spermatozoon
d013094
terminologia anatomiczna
a spermatozoon (wymawiane /ˈspɜːrmætəˈzoʊən/, alternatywna pisownia spermatozoön; liczba mnoga spermatozoa; od starogreckiego: σπέρμα („nasienie”) i starogreckiego: ζ ζον („żywa istota”)) jest ruchliwą komórką plemnikową lub ruchomą formą haploidalnej komórki, która jest gametą męską., Spermatozoon łączy się z jajkiem tworząc zygotę. (Zygota jest pojedynczą komórką, z kompletnym zestawem chromosomów, które normalnie rozwija się w zarodek.)
plemniki dostarczają około połowy jądrowej informacji genetycznej potomstwu diploidalnemu (z wyłączeniem, w większości przypadków, mitochondrialnego DNA). U ssaków płeć potomstwa zależy od plemnika: plemnik posiadający chromosom X doprowadzi do potomstwa żeńskiego (XX), podczas gdy jeden z chromosomem Y doprowadzi do potomstwa męskiego (XY)., Plemniki zostały po raz pierwszy zaobserwowane w laboratorium Antonie van Leeuwenhoeka w 1677 roku.
ludzka sperma pod mikroskopem
plemniki ssaków struktura, funkcja i rozmiar
ludzie
ludzka komórka plemnikowa jest komórką rozrodczą u mężczyzn i przeżyje tylko w ciepłych środowiskach; po opuszczeniu męskiego ciała prawdopodobieństwo przeżycia plemników wynosi zmniejszona i może umrzeć, zmniejszając w ten sposób całkowitą jakość spermy. Plemniki występują w dwóch typach, „żeńskich” i „męskich”., Plemniki, które rodzą żeńskie (XX) potomstwo po zapłodnieniu różnią się tym, że posiadają chromosom X, podczas gdy plemniki, które rodzą męskie (XY) potomstwo posiadają chromosom Y.
ludzka komórka plemnikowa składa się z płaskiej, tarczowatej głowy o wymiarach 5,1 µm na 3,1 µm i ogona o długości 50 µm. Wić ogonowa, która napędza plemniki (z prędkością około 1-3 mm / minutę u ludzi) przez ubijanie w eliptycznym stożku. Plemniki mają węchowy mechanizm prowadzenia, a po dotarciu do jajowodów, musi przejść okres kondensacji przed penetracją komórki jajowej.,
głowa: ma zwarte jądro z tylko substancją chromatyczną i jest otoczona tylko cienką obwódką cytoplazmy. Nad jądrem znajduje się struktura przypominająca czapkę, zwana akrosomem, utworzona przez modyfikację ciała Golgiego, która wydziela enzym spermlysin (hialuronidaza, enzym penetrujący koronę, lizyna zona lub akrozyna), który jest niezbędny do zapłodnienia. Gdy plemnik zbliża się do jaja, ulega reakcji akrosomu, w której błona otaczająca akrosom łączy się z błoną plazmową głowy plemnika, odsłaniając zawartość akrosomu.,
szyja: jest najmniejszą częścią (0,03 ×10-6 m) i ma proksymalny centriol równoległy do podstawy jądra i dystalny centriol prostopadły do poprzedniego. Centriole proksymalne obecne są również w dojrzałym plemniku; centriole dystalne zanikają po złożeniu aksonem. Proksymalny centriol wchodzi do jaja podczas zapłodnienia i rozpoczyna pierwszy podział jaj, który nie ma centriolu. Centriol dystalny tworzy włókno osiowe, które tworzy ogon i ma układ (9+2)., W części środkowej znajduje się membrana przejściowa zwana Manchette.
środkowa część: ma 10-14 Spiral mitochondriów otaczających włókno osiowe w cytoplazmie. Zapewnia ruchliwość, a zatem nazywa się potęgą plemników. Posiada również centriole pierścieniowe (pierścienie), które tworzą barierę dyfuzyjną między środkowym elementem a głównym elementem i służą jako struktura stabilizująca sztywność ogona.
ogon: jest najdłuższą częścią (50×10-6 m), posiadającą włókno osiowe otoczone cytoplazmą i błoną plazmową, ale na końcu tylnym włókno osiowe jest nagie., Jest to mechanizm push.
nasienie ma charakter zasadowy, a plemniki nie osiągają pełnej motoryki (hipermotility), dopóki nie dotrą do pochwy, gdzie zasadowe pH jest neutralizowane przez kwaśne płyny pochwowe. Ten stopniowy proces trwa 20-30 minut. W tym okresie fibrynogen z pęcherzyków nasiennych tworzy skrzep, zabezpieczając i chroniąc plemniki. Tak jak stają się hipermotylem, fibrynolizyna z gruczołu krokowego rozpuszcza skrzep, umożliwiając plemnikom optymalny postęp.,
plemnik charakteryzuje się minimum cytoplazmą i najgęściej upakowanym DNA znanym u eukariotów. W porównaniu z mitotycznymi chromosomami w komórkach somatycznych DNA plemników jest co najmniej sześciokrotnie bardziej skondensowane.
okaz zawiera DNA / chromatynę, centriol, a być może także czynnik aktywujący oocyty (OAF). Może również przyczyniać się do rozwoju embrionalnego RNA (mRNA).,
-
Electron micrograph of human spermatozoa magnified 3140 times.
