SPERMA: FUNKCIE, ČASTI, ŽIVOTNÝ CYKLUS, SPERMATOGENÉZA - ANATÓMIA A FYZIOLÓGIA - 2026

Spermie sú zrelé pohlavné bunky (gamét bunky) vyrobené v samčích pohlavných žliaz. Sú to vysoko špecializované bunky, ktoré sa plne venujú úlohe oplodnenia vajíčok samíc, čo je zásadná udalosť pri sexuálnej reprodukcii.

Objavili ich pred viac ako 300 rokmi Antony van Leeuwenhoek, ktorý motivovaný výlučne svojou zvedavosťou pozoroval svoju vlastnú spermu a označil termín „animalculus“ do bičovaných štruktúr, ktoré pozoroval.

Fotografia ľudského spermie (Zdroj: Žiadny konkrétny autor prostredníctvom Wikimedia Commons)

Odvtedy sú tieto bunky predmetom štúdia mnohých výskumov, najmä tých, ktoré sa týkajú plodnosti a asistovanej reprodukcie.

Spermia sú bunky s vysokými energetickými požiadavkami, pretože sa musia po ejakulácii z penisu (mužský reprodukčný orgán) pohybovať vysokou rýchlosťou smerom k vaginálnemu traktu (ženský reprodukčný orgán).

Energia, ktorú používajú, pochádza hlavne z metabolizmu uhľohydrátov, ako je glukóza, to znamená z glykolýzy a mitochondriálnej oxidačnej fosforylácie, ktorá bola preukázaná v roku 1928 vďaka experimentom uskutočneným McCarthym a spolupracovníkmi.

Tvorba a uvoľňovanie týchto buniek závisí od mnohých endokrinných (hormonálnych) faktorov, najmä testosterónu, ktorý je produkovaný a vylučovaný semenníkmi.

Na rozdiel od toho, čo sa deje so ženskými pohlavnými bunkami (ktoré sa produkujú počas embryonálneho vývoja), spermie sa produkujú nepretržite počas celého dospelého života človeka.

Vlastnosti

Spermie sú veľmi dôležité bunky, pretože majú špeciálnu úlohu fúzovať s vajíčkom obsiahnutým v ženských vaječníkoch, aby ho oplodnili a oplodnili, čo je proces, ktorý končí vytvorením nového jedinca.

Spermie, ako aj vajíčka, sú haploidné bunky, takže fúzia samičích a mužských jadier obnovuje diploidný náboj (2n) v novej bunke. To znamená, že každá bunka v tomto procese prispieva polovicou chromozomálnej záťaže človeka.

Schéma ľudského spermie. Zdroj: Zjednodušený diagram spermatozoon.svg: Mariana Ruizderivative work: Miguelferig

U ľudí sú spermie bunky zodpovedné za určovanie pohlavia potomkov, pretože vajíčko má chromozóm X sex, ale každé spermie môže mať chromozóm X alebo Y chromozóm.

Sperma sa snaží oplodniť vajíčko

Keď spermie, ktoré úspešne oplodnia a oplodnia vajíčko, má chromozóm X, dieťa, ktoré sa vytvorí, bude XX, to znamená, že bude geneticky samičie. Na druhej strane, keď spermie, ktoré sa spájajú s vajíčkom, majú chromozóm Y, dieťa bude XY, tj geneticky samec.

Časti spermií (štruktúra)

Sperma sú malé bičíkovité bunky (dlhé menej ako 70 mikrónov). Každé spermie sa skladajú z dvoch dobre definovaných oblastí známych ako hlava a chvost, ktoré sú uzavreté rovnakou plazmatickou membránou.

V hlave je jadro, ktoré bude slúžiť na oplodnenie ženského vajíčka, zatiaľ čo chvost je organelkou pohybového aparátu, ktorá im umožňuje pohyb a ktorý predstavuje dôležitú súčasť ich dĺžky.

- hlava

Hlava spermie je sploštená do tvaru a má priemer asi 5 mikrónov. Vo vnútri je bunková DNA, ktorá je veľmi zhutnená, čo minimalizuje objem, ktorý zaberá, čo uľahčuje jej transport, transkripciu a umlčanie.

Jadro spermie má 23 haploidných chromozómov (v jednej kópii). Tieto chromozómy sa líšia od chromozómov somatických buniek (bunky v tele, ktoré nie sú pohlavnými bunkami) v tom, že sú plné proteínov známych ako protamíny a niektoré históny spermií.

