Spermatozoon - Spermatozoon
| Spermatozo | |
|---|---|
 En spermiecell försöker tränga in i ett äggskikt för att befrukta den.
| |
 Diagram över en mänsklig spermier
| |
| Detaljer | |
| Identifierare | |
| Latin | spermatozo |
| Maska | D013094 |
| Anatomisk terminologi | |
En spermie (uttalad / ˌ s p ɜːr m æ t ə z oʊ ə n / , alternativ stavning spermatozo , plural spermatozoer , från antik grekiska : σπέρμα ( "seed") och antik grekiska : ζῷον ( "levande väsen")) är en rörlig spermacell , eller flytta formen av haploid cell som är den manliga könsceller . En spermier förenar ett ägg för att bilda en zygote . (En zygot är en enda cell, med en komplett uppsättning kromosomer , som normalt utvecklas till ett embryo .)
Spermierna bidrar med ungefär hälften av den nukleära genetiska informationen till diploida avkommor (exklusive, i de flesta fall, mitokondriellt DNA ). Hos däggdjur bestäms avkommans kön av spermiecellen: en spermier som bär en X -kromosom leder till en kvinnlig (XX) avkomma, medan en som bär en Y -kromosom leder till en manlig (XY) avkomma. Spermier observerades först i Antonie van Leeuwenhoek laboratorium 1677.
Däggdjurs spermatozoon struktur, funktion och storlek
Människor
Den mänskliga spermiecellen är reproduktionscellen hos män och kommer bara att överleva i varma miljöer; när den lämnar den manliga kroppen minskar risken för överlevnad av spermier och den kan dö, vilket minskar den totala spermiekvaliteten . Spermier kommer i två typer, "hona" och "hane". Spermier som ger upphov till kvinnliga (XX) avkommor efter befruktning skiljer sig åt genom att de bär en X-kromosom, medan spermier som ger upphov till manliga (XY) avkommor bär en Y-kromosom.
En mänsklig spermiecell består av ett platt, skivformat huvud 5,1 µm x 3,1 µm och en svans 50 µm lång. Svansen flagellaterar , som driver spermiecellen (cirka 1-3 mm/minut hos människor) genom att piska in en elliptisk kon. Spermier har en luktledande mekanism , och efter att ha nått äggledarna måste de genomgå en kapacitetsperiod innan ägget tränger in.
Huvud: Den har en kompakt kärna med endast kromatisk substans och omges av endast en tunn kant av cytoplasma. Ovanför kärnan ligger en kepsliknande struktur som kallas akrosomen , bildad genom modifiering av Golgi-kroppen, som utsöndrar enzymet spermlysin ( hyaluronidas, korona-penetrerande enzym, zona lysin eller akrosin ), som är nödvändigt för befruktning. När spermierna närmar sig ägget, genomgår det akrosomreaktionen där membranet som omger akrosomen smälter ihop med plasmamembranet i spermiernas huvud och exponerar innehållet i akrosomen.
Hals: Det är den minsta delen (3 × 10 −8 m) och har en proximal centriole parallell med kärnans bas och distala centriole vinkelrätt mot den föregående. Den proximala centriolen finns också i den mogna spermierna; den distala centriolen försvinner efter axonemmontering. Den proximala centriolen kommer in i ägget under befruktningen och startar den första klyvningsdelningen av ägget, som inte har någon centriole. Den distala centriolen ger upphov till det axiella filamentet som bildar svansen och har ett (9+2) arrangemang. Ett övergående membran som heter Manchette ligger i mittstycket.
Mittdel: Den har 10–14 spiraler av mitokondrier som omger det axiella filamentet i cytoplasman. Det ger rörlighet och kallas därför spermiernas kraftverk. Den har också en ringcentriole (ring) som bildar en diffusionsbarriär mellan mittstycket och huvudstycket och fungerar som en stabiliserande struktur för svansstyvhet.
Svans: Det är den längsta delen (50 × 10 −6 m), med en axiell filament omgiven av cytoplasma och plasmamembran, men i den bakre änden är den axiella glödtråden naken. Det är push -mekanism.
