SPERMA: FUNKTIONEN, TEILE, LEBENSZYKLUS, SPERMATOGENESE - ANATOMIE UND PHYSIOLOGIE - 2025

Die Spermien sind reife Geschlechtszellen (Gametenzellen), die in den männlichen Gonaden produziert werden. Es handelt sich um hochspezialisierte Zellen, die sich voll und ganz der Befruchtung weiblicher Eier widmen, ein grundlegendes Ereignis bei der sexuellen Fortpflanzung.

Sie wurden vor mehr als 300 Jahren von Antony van Leeuwenhoek entdeckt, der allein aufgrund seiner Neugier sein eigenes Sperma beobachtete und den Begriff "Animalculus" auf die von ihm beobachteten Geißelstrukturen prägte.

Foto von menschlichem Sperma (Quelle: Kein spezifischer Autor über Wikimedia Commons)

Seitdem waren diese Zellen Gegenstand zahlreicher Untersuchungen, insbesondere im Zusammenhang mit Fruchtbarkeit und assistierter Reproduktion.

Spermien sind Zellen mit hohem Energiebedarf, da sie sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen müssen, sobald sie vom Penis (männliches Fortpflanzungsorgan) in Richtung Vaginaltrakt (weibliches Fortpflanzungsorgan) ejakuliert werden.

Die Energie, die sie verbrauchen, stammt hauptsächlich aus dem Metabolismus von Kohlenhydraten wie Glucose, dh aus Glykolyse und mitochondrialer oxidativer Phosphorylierung, die 1928 dank der von McCarthy und Mitarbeitern durchgeführten Experimente nachgewiesen wurden.

Die Bildung und Freisetzung dieser Zellen hängt von vielen endokrinen (hormonellen) Faktoren ab, insbesondere von Testosteron, das von den Hoden produziert und sekretiert wird.

Im Gegensatz zu weiblichen Geschlechtszellen (die während der Embryonalentwicklung produziert werden) werden Spermien während des gesamten Erwachsenenlebens des Mannes kontinuierlich produziert.

Eigenschaften

Spermien sind sehr wichtige Zellen, da sie die besondere Aufgabe haben, mit der in den weiblichen Eierstöcken enthaltenen Eizelle zu fusionieren, um sie zu befruchten und zu befruchten. Dieser Prozess endet mit der Bildung eines neuen Individuums.

Sowohl die Spermien als auch die Eizellen sind haploide Zellen, so dass die Fusion der weiblichen und männlichen Kerne die diploide Ladung (2n) in einer neuen Zelle wiederherstellt. Dies impliziert, dass jede Zelle die Hälfte der Chromosomenlast eines Menschen in diesen Prozess einbringt.

Diagramm eines menschlichen Spermas. Quelle: Vereinfachtes Spermatozoon-Diagramm.svg: Mariana Ruizderivative Arbeit: Miguelferig

Beim Menschen sind Spermien die Zellen, die für die Bestimmung des Geschlechts der Nachkommen verantwortlich sind, da die Eizelle ein X-Geschlechtschromosom aufweist, aber jedes Sperma kann entweder ein X-Chromosom oder ein Y-Chromosom aufweisen.

Sperma versucht ein Ei zu befruchten

Wenn das Sperma, das die Eizelle erfolgreich befruchtet und befruchtet, ein X-Chromosom hat, ist das gebildete Baby XX, dh es ist genetisch weiblich. Wenn andererseits das Sperma, das mit der Eizelle verschmilzt, ein Y-Chromosom hat, ist das Baby XY, dh genetisch männlich.

Spermienteile (Struktur)

Spermien sind kleine Flagellatzellen (weniger als 70 Mikrometer lang). Jedes Sperma besteht aus zwei genau definierten Regionen, die als Kopf und Schwanz bekannt sind und beide von derselben Plasmamembran umgeben sind.

Im Kopf befindet sich der Kern, der zur Befruchtung der weiblichen Eizelle dient, während der Schwanz die Organelle der Fortbewegung ist, die es ihnen ermöglicht, sich zu bewegen, und die einen wichtigen Teil ihrer Länge darstellt.

- Kopf

Der Kopf des Spermas ist abgeflacht und misst etwa 5 Mikrometer im Durchmesser. Im Inneren befindet sich zelluläre DNA, die sehr kompakt ist, das Volumen, das sie einnimmt, minimiert und den Transport, die Transkription und die Stummschaltung erleichtert.

