек, которые нужны для организации передвижения с помощью хвоста. Этот элемент приближает ядра зиготы и способствует первому мейозу в клетке.

Сперматозоиды бывают двух видов в зависимости от содержания Y или X хромосомы. В первом случае получается мужской плод, во втором формируется женский. Сперматозоидное ядро мельче других клеточных оснований. Позади головки находится центральная часть, участки соединяются суженой шейкой.

Жгутик из микротрубочек, который окружен метохондрионом, идет через центральный сегмент на всем протяжении. Скопление митохондрия синтезирует АТФ и обеспечивает ход жгутика. За средней областью находится хвост, который длиннее и тоньше центрального участка.