Sperma har en alkalisk natur och spermierna når inte full rörlighet (hypermotilitet) förrän de når slidan , där det alkaliska pH -värdet neutraliseras av sura vaginalvätskor. Denna gradvisa process tar 20–30 minuter. Under denna period bildar fibrinogen från sädesblåsorna en koagel som säkrar och skyddar spermierna. Precis som de blir hypermotila löser fibrinolysin från prostatakörteln blodproppen, så att spermierna kan utvecklas optimalt.
Spermierna kännetecknas av ett minimum av cytoplasma och det mest tätt packade DNA som är känt i eukaryoter . Jämfört med mitotiska kromosomer i somatiska celler är spermier -DNA minst sexfaldigt mer högkondenserat.
Preparat bidrar med DNA / kromatin , en centriol , och kanske också en oocyt -aktiverande faktor (OAF). Det kan också bidra med paternal messenger RNA (mRNA), vilket också bidrar till embryonisk utveckling.
Electron mikroskop av mänsklig spermier förstorad 3140 gånger.
Spermier i urinprovet av en 45-årig manlig patient som följs med diagnosen godartad prostatahyperplasi .
Dimensioner på människans spermahuvud mätt från en 39-årig frisk patient.
_-_Spermler_(idrar)_-_01.png)
Den mänskliga spermierna innehåller minst 7500 olika proteiner .
Mänsklig spermiergenetik har förknippats med mänsklig utveckling , enligt en studie från 2020.
DNA -skada och reparation
DNA -skador som förekommer hos spermier i tiden efter meios men före befruktning kan repareras i det befruktade ägget, men om de inte repareras kan de få allvarliga skadliga effekter på fertilitet och det utvecklande embryot. Mänskliga spermier är särskilt sårbara för angrepp av fria radikaler och generering av oxidativ DNA -skada. (se t.ex. 8-Oxo-2'-deoxyguanosin )
Exponering av män för vissa livsstils-, miljö- eller yrkesrisker kan öka risken för aneuploida spermier. I synnerhet ökar risken för aneuploidi genom tobaksrökning och yrkesmässig exponering för bensen, insekticider och perfluorerade föreningar. Ökad aneuploidi av spermier uppstår ofta i samband med ökad DNA -skada. DNA -fragmentering och ökad in situ -DNA -mottaglighet för denaturering, funktionerna liknande dem som ses under apoptos av somatiska celler, karakteriserar onormala spermier i fall av manlig infertilitet .
Undvikande av immunsystemsvar
Glykoproteinmolekyler på ytan av ejakulerade spermieceller känns igen av alla mänskliga kvinnliga immunsystem och tolkas som en signal om att cellen inte ska avvisas. Det kvinnliga immunsystemet kan annars attackera spermier i reproduktionsorganet . De specifika glykoproteiner som täcker spermier används också av vissa cancer- och bakterieceller, några parasitmaskar och HIV-infekterade vita blodkroppar, och undviker därigenom ett immunsvar från värdorganismen .
Den blod-testikelbarriären , som upprätthålls av de täta förbindelserna mellan Sertoliceller av sädeskanalerna, förhindrar kommunikation mellan formnings spermier i testiklarna och blodkärlen (och immunceller som cirkulerar inom dem) inom interstitiella rummet . Detta hindrar dem från att framkalla ett immunsvar. Blod-testikelbarriären är också viktig för att förhindra att giftiga ämnen stör spermatogenes.
Spermier i andra organismer
Djur
Befruktning är beroende av spermier för de flesta könsdjur.
Vissa arter av fruktfluga producerar den största kända spermier som finns i naturen. Drosophila melanogaster producerar spermier som kan vara upp till 1,8 mm, medan dess släkting Drosophila bifurca producerar den största kända spermierna, som mäter över 58 mm i längd. I Drosophila melanogaster, hela spermier, svans ingår, blir införlivas i äggcellen cytoplasman , men för Drosophila bifurca endast en liten del av svansen kommer in i oocyten.
Trämusen Apodemus sylvaticus besitter spermier med falciform morfologi. En annan egenskap som gör dessa gametocyter unika är närvaron av en apikal krok på spermahuvudet. Denna krok används för att fästa på krokarna eller flagellan hos andra spermier. Aggregering orsakas av dessa bilagor och mobiltågsresultat. Dessa tåg ger förbättrad rörlighet i den kvinnliga reproduktiva kanalen och är ett sätt på vilket befruktning främjas.