Der Spermienkern hat 23 haploide Chromosomen (in einer einzigen Kopie). Diese Chromosomen unterscheiden sich von den Chromosomen somatischer Zellen (Zellen im Körper, die keine Geschlechtszellen sind) darin, dass sie mit Proteinen gefüllt sind, die als Protamine bekannt sind, und einigen Spermienhistonen.

Protamine sind Proteine ​​mit reichlich positiven Ladungen, die ihre Wechselwirkung mit negativ geladener DNA erleichtern.

Seiten- und Vorderansicht eines menschlichen Spermas (Quelle: LadyofHats über Wikimedia Commons)

Zusätzlich zum Kern hat der Kopf des Spermas ein sekretorisches Vesikel, das als Akrosomenvesikel oder Akrosom bekannt ist und das den vorderen Bereich des Kerns teilweise umgibt und mit der Plasmamembran der Geschlechtszelle in Kontakt steht.

Dieses Vesikel enthält eine große Anzahl von Enzymen, die das Eindringen in die äußere Hülle der Eizelle während der Befruchtung erleichtern. Diese Enzyme umfassen Neuraminidase, Hyaluronidase, saure Phosphatase, Arylsulfatase und Acrosin, eine Protease ähnlich wie Trypsin.

Wenn die Eizelle und das Sperma miteinander in Kontakt kommen, setzt das Akrosom seinen Inhalt durch Exozytose frei, ein Prozess, der als „Akrosomenreaktion“ bezeichnet wird und für die Vereinigung, Penetration und Fusion des Spermas mit der Eizelle wesentlich ist.

- Schwanz

Kopf und Schwanz des Spermas sind von derselben Plasmamembran bedeckt. Der Schwanz ist ein sehr langes Flagellum mit vier Regionen, die als Hals, Mittelstück, Hauptstück und Endstück bezeichnet werden.

Das Axonem, dh die Zytoskelettstruktur, die dem Schwanz Bewegung verleiht, entsteht aus einem Basalkörper, der sich hinter dem Kern des Spermas befindet. Dieser Basalkörper bildet den Hals und ist etwa 5 μm lang.

Zwischen dem Hals und dem Endstück befindet sich das Zwischenstück. Es ist 5 Mikrometer lang und zeichnet sich durch das Vorhandensein mehrerer Mitochondrien aus, die in Form einer "Hülle" um das zentrale Axonem angeordnet sind. Diese hochspezialisierten Mitochondrien liefern im Wesentlichen die für die Bewegung notwendige Energie in Form von ATP.

Das Hauptstück ist knapp 50 μm lang und der längste Teil des Schwanzes. Es beginnt in einem "Ring", der ein weiteres Vorrücken der Mitochondrien verhindert und endet im Endstück. Wenn Sie sich dem Endstück nähern, verjüngt sich das Hauptstück (verjüngt sich).

Das Endstück besteht schließlich aus den letzten 5 μm des Schwanzes und ist eine Struktur, bei der eine bestimmte „Störung“ in den Mikrotubuli beobachtet wird, aus denen das Axonem des Flagellums besteht.

Lebenszyklus

Ein durchschnittlicher erwachsener Mann produziert täglich Millionen von Spermien. Es dauert jedoch zwischen 2 und 3 Monaten, bis sich diese Zellen vollständig gebildet und gereift haben (bis sie ejakuliert sind).

Der Lebenszyklus einer Samenzelle beginnt mit der Gametogenese oder Spermatogenese, dh mit der Teilung einer Keim- oder Vorläuferzelle, die zu Zelllinien führt, die sich später teilen, um später zu differenzieren und zu reifen. In der Zwischenzeit durchlaufen defekte Zellen programmierte Zelltodprozesse.

Sobald sich das reifende Sperma in den Samenkanälchen gebildet hat, muss es in eine Region des Hodens wandern, die als Nebenhoden bekannt ist und ungefähr 20 Fuß lang ist. Diese Migration dauert einige Tage und es wurde gezeigt, dass die Zellen zu diesem Zeitpunkt nicht reif genug sind, um ein Ei zu befruchten, da ihnen eine ausreichende Mobilität fehlt.

Nach 18 oder 24 Stunden im Nebenhoden sind die Spermien vollkommen beweglich, diese Mobilität wird jedoch durch bestimmte Proteinfaktoren gehemmt.

Einmal im Nebenhoden, behalten die Spermien ihre Fruchtbarkeit für etwas mehr als einen Monat bei, aber diese Zeit hängt von den Bedingungen der Temperatur, der Ernährung und des Lebensstils ab.

