טבלת היתוך של תאי מין. גמטוגנזה היא תהליך היווצרות של תאי נבט

במהלך רבייה מינית, כל דור הבא מתעורר כתוצאה מהתמזגות של שני תאים מיוחדים - גמטות. גמטות נוצרות באיברים מיוחדים של יחידי הורה, זכר ונקבה. המהות של רבייה מינית היא מיזוג של גנטי מֵידָעהורים, שבגללם גדל המגוון הגנטי בצאצאים, מה שאומר שגם הכדאיות עולה בהשוואה להורה.

ככל הנראה, מבחינה היסטורית ביסקסואל עתיק יותר בעלי חיים- הרמפרודיטים, כגון coelenterates, שטוח ו annelids, כמה רכיכות. אבל במהלך האבולוציה, מינים דו-ביתיים החלו לשלוט. לפעמים במהלך התהליך המיני, שני אנשים פשוט מחליפים חומר גנטי. מספר הפרטים אינו גדל, אולם כתוצאה מכך, כל אחד מהם מקבל חומר גנטי חדש. כך, למשל, התהליך המיני מתרחש בסילאטים.

תאי מין - גמטות נוצרות בבעלי חיים בבלוטות המין; אצל זכרים נוצרים זרעונים באשכים, ואצל נקבות נוצרות ביציות בשחלות.

הביצים אינן תנועתיות, לרוב גדולות בגודלן ומכילות עתודות תזונה. קוטר ביצת יונק הוא כ-0.1 מ"מ; ביצי דגים (ביצים) מכילות יותר חומרים מזיניםוהרבה יותר גדול. ביצי ציפורים גדולות אף יותר. ביצת תרנגולת עם חומרים מזינים - לחלמון קוטר של כ-3 ס"מ (איור 44). והביצה הגדולה ביותר בכריש הרינג - הקוטר שלה יותר מ-23 ס"מ! זרעונים קטנים מאוד וניידים. אצל יונקים, הזרע מורכב מראש (אורכו כ-5-10 מיקרון), צוואר וזנב (אורכם הכולל כ-60 מיקרון) (איור 45). ממוקם בראש הליבהמֵכִיל סט הפלואידיכרומוזומים. יש מעט מאוד ציטופלזמה בראש. הצוואר מכיל מספר קטן מיטוזה, המייצרים אנרגיה לתנועת הזרע, והצנטריול, המספק תנודות של הדגל, השוכן לאורך ציר הזנב.

התפתחות תאי מין.

תהליך היווצרות תאי נבט – זרע וביצית נקרא גמטוגנזה. הוא מבחין במספר שלבים (איור 46).

השלב הראשון הוא עונת הרבייה.

בשלב זה, תאי הנבט הראשוניים מתחלקים על ידי מיטוזה ומספרם עולה. אצל יונקים זכרים (כולל בני אדם), תהליך זה מתרחש מתחילת ההתבגרות ועד גיל מבוגר. אבל אצל יונקים נקבות, כולל נשים, תאי המין הראשוניים מתחלקים רק בתקופת ההתפתחות התוך רחמית של העובר ונשארים במנוחה עד תחילת ההתבגרות. השלב השני הוא תקופת הצמיחה של גמטות עתידיות. תאי זרע עתידיים גדלים מעט, מכיוון שהם קטנים מאוד, אך הביציות העתידיות גדלות פי כמה.

השלב השלישי ביצירת גמטות הוא תקופת ההבשלה, או המיוזה.

מיוזה היא סוג מיוחדחלוקת תאים, שבה המספר כרומוזומיםבתאי בת מצטמצם בחצי. זה הכרחי כדי לשמור על הקביעות של מספר הכרומוזומים בתאי הגוף במהלך רבייה מינית. בואו נסביר עם דוגמה. בכל תא בגוף האדם, קבוצת הכרומוזומים הדיפלואידית (2n) היא 46. האורגניזם האנושי החדש מתעורר ברגע ההתמזגות של הביצית והזרע. כדי שלתאים של הילד שטרם נולד יהיו גם 46 כרומוזומים, יש צורך שהביצית והזרע יהיו בעלי קבוצה הפלואידית של כרומוזומים (1p), כלומר, 23 כרומוזומים כל אחד.

