el espermatozoide
D013094
terminología Anatómica
Un espermatozoide (pronunciado /ˌspɜːrmætəˈzoʊən/, ortografía alternativa spermatozoön; plural espermatozoides; del griego Antiguo: σπέρμα («semilla») y el griego Antiguo: ζῷον («ser vivo»)) es una espermatozoides con motilidad celular, o la mudanza de la forma de la célula haploide que es el gameto masculino., Un espermatozoide se une a un óvulo para formar un cigoto. (Un cigoto es una sola célula, con un conjunto completo de cromosomas, que normalmente se desarrolla en un embrión.)
los espermatozoides contribuyen aproximadamente la mitad de la información genética nuclear a la descendencia diploide (excluyendo, en la mayoría de los casos, el ADN mitocondrial). En los mamíferos, el sexo de la descendencia está determinado por el espermatozoide: un espermatozoide con un cromosoma X dará lugar a una descendencia femenina (XX), mientras que uno con un cromosoma Y dará lugar a una descendencia masculina (XY)., Los espermatozoides se observaron por primera vez en el laboratorio de Antonie van Leeuwenhoek en 1677.
esperma humano bajo microscopio
estructura, función y tamaño del espermatozoide mamífero
humanos
el espermatozoide humano es la célula reproductiva en los hombres y solo sobrevivirá en ambientes cálidos; una vez que abandona el cuerpo masculino, la supervivencia del esperma la probabilidad se reduce y puede morir, disminuyendo así la calidad total del esperma. Los espermatozoides vienen en dos tipos, «femenino»y » masculino»., Los espermatozoides que dan lugar a la descendencia femenina (XX) después de la fertilización difieren en que llevan un cromosoma X, mientras que los espermatozoides que dan lugar a la descendencia masculina (XY) llevan un cromosoma Y.
un espermatozoide humano consiste en una cabeza plana, en forma de disco de 5,1 µm por 3,1 µm y una cola de 50 µm de largo. La cola flagela, lo que impulsa el espermatozoide (a aproximadamente 1-3 mm/minuto en los seres humanos) mediante el azote en un cono elíptico. Los espermatozoides tienen un mecanismo de guía olfativa, y después de llegar a las trompas de Falopio, deben someterse a un período de capacitación antes de la penetración del óvulo.,
cabeza: tiene un núcleo compacto con solo sustancia cromática y está rodeado por solo un borde delgado de citoplasma. Por encima del núcleo se encuentra una estructura similar a una tapa llamada acrosoma, formada por la modificación del cuerpo de Golgi, que segrega la enzima espermilisina (hialuronidasa, enzima penetrante de corona, zona lisina o acrosina), que es necesaria para la fertilización. A medida que el espermatozoide se acerca al óvulo, experimenta la reacción del acrosoma en la que la membrana que rodea el acrosoma se fusiona con la membrana plasmática de la cabeza del espermatozoide, exponiendo el contenido del acrosoma.,
cuello: es la parte más pequeña (0,03 ×10-6 m), y tiene un centriolo proximal paralelo a la base del núcleo y un centriolo distal perpendicular al anterior. El centriolo proximal está presente también en el espermatozoide maduro; el centriolo distal desaparece después del ensamblaje del axonema. El centriolo proximal entra en el óvulo durante la fertilización y comienza la Primera División de escisión del óvulo, que no tiene centriolo. El centriolo distal da lugar al filamento axial que forma la cola y tiene una disposición (9+2)., Una membrana transitoria llamada mancheta se encuentra en la pieza central.
pieza central: tiene 10-14 espirales de mitocondrias que rodean el filamento axial en el citoplasma. Proporciona motilidad, y por lo tanto se llama la potencia de los espermatozoides. También tiene un anillo centriolo (anillo) que forma una barrera de difusión entre la pieza central y la pieza principal y sirve como una estructura estabilizadora para la rigidez de la cola.
cola: es la parte más larga (50×10-6 m), teniendo un filamento axial rodeado por citoplasma y membrana plasmática, pero en el extremo posterior el filamento axial está desnudo., Es un mecanismo de empuje.
El Semen tiene una naturaleza alcalina y los espermatozoides no alcanzan la motilidad completa (hipermotilidad) hasta que llegan a la vagina, donde el pH alcalino es neutralizado por fluidos vaginales ácidos. Este proceso gradual toma 20-30 minutos. Durante este período, el fibrinógeno de las vesículas seminales forma un coágulo, asegurando y protegiendo los espermatozoides. Justo cuando se convierten en hipermotile, la fibrinolisina de la glándula prostática disuelve el coágulo, permitiendo que el esperma progrese de manera óptima.,
el espermatozoide se caracteriza por un mínimo de citoplasma y el ADN más denso conocido en eucariotas. En comparación con los cromosomas mitóticos en las células somáticas, el ADN de los espermatozoides es al menos seis veces más altamente condensado.
