Gametogeneza

PERIOADELE DE DEZVOLTARE

• PERIOADA PREEMBRIONARĂ (gametogeneza)• PRENATALA – 280 zile, 10 luni:

– Perioada de zigot -din momentul fertilizarii pana in saptamana a 2-a de gestatie

– Perioada embrionara (formarea embrionului tridermic și schițele de organ) – din saptamana a 3-a pana in luna a 2-a de gestatie

– Perioada fetala (organogeneza) – din saptamana a 9-a pana la nastere

• POSTNATALA

LA OM - REPRODUCERE SEXUATA

• EMBRIONUL DE OM POATE FI REPRODUS:– sexuat (fertilizare naturala sau fertilizare artificiala)

– asexuat (natural -in vivo- gemenii monozigoti; artificial - in vitro- tehnici de inginerie genetica).

• Reproducerea sexuata permite variabilitatea genetica a populatiei

• Care sunt avantajele variabilitatii genetice?– Permite populatiei sa se adapteze la schimbarile conditiilor de mediu

– Este elementul principal care permite evolutia speciei

– Este necesara mentinerii sanatatii populatiei

REPRODUCEREA SEXUATA

• Genomul unei specii este determinat de cantitatea totala a AND-ului din cromozomi. Fiecare specie are un numar specific de cromozomi nucleari in fiecare celula.

• Numarul de cromozomi specific speciei umane este de 46 (2n) (44 autosomi + 2 sexuali). O celula care contine 46 cromozomi este numita celula diploida. Celula haploida contine 23 cromozomi (1n).

• Celulele somatice si celulele germinale sunt diploide. Gametii sexuali (spermia si oocitul) sunt haploide.

• Procesul prin care se injumatateste numarul de cromozomi in celula germinala diploida se numeste gametogeneza.

• In timpul gametogenezei are loc un tip special de divizune celulara- meioza, in care numarul diploid de cromozomi este redus la un numar haploid.

• In timpul fertilizarii se reface bagajul genetic diploid prin unirea celor 2 gameti haploizi – rezulta un individ cu un bagaj genetic specific. Exceptie de la regula- gemenii monozigotici (identici genetic - diviziunea zigotului – o singura fertilizare). In cazul gemenilor dizigotici (doua oocite fertilizate de doua spermii) bagajul genetic se aseamana in proportie de aproximativ 50%.

CROMOZOMUL

• Celula somatica a omului contine 23 perechi de cromozomi (46): 22 perechi cromozomi autozomali si o pereche cromozomi sexuali (sexul genetic – XY la barbat si XX la femeie)

• Un cromozom poate avea, in functie de stadiul in care se afla ciclul celular.

– O singura cromatida

– Doua cromatide: in timpul diviziunii celulare are loc replicarea ADN-ului si aparitia celor doua cromatide surori, identice genetic si unite la nivelul centromerului.

• Organismele diploide au cate un cromozom din fiecare pereche mostenit de la fiecare parinte. Acesti cromozomi sunt numiti omologi sau autozomali

• Fiecare specie are un numar specific de perechi de cromozomi. Omul are n = 23; cainele are n = 39; drosofila are n = 7, etc.

MITOZA• Mitoza reprezinta calea comuna a diviziunii celulare. In timpul mitozei

cromozomii se divid egal astfel incat fiecare dintre celulele fiice au un bagaj genetic identic.

– Asigură creșterea și dezvoltarea unui organism

– Asigură repararea țesuturilor afectate

– Asigură continuitatea reprezentanților unei specii

• Etapele mitozei:

• Profaza:

-condensarea cromozomului

-disparitia membranei nucleare

-deplasarea centriolilor la polii celulei

-formarea fusului de diviziune

• Metafaza:

-alinierea cromozomilor la ecuator (placa ecuatoriala)

-atasarea centrozomilor la fusul de diviziune

• Anafaza:

-diviziunea centrozomului.