מיוזה מורכבת משתי חלוקות רצופות: מיוזה I (חלוקה ראשונה) ומיוזה II (חלוקה שנייה). לפני החלוקה הראשונה, כמו גם לפני המיטוזה, מתרחשת הכפלת כרומוזומים כתוצאה משכפול DNA. כל אחת מהחלוקות הללו מורכבת מאותם שלבים כמו מיטוזה: פרופאזה, מטאפאזה, אנפאזה, טלופאזה (איור 47). בפרופאזה של החלוקה הראשונה (פרופאזה I), הכרומוזומים הספירליים מוצאים את הזוג שלהם, כלומר, הכרומוזום ההומולוגי, ומתפתלים איתו מקרוב. תהליך זה של חיבור לטווח קצר של כרומוזומים הומולוגיים נקרא צימוד. במהלך צימוד, הפסקות חתך יכולות להתרחש בכרומוזומים הומולוגיים וכרומוזומים מחליפים אזורים זהים. תופעה זו נקראת חציית כרומוזומים (ראה 3.8). לאחר צימוד, כרומוזומים הומולוגיים מתפצלים ומתרחשת מטאפאזה I, שבמהלכה ממוקמים כרומוזומים הומולוגיים זה מול זה במישור המשווה, שכל אחד מהם מורכב משתי כרומטידות. לאחר מכן, במהלך אנפאזה I, כרומוזומים הומולוגיים המורכבים משתי כרומטידים מתפצלים לקטבים של התא, ולא חצאי כרומוזומים - כרומטידים, כמו בזמן מיטוזה.

אחריו מגיע טלופזה I קצר, ומיד אחריו מתחיל מיוזה II, כלומר החלוקה השנייה של המיוזה, בה מתחלקים שני התאים שנוצרו במהלך המיוזה I. במטאפאזה II, לאורך קו המשווה של שני התאים הללו, יש היו חצי ממספר כרומוזומים מאשר במטאפאזה I. באנפאזה II, יש סטייה לקטבים של התאים של כרומטידות הבת, שבעבר היוו כרומוזום בודד. כתוצאה ממיוזה, ארבעה תאים הפלואידים (1p) נוצרים מתא דיפלואידי אחד (2p).

אז מהות המיוזה היא שאחרי שכפול אחד של כרומוזומים מתרחשות שתי חלוקות תאים עוקבות וכל אחת מהן תא מיןמקבל רק n כרומוזומים. בנוסף, כאשר מצטלבים במהלך צימוד בגמטות, נוצרים שילובים חדשים של גנים. אצל גברים, כל ארבעת התאים הפלואידים הנובעים ממיוזה הופכים לזרעונים. במקרה זה, הגרעין של הזרע העתידי יורד, מופיע דגל ומיטוכונדריה ממוקמות סביב בסיס הדגל בצוואר.

אבל במהלך הבשלת הביצית, המיוזה מתקדמת אחרת: הציטופלזמה מפוזרת באופן לא אחיד בין התאים שנוצרו במהלך המיוזה. במקרה זה, רק תא אחד מתוך הארבעה שנוצרו מתגלה כמלא ובר קיימא, ושלושת תאי הבת האחרים הופכים למה שנקרא גופים כיווניים. יש הרבה פעמים יותר זרעונים באשכים של זכרים מאשר ביציות בשחלות של נקבות. לדוגמה, גבר מייצר 1010 זרעונים במהלך חייו, בעוד שלאישה יש רק 300-400 ביציות.

פיתוח תאי נבט

אמבריולוגיה היא מדע חוקי ההתפתחות של העובר. שלבי התפתחות: תיאורי (מלפיגי, וולף 17-18 מאות), השוואתי (מכניקוב, באר 18-19 מאות), ניסיוני (Vogt, Ru 19-21 מאות). העובר האנושי הוא חלק מהאונטוגנזה שלו, כולל השלבים:

1) הפריה ויצירת זיגוטה;

2) ריסוק והיווצרות של blastula;

3) גסטרולציה;

4) היסטוגנזה ואורגנוגנזה של איברים נבטיים וחוץ-עובריים;

5) סיסטומגנזה. הביצית האנושית היא אלציטלית, לכן קודמת להתפתחות העובר היווצרות איברים זמניים - התפתחות לפי הסוג המרובלסטי.

