SPERMIE: FUNKCE, ČÁSTI, ŽIVOTNÍ CYKLUS, SPERMATOGENEZE - ANATOMIE A FYZIOLOGIE - 2025

Spermie jsou zralé pohlavní buňky (gamet buňky) vyrobené v samčích pohlavních žláz. Jsou to vysoce specializované buňky, plně oddané úkolu oplodnit vajíčka žen, což je zásadní událost při sexuální reprodukci.

Objevil je před více než 300 lety Antony van Leeuwenhoek, který, motivovaný pouze svou zvědavostí, pozoroval jeho vlastní sperma a označil termín „animalculus“ do bičovaných struktur, které pozoroval.

Fotografie lidského spermatu (Zdroj: Žádný konkrétní autor prostřednictvím Wikimedia Commons)

Od té doby jsou tyto buňky předmětem studia mnoha výzkumů, zejména těch, které se týkají plodnosti a asistované reprodukce.

Spermie jsou buňky s vysokou energetickou náročností, protože se musí pohybovat vysokou rychlostí, jakmile jsou ejakulovány z penisu (mužský reprodukční orgán) do vaginálního traktu (ženský reprodukční orgán).

Energie, kterou používají, pochází hlavně z metabolismu uhlohydrátů, jako je glukóza, tj. Z glykolýzy a mitochondriální oxidační fosforylace, což bylo prokázáno v roce 1928 díky experimentům provedeným McCarthym a spolupracovníky.

Tvorba a uvolňování těchto buněk závisí na mnoha endokrinních (hormonálních) faktorech, zejména testosteronu, který je produkován a vylučován varlaty.

Na rozdíl od toho, co se děje s ženskými pohlavními buňkami (které jsou produkovány během embryonálního vývoje), sperma se produkuje nepřetržitě po celý dospělý život člověka.

Funkce

Spermie jsou velmi důležité buňky, protože mají zvláštní úkol spojit se s vajíčkem obsaženým v ženských vaječnicích, aby se oplodnilo a oplodnilo, což je proces, který končí vytvořením nového jednotlivce.

Spermie, stejně jako vajíčka, jsou haploidní buňky, takže fúze ženských a mužských jader obnovuje diploidní náboj (2n) v nové buňce. To znamená, že každá buňka v tomto procesu přispívá polovinou chromozomální zátěže člověka.

Schéma lidského spermatu. Zdroj: Zjednodušený diagram spermatozoon.svg: Mariana Ruizderivative work: Miguelferig

U lidí jsou spermie buňky odpovědné za určování pohlaví potomstva, protože vajíčko má chromosom X sex, ale každé spermie může mít chromosom X nebo Y chromozom.

Spermie se snaží oplodnit vajíčko

Když spermie, které úspěšně oplodní a oplodní vajíčko, má chromozom X, dítě, které se vytvoří, bude XX, tj. Bude to geneticky žena. Na druhé straně, když spermie, které se spojí s vejcem, má chromozom Y, bude dítě XY, tj. Geneticky mužské.

Díly spermií (struktura)

Spermie jsou malé bičíkovité buňky (méně než 70 mikronů na délku). Každé spermie je tvořeno dvěma dobře definovanými oblastmi známými jako hlava a ocas, oba uzavřené stejnou plazmatickou membránou.

V hlavě je jádro, které bude sloužit k oplodnění ženského vajíčka, zatímco ocas je organela lokomoce, která jim umožňuje pohybovat se a která představuje důležitou část jejich délky.

- hlava

Hlava spermatu je zploštělá do tvaru a měří průměr asi 5 mikronů. Uvnitř je buněčná DNA, která je velmi kompaktní, což minimalizuje objem, který zabírá, usnadňuje její transport, transkripci a umlčení.

Jádro spermie má 23 haploidních chromozomů (v jedné kopii). Tyto chromozomy se liší od chromozomů somatických buněk (buněk v těle, které nejsou pohlavními buňkami) v tom, že jsou plné proteinů známých jako protaminy a některé histony spermií.

Protaminy jsou proteiny s velkým množstvím pozitivních nábojů, které usnadňují jejich interakci s negativně nabitou DNA.

