СПЕРМА: ФУНКЦІЇ, ЧАСТИНИ, ЖИТТЄВИЙ ЦИКЛ, СПЕРМАТОГЕНЕЗ - АНАТОМІЯ ТА ФІЗІОЛОГІЯ - 2025

Сперми є зрілі статеві клітини (гамет клітини) , отримані в чоловічих статевих залозах. Вони є високоспеціалізованими клітинами, повністю присвяченими завданням запліднення жіночих яєць, фундаментальної події під час статевого розмноження.

Їх було відкрито понад 300 років тому Ентоні ван Левенгук, який, мотивуючи виключно своєю цікавістю, спостерігав за власною спермою і ввів термін "тваринна культура" на розбиті структури, які він спостерігав.

Фотографія сперми людини (Джерело: Немає конкретного автора через Wikimedia Commons)

З тих пір ці клітини були об'єктом вивчення багатьох досліджень, особливо тих, що стосуються фертильності та сприяння розмноженню.

Сперма - це клітини з високими енергетичними потребами, оскільки вони повинні рухатися з великою швидкістю, коли вони еякулюються від статевого члена (чоловічого репродуктивного органу) до вагінального тракту (жіночий репродуктивний орган).

Енергія, яку вони використовують, виходить в основному від метаболізму вуглеводів, таких як глюкоза, тобто від гліколізу та мітохондріальної окислювальної фосфорилювання, що було продемонстровано у 1928 р. Завдяки експериментам, проведеним Маккарті та співробітниками.

Утворення і вивільнення цих клітин залежить від багатьох ендокринних (гормональних) факторів, особливо тестостерону, який виробляється і секретується яєчками.

На відміну від того, що відбувається з жіночими статевими клітинами (які виробляються під час ембріонального розвитку), сперма виробляється постійно протягом усього дорослого життя чоловіка.

Особливості

Сперматозоїди є дуже важливими клітинами, оскільки вони мають особливе завдання злитись із яйцеклітиною, що міститься в яєчниках самки, для запліднення та запліднення її - процес, який закінчується формуванням нової особини.

Сперма, як і яйцеклітини, є гаплоїдними клітинами, тому злиття жіночого та чоловічого ядер відновлює диплоїдний заряд (2n) у новій клітині. Це означає, що кожна клітина вносить в цей процес половину хромосомного навантаження людини.

Діаграма сперми людини. Джерело: Спрощена сперматозоїдна схема.svg: Мар'яна Руйздерівативна робота: Мігельферіг

У людини сперма - це клітини, відповідальні за визначення статі потомства, оскільки яйцеклітина має X статеву хромосому, але кожна сперма може мати Х-хромосому або Y-хромосому.

Сперма намагається запліднити яйцеклітину

Коли у сперматозоїдів, які успішно запліднюють і запліднюють яйцеклітину, буде Х-хромосома, дитина, яка буде сформована, буде XX, тобто буде генетично жіночою. З іншого боку, коли сперматозоїд, який зливається з яйцеклітиною, має Y-хромосому, дитина буде XY, тобто генетично чоловічий.

Сперматозоїдні частини (структура)

Сперма - це маленькі джгутикові клітини (довжиною менше 70 мкм). Кожна сперма складається з двох чітко визначених областей, відомих як голова та хвіст, обидва укладені однією і тією ж плазматичною мембраною.

У голові знаходиться ядро, яке буде служити для запліднення яйцеклітини самки, в той час як хвіст - це органела локомоції, яка дозволяє їм рухатися, і являє собою важливу частину їх довжини.

- голова

Головка сперми сплющена у формі і розміром близько 5 мкм в діаметрі. Всередині нього є дуже ущільнена клітинна ДНК, яка мінімізує обсяг, який вона займає, полегшуючи її транспортування, транскрипцію та замовчування.

Ядро сперми має 23 гаплоїдних хромосоми (в одній копії). Ці хромосоми відрізняються від хромосом соматичних клітин (клітин в організмі, які не є статевими клітинами) тим, що вони укомплектовані білками, відомими як протаміни та деякі гістоні сперматозоїдів.

