生精干细胞发育成精子的过程在高等动物中大致相似,并发生在睾丸的曲细精管。哺乳动物的精原细胞可以作为干细胞增殖,并产生新的干细胞和分化细胞;这不仅保持了干细胞本身的生成,而且还确保了分化细胞的源源不断,而分化细胞又会产生初级精原细胞。它们为生成初级精母细胞所经历的有丝分裂次数因动物而异。除最早的精原细胞外,精子发生过程中每次有丝分裂后,细胞质并不完全分离,细胞之间通过类似合胞体的细胞间桥连接。这可以促进细胞之间保持严格的同步性和同时产生大量的精子。
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1、精母细胞产生后,进入生长期并增大,所以被称为初级精母细胞。它们的细胞核合成DNA,其染色质经历了一系列复杂的变化,为第一次成熟的分裂做准备。分裂后,每个初级精母细胞会产生两个单倍体次级精母细胞。后者不复制DNA,在相对较短的时间内进入第二次分裂,形成两个精母细胞。因此,一个初级精母细胞经过两次分裂,形成四个单倍体精母细胞。这是精子发生的唯一阶段,在所有动物物种中大致相同。
2、精子细胞转变为精子的过程被称为精子发生,也被称为精子变态。这个过程极其复杂,涉及细胞核和细胞器的快速变化。细胞核的核蛋白组成发生了重大变化,导致染色质的凝结和细胞核的缩小。在一些动物中,鱼藤素取代了细胞核中的组蛋白。高尔基体、中心体和线粒体也显示出明显的变化。高尔基体由一系列的囊泡组成,其中一些囊泡产生了前顶体颗粒。囊泡扩大并融合成较大的囊泡,覆盖在细胞核的前部,并发展成帽状顶体。顶体前颗粒也汇聚成较大的顶体颗粒,这些颗粒具有粘多糖反应。中心粒一分为二,随着高尔基体的变化而相互远离,近端中心粒位于细胞核后端的凹陷处,远端中心粒则形成鞭毛的轴心,随后消失。然后线粒体重新分布并在轴丝周围形成一个螺旋。这种运动与围绕线粒体的肌动蛋白纤维有关。在发生这些变化的同时,大部分细胞质聚集在颈部,仅通过一个细长的柄与精子细胞相连。此时,精子的尾巴已经从后端长出,当这个柄断裂时,精子从细胞质中分离出来,进入卷曲管道的腔内。
3、的整个过程与支持细胞密切相关。精索静脉曲张的上皮细胞由细长的柱状支持细胞和生殖细胞组成,柱状支持细胞具有宽基和窄尖。精子位于支撑细胞和精索静脉曲张的基底膜之间,两者之间有桥状连接。成熟的精母细胞逐渐向细管腔内移动,主要是通过支持细胞本身的运动。各种精母细胞位于支持细胞的窝内或由两个相邻支持细胞形成的窝内,并通过支持细胞的细胞膜裂缝连接。精母细胞根据其成熟程度排列,在蜕变过程中,精母细胞更接近顶端。在这里,支持细胞通过两种结构与精母细胞相连:由外质中的肌动蛋白纤维形成的连接结构和由支持细胞顶部和精母细胞头部表面形成的带状复合体。这种精确的排列是由精原细胞的不断交换造成的。
垂体分泌的黄体生成素和卵泡生成素以及睾丸间质细胞分泌的睾酮对进行了激素控制。间质细胞也称为Leydig细胞,位于输精管之间的间质组织中,合成并向输精管分泌睾酮,以促进。睾丸激素的产生受脑垂体释放的LH控制。垂体分泌的FSH刺激前庭细胞合成和分泌雄性激素结合蛋白,这种蛋白对睾酮有很高的亲和力,以维持输精管中的睾酮浓度,支持其对的作用。此外,FSH直接启动精原细胞并刺激早期生殖细胞的发育。
精子发生过程中的基因调控在精子发生过程中集中了染色质,使DNA不能被转录,这发生在精子完全形成之前。在精子发生过程中,转录停止的时间在所有动物中是不一样的。例如,在果蝇中,RNA的合成在初级精母细胞期间停止,而在小鼠中,RNA的合成在精母细胞成熟后不久继续进行,只有在细胞核开始拉长时才停止。
由于RNA的合成已经停止,精子蜕变所需的蛋白质合成必须依赖于以前产生并储存到精子蜕变的稳定的RNA。例如,鱼藤素的基因在精子细胞质中合成并进入细胞核取代组蛋白,在初级精母细胞中转录。在细胞核中合成的RNA被转移到细胞质中,与蛋白质结合形成16-18S核蛋白颗粒,并以这种形式储存在细胞质中,直到精子期。在这个转录和翻译之间有很长间隔的例子中,人们对控制转录后基因表达的因素缺乏了解。类似的现象可以在其他细胞类型的终端分化中观察到。