Blog

GAMETOGENEZA

Gametogeneza je proces stvaranja muških i ženskih polnih ćelija – Gameta. Uopšteno, može se podeliti u četiri faze:

1. Nastanak i migracija germinativnih ćelija
2. Povećanje broja germinativnih ćelija mitozom
3. Redukcija broja hromozoma mejozom
4. Strukturalna i funkcionalna maturacija spermatozoida i oocite

FAZA 1: nastanak i migracija germinativnih ćelija

Primordijalne germinativne ćelije predstavljaju najranije preksursore gameta. Formiraju se izvan gonada a potom migracijom, u ranoj fazi embrionalnog razvića, dospevaju do njih. Najranije se mogu prepoznati 24. dana po fertilizaciji i to u endodermalnom sloju žumančane kese. Sa ovog područja, primordijalne germinativne ćelije migriraju ka gonadama vršeći usput i mitoze. (broj ćelija koji započne migraciju je 40 puta manji od onog s kojim se migracija završi)

U toku migracije, neke od ovih primordijalnih ćelija zaostaju u tkivima kroz koje prolaze. Iako većina njih rudimentira i umire, u nekim slučajevima one mogu preživeti a iz njih se razviti teratomi.

(crtež za migraciju +)

FAZA 2: povećavanje broja ćelija mitozom

Nakon naseljavanja u gonadama, primordijalne germinativne ćelije započinju rapidno da se dele mitotskim deobama. Podsetimo, mitotskim deobama nastaju diploidne ćelije koje su genetski identične. Na ovaj način, broj germinativnih ćelija se geometrijskom progresijom ( 2-4-8-16..) mnogostruko uveća. Već na ovom nivou postoje razlike između muških i ženskih polnih ćelija:

1. Oogonije = ženske polne ćelije: masovnim mitotskim deobama njihov broj se poveća na preko 1.5 miliona. Međutim, mitotske deobe se završavaju u embrionalnom razviću i više nikada se neće ponoviti. Dalji proces razvoja je isključivo preko mejotičkih deoba. (više u poglavju o oogenezi)
2. Spermatogonije = muške polne ćelije: takođe podležu masovnim mitotskim deobama ali osim u embrionalnom razviću, one će se nastaviti i u pubertetu.  (više u poglavlju o spermatogenezi)

FAZA 3: Redukcija broja hromozoma mejozom

Mejoza je tip ćelijske deobe jedinstven za polne ćelije, kojim se od Diploidnih ćelija (2n) dobijaju Haploidne ćelije (1n).  Ovo je način kojim se obezbeđuju definitivne muške i ženske polne ćelije, čijom interakcijom nastaje plod.  (više o ovome u poglavlju o mitozi i mejozi)

FAZA 4: Strukturalna i funkcionalna maturacija gameta

Ovu fazu čine spermatogeneza kod muškaraca i oogeneza kod žena, i predstavlja proces kojim dolazi do potpune maturacije polnih ćelija. Ovako diferencirane su spremne za proces oplodnje.

ĆELIJSKI CIKLUS

Da bismo shvatili procese stvaranja gameta, potrebno je osvrnuti se na ćelijski ciklus i podsetiti se osnovnih elemenata. (slika 1.1.)

Eukariotske ćelije su diploidne (2n) što znači da sadrže dva seta hromozoma, jedan porekla majke i jedan porekla oca. Svaki set hromozoma se sastoji iz 22 autozomna (telesna) hromozoma i jedan  polni  hromozom (X ili Y). Iz ovoga proizilazi da jedna diploidna ćelija može biti 46,XX (ž) ili 46,XY (m)

Iako je broj hromozoma – kariotip, stalan i karakterističan za jednu vrstu, količina hromatinskog materijala se menja u toku ćelijskog ciklusa.

ĆELIJSKI CIKLUS:
Stanje	Faza	Skraćeno	Opis
Mirovanja	Gap 0	G0	Faza mirovanja u kojoj je ćelija napustila ćelijski ciklus i više se ne deli. Neke ćelije zauvek ostaju u ovoj fazi, a neke se vraćaju u ćelijski ciklus
Interfaza	Gap 1	G1	Faza Rasta ćelija se uvećava i stvara veću količinu proteina. Broj organela se udvostručuje što je izuzetno bitno za dalji proces deobe
	Sinteza	S	Sintetska Faza – dolazi do replikacije DNK i udvostručavanja njegovog broja. Ćelija je i dalje diploidna, ali sadrži duplo više molekula DNK.
	Gap 2	G2	Nastupa nakon replikacije hromozoma i uključuje dodatnu sintezu proteina i konačnu pripremu ćelije za mitozu
Deoba Ćelije	Mitoza	M	Dolazi do zaustavljanja rasta i ravnomerne deobe ćelije. Od jedne diploidne (2n) nastaju dve takođe diploidne, ćerke ćelije.