Protamíny sú proteíny s množstvom pozitívnych nábojov, ktoré uľahčujú ich interakciu s negatívne nabitou DNA.

Bočný a čelný pohľad na ľudské spermie (Zdroj: LadyofHats cez Wikimedia Commons)

Okrem jadra má hlava spermií sekrečný vezikul známy ako acrosomálny vezikula alebo akrozóm, ktorý čiastočne obklopuje prednú oblasť jadra a je v kontakte s plazmatickou membránou pohlavnej bunky.

V tomto vezikule sa nachádza veľké množstvo enzýmov, ktoré uľahčujú proces prieniku vonkajšej vrstvy vajíčka počas oplodnenia. Tieto enzýmy zahŕňajú neuraminidázu, hyaluronidázu, kyslú fosfatázu, arylsulfatázu a acrozín, proteázu podobnú trypsínu.

Keď sa vajíčko a spermie navzájom dostanú do styku, akrozóm uvoľňuje svoj obsah exocytózou, čo je proces známy ako „akrozómová reakcia“, ktorý je nevyhnutný pre spojenie, prienik a fúziu spermie s vajíčkom.

- Chvost

Hlava a chvost spermie sú pokryté rovnakou plazmatickou membránou. Chvost je veľmi dlhá bičík, ktorý má štyri oblasti nazývané krk, stredný kus, hlavný kus a koncový kus.

Axoném, tj cytoskeletálna štruktúra, ktorá zaisťuje pohyb za chvostom, vychádza z bazálneho tela umiestneného za jadrom spermie. Toto základné telo tvorí krk a je dlhé asi 5 μm.

Medzi hrdlom a koncovým dielom je vložený diel. Je dlhá 5 mikrónov a vyznačuje sa prítomnosťou viacerých mitochondrií, ktoré sú usporiadané vo forme "plášťa" okolo centrálnej axonémie. Tieto vysoko špecializované mitochondrie v podstate poskytujú energiu potrebnú na pohyb vo forme ATP.

Hlavná časť je dlhá menej ako 50 μm a je najdlhšou časťou chvosta. Začína sa „krúžkom“, ktorý bráni ďalšiemu rozvoju mitochondrií a končí koncovkou. Keď sa priblížite ku koncovému kusu, zužuje sa hlavný kus.

Koncový kus je nakoniec tvorený poslednými 5 μm chvosta a je štruktúrou, kde sa v mikrotubuloch, ktoré tvoria axoném bičíkov, pozoruje určitá „porucha“.

Životný cyklus

Priemerný dospelý človek produkuje milióny spermií za deň, avšak tieto bunky trvajú od 2 do 3 mesiacov, kým sa úplne formujú a dozrievajú (až do ich ejakulácie).

Životný cyklus spermatickej bunky začína gametogenézou alebo spermatogenézou, to znamená rozdelením zárodočných alebo prekurzorových buniek, čo vedie k deleniu bunkových línií, ktoré sa neskôr delia, k neskoršej diferenciácii a dozrievaniu. Medzitým sa defektné bunky podrobia programovaným procesom bunkovej smrti.

Po vytvorení v semenných tubuloch musí dozrievajúce spermie migrovať do oblasti semenníkov známej ako epididymis, ktorá je dlhá približne 20 stôp. Táto migrácia trvá niekoľko dní a ukázalo sa, že v tejto fáze bunky nie sú dostatočne zrelé na oplodnenie vajíčka, pretože im chýba dostatočná mobilita.

Po uplynutí 18 alebo 24 hodín v epididýme sú spermie dokonale pohyblivé, ale táto mobilita je inhibovaná určitými proteínovými faktormi.

Akonáhle je epididymis, spermie si udržujú svoju plodnosť len niečo cez mesiac, ale tento čas bude závisieť od teploty, stravy a životného štýlu.

Keď sa spermie ejakulujú počas pohlavného styku (pohlavný styk), majú plnú kapacitu na pohyb a pohybujú sa rýchlosťou 4 mm / min. Tieto bunky môžu prežiť 1 až 2 dni v ženskom reprodukčnom trakte, ale to závisí od kyslosti okolitého prostredia.

spermatogenézy

Produkcia spermií (spermatogenéza) sa prvýkrát vyskytuje u ľudí počas puberty. Tento proces sa uskutočňuje v semenníkoch, ktoré sú dvomi orgánmi mužského reprodukčného systému, a súvisí so znížením chromozomálnej záťaže pohlavných buniek (ktoré idú z diploidu (2n) na haploid (n)).

