SPERMA: FUNCTIES, ONDERDELEN, LEVENSCYCLUS, SPERMATOGENESE - ANATOMIE EN FYSIOLOGIE - 2025

Het sperma zijn rijpe geslachtscellen (gameetcellen) die in de mannelijke geslachtsklieren worden geproduceerd. Het zijn zeer gespecialiseerde cellen, volledig toegewijd aan het bevruchten van vrouwtjeseieren, een fundamentele gebeurtenis tijdens seksuele voortplanting.

Ze werden meer dan 300 jaar geleden ontdekt door Antony van Leeuwenhoek, die, uitsluitend gemotiveerd door zijn nieuwsgierigheid, zijn eigen sperma observeerde en de term "animalculus" bedacht voor de flagellated structuren die hij observeerde.

Foto van menselijk sperma (Bron: geen specifieke auteur via Wikimedia Commons)

Sindsdien zijn deze cellen het voorwerp van studie geweest van veel onderzoeken, vooral die met betrekking tot vruchtbaarheid en geassisteerde voortplanting.

Sperma zijn cellen met een hoge energiebehoefte, omdat ze met hoge snelheid moeten bewegen zodra ze van de penis (mannelijk voortplantingsorgaan) naar het vaginale kanaal (vrouwelijk voortplantingsorgaan) zijn geëjaculeerd.

De energie die ze gebruiken, is voornamelijk afkomstig van het metabolisme van koolhydraten zoals glucose, dat wil zeggen van glycolyse en mitochondriale oxidatieve fosforylering, wat werd aangetoond in 1928, dankzij de experimenten die werden uitgevoerd door McCarthy en medewerkers.

De vorming en afgifte van deze cellen is afhankelijk van veel endocriene (hormonale) factoren, met name testosteron, dat wordt geproduceerd en uitgescheiden door de teelballen.

In tegenstelling tot wat er gebeurt met vrouwelijke geslachtscellen (die worden geproduceerd tijdens de embryonale ontwikkeling), wordt sperma continu geproduceerd gedurende het volwassen leven van de mens.

Kenmerken

Spermacellen zijn zeer belangrijke cellen, omdat ze de speciale taak hebben om te versmelten met de eicel in de vrouwelijke eierstokken om deze te bevruchten en te bevruchten, een proces dat eindigt met de vorming van een nieuw individu.

Het sperma, evenals de eitjes, zijn haploïde cellen, dus de fusie van de vrouwelijke en mannelijke kernen herstelt de diploïde lading (2n) in een nieuwe cel. Dit houdt in dat elke cel de helft van de chromosomale belasting van een mens in dit proces draagt.

Diagram van een menselijk sperma. Bron: Vereenvoudigd spermatozoondiagram.svg: Mariana Ruizderivatief werk: Miguelferig

Bij mensen zijn sperma de cellen die verantwoordelijk zijn voor het bepalen van het geslacht van het nageslacht, aangezien de eicel een X-geslachtschromosoom heeft, maar elk sperma een X-chromosoom of een Y-chromosoom kan hebben.

Sperma dat een ei probeert te bevruchten

Wanneer het sperma dat met succes de eicel bevrucht en bevrucht, een X-chromosoom heeft, zal de baby die zal worden gevormd XX zijn, dat wil zeggen, het zal genetisch vrouwelijk zijn. Aan de andere kant, wanneer het sperma dat versmelt met het ei een Y-chromosoom heeft, zal de baby XY zijn, dat wil zeggen genetisch mannelijk.

Spermadelen (structuur)

Sperma zijn kleine flagellaatcellen (minder dan 70 micron lang). Elk sperma bestaat uit twee goed gedefinieerde gebieden die bekend staan ​​als de kop en de staart, beide omsloten door hetzelfde plasmamembraan.

In het hoofd bevindt zich de kern die zal dienen om de vrouwelijke eicel te bevruchten, terwijl de staart het organel van voortbeweging is waardoor ze kunnen bewegen en dat een belangrijk deel van hun lengte vertegenwoordigt.

- hoofd

De kop van het sperma is afgeplat van vorm en heeft een diameter van ongeveer 5 micron. Binnenin bevindt zich het cellulaire DNA, dat zeer compact is, waardoor het volume dat het inneemt tot een minimum wordt beperkt, waardoor het transport, de transcriptie en het zwijgen wordt vergemakkelijkt.

De spermakern heeft 23 haploïde chromosomen (in een enkele kopie). Deze chromosomen verschillen van de chromosomen van somatische cellen (cellen in het lichaam die geen geslachtscellen zijn) doordat ze vol zitten met eiwitten die bekend staan ​​als protamines en sommige histonen van sperma.

