Keimzellen und Befruchtung Teil 2. Prof. Dr. Ulrike Spörhase-Eichmann Pädagogische Hochschule Freiburg

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1 Keimzellen und Befruchtung Teil 2 Prof. Dr. Ulrike Spörhase-Eichmann Pädagogische Hochschule Freiburg

2 Lehrziele Sie sollen Erkennen, dass Sexualität ein Wagnis ist. Verbesserung und Verschlechterung der Überlebenschancen sind gleich wahrscheinlich. Verstehen, dass letztendlich sexuelle Fortpflanzung einen Wettbewerbsvorteil für Organismen in einer Umwelt, die sich unvorhersehbar ändert, darstellt. Prinzipielle Unterschiede und Funktionen von Mitose und Meiose wiederholen Mechanismen der genetischen Rekombination verstehen Keimzellanlage und Gonadenentwicklung bei Säugern kennen lernen Vorstellungen über die Genese, Merkmale und Eigenschaften von Ei- und Samenzellen entwickeln. 2

3 Eizellen 3

4 Eizellen Können nach Befruchtung vollständiges neues Individuum erzeugen Hoch spezialisiert für unabhängige Entwicklung durch Nährstoffreserven und Hülle. Eizellen setzen besondere Mechanismen ein, um ihre enorme Größe zu erreichen; z.b. zusätzliche Genkopien, Import von Eidotter ins Ei außerhalb des Ovars (Dottersynthese durch Leberzellen), Ammenzellen (umgewandelte Oocyten), akzessorische Zellen des Oovars (Follikelzellen). (Alberts et al. 2004) 4

5 Eizellen entwickeln sich in Stadien Teilung hält in der Prophase der Meiose an, während die primäre Oozyte wächst. 5

6 Übersicht über die weiblichen Geschlechtsorgane 6

7 Eizellen entwickeln sich in Stadien (Alberts et al. 2004) 7

8 Primäre Oocyten im Kaninchenovar A Frühres Entwicklungsstadium. B Reife primäre Oocyte (Alberts et al. 2004) 8

9 Anzahl der Eizellen im Abhängigkeit vom Alter der Frau 9

10 Spermien 10

11 Spermien Sind angepasst DNA in eine Eizelle zu befördern (beweglich, wenig Plasma, gute Energiebereitstellung) Werden bei Säugetieren meist kontinuierlich gebildet. Dagegen vermehren sich die Oogonien ausschließlich im weiblichen Fetus und verharren dann in der meiotischen Prophase. Spermatogenese setzt mit der Pubertät ein und findet dann kontinuierlich im Hoden statt. 11

12 Säugetierspermium Spermium im Längsschnitt und Querschnittszeichnung durch das Mittelstück (nach EM-Aufnahme). Beachte: die Spiralstruktur des Mitochondriums, das aus Fusion einzelner Mitochondrien während der Spermatidendifferenzierung entstanden ist. (Alberts et al. 2004) 12

13 Übersicht über den Aufbau des Hodens 13

14 Übersicht über die männlichen Geschlechtsorgane 14

15 Hoden 15

16 Stadien der Spermatogenese (Alberts et al. 2004) 16

17 Querschnitte durch ein Hodenkanälchen (Tubulus seminiferus contortus) 17

18 Spermatogenese im Säugetierhoden (Alberts et al. 2004) Vereinfachte Zeichnung durch ein Samenkanälchen. A. Sich entwickelnde Gameten haben engen Kontakt zu den Sertoli-Zellen (Nährfunktion). Leydig-Zellen sezernieren Testosteron. B. Vergrößerter Ausschnitt der Wand eines Samenkanales mit Stadien der Spermatogenese. Beim Menschen dauert es ca. 24h bis eine Speramtocyte die Meiose durchlaufen hat und zu einer Spermatide wird. Die Entwicklung von der Spermatide zum Spermium benötigt noch weitere Reifungsprozesse und dauert 5 Wochen. 18

19 Das kollektive Heranreifen und die Entledigung von Cytoplasma Cytoplasmabrücken bei sich entwickelnden Spermien und ihren Vorläuferzellen. Alle Nachkommen (hier nur 2 gezeigt) eines Spermatogoniums bleiben während ihrer Differenzierung zu fertigen Spermien untereinander über cytoplasmatische Brücken verbunden. (Alberts et al. 2004) 19

20 Spermatogenese und Oogenese Aus: Plattner & Hentschel (2002) 20

21 Befruchtung bei Säugern 21

22 Befruchtung bei Säugern (Alberts et al. 2004) Artspezifische Bindung an die Zona pellucida induziert im Spermium die Akrosomenreaktion Säugetierspermien können sich nur an die Eizellen heften und diese durchdringen, wenn sie nach der Ejakulation modifiziert werden (Kapazitation). Kapazitaion verändert die Lipid- und Proteinzusammensetzung der Spermienplasmamembran. Die Zona pellucida besteht vor allem aus 3 Glykoproteinen (ZP1-3). Anheften des Spermiums induziert Akrosomenreaktion im Sperium, Freisetzung hydrolytischer Enzyme. Cortexreaktion im Ei gewährleistet, dass nur ein Spermium eine Eizelle befruchtet. 22

23 Menschliches Spermium bindet an Hamster-Eizelle (Alberts et al. 2004) 23

24 Fusion von Ei- und Spermienvorkern nach der Befruchtung beim Säugetier (Alberts et al. 2004) 24

25 Fusionierende Ei- und Spermienvorkerne des Menschen Aufnahmen nach künstlicher Befruchtung. Spindelmikrotubuli sind mit Antikörpern markiert (grün). DNA ist blau markiert. A Meiotische Spindel in einer reifen unbefruchteten Oocyte. B Befruchtete Eizelle schnürt 2. Polkörperchen ab; Stadium ca. 5 h nach Fusion mit Spermium. Um den Spermienkopf links haben sich zahlreiche Mikrotubuli angesammelt. C Vorkerne sind miteinander verschmolzen. D 16h nach Befruchtung, bipolare Mitosespindel ausgebildet. Ausrichtung der Chromosomen in der Metphaseplatte. (Alberts et al. 2004) 25

26 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 26

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