El espécimen contribuye con ADN / cromatina, un centriolo, y quizás también un factor activador de ovocitos (OAF). También puede contribuir con el ARN mensajero paterno (ARNm), contribuyendo también al desarrollo embrionario.,
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Electron micrograph of human spermatozoa magnified 3140 times.
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Sperm cells in the urine sample of a 45-year-old male patient who is being followed with the diagnosis of benign prostate hyperplasia.,
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Dimensiones de los espermatozoides humanos de la cabeza se mide a partir de 39 años de edad sujeto sano.
El espermatozoide humano contiene al menos 7500 proteínas diferentes.
la genética del esperma humano se ha asociado con la evolución humana, según un estudio de 2020.,
daño y reparación del ADN
los daños del ADN presentes en los espermatozoides en el período posterior a la meiosis pero antes de la fertilización pueden repararse en el óvulo fertilizado, pero si no se reparan, pueden tener efectos perjudiciales graves sobre la fertilidad y el embrión en desarrollo. Los espermatozoides humanos son particularmente vulnerables al ataque de radicales libres y a la generación de daño oxidativo en el ADN. (Véase, por ejemplo, 8-Oxo-2′-desoxiguanosina)
La Exposición de los hombres a determinados riesgos relacionados con el estilo de vida, el medio ambiente o el trabajo puede aumentar el riesgo de espermatozoides aneuploides., En particular, el riesgo de aneuploidía aumenta por el tabaquismo y la exposición ocupacional al benceno, insecticidas y compuestos perfluorados. El aumento de la aneuploidía de los espermatozoides a menudo se produce en asociación con un aumento del daño al ADN. La fragmentación del ADN y el aumento de la susceptibilidad del ADN in situ a la desnaturalización, las características similares a estas observadas durante la apoptosis de las células somáticas, caracterizan a los espermatozoides anormales en los casos de infertilidad masculina.,
evitación de la respuesta del sistema inmune
las moléculas de glicoproteína en la superficie de los espermatozoides eyaculados son reconocidas por todos los sistemas inmunitarios femeninos humanos, e interpretadas como una señal de que la célula no debe ser rechazada. De lo contrario, el sistema inmunitario Femenino podría atacar a los espermatozoides en el tracto reproductivo. Las glicoproteínas específicas que cubren las células espermáticas también son utilizadas por algunas células cancerosas y bacterianas, algunos gusanos parásitos y glóbulos blancos infectados por el VIH, evitando así una respuesta inmune del organismo huésped.,
la barrera sangre-testículo, mantenida por las uniones estrechas entre las células de Sertoli de los túbulos seminíferos, impide la comunicación entre los espermatozoides en formación en el testículo y los vasos sanguíneos (y las células inmunes que circulan dentro de ellos) dentro del espacio intersticial. Esto evita que provoquen una respuesta inmunitaria. La barrera sangre-testículo también es importante para evitar que las sustancias tóxicas interrumpan la espermatogénesis.,
Espermatozoides en otros organismos
espermatozoides con Motilidad de las células de las algas y semillas de las plantas.
Animales
la fertilización se basa en espermatozoides para la mayoría de los animales sexualmente reproductivos.
algunas especies de mosca de la fruta producen el espermatozoide más grande conocido que se encuentra en la naturaleza. Drosophila melanogaster produce espermatozoides que pueden ser de hasta 1.,8 mm, mientras que su pariente Drosophila bifurca produce el espermatozoide más grande conocido, que mide más de 58 mm de longitud. En Drosophila melanogaster, todo el esperma, incluida la cola, se incorpora al citoplasma del ovocito, sin embargo, para Drosophila bifurca solo una pequeña porción de la cola entra en el ovocito.