A. Interfaza

Interfaza je najduža faza u ćelijskom ciklusu. U njoj dolazi do pripreme ćelije za sledeću deobu . Ključna je sinteza velike količine proteina, fosfolipida i drugih gradivnih jedinica ćelije, kao i povećavanje broja osnovnih ćelijskih organela.

U ovoj fazi se takođe vrši replikacija DNK kojom se obezbeđuje dovoljna količina genetskog materijala za sledeću deobu.

B. Mitoza

Mitoza je tip ćelijske deobe u kom se od jedne diploidne ćelije (2n) dobijaju dve takođe diploidne (2n), genetski identične ćerke ćelije. Ovim tipom deobe se umnožavaju sve ćelije čovekovog organizma, izuzev polnih ćelija. Sastoji se iz nekoliko faza: (slika 1.7.)

1. Profaza:

• DNK se kondenzuje i formiraju se Hromozomi: svaki hromozom je sastavljen od po 2 sestre hromatide i svaka od njih sadrži po jedan molekul DNK.  Sestre hromatide su medjusobno povezane preko centromere. Svaka centromera ima dva kinetohora za koje će se vezati niti deobnog vretena u kasnijim fazama.  (slika 1.2.)            

• Parovi centriola se raspoređuju na polovima ćelije a oko njih se zračno raspoređuju mikrotubuli formirajući astere.
• Započinje stvaranje deobnog vretena kojeg čine mikrotubule nanizane jedna na drugu od centriola ka središtu ćelije
• Dolazi do dezintegracije jedrovog omotača i jedarce u potpunosti nestaje. (slika 1.3.)

2. Metafaza:

U metafazi hromozomi se najbolje uočavaju zato što je došlo do njihove maksimalne kondenzacije. (slika 1.4.)

• Završava se formiranje deobnog vretena, tako da se sada niti deobnog vretena (mikrotubuli) pružaju od centriola do centromera hromozoma.
• Hromozomi su raspoređeni jedan pored drugog u središtu ćelije (ekvator ćelije) i formiraju ekvatorijalnu ravan.

3.Anafaza

U anafazi, niti deobnog vretena počinju da se skraćuju, povlačeći hromozome ka polovima. Ovo dovodi do pucanja centromera i dve sestre hromatide se razdvajaju. Svaka hromatida odlazi ka jednom polu i sada su to novi hromozomi ćerki ćelija. (slika 1.5.)

4. Telofaza:

Telofaza predstavlja završnu fazu mitoze:

• Hromozomi se dekondenzuju, oko njih se formira jedarna ovojnica a u unutrašnjosti ponovo nastaje jedarce. (slika 1.6.)
• Niti deobnog vretena nestaju .
• Na ekvatoru ćelije se formira deobna brazda i vrši se deoba citoplazme ćelije. Ovaj proces se naziva citokineza, novonastale ćerke ćelije imaju upola manju količinu citoplazme, organela i drugih gradivnih komponenti.

MEJOZA

Mejoza predstavlja specijalizovani tip ćelijske deobe, karakterističan za polne ćelije. Pomoću nje se od jedne diploidne (2n) ćelije dobijaju četiri haploidne (n) ćerke ćelije. Iako postoje razlike između mejotičkih deoba kod muškaraca i žena, njihov princip je isti.

Mejozu možemo podeliti u dve faze:

a. Mejoza I

Kao i kod mitoze, ovoj fazi prethodi interfaza u kojoj dolazi do uvećavanja ćelije, povećanja broja organela i replikacije DNK. Tako da ćelija u mejozu ulazi kao diploidna sa po dva molekula DNK na svakom hromozomu. Postoje 4 faze mejoze I:

1. Profaza I

Profaza I traje najduže i u njoj se dešavaju određeni procesi kojih nema u mitozi. Sastoji se od 5 podfaza:

•  Leptoten – u ovoj fazi započinje kondenzovanje hromozoma, pa se oni uočavaju kao končaste tvorevine koje su svojim krajevima vezane za jedrovu membranu. (slika 1.8.)

• Zigoten – u ovoj fazi dolazi do povezivanja homologih hromozoma pomoću sinapsi. Par homologih hromozoma se naziva bivalent ili tetrada. (slika 1.9.)

• Pahiten – dolazi do razmene genetskog materijala između nesestrinskih hromatida homologih hromozoma. Ovo se naziva crossing-over i posle ovog procesa, sestrinske hromatide nisu više identične. Ovo je izuzetno bitan proces i jedan je od razloga  nastanka jedinstvenosti nove jedinke. (slika 1.10.)

• Diploten – hromozomi se polako odvajaju, ali ostaju spojeni na mestima gde je izvršen crossing-over i ta mesta se nazivaju hijazme. (slika 1.11)

• Dijakinezis – iščezava jedrova ovojnica i jedarce. Takođe se centrioli postavljaju ka polovima ćelija i formiraju niti deobnog vretena. (slika 1.12.)

2. Metafaza I

U metafazi I, formiraju se deobno vreteno i mikrotubuli deobnog vretena se vezuju za centromere hromozoma. Za razliku od mitoze, u kojoj su na ekvatoru pojedinačni hromozomi, u mejozi ekvatorijalnu ravan formiraju parovi hromozoma. (međusobno povezani preko hijazmi) (slika 1.13.)