Boční a čelní pohled na lidské sperma (Zdroj: LadyofHats přes Wikimedia Commons)

Kromě jádra má hlava spermatu sekreční vezikulu známou jako acrosomální vezikula nebo akrosom, která částečně obklopuje přední oblast jádra a je v kontaktu s plazmatickou membránou pohlavní buňky.

Tento váček obsahuje velké množství enzymů, které usnadňují proces pronikání vnějšího povlaku vajíčka během oplodnění. Mezi tyto enzymy patří neuraminidáza, hyaluronidáza, kyselá fosfatáza, arylsulfatáza a acrosin, proteáza podobná trypsinu.

Když se vajíčko a sperma dostanou do vzájemného kontaktu, uvolňuje acrosom svůj obsah exocytózou, což je proces známý jako „acrosomová reakce“, nezbytný pro spojení, pronikání a fúzi spermatu s vajíčkem.

- Ocas

Hlava a ocas spermie jsou pokryty stejnou plazmatickou membránou. Ocas je velmi dlouhý bičík, který má čtyři oblasti zvané krk, prostřední kus, hlavní kus a koncový kus.

Axoném, tj. Cytoskeletální struktura, která zajišťuje pohyb ocasu, vychází z bazálního těla umístěného za jádrem spermatu. Toto základní tělo je to, co tvoří krk a je asi 5µm dlouhé.

Mezi krkem a koncovým kusem je mezikus. Je dlouhý 5 mikronů a je charakterizován přítomností několika mitochondrií, které jsou uspořádány ve formě "pochvy" kolem centrálního axonemu. Tyto vysoce specializované mitochondrie jsou v podstatě zdrojem energie potřebné pro pohyb ve formě ATP.

Hlavní kus má délku necelých 50 μm a je nejdelší částí ocasu. Začíná „prstenem“, který zabraňuje dalšímu postupu mitochondrií a končí koncovým kusem. Jak se přibližujete ke konci, hlavní kus se zužuje (zužuje).

Koncový kus je konečně tvořen posledních 5 μm ocasu a je strukturou, kde je pozorována určitá „porucha“ v mikrotubulích, které tvoří axoném bičíku.

Životní cyklus

Průměrný dospělý člověk produkuje miliony spermií denně, avšak tyto buňky se od úplného vytvoření a zrání (až do jejich ejakulace) zabírají mezi 2 a 3 měsíci.

Životní cyklus spermatické buňky začíná gametogenezí nebo spermatogenezí, tj. Rozdělením zárodečné nebo prekurzorové buňky, což vede k pozdějšímu dělení a dozrávání buněčných linií, které se dělí. Mezitím defektní buňky procházejí naprogramovanými procesy buněčné smrti.

Jakmile se zrající spermie vytvoří v semenných tubulích, musí migrovat do oblasti varlat známých jako epididymis, která je přibližně 20 stop dlouhá. Tato migrace trvá několik dní a ukázalo se, že v této fázi buňky nejsou dostatečně zralé, aby oplodnily vajíčko, protože nemají dostatečnou pohyblivost.

Po uplynutí 18 nebo 24 hodin v epididymis jsou spermie dokonale pohyblivé, ale tato pohyblivost je inhibována určitými proteinovými faktory.

Jakmile je v epididymis, spermie si udržují svou plodnost jen něco přes měsíc, ale tentokrát bude záviset na podmínkách teploty, stravy a životního stylu.

Když jsou sperma ejakulována během pohlavního styku (pohlavní styk), mají plnou kapacitu pro pohyb a pohybují se rychlostí až 4 mm / min. Tyto buňky mohou přežít 1 až 2 dny v ženském reprodukčním traktu, ale to závisí na kyselosti okolního prostředí.

Spermatogeneze

K produkci spermií (spermatogeneze) dochází nejprve u lidí během puberty. Tento proces probíhá ve varlatech, což jsou dva orgány mužského reprodukčního systému, a souvisí s redukcí chromozomální zátěže pohlavních buněk (které přecházejí z diploidu (2n) na haploid (n)).