El Ratón de madera Apodemus sylvaticus posee espermatozoides con morfología falciforme. Otra característica que hace que estos gametocitos únicos es la presencia de un gancho apical en la cabeza de los espermatozoides. Este gancho se utiliza para sujetar a los ganchos o a los flagelos de otros espermatozoides., La agregación es causada por estos accesorios y el resultado de trenes móviles. Estos trenes proporcionan una mejor motilidad en el tracto reproductivo femenino y son un medio por el cual se promueve la fertilización.
la fase postmeiótica de la espermatogénesis del ratón es muy sensible a los agentes genotóxicos ambientales, ya que a medida que las células germinales masculinas forman espermatozoides maduros pierden progresivamente la capacidad de reparar el daño del ADN., La irradiación de ratones machos durante la espermatogénesis tardía puede inducir un daño que persiste durante al menos 7 días en los espermatozoides fertilizadores, y la interrupción de las vías de reparación de rotura de doble hebra del ADN materno aumenta las aberraciones cromosómicas derivadas de los espermatozoides. El tratamiento de ratones machos con melfalán, un alquilante bifuncional empleado con frecuencia en la quimioterapia, induce lesiones del ADN durante la meiosis que pueden persistir en un estado no reparado a medida que las células germinales progresan a través de las fases de desarrollo espermatogénico competentes para la reparación del ADN., Tales daños en el ADN no reparados en espermatozoides, después de la fertilización, pueden conducir a la descendencia con varias anomalías.
los erizos de mar como Arbacia punctulata son organismos ideales para usar en la investigación de espermatozoides, desovan grandes cantidades de espermatozoides en el mar, lo que los hace muy adecuados como organismos modelo para experimentos.
los espermatozoides de los marsupiales suelen ser más largos que los de los mamíferos placentarios.,
plantas, algas y hongos
los gametofitos de briofitas, helechos y algunas gimnospermas producen espermatozoides móviles, contrariamente a los granos de polen empleados en la mayoría de las gimnospermas y todas las angiospermas. Esto hace imposible la reproducción sexual en ausencia de agua, ya que el agua es un medio necesario para que el espermatozoide y el óvulo se encuentren. Las algas y los espermatozoides vegetales inferiores son a menudo multi-flagelados (Ver imagen) y por lo tanto morfológicamente diferentes de los espermatozoides animales.
algunas algas y hongos producen espermatozoides no móviles, llamados espermatia., En plantas superiores y algunas algas y hongos, la fertilización implica la migración del núcleo espermático a través de un tubo de fertilización (por ejemplo, tubo de polen en plantas superiores) para llegar al óvulo.
producción de espermatozoides en mamíferos
los espermatozoides se producen en los túbulos seminíferos de los testículos en un proceso llamado espermatogénesis. Las células redondas llamadas espermatogonia se dividen y se diferencian eventualmente para convertirse en espermatozoides., Durante la cópula, la cloaca o vagina se insemina, y luego los espermatozoides se mueven a través de la quimiotaxis hasta el óvulo dentro de una trompa de Falopio o el útero.
en ART, la normozoospermia se refiere a una cantidad total de>39 mill eyaculado,>32% con motilidad progresiva y>4% de morfología normal. Además, una eyaculación normal en humanos debe tener un volumen superior a 1,5 ml, siendo un volumen excesivo 6 ml por Eyaculación (hiperspermia). Un volumen insuficiente se llama hipospermia., Estos problemas están relacionados con varias complicaciones en la producción de espermatozoides, por ejemplo:
- Hiperspermia: generalmente provocada por inflamación de la próstata.
- Hipospermia: Eyaculación incompleta, generalmente referida al déficit de andrógenos (hipoandrogenismo) u obstrucción en alguna parte del tracto eyaculatorio. En condiciones de laboratorio, también se debe a una pérdida parcial de la muestra.
- Aspermia: no hay eyaculación. Podría ocurrir debido a la eyaculación retrógrada, enfermedades anatómicas o neurológicas o medicamentos antihipertensivos.,
Spermatozoa activation
Acrosome reaction on a sea urchin cell
Approaching the egg cell is a rather complex, multistep process of chemotaxis guided by different chemical substances/stimuli on individual levels of phylogeny., Uno de los caracteres de señalización más significativos y comunes del evento es que un prototipo de receptores de quimiotaxis profesionales, el receptor de péptido de formilo (60.000 receptores/célula), así como la capacidad activadora de su ligando formilo Met-Leu-Phe se han demostrado en la membrana superficial incluso en el caso de los espermatozoides humanos. Los espermatozoides de mamíferos se vuelven aún más activos cuando se acercan a un óvulo en un proceso llamado activación espermática., Se ha demostrado que la activación de los espermatozoides es causada por ionóforos de calcio in vitro, progesterona liberada por células cúmulos cercanas y que se une a ZP3 de la zona pelúcida. Las células cúmulas están incrustadas en una sustancia similar a un gel hecha principalmente de ácido hialurónico, y se desarrollan en el ovario con el óvulo y lo apoyan a medida que crece.
el cambio inicial se denomina «hiperactivación», que provoca un cambio en la motilidad de los espermatozoides. Nadan más rápido y sus movimientos de cola se vuelven más fuertes y erráticos.
