CO JE GAMETOGENEZE? PROCES A FUNKCE - BIOLOGIE - 2025

Gametogeneze je tvorba gamet nebo pohlavních buněk v živých organismech. Tento proces umožňuje jednotlivcům transformovat a přenášet některé z dočasných změn v expresi jejich genů, které byly „indukovány“ externími signály, jejich potomkům.

Všichni jedinci, kteří mají sexuální reprodukci, pravidelně produkují dva druhy zárodečných buněk, které se nazývají „gamety“. Tyto buňky se nemohou vyvíjet přímo jako spory plísní, to znamená, že nemohou samy o sobě vést k novému jedinci.

Reprezentativní schéma ženské a mužské gametogeneze (Zdroj: Elversberg přes Wikimedia Commons)

Oba typy buněk, samčí gameta i samičí gameta, se musí navzájem spojit v případě známém jako „oplodnění“. Teprve po oplodnění může buněčný produkt této fúze, zygota, vést ke vzniku nového jednotlivce.

Gamety velkého počtu zvířat jsou syntetizovány z pohlavních žláz, což jsou orgány, které jsou na tuto funkci přísně specializovány. Gonády mají klíčivý epitel s buňkami zvanými "gonie", kterým dluží své jméno. Gonie jsou morfologicky stejné u obou pohlaví. U mužů se však nazývá spermatogonie a u žen se nazývá „oogonia“.

Gametogeneze zahrnuje spermatogenezi i oogenezi a oba procesy jsou homologní a sdílejí tři základní kroky pro tvorbu gamet.

Gametogeneze se vyznačuje procesem buněčného dělení, při kterém je chromozomální zatížení jednotlivce sníženo na polovinu, což je možné díky meiotickému dělení, kde dochází ke dvěma po sobě jdoucím chromozomálním segregacím.

Produkce pohlavních buněk u zvířete nebo v rostlině závisí na několika faktorech, mezi nimiž vyniká diferenciální exprese některých genů, které kódují „instrukce“ nezbytné jak pro dělení buněk, tak pro spouštění změn. odpovídající morfogenetika.

Mužská gametogeneze

Mužská gametogeneze je proces, kterým spermatogonie zraje a diferencuje se na spermie. Jedná se o komplexní proces, ve kterém se totipotenciální kmenové buňky dělí na dceřiné buňky, které se stanou spermatem.

Ve většině živých věcí, které mají mužskou gametogenezi, k tomu nedochází až do určitého vývojového věku. V případě lidí se začíná objevovat během puberty a pokračuje po zbytek života.

Mužská gametogeneze u mnoha zvířat, včetně člověka, se nazývá spermatogeneze a skládá se ze tří kroků: mitotická proliferace, meiotická proliferace a remodelace buněk.

Proces

Spermatogeneze začíná mitózou, která zvyšuje počet spermatogonií. Spermatogonie je populace buněk, které jsou v neustálém mitotickém dělení, protože mají na starosti obnovu kmenových buněk, aby vznikly spermie.

Proto je mitotický proces v mužské gametogenezi klíčový pro proliferaci a udržování spermatogonie.

Některé spermatogonie způsobené mitózou se zvětšují a stávají se primárními spermatocyty. Každý primární spermatocyt podstupuje snížení chromozomální zátěže prostřednictvím prvního meiotického dělení (meióza I), což vede ke dvěma sekundárním spermatocytům.

Sekundární spermatocyty vstupují do druhého meiotického dělení (meióza II), ale v tomto nedochází k žádnému rozhraní (chromozomální zátěž se znovu nerozdělí), takže výsledné buňky mají stejnou chromozomální zátěž, to znamená, že jsou haploidní.

Výsledné haploidní buňky se nazývají spermatidy a každá z nich může obsahovat pouze chromozomy mateřského nebo otcovského původu nebo směs různých proporcí chromozomů obou rodičů.

Spermatidy vstupují do procesu zvaného „spermiogeneze“, ve kterém podléhají různým morfologickým změnám, kondenzují své chromozomy, prodlužují bičík, snižují svůj cytoplazmatický obsah a konečně se stávají zralými spermaty (v mnoha případech maturací), vrcholí, zatímco jsou uvolňovány v ženském reprodukčním traktu).

Funkce

Navzdory skutečnosti, že spermatogeneze probíhá nepřetržitě po celou dobu reprodukčního života dospělého zvířete, má tento proces jediný účel produkovat buňky, prostřednictvím kterých bude jeho genetická informace předána potomstvu, což bude možné pouze pohlavní reprodukcí u samice stejného druhu.