Ve varlatech dochází k spermatogenezi v potrubích známých jako semenotvorné kanálky, jejichž epitel je tvořen dvěma hlavními typy buněk: Sertoliho buňkami a spermatogenními buňkami.

Spermatogenní buňky vedou ke vzniku spermatozoí, zatímco buňky Sertoli vyživují a chrání spermatogenní buňky. Ty jsou v semenných trubicích v různých stádiích zrání.

Schematické znázornění procesu spermatogeneze (Zdroj: Miguelferig přes Wikimedia Commons)

Mezi spermatogenní buňky patří buňky známé jako spermatogonie, což jsou nezralé zárodečné buňky odpovědné za dělení a produkci primárních spermatocytů, sekundárních spermatocytů a zralých spermií.

- Spermatogonie, primární spermatocyty, sekundární spermatocyty a spermatidy

Spermatogonie jsou lokalizovány směrem k vnějšímu okraji seminiferních tubulů, poblíž jejich bazální laminy; Jak se dělí, buňky, které vyvolávají, migrují do centrální části potrubí, kde konečně zrají.

Spermatocytogeneze

Spermatogonie se dělí mitózou (asexuální dělení) a jsou diploidními buňkami (2n), které při dělení vytvářejí více spermatogonií a primárních spermatocytů, které nejsou ničím jiným než spermatogonií, které se přestanou dělit mitózou a vstupují do meiózy I.

Malá skupina spermatogonií se pomalu dělí mitózou po celý život, fungující jako „kmenové buňky“ pro mitotickou produkci více spermatogonií nebo buněk, které se zavázaly zrání.

Když spermatogonie zraje, to znamená, že když se dělí mitózou a později meiózou, jejich potomstvo nedokončí cytosolické dělení, takže dceřiné buňky (klony) zůstávají navzájem propojeny cytosolickými můstky, jako by byly syncytiem..

Toto syncytium se udržuje až do závěrečných fází zrání a migrace spermatických buněk (spermie), kde se spermie uvolňuje do lumen semenných tubulů. To má za následek synchronní produkci skupin buněk.

- Meióza

Primární spermatocyty, jak se dělí meiózou, vytvářejí sekundární spermatocyty, které se znovu dělí meiózou (meióza II) a diferencují se na jiný typ buněk nazývaných spermatidy, které mají poloviční chromozomální zatížení spermatogonií. říkají, jsou haploidní.

- Zrání spermatid nebo spermiogeneze

Jak spermatidy zrají, diferencují se na zralé spermie díky řadě morfologických změn, které zahrnují eliminaci velké části jejich cytosolu, tvorbu bičíku a vnitřní přestavbu jejich cytosolických organel.

Některé z těchto změn souvisejí s kondenzací buněčného jádra, s prodloužením buňky a přeskupením mitochondrií.

Tyto buňky následně migrují do epididymis, výstřední trubice ve varlatech, kde jsou uloženy a pokračují v procesu zrání. Avšak pouze prostřednictvím procesu známého jako kondenzace, který se odehrává v ženském genitálním traktu, spermie dokončují své zrání.

Reference

1. Barrett, KE, Barman, SM, Boitano, S. a Brooks, H. (2012). Ganongova recenze lékařské fyziologie, (LANGE Basic Science).
2. Chen, H., Mruk, D., Xiao, X., & Cheng, CY (2017). Spermatogeneze člověka a její regulace. Současná endokrinologie, 49–72.
3. Clermont, Y. (1970). Dynamika lidské spermatogeneze. In The Human Testis (str. 47–61).
4. Dadoune, JP (1995). Jaderný stav lidských spermatických buněk. Mikron. Elsevier.
5. Gartner, LP, a Hiatt, JL (2006). Barevná učebnice histologie elektronické knihy. Elsevier Health Sciences.
6. Griswold, MD (2015). Spermatogeneze: Závazek k meióze. Physiological Reviews, 96, 1-17.
7. Solomon, E., Berg, L., & Martin, D. (1999). Biologie (5. vydání). Philadelphia, Pensylvánie: Saunders College Publishing.