SPERMA: FUNKCIJE, DELI, ŽIVLJENJSKI CIKEL, SPERMATOGENEZA - ANATOMIJA IN FIZIOLOGIJA - 2026

Sperme so zreli spolnih celic (gamet celic), proizvedene v moške spolne žleze. Gre za visoko specializirane celice, ki so popolnoma predane nalogi gnojenja samic, temeljnega dogodka med spolno razmnoževanjem.

Odkril jih je pred več kot 300 leti Antony van Leeuwenhoek, ki je motiviran izključno s svojo radovednostjo opazoval lastno seme in vnašal izraz "animalculus" na usodne strukture, ki jih je opazoval.

Fotografija človeške sperme (Vir: Brez posebnega avtorja prek Wikimedia Commons)

Od takrat so bile te celice predmet preučevanja številnih raziskav, zlasti tistih, povezanih s plodnostjo in podprto razmnoževanje.

Sperme so celice z visokimi potrebami po energiji, saj se morajo premikati z veliko hitrostjo, ko se ejakulirajo iz penisa (moškega reproduktivnega organa) v vaginalni trakt (ženski reproduktivni organ).

Energija, ki jo uporabljajo, izhaja predvsem iz presnove ogljikovih hidratov, kot je glukoza, torej iz glikolize in mitohondrijske oksidativne fosforilacije, kar je bilo dokazano leta 1928, zahvaljujoč poskusom, ki so jih izvedli McCarthy in sodelavci.

Nastajanje in sproščanje teh celic je odvisno od številnih endokrinih (hormonskih) dejavnikov, zlasti testosterona, ki ga proizvajajo in izločajo testisi.

Za razliko od tistega, kar se zgodi z ženskimi spolnimi celicami (ki nastajajo med embrionalnim razvojem), se sperma proizvaja neprekinjeno v celotni odrasli dobi moškega.

Lastnosti

Sperme so zelo pomembne celice, saj imajo posebno nalogo, da se spojijo z jajčno celico, ki jo vsebujejo ženski jajčniki, da bi jo oplodili in oplodili, postopek, ki se konča s tvorbo novega posameznika.

Spermija in tudi ovule so haploidne celice, zato zlivanje ženskega in moškega jedra obnovi diploidni naboj (2n) v novi celici. To pomeni, da vsaka celica v tem procesu prispeva polovico kromosomske obremenitve človeka.

Diagram človeške sperme. Vir: Poenostavljeni spermatozonski diagram.svg: Mariana Ruizderivativno delo: Miguelferig

Pri človeku so sperme celice, ki so odgovorne za določanje spola potomcev, saj ima jajčna celica X spolni kromosom, vendar lahko vsaka sperma ima kromosom X ali kromosom Y.

Sperma, ki poskuša oploditi jajčece

Ko ima sperma, ki uspešno oplodi in oplodi jajčece, X kromosom, bo dojenček, ki se bo oblikoval, XX, torej bo genetsko ženskega spola. Po drugi strani pa ima otrok, ki se spoji z jajčecem, Y kromosom Y, XY, torej genetsko moški.

Spermični deli (struktura)

Spermi so majhne flagelatne celice (dolge manj kot 70 mikronov). Vsaka sperma je sestavljena iz dveh natančno opredeljenih regij, imenovanih glava in rep, ki sta obdani z isto plazemsko membrano.

V glavi je jedro, ki bo služilo za oploditev samice jajčne celice, rep pa je organela gibanja, ki jim omogoča gibanje in predstavlja pomemben del njihove dolžine.

- glava

Glava sperme je sploščena in meri v premeru približno 5 mikronov. V notranjosti je celična DNK, ki je zelo stisnjena, kar zmanjša količino, ki jo zasede, olajša njen transport, prepisovanje in utišanje.

Jedro sperme ima 23 haploidnih kromosomov (v enem samem izvodu). Ti kromosomi se od kromosomov somatskih celic (celice v telesu, ki niso spolne celice) razlikujejo po tem, da so napolnjene z beljakovinami, znanimi kot protamin in nekaj spermatozonov.

Protamini so beljakovine z obilnimi pozitivnimi naboji, ki olajšajo njihovo interakcijo z negativno nabitim DNK.

