SPERMA: FUNZIONI, PARTI, CICLO VITALE, SPERMATOGENESI - ANATOMIA E FISIOLOGIA - 2024

Gli spermatozoi sono cellule sessuali mature (cellule gamete) prodotte nelle gonadi maschili. Sono cellule altamente specializzate, completamente dedicate al compito di fecondare gli ovociti femminili, evento fondamentale durante la riproduzione sessuale.

Furono scoperti più di 300 anni fa da Antony van Leeuwenhoek, il quale, motivato unicamente dalla sua curiosità, osservò il proprio seme e coniò il termine "animalculus" per le strutture flagellate che osservava.

Fotografia di sperma umano (Fonte: nessun autore specifico tramite Wikimedia Commons)

Da allora, queste cellule sono state oggetto di studio di numerose indagini, soprattutto quelle relative alla fertilità e alla riproduzione assistita.

Gli spermatozoi sono cellule con un elevato fabbisogno energetico, in quanto devono muoversi ad alta velocità una volta eiaculate dal pene (organo riproduttivo maschile) verso il tratto vaginale (organo riproduttivo femminile).

L'energia che impiegano deriva principalmente dal metabolismo dei carboidrati come il glucosio, cioè dalla glicolisi e dalla fosforilazione ossidativa mitocondriale, che fu dimostrata nel 1928, grazie agli esperimenti condotti da McCarthy e collaboratori.

La formazione e il rilascio di queste cellule dipende da molti fattori endocrini (ormonali), in particolare il testosterone, che viene prodotto e secreto dai testicoli.

A differenza di quanto accade con le cellule sessuali femminili (che vengono prodotte durante lo sviluppo embrionale), lo sperma viene prodotto continuamente per tutta la vita adulta dell'uomo.

Caratteristiche

Gli spermatozoi sono cellule molto importanti, poiché hanno il compito speciale di fondersi con l'ovulo contenuto nelle ovaie femminili per fecondarlo e fecondarlo, processo che si conclude con la formazione di un nuovo individuo.

Lo sperma, così come gli ovuli, sono cellule aploidi, quindi la fusione dei nuclei femminile e maschile ripristina la carica diploide (2n) in una nuova cellula. Ciò implica che ogni cellula contribuisce alla metà del carico cromosomico di un essere umano in questo processo.

Schema di uno sperma umano. Fonte: diagramma dello spermatozoo semplificato.svg: Mariana Ruizderivative work: Miguelferig

Negli esseri umani, gli spermatozoi sono le cellule responsabili della determinazione del sesso della progenie, poiché l'ovulo ha un cromosoma sessuale X, ma ogni sperma può avere un cromosoma X o un cromosoma Y.

Sperma che cerca di fecondare un uovo

Quando lo sperma che feconda e feconda con successo l'uovo ha un cromosoma X, il bambino che si formerà sarà XX, cioè geneticamente femmina. D'altra parte, quando lo sperma che si fonde con l'uovo ha un cromosoma Y, il bambino sarà XY, cioè geneticamente maschio.

Parti dello sperma (struttura)

Gli spermatozoi sono piccole cellule flagellate (meno di 70 micron di lunghezza). Ogni spermatozoo è costituito da due regioni ben definite note come testa e coda, entrambe racchiuse dalla stessa membrana plasmatica.

Nella testa è il nucleo che servirà a fecondare l'ovulo femminile, mentre la coda è l'organello di locomozione che permette loro di muoversi e che rappresenta una parte importante della loro lunghezza.

- testa

La testa dello sperma ha una forma appiattita e misura circa 5 micron di diametro. Al suo interno è presente il DNA cellulare, molto compatto, che riduce al minimo il volume che occupa, facilitandone il trasporto, la trascrizione e il silenziamento.

