SPERMATOGENESIS: TAHAPAN DAN KARAKTERISTIKNYA - BIOLOGI - 2025

The spermatogenesis adalah proses pembentukan spermatozoa dari sel germinal (spermatogonium). Ini terjadi pada individu laki-laki dari organisme eukariotik dengan reproduksi seksual.

Agar proses ini dapat dilakukan secara efisien, diperlukan kondisi khusus, antara lain: pembelahan kromosom yang benar dengan ekspresi gen yang tepat dan media hormonal yang memadai, untuk menghasilkan jumlah sel fungsional yang tinggi.

Sumber: Anchor207

Transformasi spermatogonia menjadi gamet dewasa terjadi selama pematangan seksual pada organisme. Proses ini dipicu karena akumulasi hormon tertentu dari jenis gonadotropin hipofisis, seperti HCG (human chorionic gonadotropin) yang mengintervensi produksi testosteron.

Apa itu spermatogenesis?

Spermatogenesis terdiri dari pembentukan gamet jantan: sperma.

Produksi sel kelamin ini dimulai di tubulus seminiferus, yang terletak di testis. Tubulus ini menempati sekitar 85% dari total volume gonad dan di dalamnya terdapat sel germinal yang belum matang atau spermatogonia yang terus membelah dengan mitosis.

Beberapa dari spermatogonia ini berhenti bereproduksi dan menjadi spermatosit primer, yang memulai proses meiosis untuk masing-masing menghasilkan sepasang spermatosit sekunder dengan muatan kromosom penuhnya.

Yang terakhir menyelesaikan tahap kedua meiosis, akhirnya menimbulkan empat spermatid dengan setengah beban kromosom (haploid).

Kemudian mereka mengalami perubahan morfologis, menghasilkan sperma, yang menuju ke epididimis yang terletak di skrotum di sebelah testis. Di saluran ini terjadi pematangan gamet yang siap mentransmisikan gen individu.

Proses spermatogenesis bergantung pada regulasi hormonal dan genetik. Proses ini bergantung pada testosteron, sehingga sel-sel khusus (sel Leydig) ditemukan di tubulus seminiferus dalam produksi hormon ini.

Unsur genetik terlibat

Beberapa gen penting dalam spermatogenesis adalah gen SF-1 yang berperan dalam diferensiasi sel Leydig, dan gen SRY, yang berperan dalam diferensiasi sel Sertoli dan pembentukan tali testis. Gen lain terlibat dalam mengatur proses ini: RBMY, DBY, USP9Y, dan DAZ.

Yang terakhir ini ditemukan pada kromosom Y. Bertindak dalam pengkodean protein pengikat RNA dan ketidakhadirannya terkait dengan infertilitas pada beberapa individu.

Tahapan dan karakteristiknya

Tubulus seminiferus dengan sperma matang. Nefron

Sel germinal primordial (gonosit) terbentuk di kantung kuning telur dan bergerak ke puncak genital, membelah di antara sel Sertoli, sehingga membentuk tubulus seminiferus. Gonosit ditemukan di dalam, dari mana mereka bermigrasi menuju membran basal untuk menimbulkan spermatogonia.

Proliferasi sel germinal primordial dan pembentukan spermatogonia terjadi selama perkembangan embrio individu. Tak lama setelah lahir, pembelahan mitosis sel-sel ini berhenti.

Proses di mana sperma matang diproduksi dibagi menjadi tiga fase: spermatogon, spermatosit, dan sperma.

1. Fase spermatogon

Saat periode kematangan seksual individu mendekat, peningkatan kadar testosteron mengaktifkan proliferasi spermatogonia. Sel germinal ini membelah untuk menghasilkan serangkaian spermatogonia yang berdiferensiasi menjadi spermatosit primer.