Pogled človeške sperme s strani in spredaj (Vir: LadyofHats prek Wikimedia Commons)

Glava sperme ima poleg jedra še sekretorni vezikl, znan kot akrosomski vezikel ali akrosom, ki delno obdaja prednje območje jedra in je v stiku s plazemsko membrano spolne celice.

V tej vezikuli je veliko število encimov, ki med oploditvijo olajšajo prodor zunanjega pokrova jajčne celice. Ti encimi vključujejo neuraminidazo, hialuronidazo, kislinsko fosfatazo, arilsulfatazo in akrosin, proteazo, podobno tripsinu.

Ko jajce in semenčica prideta v stik med seboj, akrosom sprosti svojo vsebino z eksocitozo, postopkom, znanim kot "akrosomska reakcija", ki je bistvenega pomena za zvezo, penetracijo in zlivanje semenčic s jajčno celico.

- Rep

Glava in rep sperme sta pokriti z isto plazemsko membrano. Rep je zelo dolg flagellum, ki ima štiri predele, imenovane vrat, srednji kos, glavni kos in končni kos.

Aksonem, to je citoskeletna struktura, ki zagotavlja gibanje do repa, izhaja iz bazalnega telesa, ki se nahaja za jedrom sperme. To bazalno telo je tisto, kar tvori vrat in je dolgo približno 5 μm.

Med vratom in končnim kosom je vmesni kos. Dolga je 5 mikronov, značilna pa je prisotnost več mitohondrij, ki so razporejeni v obliki "ovitka" okoli osrednje aksoneme. Te visoko specializirane mitohondrije so tisto, kar v bistvu zagotavlja energijo, potrebno za gibanje v obliki ATP.

Glavni kos je dolg nekaj manj kot 50 μm in je najdaljši del repa. Začne se v "obroču", ki preprečuje nadaljnje napredovanje mitohondrijev, konča pa se v končnem kosu. Ko se bližate končnemu kosu, se glavni kos zoži (konusi).

Končni del je končno sestavljen iz zadnjih 5 μm repa in predstavlja strukturo, kjer je v mikrotubulah, ki sestavljajo aksoneme flagela, opaziti določeno "motnjo".

Življenski krog

Povprečen odrasel človek proizvede na milijone semenčic na dan, vendar te celice potrebujejo med 2 in 3 mesece, da se popolnoma oblikujejo in dozorijo (dokler se ne izločijo).

Življenjski cikel semenčic se začne z gametogenezo ali spermatogenezo, torej z delitvijo zarodne ali predhodne celice, ki povzroči, da se celične linije, ki se pozneje razdelijo, pozneje razlikujejo in dozorijo. Medtem okvarjene celice prestajajo programirane procese celične smrti.

Ko se zorijo v semničnih tubulih, mora zorela sperma migrirati v predel testisa, znan kot epididimis, dolg približno 20 čevljev. Ta selitev traja nekaj dni in pokazalo se je, da v tej fazi celice niso dovolj zrele za oploditev jajčeca, saj jim primanjkuje zadostne mobilnosti.

Po preteku 18 ali 24 ur v epididimimi je sperma popolnoma mobilna, vendar to mobilnost zavirajo nekateri proteinski dejavniki.

Ko bodo enkrat v epididimisu, sperme ohranjajo svojo plodnost nekaj več kot mesec dni, vendar bo ta čas odvisen od pogojev temperature, prehrane in življenjskega sloga.

Kadar je sperma med seksom ejakulirana (spolni odnos), ima polno zmogljivost za gibanje, saj se giblje s hitrostjo do 4 mm / min. Te celice lahko v ženskem reproduktivnem traktu preživijo 1 do 2 dni, vendar je to odvisno od kislosti okoliškega okolja.

Spermatogeneza

Proizvodnja spermijev (spermatogeneza) se najprej pojavi pri ljudeh med puberteto. Ta proces poteka v testisih, ki sta dva organa moškega reproduktivnega sistema, povezan pa je z zmanjšanjem kromosomske obremenitve spolnih celic (ki segajo od diploidne (2n) do haploidne (n)).