Den postmeiotiska fasen hos musens spermatogenes är mycket känslig för miljögentotoxiska medel, eftersom när manliga könsceller bildar mogna spermier, förlorar de gradvis förmågan att reparera DNA -skador. Bestrålning av hanmöss under sen spermatogenes kan orsaka skador som kvarstår i minst 7 dagar i de befruktande spermierna, och avbrott i moderns DNA-dubbelsträngsreparationsvägar ökar kromosomavvikelser härledda från spermier. Behandling av hanmöss med melfalan , ett bifunktionellt alkyleringsmedel som ofta används vid kemoterapi, inducerar DNA-lesioner under meios som kan kvarstå i ett oreparerat tillstånd när könsceller utvecklas genom DNA-reparationskompetenta faser av spermatogen utveckling. Sådana oreparerade DNA -skador i spermier kan efter befruktning leda till avkommor med olika avvikelser.
Havsborrar som Arbacia punctulata är idealiska organismer att använda vid spermier, de ger stora mängder spermier i havet, vilket gör dem väl lämpade som modellorganismer för experiment.
Den spermier av pungdjur är oftast längre än moderkakan däggdjur .
Växter, alger och svampar
De gametofyter av mossor , ormbunkar och några gymnospermer producera rörliga spermier celler, i motsats till pollenkorn som används i de flesta gymnospermer och alla angiospermer . Detta gör sexuell reproduktion i frånvaro av vatten omöjlig, eftersom vatten är ett nödvändigt medium för spermier och ägg att mötas. Alger och nedre växtspermier är ofta multiflaggade (se bild) och skiljer sig därmed morfologiskt från djurspermatozoer.
Vissa alger och svampar producerar icke-rörliga spermier, kallade spermier. I högre växter och vissa alger och svampar innebär befruktning migrering av spermikärnan genom ett befruktningsrör (t.ex. pollenrör i högre växter) för att nå äggcellen.
Spermatozoa produktion hos däggdjur
Spermier produceras i sädeskanalerna av testiklarna i en process som kallas spermatogenes. Runda celler som kallas spermatogonia delar sig och differentieras så småningom för att bli spermier. Under parning den kloaken eller slidan blir insemineras , och sedan spermier rör sig genom kemotaxi till ägget inuti en äggledare eller livmodern .
I ART hänvisas normozoospermi till en total mängd av> 39 mill ejakulerat,> 32% med progressiv rörlighet och> 4% normal morfologi. En normal utlösning hos människor måste också ha en volym över 1,5 ml, vilket är en överdriven volym 6 ml per utlösning ( hyperspermi ). En otillräcklig volym kallas hypospermi . Dessa problem är relaterade till flera komplikationer vid produktion av spermier, till exempel:
- Hyperspermi: provoceras vanligtvis på grund av prostatainflammation.
- Hypospermi: en ofullständig utlösning, vanligtvis hänvisad till ett androgens underskott ( hypoandrogenism ) eller obstruktion i någon del av utlösningskanalen. I laboratorieförhållanden beror det också på en partiell förlust av provet.
- Aspermi : det finns ingen utlösning. Det kan hända på grund av retrograd utlösning , anatomiska eller neurologiska sjukdomar eller antihypertensiva läkemedel.
Spermatozoa aktivering
Att närma sig äggcellen är en ganska komplex, flerstegsprocess av kemotaxi styrd av olika kemiska ämnen/stimuli på individuella nivåer av fylogeni. En av de mest signifikanta, vanliga signalkaraktärerna i händelsen är att en prototyp av professionella kemotaxireceptorer, formylpeptidreceptor (60 000 receptor/cell) samt aktivatorförmågan hos dess ligandformyl Met-Leu-Phe har demonstrerats i ytmembran även för mänskliga spermier. Däggdjurs spermier blir ännu mer aktiva när de närmar sig en äggcell i en process som kallas spermier . Spermier aktivering har visats vara orsakade av kalcium jonoforer in vitro , progesteron frisätts av närliggande cumulusceller och bindning till ZP3 av zona pellucida . De cumulusceller är inbäddade i en gel-liknande substans görs i första hand av hyaluronsyra, och utvecklas i äggstocken med ägget och stödja det när det växer.
Den första förändringen kallas "hyperaktivering", vilket orsakar en förändring i spermierna. De simmar snabbare och svansrörelserna blir mer kraftfulla och oregelbundna.