Kromě toho to umožňuje samcům druhu smíchat genetické informace svých předchůdců s vlastními s informacemi ženy, aby se zvýšila genetická variabilita potomstva.

Tato schopnost míchat genetické informace pomáhá druhům získat důležité vlastnosti, které jim mohou pomoci překonat změny nebo nepříznivé podmínky v prostředí, ve kterém žijí.

Ženská gametogeneze

Ženská gametogeneze nebo oogeneze byla jedním z nejvíce studovaných procesů v historii lidstva. Vědci z různých oblastí, jako je medicína, biologie, ekonomie, sociologie a veřejná politika atd., Se věnovali studiu.

Anglický lékař William Harvey formuloval slavnou větu o oogenezi, která zní: „vše, co je živé, pochází z vajíčka“.

Během života mnoha samic se produkuje asi 1 až 2 miliony oocytů, ale pouze 300 až 400 oocytů zraje a jsou „ovulovány“. U samic mnoha živočišných druhů se po pubertě každý měsíc vyvine jedna nebo více oogonií, které tvoří zralé vajíčka.

Proces

V zárodečných buňkách vaječníku, které se nazývají oogonie nebo oogonie, se jejich počet zvyšuje mitózou. Každá výsledná oogonie má stejný počet chromozomů jako ostatní somatické buňky. Jakmile se oogonie přestane množit, zvětší se a stanou se primárními oocyty.

Předtím, než dojde k prvnímu meiotickému dělení, jsou chromozomy v primárních oocytech spárovány s jejich homologními chromozomy, z poloviny zděděné po matce a napůl od otce.

Reprezentace menstruačního cyklu. 1) menstruace; 2) zrání folikulu; 3) Zralý folikul; 4) Corpus luteum a 5) Degradace corpus luteum (Zdroj: M.Komorniczak, přes Wikimedia Commons)

Poté dojde k prvnímu „redukčnímu“ nebo maturačnímu dělení, tj. První meióze. Toto dělení má za následek dvě buňky, buňku s polovinou genetického materiálu, se špatným cytoplazmatickým obsahem a známé jako „první polární těleso“.

Druhá buňka, která je výsledkem první meiózy, je v cytoplazmatickém obsahu velká a mnohem bohatší než polární těleso, navíc má tato buňka druhou polovinu genetického obsahu primárního oocytu, který ji způsobil. Tato druhá buňka se nazývá „sekundární oocyt“.

Ve druhém meiotickém dělení se sekundární oocyt a první polární těleso dělí a tvoří jeden velký „ovotid“ a tři malá polární tělesa. Ovotid roste a transformuje se, aby vznikl zralé vajíčko.

Polární těla nejsou funkční a nakonec se rozpadají, ale jejich tvorba je nezbytná pro vypuštění vajíčka „přebytku“ chromozomů. Nerovnoměrné cytoplazmatické dělení zase umožňuje vytvoření velké buňky s dostatečným množstvím rezervního materiálu pro vývoj nového jedince.

Funkce

Stejně jako mužská gametogeneze, i ženská gametogeneze má konečný cíl produkovat ženskou gametu. Tato gameta má však odlišné vlastnosti a funkce než samčí gameta.

Stejně jako v syntéze mužských gamet, i ženské gamety také kombinují genetické informace rodičů a jednotlivců, kteří je produkují, aby tyto informace předávali a současně zvyšovali genetickou variabilitu svých potomků.

Navzdory skutečnosti, že v ženské gametogenezi primární oocyty vedou k vytvoření jediného funkčního vajíčka (ženské gamety), mají veškerý nutriční materiál, aby po vzniku oplodnění vznikl nový jedinec.

Je pozoruhodné, že u lidí je například ženská gametogeneze kontinuálním procesem od puberty, ale je konečná, to znamená, že u plodu dítěte ženského pohlaví se všechny primární oocyty, které žena bude mít, vytvoří všechny jejich životy, které se každý měsíc „menstruují“ s menstruací.

Gametogeneze v rostlinách

Pouze ve vyšších rostlinách se mluví o vlastní gametogenezi a proces v rostlinách je docela podobný procesu u zvířat.

Hlavní rozdíl spočívá v tom, že rostliny mají schopnost produkovat gamety v pozdním stádiu vývoje, což dosud nebylo předem určeno, zatímco u zvířat je tvorba gamet omezena na specifické oblasti, které byly vytvořeny během embryonální vývoj.