Protamines zijn eiwitten met een overvloed aan positieve ladingen, die hun interactie met negatief geladen DNA vergemakkelijken.

Zij- en vooraanzicht van een menselijk sperma (Bron: LadyofHats via Wikimedia Commons)

Naast de kern heeft de kop van het sperma een secretoire blaasje dat bekend staat als het acrosomale blaasje of het acrosoom, dat gedeeltelijk het voorste deel van de kern omgeeft en in contact staat met het plasmamembraan van de geslachtscel.

Dit blaasje herbergt een groot aantal enzymen die het penetratieproces van de buitenste laag van de eicel tijdens de bevruchting vergemakkelijken. Deze enzymen omvatten neuraminidase, hyaluronidase, zuurfosfatase, arylsulfatase en acrosine, een protease vergelijkbaar met trypsine.

Wanneer het ei en het sperma met elkaar in contact komen, geeft het acrosoom zijn inhoud vrij door exocytose, een proces dat bekend staat als de "acrosoomreactie", essentieel voor de vereniging, penetratie en versmelting van het sperma met de eicel.

- Staart

De kop en de staart van het sperma zijn bedekt met hetzelfde plasmamembraan. De staart is een zeer lange flagellum met vier regio's, de nek, het middenstuk, het hoofdstuk en het eindstuk.

Het axoneme, dat wil zeggen de cytoskeletstructuur die de staart beweegt, komt tevoorschijn uit een basaal lichaam dat zich achter de kern van het sperma bevindt. Dit basale lichaam vormt de nek en is ongeveer 5 μm lang.

Tussen de hals en het eindstuk zit het tussenstuk. Het is 5 micron lang en wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van meerdere mitochondriën die zijn gerangschikt in de vorm van een "omhulsel" rond het centrale axoneme. Deze zeer gespecialiseerde mitochondriën leveren in wezen de energie die nodig is voor beweging in de vorm van ATP.

Het hoofdstuk is iets minder dan 50 μm lang en is het langste deel van de staart. Het begint in een "ring" die verdere vooruitgang van de mitochondriën verhindert en eindigt in het eindstuk. Naarmate je dichter bij het eindstuk komt, loopt het hoofdstuk taps toe (taps toelopend).

Het eindstuk, ten slotte, bestaat uit de laatste 5 μm van de staart en is een structuur waarbij een bepaalde "aandoening" wordt waargenomen in de microtubuli die het axoneme van het flagellum vormen.

Levenscyclus

Een gemiddelde volwassen man produceert miljoenen sperma per dag, maar deze cellen hebben tussen de 2 en 3 maanden nodig om zich volledig te vormen en te rijpen (totdat ze zijn geëjaculeerd).

De levenscyclus van een zaadcel begint met gametogenese of spermatogenese, dat wil zeggen met de deling van een kiem- of precursorcel, waardoor cellijnen ontstaan ​​die later delen, later differentiëren en rijpen. Ondertussen ondergaan defecte cellen geprogrammeerde celdoodprocessen.

Eenmaal gevormd in de tubuli seminiferi, moet het rijpende sperma migreren naar een gebied van de testis dat bekend staat als de epididymis, dat ongeveer 6 meter lang is. Deze migratie duurt een paar dagen en het is aangetoond dat in dit stadium de cellen niet volwassen genoeg zijn om een ​​eicel te bevruchten, omdat ze onvoldoende beweeglijk zijn.

Nadat 18 of 24 uur in de bijbal zijn verstreken, is het sperma perfect mobiel, maar deze mobiliteit wordt geremd door bepaalde eiwitfactoren.

Eenmaal in de bijbal behoudt het sperma zijn vruchtbaarheid gedurende iets meer dan een maand, maar deze tijd hangt af van de temperatuur, het dieet en de levensstijl.

Wanneer sperma wordt geëjaculeerd tijdens geslachtsgemeenschap (geslachtsgemeenschap), hebben ze het volledige bewegingsvermogen en bewegen ze met snelheden tot 4 mm / min. Deze cellen kunnen 1 tot 2 dagen overleven in het vrouwelijke voortplantingsstelsel, maar dit hangt af van de zuurgraad van de omgeving.

Spermatogenese

De productie van zaadcellen (spermatogenese) vindt voor het eerst plaats bij mensen tijdens de puberteit. Dit proces vindt plaats in de testikels, twee organen van het mannelijke voortplantingssysteem, en heeft te maken met de vermindering van de chromosomale belasting van de geslachtscellen (die van diploïde (2n) naar haploïde (n) gaan).