Протаміни - це білки з рясними позитивними зарядами, які полегшують їх взаємодію з негативно зарядженою ДНК.

Вид збоку сперми людини збоку і спереду (Джерело: LadyofHats через Wikimedia Commons)

Крім ядра, головка сперми має секреторну везикулу, відому як акросомна везикул або акросома, яка частково оточує передню область ядра і контактує з плазматичною мембраною статевої клітини.

У цій везикулі міститься велика кількість ферментів, які полегшують процес проникнення зовнішнього покриву яйцеклітини під час запліднення. Ці ферменти включають нейрамінідазу, гіалуронідазу, кислоту фосфатазу, арилсульфатазу та акрозин, протеазу, подібну трипсину.

Коли яйцеклітина та сперматозоїди контактують один з одним, акросома вивільняє свій вміст шляхом екзоцитозу, процесу, відомого як «реакція акросоми», необхідного для об'єднання, проникнення та злиття сперми з яйцеклітиною.

- Хвіст

Голова і хвіст сперми покриті однаковою плазматичною мембраною. Хвіст - це дуже довгий джгутик, який має чотири області, що називаються горловиною, середнім шматочком, основним шматочком і кінцевим шматочком.

Аксонема, тобто цитоскелетна структура, яка забезпечує рух до хвоста, виходить із базального тіла, розташованого за ядром сперми. Це базальне тіло - це те, що складає шию, і довжиною близько 5 мкм.

Між горловиною і торцевою деталлю є проміжний шматок. Вона завдовжки 5 мкм і характеризується наявністю множинних мітохондрій, розташованих у формі «оболонки» навколо центральної аксонеми. Ці високоспеціалізовані мітохондрії - це те, що забезпечує, по суті, енергію, необхідну для руху у вигляді АТФ.

Основний шматок довжиною трохи менше 50 мкм і є найдовшою частиною хвоста. Він починається «кільцем», що перешкоджає подальшому просуванню мітохондрій, і закінчується в кінцевому фрагменті. Коли ви наближаєтесь до кінцевої деталі, основна деталь звужується (звужується).

Кінцевий шматок, нарешті, складається з останніх 5 мкм хвоста і являє собою структуру, де спостерігається певний «розлад» у мікротрубочках, що складають аксонему джгутика.

Життєвий цикл

У середньому дорослий чоловік виробляє мільйони сперми в день, проте ці клітини потребують від 2 до 3 місяців, щоб повністю сформуватися і дозріти (поки вони не будуть еякульовані).

Життєвий цикл сперматозоїда починається з гаметогенезу або сперматогенезу, тобто з поділом зародкової або попередницької клітини, що дає початок клітинним лініям, які діляться пізніше, щоб пізніше диференціюватися і дозрівати. Тим часом дефектні клітини проходять запрограмовані процеси загибелі клітин.

Після того, як утвориться в сім’янистих канальцях, дозріла сперма повинна мігрувати в область яєчка, відому як епідидиміс, довжиною приблизно 20 футів. Ця міграція займає кілька днів, і було показано, що на цьому етапі клітини недостатньо дозріли для запліднення яйцеклітини, оскільки їм не вистачає достатньої рухливості.

Після того, як в епідидимісі пройшло 18 або 24 години, сперматозоїди ідеально рухливі, але ця рухливість гальмується певними білковими факторами.

Потрапивши в епідидиміс, сперматозоїди зберігають свою плодючість трохи більше місяця, але цей час буде залежати від умов температури, дієти та способу життя.

Коли сперматозоїди еякулюються під час статевого акту (статевого акту), вони мають повну здатність до руху, рухаючись зі швидкістю так само 4 мм / хв. Ці клітини можуть виживати від 1 до 2 днів у жіночому репродуктивному тракті, але це залежить від кислотності навколишнього середовища.

Сперматогенез

Виробництво сперми (сперматогенез) вперше відбувається у людини в період статевого дозрівання. Цей процес відбувається в яєчках, що є двома органами чоловічої репродуктивної системи, і пов'язаний зі зменшенням хромосомного навантаження статевих клітин (які переходять від диплоїдного (2n) до гаплоїдного (n)).