En ny upptäckt länkar hyperaktivering till en plötslig tillströmning av kalciumjon i svansarna. Spermans piskliknande svans (flagellum) är översållad med jonkanaler som bildas av proteiner som kallas CatSper . Dessa kanaler är selektiva och tillåter endast kalciumjoner att passera. Öppningen av CatSper -kanaler är ansvarig för tillströmningen av kalcium. Den plötsliga ökningen av kalciumnivåer får flagellum att bilda djupare böjar och driver spermierna kraftigare genom den viskösa miljön. Spermihyperaktivitet är nödvändig för att bryta igenom två fysiska barriärer som skyddar ägget från befruktning.
Den andra processen vid aktivering av spermier är akrosomreaktionen . Detta innebär att innehållet i akrosomen, som sprids, frigörs och exponeringen av enzymer fästa vid det inre akrosomala membranet i spermierna. Detta inträffar efter att spermierna först möter ägget. Denna lås-och-nyckel-mekanism är artsspecifik och förhindrar att spermier och ägg från olika arter smälter samman. Det finns vissa bevis för att denna bindning är det som får akrosomen att frigöra de enzymer som gör att spermierna kan smälta ihop med ägget.
ZP3, ett av proteinerna som utgör zona pellucida, binder sedan till en partnermolekyl på spermierna. Enzymer på det inre akrosomala membranet smälter zona pellucida. Efter att spermierna har trängt in i zona pellucida smälter en del av spermiernas cellmembran ihop med äggcellens membran och huvudets innehåll diffunderar in i ägget.
Vid penetration sägs äggcellen ha aktiverats . Den genomgår sin sekundära meiotiska uppdelning, och de två haploida kärnorna (faderliga och moderliga) smälter samman för att bilda en zygote . För att förhindra polyspermi och minimera möjligheten att producera en triploid zygot, gör flera förändringar av äggets zona pellucida dem ogenomträngliga strax efter att den första spermien kommer in i ägget.
Konstgjord förvaring
Spermatozoa kan förvaras i utspädningsmedel, såsom utspädningsmedlet Illini Variable Temperature (IVT), som har rapporterats kunna bevara hög fertilitet hos spermier i över sju dagar. IVT -utspädningsmedlet består av flera salter, sockerarter och antibakteriella medel och gasas med CO 2 .
Kryokonservering av sperma kan användas för mycket längre lagringstider. För mänskliga spermier är den längsta rapporterade framgångsrika lagringen med denna metod 21 år.
MMP och kapacitet
Under kapacitationen förvärvar spermierna förmågan att befrukta äggcellen. In vitro händer det när spermierna tvättas och renas. Numera kräver 20% av befolkningen assisterad reproduktionsteknik , så det är viktigt för vår samhällsutveckling. 15% av infertiliteten beror på manlig faktor, så flera strategier har skapats för att återställa de funktionella spermierna. MMP (Million Motile Progressive cells per milliliter) -måttet är synonymt med kapacitation och är en mycket användbar parameter för att tillsammans med ett spermiogram bestämma vilken typ av behandling som behövs. Den baseras på återvinningsprocenten. Beroende på procentandel kommer vi att bestämma kvaliteten på den rörliga spermierna: 15 till 25 miljoner spermier/ml anses vara optimala, mellan 5 och 15 miljoner anses vara tillräckligt och mindre än 5 miljoner anses vara suboptimala eller inte tillräckliga. När det gäller de värden som vi har erhållit, tillsammans med spermiogramresultaten, kommer olika tekniker att visas.
Om till exempel mer än 1,0 × 10 6 progressiva rörliga spermier per milliliter hittas, rekommenderas det att ha samlag, och om det misslyckas är nästa steg intrauterin insemination och senare konventionell in vitro -befruktning .
Med mindre än 1,0 × 106 progressiva rörliga spermier per milliliter kommer vi att utföra intracytoplasmatisk spermieinjektion . Vid azoospermi (inga spermier i ejakulatet) kommer vi att göra en testikelbiopsi för att kontrollera om det finns spermier i testiklarna eller om det inte produceras spermier.
Historia
- År 1677 upptäckte mikrobiologen Antonie van Leeuwenhoek spermier.
- År 1841 skrev den schweiziska anatomisten Albert von Kölliker om spermatozoon i sitt arbete Untersuchungen über die Bedeutung der Samenfäden (Studier om spermatozos betydelse).