Il nucleo dello sperma ha 23 cromosomi aploidi (in una singola copia). Questi cromosomi differiscono dai cromosomi delle cellule somatiche (cellule del corpo che non sono cellule sessuali) in quanto sono ricchi di proteine ​​note come protamine e alcuni istoni dello sperma.

Le protamine sono proteine ​​con abbondanti cariche positive, che facilitano la loro interazione con il DNA caricato negativamente.

Vista laterale e frontale di uno sperma umano (Fonte: LadyofHats tramite Wikimedia Commons)

Oltre al nucleo, la testa dello sperma ha una vescicola secretoria nota come vescicola acrosomiale o acrosoma, che circonda parzialmente la regione anteriore del nucleo ed è in contatto con la membrana plasmatica della cellula sessuale.

Questa vescicola ospita un gran numero di enzimi che facilitano il processo di penetrazione del rivestimento esterno dell'ovulo durante la fecondazione. Questi enzimi includono neuraminidasi, ialuronidasi, fosfatasi acida, arilsolfatasi e acrosina, una proteasi simile alla tripsina.

Quando l'uovo e lo sperma entrano in contatto tra loro, l'acrosoma rilascia il suo contenuto per esocitosi, processo noto come “reazione acrosomiale”, essenziale per l'unione, la penetrazione e la fusione dello sperma con l'ovulo.

- Coda

La testa e la coda dello sperma sono coperte dalla stessa membrana plasmatica. La coda è un flagello molto lungo che ha quattro regioni chiamate il collo, il pezzo centrale, il pezzo principale e il pezzo finale.

L'assonema, cioè la struttura citoscheletrica che fornisce il movimento alla coda, emerge da un corpo basale situato dietro il nucleo dello sperma. Questo corpo basale è ciò che costituisce il collo ed è lungo circa 5μm.

Tra il collo e l'estremità c'è il pezzo intermedio. È lungo 5 micron ed è caratterizzato dalla presenza di molteplici mitocondri disposti a forma di "guaina" attorno all'assonema centrale. Questi mitocondri altamente specializzati sono ciò che fornisce, in sostanza, l'energia necessaria per il movimento sotto forma di ATP.

Il pezzo principale è lungo poco meno di 50 μm ed è la parte più lunga della coda. Inizia in un "anello" che impedisce un ulteriore avanzamento dei mitocondri e termina nel pezzo finale. Man mano che ci si avvicina al pezzo finale, il pezzo principale si assottiglia (si assottiglia).

Il pezzo terminale, infine, è costituito dagli ultimi 5 μm della coda ed è una struttura dove si osserva un certo “disordine” nei microtubuli che compongono l'assonema del flagello.

Ciclo vitale

Un uomo adulto medio produce milioni di sperma al giorno, tuttavia queste cellule impiegano dai 2 ai 3 mesi per formarsi e maturare completamente (fino a quando non vengono eiaculate).

Il ciclo di vita di uno spermatozoo inizia con la gametogenesi o spermatogenesi, cioè con la divisione di un germe o precursore cellulare, che dà origine a linee cellulari che successivamente si dividono, per poi differenziarsi e maturare. Nel frattempo, le cellule difettose subiscono processi di morte cellulare programmati.

Una volta formato nei tubuli seminiferi, lo sperma in maturazione deve migrare in una regione del testicolo nota come epididimo, che è lunga circa 20 piedi. Questa migrazione richiede alcuni giorni ed è stato dimostrato che in questa fase le cellule non sono abbastanza mature per fecondare un uovo, poiché mancano di mobilità sufficiente.

Dopo che sono trascorse 18 o 24 ore nell'epididimo, gli spermatozoi sono perfettamente mobili, ma questa mobilità è inibita da alcuni fattori proteici.

Una volta nell'epididimo, gli spermatozoi mantengono la loro fertilità per poco più di un mese, ma questo tempo dipenderà dalle condizioni di temperatura, dieta e stile di vita.