3. Anafaza I

U anafazi I, dolazi do skraćivanja niti deobnog vretena i to indukuje povlačenje hromozoma ka suprotnim polovima ćelije; Hijazme pucaju te dolazi do potpunog razdvajanja homologih hromozoma. (slika 1.15.)

* Koji će hromozom otići na koji pol ćelije je čista slučajnost, što dodatno povećava varijabilnost ovih ćelija. Na svakom polu će biti 23 hromozoma sa po 2 hromatide!

4.Telofaza I

Telofaza I je završna faza u kojoj dolazi do potpune deobe ćelija, dekondenzacija hromozoma i formiranja jedrove ovojnice. (slika 1.16.)

* Od jedne diploidne ćelije (2n) nastaju dve haploidne ćelije (n) ali sa udvostručenim genetskim materijalom! (svaki hromozom ima 2 hromatide)

b. Mejoza II

U ovu fazu ulaze ćelije nastale prvom mejotičkom deobom i to posle veoma kratke interfaze. Deoba se vrši na isti način kao i mitoza, osim što nisu u pitanju diploidne već haploidne ćelije. Po završetku ove deobe, nastaju 4 haploidne (n) ćerke ćelije (23X ili 23Y). (slika 1.17.)

OOGENEZA

Oogeneza predstavlja proces stvaranja i sazrevanja ženskih polnih ćelija – jajnih ćelija. (gametogeneza kod žene) Ovo je izuzetno složen proces, koji započinje u periodu embrionalnog razvića, nastavlja se početkom puberteta i traje sve do menopauze. (menopauza predstavlja poslednju menstruaciju).

Početak oogeneze je isti kao i početak spermatogeneze i uključuje migraciju primordijalnih germinativnih ćelija iz žumančane kese u genitalni nabor. Ovo se naziva indiferentna faza zato što je identična za oba pola.

Nakon ovoga dolazi do diferencijacije primordijalnih germinativnih ćelija u oogonije, a genitalni nabor postaje ovarijum (jajnik) . Ovo je praćeno brzim mitotičkim deobama, čime nastaje preko 2 miliona oogonija. Kod ženskog pola, mitotske deobe su prisutne samo u ovom stadijumu, za razliku od muškog pola kod kog će se mitoze nastaviti i u pubertetu.

U periodu pre rođenja i nakon rođenja sve oogonije se diferenciraju u primarne oocite koje započinju prvu mejotičku deobu ali se zaustavljaju u diplotenu profaze I. U ovom stadijumu ostaju sve do početka puberteta. Oko svake primarne oocite se formira jedan red pljosnatih ćelija koje se nazivaju granuloza ćelije i tako se formira primordijalni folikul. (o folikulima detaljnije u poglavlju „menstrualni ciklus“)

Sa početkom puberteta, prva mejotička deoba se završava i tako nastaje II oocita i primarna polocita. Sekundarna oocita dalje ulazi u drugu mejotičku deobu ali se zaustavlja u metafazi II. Ukoliko dođe do kontakta sa spermatozoidima, druga mejotička deoba će se završiti čime nastaje jajna ćelija i sekundarna polocita. Jajna ćelija odmah stupa u kontakt sa spermatozoidom i dolazi do fertilizacije. Sekundarna, kao i primarna polocita, u potpunosti rudimentira. (slika 1.18)

Bitno je primetiti da od jedne oogonije nastaje isključivo jedna zrela jajna ćelija!

SPERMATOGENEZA

Predstavlja proces diferencijacije i sazrevanja muških polnih ćelija – spermatozoida. (gametogeneza kod muškaraca) Kao i oogeneza, proces započinje u embrionalnom periodu razvića a nastavlja se u pubertetu.

U toku razvića ploda, od primordijalnih germinativnih ćelija nastaju spermatogonije koje su smeštene u testisima. Ove spermatogonije se umnožavaju mitotskim deobama a zatim se to zaustavlja i ćelije su u „stanju mirovanja“ sve do puberteta.

Pubertet sa sobom nosi hormonske promene, usled čega dolazi do ponovne aktivacije spermatogonija i spermatogeneza se nastavlja. Mitotskim deobama se povećava broj spermatogonija, od kojih se neke diferenciraju u primarne spermatocite.

Primarne spermatocite ulaze u prvu fazu mejotičke deobe, čime nastaju dve sekundarne spermatocite. One potom ulaze u drugu fazu mejotičke deobe, čime nastaju 4 spermatide (haploidne,n). Prolaskom kroz muški genitalni trakt, dolazi do njihove maturacije, te nastaju spermatozoidi. Ovaj proces se naziva spermiogeneza. (slika 1.19.)

Bitno je napomenuti da od jedne spermatogonije nastaju četiri zrela spermatozoida. (detaljnije o ovom procesu u poglavlju anatomije i fiziologije muških polnih organa)