תהליך היווצרות תאי נבט (גמטוגנזה) כולל spermatogenesis (התפתחות תאי נבט זכריים) ואוגנזה (התפתחות תאי נבט נשיים). להתפתחות של תאי נבט יש שלוש תכונות: 1. מבשרי תאי נבט הופכים מבודדים (כלומר, נכנסים לנתיב התמיינות שנקבע בקפדנות) בשלבים מוקדמים מאוד של התפתחות עוברית. התפתחותם של תאים אחרים בגוף מהם או היווצרות תאי נבט ממבשרים אחרים אינה נכללת.2. החלוקה האחרונה במהלך הבשלת תאי הנבט מתבצעת על ידי מיוזה, שאינה מצויה בתאים אחרים. כתוצאה מכך נוצרת קבוצה הפלואידית של כרומוזומים בגרעינים של תאי נבט.3. מבשרי תאי הנבט והתאים הללו עצמם שונים מתאי אחרים, ולא ניתן לייחס אותם לאף אחד מהסוגים העיקריים של רקמות הגוף. הם יוצרים אוכלוסייה מאוד מיוחדת של תאים.

spermatogenesis - תחילת התפתחות הפרט (פרוגנזה); מאופיין בשלבים:

1) רבייה - חלוקה מיטוטית של תאי spermatogonia הממוקמים בדופן של צינורית הזרע המפותלת על הפריפריה ליד קרום הבסיס; נוצרים spermatogonia מסוג B

2) צמיחה - spermatogonia מתמיינים ל-spermatocytes מסדר 1, גידול בנפח ונכנס לחלוקה הראשונה של המיוזה (חלוקת הפחתה);

3) התבגרות - מאופיינת בשתי חלוקות הפחתה: בחלוקה הראשונה, spermatocyte מסדר ראשון מייצר שני spermatocytes מסדר שני; בשני נוצרות ארבע זרעונים משני ספרמטוציטים מסדר שני;

4) היווצרות - זרעונים הופכים לזרעונים.

אוווגנזה עוברת שלוש תקופות:

1) רבייה - ממשיך במהלך תקופת ההתפתחות התוך רחמית, הכפלה, אוגוגונים לתוך ביציות מהסדר הראשון - נכנסים לשלב של צמיחה קטנה;

2) צמיחה - ממשיך בשחלה מתפקדת, ביציות מסדר 1 של הזקיק הראשוני הופכת לביצית מסדר 1 בזקיק בוגר;

3) התבגרות - במהלך חלוקת ההפחתה הראשונה נוצרת ביציות מסדר שני וגוף צמצום; במהלך החלוקה השנייה נוצרת ביצית וגוף צמצום שני (בזמן הביוץ, בחצוצרות).

תקופת הגמטוגנזה מחולקת לשני מחזורים: 1. מיטוטי - תקופת הרבייה; 2. Meiotic - גדילה והתבגרות. השינויים העיקריים בתאים מתחילים בפרופאזה של חלוקת ההפחתה הראשונה (שלב הגדילה). ספרמטוציט וביצית מהסדר הראשון עוברים 5 שלבים של מיוזה:

1) לפטוטן - כרומוזומים נראים כמו חוטים ארוכים, שלאורכם יש עיבויים (כרומומרים), כרומוזומים שוכבים בצורה של זר פרחים.

2) זיגוטן - כרומוזומים הומולוגיים מסודרים בזוגות (צימוד), יוצרים דו ערכיים.

3) pachytene - דו-וולנטיים נעשים קצרים ועבים יותר (קוטר הסיבובים הספירליים גדל); כל דו ערכי הופך לטטרד המורכב מארבע כרומטידות.

4) דיפלוטן - יש חילוף של קטעים הומולוגיים של כרומטידים (הצלבה או חצייה), בשתי כרומטידות השייכות לכרומוזומים שונים נוצר פער רוחבי, ואז חלק מכרומוטיד אחד מחובר לחלק מהשני; תהליך הדחייה מתחיל, כרומוזומים הומולוגיים מתרחקים זה מזה, אך נשארים מחוברים בנקודות של החלפה הדדית; שינויים בתוכן החומר הגנטי.

5) דיאקינזיס - דו ערכיים מתקצרים ומתעבים. המשמעות הביולוגית של חלוקת ההפחתה: מובטחת שמירה על הקביעות של מספר הכרומוזומים; במהלך המיוזה, נוצרים מספר רב של צירופים חדשים של כרומוזומים לא הומולוגיים; מעבר כרוך בשילוב מחדש של חומר גנטי.