Pada manusia, beberapa jenis morfologi spermatogonia dibedakan:

Iklan Spermatogonia: Terletak di sebelah sel interstisial tubulus seminiferus. Mereka menderita divisi mitosis yang menghasilkan pasangan tipe-iklan yang pada gilirannya terus membelah, atau pasangan tipe-Ap.

Ap spermatogonia: Ini mengikuti proses diferensiasi untuk menghasilkan sperma, membelah secara berurutan oleh mitosis.

Spermatogonia B. Produk dari divisi mitosis Ap spermatogonia Mereka memiliki inti spheroidal dan kekhasan yang dihubungkan satu sama lain dengan "jembatan sitoplasma".

Mereka membentuk sejenis syncytium yang bertahan pada tahap-tahap selanjutnya, memisahkan dalam diferensiasi sperma, saat sperma dilepaskan ke dalam lumen tubulus seminiferus.

Penyatuan sitoplasma antara sel-sel ini memungkinkan perkembangan yang sinkron dari setiap pasangan spermatogonia dan masing-masing mendapatkan informasi genetik lengkap yang diperlukan untuk fungsinya, karena bahkan setelah meiosis, sel-sel ini terus berkembang.

2. Fase spermatositik

Dalam fase ini, spermatogonia B telah membelah secara mitosis, membentuk spermatosit I (primer) yang menggandakan kromosomnya, sehingga setiap sel membawa dua set kromosom, membawa dua kali jumlah informasi genetik yang biasa.

Selanjutnya dilakukan pembelahan meiosis pada spermatosit tersebut, sehingga materi genetik di dalamnya mengalami reduksi hingga mencapai karakter haploid.

Mitosis I

Pada pembelahan meiosis pertama, kromosom dipadatkan dalam profase, menghasilkan, dalam kasus manusia, 44 autosom dan dua kromosom (satu X dan satu Y), masing-masing dengan satu set kromatid.

Kromosom homolog berpasangan satu sama lain saat berbaris di pelat ekuator metafase. Susunan ini disebut tetrad karena mengandung dua pasang kromatid.

Tetrad bertukar materi genetik (persilangan) dengan kromatid yang disusun ulang menjadi struktur yang disebut kompleks sinaptonemik.

Dalam proses ini, diversifikasi genetik terjadi dengan bertukar informasi antara kromosom homolog yang diwarisi dari ayah dan ibu, memastikan bahwa semua spermatid yang dihasilkan dari spermatosit berbeda.

Pada akhir penyilangan, kromosom terpisah, bergerak ke kutub berlawanan dari gelendong meiosis, "melarutkan" struktur tetrad, kromatid yang direkombinasi dari setiap kromosom tetap bersama.

Cara lain untuk menjamin keragaman genetik yang terkait dengan orang tua adalah dengan penyebaran acak kromosom yang diturunkan dari ayah dan ibu ke arah kutub gelendong. Pada akhir pembelahan meiosis ini, spermatosit II (sekunder) diproduksi.

Meiosis II

Spermatosit sekunder memulai proses meiosis kedua segera setelah terbentuk, mensintesis DNA baru. Akibatnya, setiap spermatosit memiliki setengah beban kromosom dan setiap kromosom memiliki sepasang kromatid saudara dengan DNA duplikat.

Pada metafase, kromosom didistribusikan dan disejajarkan di lempeng ekuator, dan kromatid terpisah dengan bermigrasi ke sisi berlawanan dari gelendong meiosis.

Setelah membran inti dibangun kembali, spermatid haploid diperoleh dengan setengah kromosom (23 pada manusia), kromatid, dan salinan informasi genetik (DNA).

3. Fase sperma

Spermiogenesis merupakan fase terakhir dari proses spermatogenesis, dan pembelahan sel tidak terjadi di dalamnya, melainkan perubahan morfologi dan metabolisme yang memungkinkan diferensiasi sel menjadi sperma matang haploid.