-formarea a doi cromozomi cu cate o singura cromatida

-atragerea fiecarui cromozom la polul celulei de catre fusul de diviziune.

• Telofaza:

-decondensarea cromozomilor

-refacerea membranei nucleare

-dezorganizarea fusului de diviziune

-diviziunea citoplasmei si formarea a doua celule (citokineza)

Mitosis - A review

GAMETOGENEZA

• Procesul prin care celulele germinale imature (spermatogonia sau ovogonia) sunt transformate in gametii maturi (spermia sau ovocitul) prin spermatogeneza la barbat si ovogeneza la femeie

• Gametii maturi sunt pregatiti pentru fertilizare

• Gametogeneza se bazeaza pe un proces specializat de diviziune celulara numit meioza, proces cu desfasurare cronologica diferita la cele doua sexe

MEIOZA

• Este o diviziune celulara speciala în urma căreia celulele germinale diploide sun trnasformate în gameti haploizi

• La om porneste de la 46 cromozomi bicromatidici și constă în 2 diviziuni celulare fara sinteza de ADN între ele:– Meioza I (diviziunea reductională) în timpul căreia numărul de

cromozomi ai celulei germinale este redus la jumătate (rezultă 2 celule cu câte 23 cromozomi bicromatidici)

– Meioza II (diviziunea equatională) în timpul căreia se formează 4 celule cu câte 23 cromozomi unicromatidici

• Meioza asigură variabilitatea genetică prin procesele de crosing-over și segregație.

Meioza I (diviziunea reductională) M1

• Perechile omoloage de cromozomi se împletesc împreună și formează tetrade (patru cromatide) proces numit sinapsă (2n,4c)

• Odata cu formarea tetradelor, evenimentul principal al profazei este reprezentat de crossing-over (recombinare)

• In procesul de crossing-over cromozomii omologi schimba segmente cromatidice la nivelul chiasmelor

• Acest proces asigura variabilitatea genetică prin redistribuirea materialului genetic

• Procesul este periculos deoarece poate duce la deleții sau duplicații ale materialului genetic, dar este important deoarece crește diversitatea genetică și facilitează evoluția

Meioza I (diviziunea reductională) M1

• În metafaza M1 perechile de cromozomi se aliniaza împreună (in mitoză cromozomi se aliniau individual)

• Anafaza M1: fusul de diviziune atrage la polii opuși cei doi cromozomi omologi. Centromerul nu se divide și cromozomii ramân bicromatidici

• Telophase of M1: citoplasma se divide în două celule, fiecare cu un numar haploid de cromozomi bicromatidici (n,2c)

Meioza II (diviziunea equațională) M2

• Se aseamănă cu o mitoză

• In profaza M2 se formează fusul de diviziune

• În metafaza M2 cromozomii bicromatidici se aliniază și formează placa ecuatorială

• În anafaza M2 centromerii se divid, iar cromozomii monocromatidici sunt atrași spre cei doi poli opuși ai celulei

• În telofază citoplasma se divide si se formează două celule haploide

• După M2 se formează 4 celule care contin un set haploid de cromozomi unicromatidici (n,c).

Diferența dintre mitoză și meioză

CELULELE GERMINALE PRIMORDIALE

Celulele germinale primordiale (gonocite) au origine epiblastica, de unde migreaza in sapt.2 de gestatie in peretele vezicii ombilicale.

In timpul saptamanilor 4-5 aceste celule migreaza spre crestele genitale, unde se vor diferentia in celulele precursoare ale gametilor (numite spermatogonii la barbat siovogonii la femeie)

Spermatogeneza

• Totalitatea proceselor prin care celulele germinale primitive (spermatogoniile) ale barbatului se transforma in celule germinale mature sau spermii

• Dureaza 64 zile

• Debuteaza la pubertate si continua toata viata

• Are loc la nivelul tubilor seminiferi ai testiculului

SpermatogenezaFAZE:PROLIFERARE (spermatocitogeneza): fiecare

spermatogonie se divide prin mitoza in 2 spermatogonii fiice, care au un numar diploid de cromozomi: 44 + XY. Spermatogoniile sufera un proces de crestere si se transforma in spermatocite primare (diploide, cromozomi bicromatidici)