V semenníkoch sa spermatogenéza vyskytuje v skúmavkách známych ako semenné kanáliky, ktorých epitel pozostáva z dvoch hlavných typov buniek: Sertoliho bunky a spermatogénne bunky.

Spermatogénne bunky vedú k vzniku spermií, zatiaľ čo bunky Sertoli vyživujú a chránia spermatogénne bunky. Posledne menované sú v semenných kanálikoch v rôznych štádiách dozrievania.

Schematické znázornenie procesu spermatogenézy (Zdroj: Miguelferig prostredníctvom Wikimedia Commons)

Medzi spermatogénne bunky patria bunky známe ako spermatogónia , čo sú nezrelé zárodočné bunky zodpovedné za delenie a produkciu primárnych spermatocytov, sekundárnych spermatocytov a zrelých spermií.

- Spermatogónia, primárne spermatocyty, sekundárne spermatocyty a spermatidy

Spermatogónia sa nachádza smerom k vonkajšiemu okraju semenných tubulov, v blízkosti jej bazálnych vrstiev; Keď sa delia, bunky, ktoré vyvolávajú, migrujú do centrálnej časti kanálikov, kde nakoniec dozrievajú.

Spermatocytogenesis

Spermatogónia sa delí mitózou (asexuálne delenie) a sú to diploidné bunky (2n), ktoré pri delení vytvárajú viac spermatogónií a primárnych spermatocytov, ktoré nie sú ničím iným ako spermatogóniou, ktoré sa prestanú deliť mitózou na vstup do meiózy I.

Malá skupina spermatogónií sa počas života pomaly delí mitózou, ktorá funguje ako „kmeňové bunky“ na mitotickú produkciu väčšieho počtu spermatogónií alebo buniek, ktoré sú odhodlané dozrieť.

Keď spermatogónia dozrie, to znamená, že keď sa delia mitózou a neskôr meiózou, ich potomstvo nedokončí cytosolické delenie, takže dcérske bunky (klony) zostávajú navzájom spojené cytosolickými mostíkmi, akoby boli syncytiom. ,

Toto syncytium sa udržiava až do konečných štádií dozrievania a migrácie spermatických buniek (spermie), kde sa spermie uvoľňujú do lúmenu semenných tubulov. To vedie k synchrónnej produkcii skupín buniek.

- Meióza

Primárne spermatocyty, keď sa delia meiózou, tvoria sekundárne spermatocyty, ktoré sa znovu delia meiózou (meióza II), pričom sa diferencujú na iný typ buniek nazývaných spermatidy, ktoré majú polovicu chromozomálnej záťaže spermatogónie. povedzme, že sú haploidné.

- Zrenie spermatidov alebo spermiogenéza

Keď spermatidy dozrievajú, diferencujú sa na zrelé spermie vďaka sérii morfologických zmien, ktoré zahŕňajú elimináciu veľkej časti ich cytosolu, tvorbu bičíkov a vnútorné usporiadanie ich cytosolických organel.

Niektoré z týchto zmien sa týkajú kondenzácie bunkového jadra, predĺženia bunky a preskupenia mitochondrií.

Tieto bunky následne migrujú do epididymis, výstrednej skúmavky v semenníkoch, kde sú uložené a pokračujú v procese zrenia. Avšak dozrievanie spermií je ukončené iba procesom známym ako kondenzácia, ku ktorému dochádza v ženskom genitálnom trakte.

Referencie

1. Barrett, KE, Barman, SM, Boitano, S. & Brooks, H. (2012). Ganong's Review of medical fyziologiology, (LANGE Basic Science).
2. Chen, H., Mruk, D., Xiao, X. a Cheng, CY (2017). Ľudská spermatogenéza a jej regulácia. Súčasná endokrinológia, 49–72.
3. Clermont, Y. (1970). Dynamika ľudskej spermatogenézy. In The Human Testis (s. 47 - 61).
4. Dadoune, JP (1995). Jadrový stav ľudských spermií. Micron. Elsevier.
5. Gartner, LP, a Hiatt, JL (2006). Farebná učebnica histológie elektronickej knihy. Elsevier Health Sciences.
6. Griswold, MD (2015). Spermatogenéza: záväzok k meióze. Physiological Reviews, 96, 1-17.
7. Solomon, E., Berg, L. a Martin, D. (1999). Biológia (5. vydanie). Philadelphia, Pensylvánia: Saunders College Publishing.