Perubahan seluler terjadi saat spermatid menempel pada membran plasma sel Sertoli, dan dapat dijelaskan dalam empat fase:

Fase golgi

Ini adalah proses di mana badan Golgi menimbulkan akrosom, karena akumulasi butiran proakrosomik atau PAS (asam periodik-Schiff reaktif) di kompleks Golgi.

Butiran ini mengarah ke vesikula akrosom yang terletak di sebelah nukleus dan posisinya menentukan bagian anterior sperma.

Sentriol bergerak menuju bagian posterior spermatid, menyelaraskan diri secara tegak lurus dengan membran plasma dan membuat doublet yang akan mengintegrasikan mikrotubulus aksonem di dasar flagel sperma.

Fase cap

Vesikel akrosom tumbuh dan meluas ke bagian anterior nukleus, membentuk tutup akrosom atau akrosom. Pada fase ini, kandungan inti terkondensasi dan bagian inti yang tertinggal di bawah akrosom mengental, kehilangan pori-porinya.

Fase akrosom

Nukleus memanjang dari bulat menjadi elips, dan flagel diorientasikan sehingga ujung anteriornya menempel pada sel Sertoli yang mengarah ke lamina basal tubulus seminiferus, di mana flagel yang sedang berkembang meluas.

Sitoplasma bergerak ke posterior sel dan mikrotubulus sitoplasma terakumulasi dalam selubung silinder (manchette) yang membentang dari tutup akrosom ke bagian posterior spermatid.

Setelah mengembangkan flagel, sentriol bergerak kembali menuju nukleus, mengikuti alur di bagian posterior nukleus, dari situlah sembilan serat tebal muncul yang mencapai mikrotubulus aksonem; dengan cara ini nukleus dan flagel terhubung. Struktur ini dikenal sebagai daerah leher.

Mitokondria bergerak menuju daerah posterior leher, mengelilingi serat tebal dan tersusun dalam selubung heliks rapat yang membentuk daerah perantara dari ekor sperma. Sitoplasma bergerak menutupi flagel yang sudah terbentuk, dan "manchette" larut.

Fase pematangan

Sitoplasma berlebih difagositosis oleh sel Sertoli, membentuk tubuh sisa. Jembatan sitoplasma yang terbentuk di B spermatogonia tetap berada di tubuh sisa, sehingga spermatid dipisahkan.

Akhirnya, spermatid dilepaskan dari sel Sertoli, dilepaskan ke dalam lumen tubulus seminiferus dari mana mereka diangkut melalui tabung lurus, rete testis dan saluran eferen ke epididimis.

Regulasi hormonal

Spermatogenesis adalah proses yang diatur oleh hormon, terutama testosteron. Pada manusia, seluruh proses dipicu pada pematangan seksual, oleh pelepasan hormon GnRH di hipotalamus yang mengaktifkan produksi dan akumulasi gonodotropin hipofisis (LH, FSH dan HCG).

Sel Sertoli mensintesis protein transporter testosteron (ABP) dengan stimulasi FSH, dan bersama dengan testosteron yang dilepaskan oleh sel Leydig (dirangsang oleh LH), mereka memastikan konsentrasi tinggi hormon ini di tubulus seminiferus.

Dalam sel Sertoli, estradiol juga disintesis, yang terlibat dalam pengaturan aktivitas sel Leydig.

Pemupukan

Epididimis terhubung dengan vas deferens yang mengalir ke uretra, akhirnya memungkinkan keluarnya sperma yang kemudian mencari sel telur untuk dibuahi, menyelesaikan siklus reproduksi seksual.

Setelah dilepaskan, sperma bisa mati dalam hitungan menit atau jam, harus mencari gamet betina sebelum ini terjadi.

Pada manusia, sekitar 300 juta sperma dilepaskan di setiap ejakulasi selama hubungan seksual, tetapi hanya sekitar 200 yang bertahan sampai mereka mencapai wilayah di mana mereka dapat kawin.

Sperma harus melalui proses pelatihan di saluran reproduksi wanita di mana mereka memperoleh mobilitas flagel yang lebih besar dan mempersiapkan sel untuk reaksi akrosom. Ciri-ciri ini diperlukan untuk membuahi telur.