CRESTERE SI MATURARE (PRIN MEIOZA):1. Prima diviziune meiotica: diviziune

reductionala prin care spermatocitul primar da nastere la doi spermatociti secundari (haploizi, cromozomi bicromatidici, 22 + X or 22 + Y)(24 zile)

2. A doua diviziune meiotica: o mitoza fara interfaza normala (nu se mai replica ADN-ul) prin care spermatocitul secundar se divide in doua spermatide cu numar haploid de cromozomi unicromatidici (8 ore)

CITODIFERENTIEREA spermatidelor in spermii mature (spermatozoizi) printr-un proces numit spermiogeneza (24 zile).

Spermatogonia:cca 12 µm in diametruSituat in vecinatatea laminei bazale a epiteliuluitip A – celula stem

tip Ad – se divide rartip Ap– sufera diviziuni mitotice

tip B – celule progenitoare (diviziuni mitotice– 16 zile)

Spermatocite primare:celule mari – 18-20 µm profaza primei diviziuni meiotice lunga (24 zile)diploide – 46 (44, XY) cromozomi bicromatici, 23 tetrade (ADN 2n4c)

Spermatocit secundar:Celula mica – 12 µm Meioza II (8 ore)haploid – 23 cromozomi,bicromatidici (1n2c)

Spermatide:Celule mici – 7-8 µm haploide –23 cromozomi unicromatidici (1n1c)Nu se mai divid –urmeaza caleaspermiogenezei

Spermiogeneza

• Procesul prin care spermatida se transforma in spermie (spermatozoid):

– Durata procesului – 24 zile

– 3 faze:

• Faza Golgi

– Granule proacrozomale

• Faza acrozomala

– Vezicule acrozomice

– Acrozomul contine enzime hidrolitice (hialuronidaza, neuraminidaza, acid fosfataza, zonalizina) care sunt eliberate la debutul fertilizarii pentru a ajuta spermia sa penetreze corona radiata si zona pellucida, aflate in jurul oocitului secundar

• Faza maturatie

– Corpii reziduali sunt indepartati

– Formarea spermiei

Spermia

• Celula motila alcatuita din cap, gat si coada

• Capul, alcatuit aproape in totalitate din nucleul haploid, este acoperit partial de acrozom

• Coada spermie are 3 segmente: mijlociu, principal si piesa terminala. Asigura motilitatea spermiei spre locul de fertilizare

• Piesa mijlocie contine mitocondrii si furnizeaza ATP-ul necesar activitatii motile

Ovogeneza

• formarea ovocitului secundar cu un numar haploid de cromozomi

• Locul de desfasurare: cortexul ovarului, care contine un numar mare de ovogonii, ce se vor diferentia in ovocite primare

• Debuteaza in viata fetala, se definitiveaza dupa pubertate si continua pana la menopauza

• Dupa nastere in ovar nu mai sunt ovogonii deoarece acestea se diferentiaza toate in ovocite primareinainte de nastere

• La nastere sunt cca 2 milioane oocite primare; 40 000 oocite supravietuiesc pana la pubertate; approx. 400 ovuleaza; restul degenereaza (devin atretice)

Maturarea prenatala a oocitelor

• In timpul vietii fetale timpurii: fiecareovogonie se divide prin mitoza in douaoogonii fiice (diploide, cromozomiunicromatidici, 44 + XX).