תאי מין. הזרע מורכב מ: ראש וזנב. הראש יכול להיות שונה בצורתו (מעגול ועד סגלגל-fusiform). המרכיב העיקרי של הראש הוא הגרעין עם קבוצה הפלואידית דחוסה בצפיפות של כרומוזומים מעובה. מלפנים, רוב הגרעין מכוסה באקרוזום (שלפוחית ​​פחוסה שמקורה במתחם גולגי ובמובנים רבים דומה לליזוזום). האקרוזום מכיל אנזימים (קולגנאז, היאלורונידאז, אקרוזין, חומצה פוספטאז) הנחוצים לחדירת הזרע לביצית. כל הראש והזנב מוקפים בקרום; באזור הראש, קרום זה מכיל חלבונים מיוחדים, חלקם בעלי מטען שלילי ותורמים לתנועה המכוונת של הזרע אל הביצית; חלבונים אחרים מעורבים בקשירה לביצה.

בזנב יש:

1) צוואר - צוואר קצרמכיל 2 צנטריולים, מאחד מהם מתחיל האקסונמה של הזנב, הולך לאורך הציר עד קצה הזנב, בעל מבנה משותף לפגללה ולסיליה, כלומר. נוצר על ידי microtubules

2) חלק הביניים - מסביב לאקסונמה 9 סיבים חיצוניים וקרום המיטוכונדריה שנוצרו על ידי מיטוכונדריה המסודרים בספירלה;

3) החלק העיקרי - במבנה דומה cilium עם קבוצה של microtubules ב axoneme, מוקף פיברילים ו plasmolemma;

4) החלק האחרון - מכיל חוטים מתכווצים בודדים.

הביצה היא תא כדורי גדול המכיל את החלמון (תכלילים של חלבון-שומנים); יש כמה קונכיות; לא יכול לנוע באופן עצמאי. יש לו גרעין, ציטופלזמה, ES מפותח בצורה גרועה, למיטוכונדריה אין cristae. בפריפריה - גרגירי קליפת המוח המכילים מוקופוליסכרידים חומציים; להיעלם לאחר ההפריה. לפי כמות החלמון, הביצים הן: אלציטל (אינן מכילות חלמון), אוליגולציטל (כמות קטנה של חלמון), מסולוציטל (כמות ממוצעת של חלמון), פוליציטל (הרבה חלמון). לפי התפלגות החלמון: איזולציטלית (כמות קטנה של חלמון מפוזרת באופן שווה), טלוציטלית בינונית (החלמון מרוכז בקוטב הצומח של הביצה), טלוציטלי חד (החלמון תופס כמעט את כל הביצה). תא ביצית בקוטר 130 מיקרון, אזור מבריק (שקוף) צמוד לציטלמה, המורכב מגליקופרוטאין וגליקוזאמינוגליקנים (כונדרואיטין גופרתית, היאלורונית, סיאלית) ושכבת תאים פוליקולריים המבצעים פונקציות טרופיות והגנה.

לתאי נבט זכריים ונקביים יש את אותה מערכת הפלואידית של כרומוזומים. לביצית יש כרומוזום X, לזרע יש כרומוזום X ו-Y. מין העובר קשור לכרומוזומי X ו-Y ונקבע בזמן ההפריה. במהלך המיוזה מתרחשות סטיות כרומוזומליות.

ישנם 4 סוגים:

1) מחיקה (חוסר) - מתרחשת עקב אובדן כרומוזום של אתר כלשהו;

2) שכפול (הכפלה) - קשור להכללה של חלק נוסף מהכרומוזום;

3) היפוך - מתרחש כאשר כרומוזום נשבר והקטע המנותק מתהפך ב-180 מעלות;

4) טרנסלוקציה - קטע של כרומוזום של זוג אחד מחובר לכרומוזום מזוג אחר. ל מחלות כרומוזומליותלגרום להפרעות כרומוזומליות בזיגוטה.

כרומטין מין (גוף בר) הוא גוש של כרומטין בנוקלאופלזמה מתחת למעטפת הגרעין או ליד הגרעין. אצל נשים זה מופיע ב-60-80% מהתאים, אצל גברים - 0-4% ונחשב כסימן גנטי למין, בגלל. זה מופיע בשלב מוקדם של התפתחות, כאשר סימנים אחרים של התמיינות אינם באים לידי ביטוי.