Gamtogeneze v kvetoucích rostlinách (Zdroj: Pablo damiani2 přes Wikimedia Commons)

Další důležitou charakteristikou je, že ačkoli plodnost gamet může být velmi často ovlivněna genetickými mutacemi, jsou tyto mutace pro potomka zřídka smrtelné.

U vyšších rostlin jsou samčí a ženské gamety pylové zrno a vajíčko. Jak ovule, tak pylové zrno jsou přisedlé (imobilní) a nacházejí se uvnitř každého z jejich odpovídajících gametofytů (které jsou analogické gonádám).

Ženská gametogeneze

V kvetoucích rostlinách jsou místa produkce vajíček známá jako "megasporangie" a nacházejí se ve vaječníku, který obsahuje jeden nebo více vajíček. Každá vajíčka je tvořena megasporangiem zvaným nucela a je obklopena jedním nebo více celými čísly.

Celá čísla se spojí na jednom konci a vytvoří mikropyle, otvor, skrz který bude pronikat pylová trubice pylového zrna. V megasporangii působí buňka známá jako „megasporocyt“ jako mateřská buňka megaspory (ovule).

Megasporocyt podstupuje meiózu a tvoří čtyři haploidní megaspory. Tři megaspory se obvykle rozpadají a ten nejvzdálenější z mikropyle přežije a stává se megagametofytem.

Ve většině angiospermů vyvíjí megagametofyt osm jader. Čtyři jádra jdou na jeden konec vajíčka a další čtyři jdou na druhý. Jádro z každého z konců migruje směrem do středu vajíčka, které se nazývají „polární jádra“.

Zbývající jádra na každém konci tvoří buňky a jedna z těchto buněk v blízkosti mikropyle se vyvine na zralou vajíčkovou buňku.

Zralý megagametofyt je tvořen 8 jádry v 7 různých buňkách. Toto je také známé jako “embryo vak”, protože embryo se vyvíjí uvnitř poté, co nastane oplodnění.

Mužská gametogeneze

Pylová zrna nebo mikrogamofyty jsou produkovány a ukládány do tyčinek květu. Každý tyčinka má prašník a každý prašník má obvykle čtyři mikrosporangie, které jsou známé jako pylové vaky.

Uvnitř každého pylového vaku jsou kmenové buňky mikropórů, tj. Pylových zrn. Všechny kmenové buňky procházejí meiotickým procesem a z každé kmenové buňky jsou produkovány čtyři haploidní mikropóry.

Mikrospory rostou a vyvíjejí se na nezralé pylové zrno. Tato nezralá pylová zrna mají buňku, ze které vzniká „pylová trubice“, a generativní buňku, která vytvoří dvě spermie.

Než se pyl uvolní z prašníku, vyvine vnější ochrannou vrstvu proteinu zvanou exin a vnitřní ochrannou vrstvu jiného proteinu, intinu. Mnoho druhů rostlin lze identifikovat prostřednictvím vzoru, který se vyvíjí na vnitřním obalu pylových zrn.

K konečnému vývoji pylového zrna dochází při „vyklíčení“ pylové trubice, k tomu dochází až poté, co je pylové zrno uloženo na stigmatu květu, který se následně opyluje.

Reference

1. Desai, N., Ludgin, J., Sharma, R., Anirudh, RK a Agarwal, A. (2017). Ženská a mužská gametogeneze. V klinické reprodukční medicíně a chirurgii (str. 19-45). Springer, Cham.
2. Hilscher, W., a Hilscher, B. (1976). Kinetika mužské gametogeneze. Andrologia, 8 (2), 105-116.
3. McCormick, S. (1991). Molekulární analýza samčí gametogeneze v rostlinách. Trends in Genetics, 7 (9), 298-303.
4. Ünal, E., & Amon, A. (2011, leden). Formace gamet resetuje stárnutí v kvasnicích. V sympoziích Cold Spring Harbor o kvantitativní biologii (svazek 76, str. 73-80). Cold Spring Harbor Laboratory Press.
5. Van Blerkom, J., & Motta, P. (Eds.). (2012). Ultrastruktura reprodukce: gametogeneze, hnojení a embryogeneze (svazek 2). Springer Science & Business Media.
6. Van Werven, FJ, a Amon, A. (2011). Regulace vstupu do gametogeneze. Filozofické transakce královské společnosti B: Biological Sciences, 366 (1584), 3521-3531.
7. Wilson, ZA, a Yang, C. (2004). Rostlinná gametogeneze: zachování a kontrasty ve vývoji. Reprodukce, 128 (5), 483-492.