un descubrimiento reciente vincula la hiperactivación a un flujo repentino de iones de calcio en las colas., La cola en forma de látigo (flagelo) del espermatozoide está salpicada de canales iónicos formados por proteínas llamadas CatSper. Estos canales son selectivos, permitiendo que solo pasen iones de calcio. La apertura de los canales CatSper es responsable de la afluencia de calcio. El aumento repentino en los niveles de calcio hace que el flagelo forme curvas más profundas, propulsando el esperma con más fuerza a través del ambiente viscoso. La hiperactividad espermática es necesaria para romper dos barreras físicas que protegen al óvulo de la fertilización.
el segundo proceso en la activación del esperma es la reacción del acrosoma., Esto implica la liberación de los contenidos del acrosoma, que se dispersan, y la exposición de enzimas unidas a la membrana acrosomal interna de los espermatozoides. Esto ocurre después de que el espermatozoide se encuentra por primera vez con el óvulo. Este mecanismo de bloqueo y llave es específico de la especie y evita que el espermatozoide y el óvulo de diferentes especies se fusionen. Hay alguna evidencia de que esta unión es lo que desencadena el acrosoma para liberar las enzimas que permiten que el espermatozoide se fusione con el óvulo.
ZP3, una de las proteínas que componen la zona pelúcida, luego se une a una molécula asociada en el esperma., Las enzimas en la membrana acrosomal interna digieren la zona pelúcida. Después de que el espermatozoide penetra en la zona pelúcida, parte de la membrana celular del espermatozoide se fusiona con la membrana del óvulo, y el contenido de la cabeza se difunde en el óvulo.
tras la penetración, se dice que el ovocito se ha activado. Sufre su división meiótica secundaria, y los dos núcleos haploides (paterno y materno) se fusionan para formar un cigoto., Con el fin de prevenir la polispermia y minimizar la posibilidad de producir un cigoto triploide, varios cambios en la zona pelúcida del óvulo los hacen impenetrables poco después de que el primer espermatozoide entra en el óvulo.
almacenamiento Artificial
los espermatozoides se pueden almacenar en diluyentes como el diluyente de temperatura variable Illini (IVT), que se ha informado que pueden preservar la alta fertilidad de los espermatozoides durante más de siete días. El diluyente IVT está compuesto por varias sales, azúcares y agentes antibacterianos y gaseado con CO2.,
la criopreservación de Semen se puede utilizar para duraciones de almacenamiento mucho más largas. Para los espermatozoides humanos, el almacenamiento exitoso más largo reportado con este método es de 21 años.
MMP y capacitación
durante la capacitación, los espermatozoides adquieren la capacidad de fertilizar el ovocito. In vitro, ocurre cuando los espermatozoides se lavan y purifican. Hoy en día, el 20% de la población requiere tecnología de reproducción asistida, por lo que es importante para el desarrollo de nuestra sociedad., El 15% de la infertilidad se debe al factor masculino, por lo que se han creado varias estrategias para recuperar los espermatozoides funcionales. La medida MMP (Million Motile Progressive cells per millilitre) es sinónimo de capacitación, y es un parámetro muy útil para decidir, junto con un espermiograma, el tipo de tratamiento necesario. Se basa en el porcentaje de recuperación., Dependiendo del porcentaje, decidiremos la calidad de la recuperación de los espermatozoides móviles: 15 a 25 millones de espermatozoides/ml se consideran óptimos, entre 5 y 15 millones se consideran suficientes y menos de 5 millones se consideran subóptimos o no suficientes. En cuanto a los valores que hemos obtenido, junto con los resultados del espermiograma, se mostrarán diferentes técnicas.
por ejemplo, si es más de 1.,Se encuentran 0×106 espermatozoides móviles progresivos por mililitro, se recomendará tener relaciones sexuales, y si eso falla, el siguiente paso será la inseminación intrauterina y posteriormente la fecundación in vitro convencional.
con menos de 1.0×106 espermatozoides móviles progresivos por mililitro, realizaremos inyección intracitoplasmática de espermatozoides. En caso de azoospermia (no hay espermatozoides en el eyaculado), realizaremos una biopsia testicular para comprobar si hay espermatozoides en los testículos o si no se están produciendo espermatozoides.,
historia
- en 1677 el microbiólogo Antonie van Leeuwenhoek descubrió los espermatozoides.
- en 1841 el anatomista suizo Albert von Kölliker escribió sobre los espermatozoides en su obra Untersuchungen über die Bedeutung der Samenfäden (estudios sobre la importancia de los espermatozoides).
véase también
- Aneuploidía
- No-disyunción
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