Wenn Spermien während des Geschlechtsverkehrs (Geschlechtsverkehr) ejakuliert werden, haben sie die volle Bewegungsfähigkeit und bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von bis zu 4 mm / min. Diese Zellen können im weiblichen Fortpflanzungstrakt 1 bis 2 Tage überleben, dies hängt jedoch vom Säuregehalt der Umgebung ab.

Spermatogenese

Die Spermienproduktion (Spermatogenese) tritt beim Menschen erstmals in der Pubertät auf. Dieser Prozess findet in den Hoden statt, die zwei Organe des männlichen Fortpflanzungssystems sind, und hat mit der Verringerung der Chromosomenbelastung der Geschlechtszellen zu tun (die von diploid (2n) zu haploid (n) übergehen).

In den Hoden findet die Spermatogenese in Gängen statt, die als Samenkanälchen bekannt sind und deren Epithel aus zwei Hauptzelltypen besteht: Sertoli-Zellen und spermatogene Zellen.

Spermatogene Zellen führen zu Spermatozoen, während Sertoli-Zellen spermatogene Zellen nähren und schützen. Letztere befinden sich in den Samenkanälchen in verschiedenen Reifungsstadien.

Schematische Darstellung des Spermatogeneseprozesses (Quelle: Miguelferig über Wikimedia Commons)

Unter den spermatogenen Zellen befinden sich als Spermatogonie bekannte Zellen , die unreife Keimzellen sind, die für die Teilung und Produktion von primären Spermatozyten, sekundären Spermatozyten und reifen Spermien verantwortlich sind.

- Spermatogonie, primäre Spermatozyten, sekundäre Spermatozyten und Spermatiden

Spermatogonien befinden sich am äußeren Rand der Samenkanälchen in der Nähe ihrer Basallamina; Während sie sich teilen, wandern die Zellen, die sie hervorrufen, in den zentralen Teil der Kanäle, wo sie schließlich reifen.

Spermatozytogenese

Spermatogonien teilen sich durch Mitose (asexuelle Teilung) und sind diploide Zellen (2n), die beim Teilen mehr Spermatogonien und primäre Spermatozyten erzeugen, die nichts anderes als Spermatogonien sind, die aufhören, sich durch Mitose zu teilen, um in die Meiose I einzutreten.

Eine kleine Gruppe von Spermatogonien teilt sich langsam durch Mitose während des gesamten Lebens und fungiert als "Stammzellen" für die mitotische Produktion von mehr Spermatogonien oder Zellen, die zur Reifung verpflichtet sind.

Wenn Spermatogonien reifen, dh wenn sie sich durch Mitose und später durch Meiose teilen, vervollständigen ihre Nachkommen die zytosolische Teilung nicht, so dass die Tochterzellen (Klone) durch zytosolische Brücken miteinander verbunden bleiben, als wären sie ein Synzytium. .

Dieses Syncytium bleibt bis zu den letzten Stadien der Reifung und Migration von Spermien (Spermien) erhalten, in denen die Spermien in das Lumen der Samenkanälchen freigesetzt werden. Dies führt dazu, dass Gruppen von Zellen synchron erzeugt werden.

- Meiose

Primäre Spermatozyten bilden, wenn sie sich durch Meiose teilen, sekundäre Spermatozyten, die sich wieder durch Meiose teilen (Meiose II) und sich in einen anderen Zelltyp namens Spermatiden differenzieren, der die Hälfte der chromosomalen Belastung durch Spermatogonie aufweist. sagen, sie sind haploide.

- Reifung von Spermatiden oder Spermiogenese

Wenn Spermatiden reifen, differenzieren sie sich dank einer Reihe von morphologischen Veränderungen, die die Eliminierung eines großen Teils ihres Cytosols, die Bildung der Flagellen und die interne Umlagerung ihrer cytosolischen Organellen umfassen, zu reifen Spermatozoen.

Einige dieser Veränderungen haben mit der Kondensation des Zellkerns, der Verlängerung der Zelle und der Umlagerung der Mitochondrien zu tun.

Diese Zellen wandern anschließend in den Nebenhoden, ein verworrenes Röhrchen in den Hoden, wo sie gelagert werden und den Reifungsprozess fortsetzen. Nur durch einen als Kapazitation bekannten Prozess, der im weiblichen Genitaltrakt stattfindet, vollenden die Spermien ihre Reifung.

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