Kapasitasi sperma

Di antara perubahan yang ada sperma, modifikasi biokimia dan fungsional menonjol, seperti hiperpolarisasi membran plasma, peningkatan pH sitosol, perubahan lipid dan protein, dan aktivasi reseptor membran yang memungkinkan mereka untuk dikenali oleh zona pelusida. untuk bergabung dengan ini.

Wilayah ini berfungsi sebagai penghalang kimiawi untuk menghindari persilangan antar spesies, karena dengan tidak mengenali reseptor tertentu, pembuahan tidak terjadi.

Telur memiliki lapisan sel granular dan dikelilingi oleh asam hialuronat konsentrasi tinggi yang membentuk matriks ekstraseluler. Untuk menembus lapisan sel ini, sperma memiliki enzim hyaluronidase.

Setelah bersentuhan dengan zona pelusida, reaksi akrosom dipicu, di mana isi tutup akrosom dilepaskan (sebagai enzim hidrolitik), yang membantu sperma melintasi wilayah dan bergabung dengan membran plasma sel telur, melepaskan di dalamnya kandungan sitoplasma, organel, dan nukleusnya.

Reaksi kortikal

Pada beberapa organisme, depolarisasi membran plasma ovula terjadi saat bersentuhan dengan sperma, sehingga mencegah lebih dari satu sperma untuk membuahi.

Mekanisme lain untuk mencegah polispermia adalah reaksi kortikal, dimana enzim dilepaskan yang mengubah struktur zona pellucida, menghambat glikoprotein ZP3 dan mengaktifkan ZP2, membuat daerah ini tidak dapat ditembus sperma lain.

Karakteristik sperma

Gamet jantan memiliki karakteristik yang membuatnya sangat berbeda dengan gamet betina dan sangat beradaptasi untuk menyebarkan gen individu ke generasi berikutnya.

Berbeda dengan ovula, sperma adalah sel terkecil yang ada di tubuh dan menghadirkan flagel yang memungkinkan mereka bergerak untuk mencapai gamet betina (yang tidak memiliki mobilitas seperti itu) untuk membuahinya. Flagel ini terdiri dari leher, wilayah perantara, wilayah utama, dan wilayah terminal.

Di leher adalah sentriol, dan di daerah perantara terletak mitokondria, yang bertanggung jawab untuk menyediakan energi yang diperlukan untuk mobilitasnya.

Secara umum, produksi sperma sangat tinggi, hal ini sangat kompetitif di antara mereka karena hanya sekitar 25% yang benar-benar dapat membuahi gamet betina.

Perbedaan antara spermatogenesis dan oogenesis

Spermatogenesis memiliki ciri-ciri yang membedakannya dengan oogenesis:

-Sel meiosis terus menerus dari pematangan seksual individu, setiap sel menghasilkan empat gamet matang, bukan satu.

-Sperma matang setelah proses kompleks yang dimulai setelah meiosis.

-Untuk produksi sperma, pembelahan sel dua kali lebih banyak terjadi seperti dalam pembentukan sel telur.

Referensi

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008). Biologi Molekuler Sel. Garland Science, Taylor dan Francis Group.
2. Creighton, TE (1999). Ensiklopedia biologi molekuler. John Wiley dan Sons, Inc.
3. Hill, RW, Wyse, GA, & Anderson, M. (2012). Fisiologi Hewan. Penerbit Sinauer Associates, Inc.
4. Kliman, RM (2016). Ensiklopedia Biologi Evolusioner. Pers Akademik.
5. Marina, S. (2003) Kemajuan dalam pengetahuan Spermatogenesis, Implikasi Klinis. Majalah Kesuburan Ibero-Amerika. 20 (4), 213-225.
6. Ross, MH, Pawlina, W. (2006). Histologi. Editorial Médica Panamericana.