V testisih se spermatogeneza pojavlja v kanalih, imenovanih seminiferne tubule, katerih epitel sestavljata dve glavni vrsti celic: celice Sertoli in spermatogene celice.

Spermatogene celice povzročajo spermatozoide, celice Sertoli pa hranijo in ščitijo spermatogene celice. Slednji so v polmelobastih tubulih v različnih stopnjah zorenja.

Shematski prikaz procesa spermatogeneze (Vir: Miguelferig via Wikimedia Commons)

Med spermatogenimi celicami so celice, znane kot spermatogonije , ki so nezrele zarodne celice, ki so odgovorne za delitev in proizvodnjo primarnih spermatocitov, sekundarnih spermatocitov in zrelih spermatozoidov.

- Spermatogonija, primarni spermatociti, sekundarni spermatociti in spermatidi

Spermatogonije so nameščene proti zunanjemu robu semenskih tubulov, v bližini iste bazalne lamine; Ko se delijo, se celice, ki jih povzročijo, selijo v osrednji del kanalov, kjer končno dozorijo.

Spermatocitogeneza

Spermatogonije se delijo z mitozo (aseksualna delitev) in so diploidne celice (2n), ki ob delitvi tvorijo več spermatogonije in primarnih spermatocitov, ki niso nič drugega kot spermatogonije, ki se z mitozo prenehajo deliti, da vstopijo v mejozo I.

Majhna skupina spermatogonije se skozi življenje počasi deli z mitozo, ki deluje kot "matične celice" za proizvodnjo več spermatogonije ali celic, ki so zorele.

Ko spermatogonija dozori, torej ko se razdelijo z mitozo in pozneje z mejozo, njihovo potomstvo ne dokonča citosolne delitve, zato hčerinske celice (kloni) ostanejo povezane med seboj s citosolnimi mostovi, kot da bi bili sincicij. .

Ta sincicij se ohrani do končnih faz zorenja in migracije spermijev (sperme), kjer se sperma sprosti v lumen semenskih tubulov. Posledica tega je, da skupine celic nastajajo sinhrono.

- Mejoza

Primarni spermatociti, ko se delijo z mejozo, tvorijo sekundarne spermatocite, ki se ponovno razdelijo po mejozi (mejoza II) in se ločijo v drugo vrsto celic, imenovane spermatide, ki imajo polovico kromosomske obremenitve spermatogonije. recimo, da so haploidni.

- Zorenje spermatidov ali spermiogeneza

Ko spermatidi dozorijo, se diferencirajo v zrele spermatozoide zaradi vrste morfoloških sprememb, ki vključujejo izločanje velikega dela njihovega citosola, nastanek flagelov in notranjo preureditev njihovih citosolnih organelov.

Nekatere od teh sprememb so povezane s kondenzacijo celičnega jedra, z raztezkom celice in preureditvijo mitohondrijev.

Te celice se nato preselijo v epididimis, okorno cev v testisih, kjer se hranijo in nadaljujejo postopek zorenja. Vendar sperme do zorenja dokončajo šele s postopkom, imenovanim kondenzacija, ki poteka v ženskem genitalnem traktu.

Reference

1. Barrett, KE, Barman, SM, Boitano, S., & Brooks, H. (2012). Ganongov pregled medicinske fiziologije, (LANGE Basic Science).
2. Chen, H., Mruk, D., Xiao, X., & Cheng, CY (2017). Človeška spermatogeneza in njena regulacija. Sodobna endokrinologija, 49–72.
3. Clermont, Y. (1970). Dinamika človeške spermatogeneze. V The Human Testis (str. 47–61).
4. Dadoune, JP (1995). Jedrski status človeških spermijev. Micron. Elsevier.
5. Gartner, LP in Hiatt, JL (2006). Barvni učbenik e-knjige histologije. Elsevier Health Sciences.
6. Dr. Griswold (2015). Spermatogeneza: zavezanost mejozi. Fiziološki pregledi, 96, 1–17.
7. Solomon, E., Berg, L., & Martin, D. (1999). Biologija (5. izd.). Philadelphia, Pennsylvania: Založništvo Saunders College.