-
Sperm cells in the urine sample of a 45-year-old male patient who is being followed with the diagnosis of benign prostate hyperplasia.,
-
wymiary głowicy ludzkiej spermy mierzone od 39-letniego zdrowego osobnika.
ludzki plemnik zawiera co najmniej 7500 różnych białek.
genetyka ludzkich plemników jest związana z ewolucją człowieka, zgodnie z badaniem 2020.,
uszkodzenie i naprawa DNA
uszkodzenia DNA obecne w plemnikach w okresie po mejozie, ale przed zapłodnieniem, mogą być naprawione w zapłodnionym jajku, ale jeśli nie naprawione, mogą mieć poważny szkodliwy wpływ na płodność i rozwijający się zarodek. Plemniki ludzkie są szczególnie podatne na atak wolnych rodników i generowanie oksydacyjnego uszkodzenia DNA. (patrz np. 8-okso-2′-deoksyguanozyna)
narażenie mężczyzn na pewne zagrożenia związane ze stylem życia, środowiskiem lub pracą może zwiększać ryzyko wystąpienia plemników aneuploidalnych., W szczególności ryzyko aneuploidii jest zwiększone przez palenie tytoniu i narażenie zawodowe na benzen, insektycydy i związki perfluorowane. Zwiększona aneuploidia plemników często występuje w połączeniu ze zwiększonym uszkodzeniem DNA. Fragmentacja DNA i zwiększona podatność in situ DNA na denaturację, cechy podobne do tych obserwowanych podczas apoptozy komórek somatycznych, charakteryzują nieprawidłowe plemniki w przypadkach niepłodności męskiej.,
unikanie odpowiedzi układu odpornościowego
cząsteczki glikoproteiny na powierzchni wytrysku plemników są rozpoznawane przez wszystkie kobiece układy odpornościowe człowieka i interpretowane jako sygnał, że komórka nie powinna być odrzucana. Żeński układ odpornościowy może w przeciwnym razie atakować plemniki w przewodzie rozrodczym. Specyficzne glikoproteiny pokrywające plemniki są również wykorzystywane przez niektóre komórki nowotworowe i bakteryjne, niektóre pasożytnicze robaki i zakażone HIV białe krwinki, unikając w ten sposób odpowiedzi immunologicznej organizmu gospodarza.,
bariera krew-jądra, utrzymywana przez ciasne połączenia między komórkami Sertoliego w kanalikach nasiennych, uniemożliwia komunikację między tworzącymi się plemnikami w jądrach a naczyniami krwionośnymi (i krążącymi w nich komórkami odpornościowymi) w przestrzeni śródmiąższowej. Zapobiega to ich wywołaniu odpowiedzi immunologicznej. Bariera krew-jądra jest również ważna w zapobieganiu toksycznym substancjom zakłócającym spermatogenezę.,
plemniki w innych organizmach
ruchliwe plemniki glonów i roślin bez nasion.
Zwierzęta
zapłodnienie polega na plemnikach u większości zwierząt rozmnażających się płciowo.
niektóre gatunki muszek owocowych wytwarzają największe znane plemniki występujące w przyrodzie. Drosophila melanogaster wytwarza plemniki, których może być do 1.,8 mm, podczas gdy jego krewna Drosophila bifurca wytwarza największe znane plemniki, mierzące ponad 58 mm długości. U Drosophila melanogaster Cała sperma, włącznie z ogonem, zostaje włączona do cytoplazmy oocytów, jednak dla Drosophila bifurca tylko niewielka część ogona wchodzi do oocytu.
mysz Drzewna Apodemus sylvaticus posiada plemniki o morfologii falciforma. Inną cechą wyróżniającą te gametocyty jest obecność haczyka wierzchołkowego na głowie plemnika. Ten hak służy do mocowania do haków lub wici innych plemników., Agregacja jest spowodowana tymi załącznikami i skutkami pociągów mobilnych. Pociągi te zapewniają lepszą ruchliwość w żeńskim przewodzie rozrodczym i są środkiem, za pomocą którego Promuje się zapłodnienie.