Quando gli spermatozoi vengono eiaculati durante il rapporto (rapporto sessuale), hanno piena capacità di movimento, muovendosi a velocità fino a 4 mm / min. Queste cellule possono sopravvivere per 1 o 2 giorni nel tratto riproduttivo femminile, ma questo dipende dall'acidità dell'ambiente circostante.

spermatogenesi

La produzione di sperma (spermatogenesi) avviene per la prima volta negli esseri umani durante la pubertà. Questo processo avviene nei testicoli, che sono due organi dell'apparato riproduttivo maschile, e ha a che fare con la riduzione del carico cromosomico delle cellule sessuali (che da diploidi (2n) ad aploidi (n)).

Nei testicoli, la spermatogenesi si verifica all'interno di dotti noti come tubuli seminiferi, il cui epitelio è costituito da due tipi principali di cellule: cellule di Sertoli e cellule spermatogene.

Le cellule spermatogene danno origine agli spermatozoi, mentre le cellule di Sertoli nutrono e proteggono le cellule spermatogene. Questi ultimi si trovano nei tubuli seminiferi in diversi stadi di maturazione.

Rappresentazione schematica del processo di spermatogenesi (Fonte: Miguelferig tramite Wikimedia Commons)

Tra le cellule spermatogene ci sono cellule note come spermatogonia , che sono cellule germinali immature responsabili della divisione e della produzione di spermatociti primari, spermatociti secondari e sperma maturo.

- Spermatogoni, spermatociti primari, spermatociti secondari e spermatidi

Gli spermatogoni sono localizzati verso il bordo esterno dei tubuli seminiferi, in prossimità della lamina basale degli stessi; Man mano che si dividono, le cellule che danno origine migrano verso la porzione centrale dei dotti, dove finalmente maturano.

Spermatocytogenesis

Gli spermatogoni si dividono per mitosi (divisione asessuata) e sono cellule diploidi (2n) che, quando si dividono, generano più spermatogoni e spermatociti primari, che non sono altro che spermatogoni che smettono di dividersi per mitosi per entrare nella meiosi I.

Un piccolo gruppo di spermatogoni si divide lentamente per mitosi per tutta la vita, funzionando come "cellule staminali" per la produzione mitotica di più spermatogoni o cellule che subiscono la maturazione.

Quando gli spermatogoni maturano, cioè quando si dividono per mitosi e poi per meiosi, la loro progenie non completa la divisione citosolica, quindi le cellule figlie (cloni) rimangono collegate tra loro da ponti citosolici, come se fossero un sincizio. .

Questo sincizio viene mantenuto fino alle fasi finali di maturazione e migrazione degli spermatozoi (spermatozoi), dove lo sperma viene rilasciato nel lume dei tubuli seminiferi. Ciò si traduce in gruppi di cellule che vengono prodotti in modo sincrono.

- Meiosi

Gli spermatociti primari, dividendosi per meiosi, formano spermatociti secondari, che si dividono nuovamente per meiosi (meiosi II), differenziandosi in un altro tipo di cellule chiamate spermatidi, che hanno la metà della carica cromosomica degli spermatogoni. diciamo, sono aploidi.

- Maturazione degli spermatidi o spermiogenesi

Man mano che gli spermatidi maturano, si differenziano in spermatozoi maturi grazie a una serie di cambiamenti morfologici che comportano l'eliminazione di gran parte del loro citosol, la formazione dei flagelli e il riarrangiamento interno dei loro organelli citosolici.

Alcuni di questi cambiamenti hanno a che fare con la condensazione del nucleo cellulare, con l'allungamento della cellula e il riarrangiamento dei mitocondri.

Queste cellule successivamente migrano nell'epididimo, un tubo crespo nei testicoli, dove vengono immagazzinate e continuano il processo di maturazione. Tuttavia, solo attraverso un processo noto come capacitazione, che avviene nel tratto genitale femminile, gli spermatozoi completano la loro maturazione.

Riferimenti

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