In de teelballen vindt spermatogenese plaats in kanalen die bekend staan ​​als tubuli seminiferi, waarvan het epitheel bestaat uit twee hoofdtypen cellen: Sertoli-cellen en spermatogene cellen.

Spermatogene cellen geven aanleiding tot spermatozoa, terwijl Sertoli-cellen de spermatogene cellen voeden en beschermen. Deze laatste bevinden zich in de tubuli seminiferi in verschillende stadia van rijping.

Schematische weergave van het spermatogeneseproces (Bron: Miguelferig via Wikimedia Commons)

Onder de spermatogene cellen bevinden zich cellen die bekend staan ​​als spermatogonia , wat onrijpe kiemcellen zijn die verantwoordelijk zijn voor het delen en produceren van primaire spermatocyten, secundaire spermatocyten en rijp sperma.

- Spermatogonia, primaire spermatocyten, secundaire spermatocyten en spermatiden

Spermatogonia bevindt zich naar de buitenrand van de tubuli seminiferi, nabij de basale lamina daarvan; Terwijl ze zich delen, migreren de cellen die ze veroorzaken naar het centrale deel van de kanalen, waar ze uiteindelijk rijpen.

Spermatocytogenese

Spermatogonia delen door mitose (aseksuele deling) en zijn diploïde cellen (2n) die bij het delen meer spermatogonia en primaire spermatocyten genereren, die niets meer zijn dan spermatogonia die stoppen met delen door mitose om meiose I binnen te gaan.

Een kleine groep spermatogonia deelt zich langzaam door mitose gedurende het hele leven en fungeert als "stamcellen" voor de mitotische productie van meer spermatogonia of cellen die zich inzetten voor rijping.

Wanneer spermatogonia volwassen is, dat wil zeggen wanneer ze zich delen door mitose en later door meiose, voltooien hun nakomelingen de cytosolische deling niet, dus blijven de dochtercellen (klonen) met elkaar verbonden door cytosolische bruggen, alsof ze een syncytium zijn. .

Dit syncytium wordt gehandhaafd tot de laatste stadia van rijping en migratie van zaadcellen (sperma), waar het sperma wordt vrijgegeven in het lumen van de tubuli seminiferi. Hierdoor worden groepen cellen synchroon geproduceerd.

- Meiose

Primaire spermatocyten, zoals ze delen door meiose, vormen secundaire spermatocyten, die zich weer delen door meiose (meiose II), waarbij ze zich differentiëren in een ander type cel, spermatiden genaamd, die de helft van de chromosomale belasting van spermatogonia hebben. zeg, ze zijn haploïde.

- Rijping van spermatiden of spermiogenese

Naarmate spermatiden volwassen worden, differentiëren ze tot volwassen spermatozoa dankzij een reeks morfologische veranderingen die de eliminatie van een groot deel van hun cytosol, de vorming van de flagellen en de interne herschikking van hun cytosolische organellen met zich meebrengen.

Sommige van deze veranderingen hebben te maken met de condensatie van de celkern, met de verlenging van de cel en de herschikking van de mitochondriën.

Deze cellen migreren vervolgens naar de epididymis, een kinky buis in de testes, waar ze worden opgeslagen en het rijpingsproces voortzetten. Echter, alleen door middel van een proces dat bekend staat als capacitatie, dat plaatsvindt in het vrouwelijke geslachtsorgaan, voltooit sperma hun rijping.

Referenties

1. Barrett, KE, Barman, SM, Boitano, S., & Brooks, H. (2012). Ganong's recensie van medische fysiologie, (LANGE Basic Science).
2. Chen, H., Mruk, D., Xiao, X., & Cheng, CY (2017). Menselijke spermatogenese en zijn regulering. Contemporary Endocrinology, blz. 49–72.
3. Clermont, Y. (1970). Dynamiek van menselijke spermatogenese. In The Human Testis (pp. 47-61).
4. Dadoune, JP (1995). De nucleaire status van menselijke zaadcellen. Micron. Elsevier.
5. Gartner, LP en Hiatt, JL (2006). Kleur leerboek van histologie e-book. Elsevier Gezondheidswetenschappen.
6. Griswold, MD (2015). Spermatogenese: de toewijding aan meiose. Physiological Reviews, 96, 1-17.
7. Solomon, E., Berg, L., en Martin, D. (1999). Biology (5e ed.). Philadelphia, Pennsylvania: Saunders College Publishing.