postmejotyczna Faza spermatogenezy myszy jest bardzo wrażliwa na środowiskowe czynniki genotoksyczne, ponieważ gdy męskie komórki rozrodcze tworzą Dojrzałe plemniki, stopniowo tracą zdolność do naprawy uszkodzeń DNA., Napromieniowanie samców myszy podczas późnej spermatogenezy może wywołać uszkodzenie, które utrzymuje się przez co najmniej 7 dni w plemnikach zapłodniających, i zakłócenie DNA matki podwójne nici przerwy naprawy szlaków zwiększa plemników pochodnych aberracji chromosomalnych. Leczenie samców myszy melfalanem, dwufunkcyjnym środkiem alkilującym często stosowanym w chemioterapii, indukuje zmiany DNA podczas mejozy, które mogą utrzymywać się w stanie nienaparowanym, gdy komórki zarodkowe postępują poprzez naprawy DNA-właściwe fazy rozwoju spermatogennego., Takie nieodwracalne uszkodzenia DNA w plemnikach, po zapłodnieniu, mogą prowadzić do potomstwa z różnymi nieprawidłowościami.
jeżowce takie jak Arbacia punctulata są organizmami idealnymi do wykorzystania w badaniach plemników, wypuszczają dużą liczbę plemników do morza, dzięki czemu dobrze nadają się jako organizmy modelowe do eksperymentów.
plemniki torbaczy są zwykle dłuższe niż plemniki ssaków łożyskowych.,
rośliny, glony i grzyby
gametofity mszaków, paproci i niektórych gymnosperms wytwarzają ruchliwe plemniki, w przeciwieństwie do ziaren pyłku stosowanych w większości gymnosperms i wszystkich okrytonasiennych. Uniemożliwia to rozmnażanie płciowe przy braku wody, ponieważ woda jest niezbędnym medium do spotkania plemników i jaj. Glony i dolne plemniki roślinne są często wielogatunkowe (patrz rysunek) i tym samym morfologicznie różnią się od plemników zwierzęcych.
niektóre glony i grzyby wytwarzają bezpotencjałowe plemniki, zwane spermatią., U roślin wyższych i niektórych glonów i grzybów zapłodnienie polega na migracji jądra plemnika przez rurkę zapłodnienia (np. rurkę pyłku u roślin wyższych), aby dotrzeć do komórki jajowej.
produkcja plemników u ssaków
plemniki są wytwarzane w kanalikach nasiennych jąder w procesie zwanym spermatogenezą. Okrągłe komórki zwane spermatogonią dzielą się i różnicują w końcu, aby stać się plemnikami., Podczas kopulacji kloaka lub pochwa zostaje zapłodniona, a następnie plemniki przechodzą przez chemotaksję do komórki jajowej wewnątrz jajowodu lub macicy.
w sztuce normozoospermia odnosi się do całkowitej ilości > 39 ml ejakulacji, >32% z postępującą ruchliwością i> 4% prawidłowej morfologii. Również normalny wytrysk u ludzi musi mieć objętość ponad 1,5 ml, jest nadmierna objętość 6 ml na wytrysk (hiperspermia). Niewystarczająca objętość nazywana jest hipospermią., Problemy te są związane z kilkoma powikłaniami w produkcji plemników, na przykład:
- Hiperspermia: Zwykle wywołana przez zapalenie prostaty.
- Hipospermia: niekompletny wytrysk, zwykle określany jako deficyt androgenów (hipoandrogenizm) lub niedrożność w jakiejś części układu wytrysku. W warunkach laboratoryjnych, jest również ze względu na częściową utratę próbki.
- Aspermia: nie ma wytrysku. Może się zdarzyć z powodu wstecznego wytrysku, chorób anatomicznych lub neurologicznych lub leków przeciwnadciśnieniowych.,
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., Jednym z najbardziej znaczących, powszechnych znaków sygnalizacyjnych zdarzenia jest to, że prototyp profesjonalnych receptorów chemotaksji, receptor peptydu formylowego (60 000 receptor/komórka), a także zdolność aktywatora jego ligandu formyl Met-Leu-Phe zostały wykazane w błonie powierzchniowej nawet w przypadku plemników ludzkich. Plemniki ssaków stają się jeszcze bardziej aktywne, gdy zbliżają się do komórki jajowej w procesie zwanym aktywacją plemników., Wykazano, że aktywacja plemników jest spowodowana jonoforami wapnia in vitro, progesteronem uwalnianym przez pobliskie komórki cumulus i wiążącym się z ZP3 zona pellucida. Komórki cumulus osadzone są w żelopodobnej substancji zbudowanej głównie z kwasu hialuronowego i rozwijają się w jajniku wraz z jajkiem i wspierają go w miarę wzrostu.
początkową zmianę nazywa się „hiperaaktywacją”, która powoduje zmianę ruchliwości plemników. Pływają szybciej, a ich ruchy ogona stają się bardziej zdecydowane i nieregularne.