• Ovogonia creste si formeaza ovocitul primar(diploid, cromozomi bicromatidici). Ovocitulprimar incepe prima diviziune meiotica si se opreste in profaza

• ovocitul primar este inconjurat de un singurstrat de celule plate cu originea in cortexulovarian, acest complex purtand numele de folicul ovarian primordial

• Maturarea ovocitului este strans legata de dezvoltarea invelisului sau celular

• La nastere toate ovocitele primare sunt in repaus si raman astfel pana la pubertate, cand incep sa-si definitiveze prima diviziunemeiotica

Ovogeneza

IN TIMPUL FIECARUI CICLU OVARIAN (DUPA PUBERTATE):- Se completeaza prima diviziune meiotica: ovocitul primar se divide intr-un ovocit secundar(haploid cromozomi bicromatidici: 22 + X) siprimul globul polar (care degenereaza)- A doua diviziune meiotica: incepe la ovulatie, progreseaza pana in metafaza si ramane in repausDUPA FERTILIZARE (IN TUBA UTERINA):-A doua diviziune meiotica se completeaza: ovocitul secundar se divide intr-un ovul matur sial doilea globul polar (degenereaza)

DUPA NASTERE NU SE MAI FORMEAZA OvOCITE PRIMARE LA FEMEIE

FOLICULOGENEZA SI OVULATIA• La nastere ovocitul primar este inconjurat de

celulele foliculare cuboidale si zona pellucida (membrana glicoproteica acelulara), impreuna formand foliclulul primar

• In timpul pubertatii se adauga straturi celulare noi in jurul oocitului primar, formand foliculul de crestere. Intre celulele foliculare apare o cavitate (antrum) care se umple de lichid folicular

• Celulele foliculare se diferentiaza in:– Stratum granulosum, care formeaza peretele

foliculului

– Cumulus oophorus : celule care inconjoara oocitul primar

• Peretele (teaca) foliculului se va diferentia in:– teaca externa : fibroasa

– teaca interna : stratul vascular si celular

• In acest stadiu de crestere se transforma in folicul preovulator (37 ore inaintea ovulatiei). Se completeaza prima diviziune meiotica, iar ovocitul secundar incepe a doua diviziune meiotica

Ovocitul matur

• Este acoperit de o membrana acelulara(zona pellucida) si un strat de celule foliculare (corona radiata)

• Oprit in metafaza celei de-a doua diviziuni meiotice

• Are un numar haploid de cromozomi: 22 + X

Diferente intre gameti

Spermia

• Motilitate crescuta

• Putina citoplasma.

• Are doua tipuri de cromozomi sexuali: 23,x sau 23,y / si stau la baza determinarii sexului genetic

Oocitul secundar

• imobil

• citoplasma abundenta

• este inconjurat de zona pellucida siu un strat de celule foliculare - corona radiata

• are un singur tip de cromozomi sexuali: 23,x

Ovogeneza difera de spermatogeneza prin 3 caracteristici majore:

• Citokineza este inegala in meioza – majoritatea citoplasmei ajunge la o singura celula fiica (ovocitul) care va forma ovulul. Primul si al doilea globul polar vor degenera. Cauza? Citoplasma este necesara pentru hrana viitorului zigot

• Celulele gametogene masculine se formeaza prin mitoze toata viata individului - acest lucru nu se intâmplă la femeie

• La barbat, spermatogeneza este un proces continuu care debuteaza la pubertate si continuua pana la moarte. Procesul de producție a spermiilor durează doar cateva saptămâni. Fiecare ejaculare contine 100-500 milioane spermii. La femeie, oogeneza se caracterizeaza prin perioade lungi de repaus. Prima diviziune meiotica incepe inainte de nastere fara a fi completa. Se poate termina cu aproximativ o luna inainte de ovulatie. A doua diviziune meiotică se produce chiar inaintea procesului de fertilizare (daca are loc). Prin urmare, o meioza poate dura si 50 ani

DIFFERENCES

• SPERMATOGENEZA

• Doua diviziuni meiotice complete

• Produce 4 spermii haploide

• OvOGENEZA

• Se opreste in profaza diviziuni meiotice pana la ovulatie

• In timpul ovulatiei ovocitul este in metafaza celei de-a doua diviziuni meiotice

• Daca nu este fertilizat ovocitul si cei 3 globuli polari degenereaza