У яєчках сперматогенез відбувається в протоках, відомих як насіннєві канальці, епітелій яких складається з двох основних типів клітин: клітин Сертолі та сперматогенних клітин.

Сперматогенні клітини породжують сперматозоїди, тоді як клітини Сертолі живлять і захищають сперматогенні клітини. Останні знаходяться в сім’янистих канальцях на різних стадіях дозрівання.

Схематичне зображення процесу сперматогенезу (Джерело: Miguelferig через Wikimedia Commons)

Серед сперматогенних клітин є клітини, відомі як сперматогонії , що є незрілими зародковими клітинами, відповідальними за ділення та продукування первинних сперматоцитів, вторинних сперматоцитів та зрілих сперматозоїдів.

- Сперматогонія, первинні сперматоцити, вторинні сперматоцити та сперматиди

Сперматогонії розташовані у напрямку до зовнішнього краю насіннєвих канальців, біля основної пластинки таких же; Коли вони діляться, клітини, які вони породжують, мігрують до центральної частини проток, де вони остаточно дозрівають.

Сперматоцитогенез

Сперматогонії діляться мітозом (безстатевим поділом) і є диплоїдними клітинами (2n), які при поділі генерують більше сперматогонії та первинних сперматоцитів, які є не що інше, як сперматогонія, що припиняє ділення мітозом, щоб перейти у мейоз I.

Невелика група сперматогонії повільно ділиться мітозом протягом усього життя, функціонуючи як "стовбурові клітини" для мітотичного вироблення більшої кількості сперматогонії або клітин, які прагнуть до дозрівання.

Коли сперматогонія дозріває, тобто коли вони діляться мітозом, а пізніше мейозом, їх потомство не завершує цитозольний поділ, тому дочірні клітини (клони) залишаються з'єднаними один з одним цитозольними мостами, немовби вони були синцитієм. .

Цей синцитій зберігається до завершальних етапів дозрівання та міграції сперматозоїдів (сперматозоїдів), де сперма виділяється в просвіт насінних канальців. Це призводить до того, що групи клітин виробляються синхронно.

- Мейоз

Первинні сперматоцити, по мірі їх поділу за мейозом утворюють вторинні сперматоцити, які знову діляться мейозом (мейоз II), диференціюючись у інший тип клітин, що називається сперматидами, які мають половину хромосомного навантаження сперматогонії. скажімо, вони гаплоїдні.

- дозрівання сперматид або сперміогенез

У міру дозрівання сперматид вони диференціюються в зрілі сперматозоїди завдяки ряду морфологічних змін, які передбачають елімінацію значної частини їх цитозолу, утворення джгутиків та внутрішню перебудову їх цитозольних органел.

Деякі з цих змін пов'язані з конденсацією клітинного ядра, з подовженням клітини та перебудовою мітохондрій.

Ці клітини згодом мігрують в епідидиміс, дивну трубу в яєчках, де вони зберігаються і продовжують процес дозрівання. Однак лише через процес, відомий як конденсація, який відбувається в жіночих статевих шляхах, сперматозоїди завершують своє дозрівання.

Список літератури

1. Barrett, KE, Barman, SM, Boitano, S., & Brooks, H. (2012). Огляд медичної фізіології Ганонга, (LANGE Basic Science).
2. Chen, H., Mruk, D., Xiao, X., & Cheng, CY (2017). Сперматогенез людини та його регуляція. Сучасна ендокринологія, 49–72.
3. Клермон, Ю. (1970). Динаміка сперматогенезу людини. У «Тестисі людини» (с. 47–61).
4. Дадун, JP (1995). Ядерний статус сперматозоїдів людини. Мікрон. Ельзев'є.
5. Gartner, LP та Hiatt, JL (2006). Кольоровий підручник електронної книги з гістології. Науки про здоров’я Ельзев'є.
6. Грісволд, доктор медицини (2015). Сперматогенез: прихильність до мейозу. Фізіологічні огляди, 96, 1–17.
7. Solomon, E., Berg, L., & Martin, D. (1999). Біологія (5-е видання). Філадельфія, Пенсильванія: Видавництво коледжу Сондерса.