ostatnie odkrycie łączy hiperaaktywację z nagłym napływem jonów wapnia do ogonów., Ogon przypominający bicz (flagellum) plemnika jest nabijany kanałami jonowymi utworzonymi przez białka zwane CatSper. Kanały te są selektywne, dzięki czemu przechodzą tylko jony wapnia. Otwieranie kanałów Catspera jest odpowiedzialne za napływ wapnia. Nagły wzrost poziomu wapnia powoduje, że wici tworzą głębsze zakręty, napędzając plemniki silniej przez lepkie środowisko. Nadpobudliwość plemników jest niezbędna do przełamania dwóch barier fizycznych, które chronią jajko przed zapłodnieniem.
drugim procesem aktywacji plemników jest reakcja akrosomu., Wiąże się to z uwolnieniem zawartości akrosomu, które się rozpraszają, i ekspozycji enzymów przyłączonych do wewnętrznej błony akrosomalnej plemników. Dzieje się tak po tym, jak plemnik pierwszy spotyka się z jajkiem. Ten mechanizm typu lock-and-key jest specyficzny dla gatunku i zapobiega fuzji plemników i jaj różnych gatunków. Istnieją pewne dowody, że to wiązanie jest tym, co wyzwala akrosom do uwolnienia enzymów, które pozwalają plemnikom łączyć się z jajkiem.
ZP3, jedno z białek tworzących zona pellucida, następnie wiąże się z cząsteczką partnerską na plemniku., Enzymy na wewnętrznej błonie akrosomalnej trawią zona pellucida. Po tym, jak sperma przenika do zona pellucida, część błony komórkowej spermy łączy się z błoną komórki jajowej, a zawartość głowy dyfunduje do jaja.
po penetracji oocyt został aktywowany. Ulega wtórnemu podziałowi mejotycznemu, a dwa haploidalne jądra (ojcowskie i matczyne) łączą się tworząc zygotę., Aby zapobiec polispermie i zminimalizować możliwość wytworzenia trójploidalnej zygoty, kilka zmian w strefie pellucida komórki jajowej powoduje, że są one nieprzeniknione krótko po tym, jak pierwsze plemniki dostają się do jaja.
sztuczne przechowywanie
plemniki mogą być przechowywane w rozcieńczalnikach, takich jak rozcieńczalnik Illini Variable Temperature (IVT), które są w stanie zachować wysoką płodność plemników przez ponad siedem dni. Rozcieńczalnik IVT składa się z kilku soli, cukrów i środków przeciwbakteryjnych i jest gazowany CO2.,
kriokonserwacja nasienia może być stosowana do znacznie dłuższych okresów przechowywania. W przypadku plemników ludzkich najdłuższe odnotowane udane przechowywanie za pomocą tej metody wynosi 21 lat.
MMP i kondensacja
podczas kondensacji plemniki nabywają zdolność zapłodnienia oocytu. In vitro dzieje się tak, gdy plemniki są myte i oczyszczone. Obecnie 20% populacji wymaga technologii wspomaganego rozrodu, dlatego jest ona ważna dla rozwoju naszego społeczeństwa., 15% niepłodności wynika z czynnika męskiego, więc stworzono kilka strategii w celu odzyskania funkcjonalnych plemników. Miara MMP (Million Motile Progressive cells per millilitre) jest synonimem kondensacji i jest bardzo przydatnym parametrem do decydowania, wraz z spermiogramem, rodzaju potrzebnego leczenia. Jest on oparty na procentach odzysku., W zależności od procentu zdecydujemy o jakości regeneracji plemników: 15 do 25 milionów plemników/ml uważa się za optymalne, od 5 do 15 milionów uważa się za wystarczające, a mniej niż 5 milionów uważa się za nieoptymalne lub niewystarczające. Jeśli chodzi o wartości, które uzyskaliśmy, wraz z wynikami spermiogramu, zostaną wyświetlone różne techniki.
na przykład, jeśli więcej niż 1.,0×106 postępujących plemników na mililitr, zaleca się odbycie stosunku płciowego, a jeśli to się nie powiedzie, następnym krokiem będzie inseminacja wewnątrzmaciczna, a później konwencjonalne zapłodnienie in vitro.
przy mniej niż 1,0×106 postępujących ruchliwych plemników na mililitr wykonamy wewnątrzcytoplazmatyczne wstrzyknięcie plemników. W przypadku azoospermii (brak plemników w ejakulacie) wykonamy biopsję jąder w celu sprawdzenia, czy w jądrach są plemniki lub czy nie są one wytwarzane.,
Historia
- w 1677 roku mikrobiolog Antoni van Leeuwenhoek odkrył plemniki.
- w 1841 szwajcarski anatomista Albert von Kellyker wrote about spermatozoon w swojej pracy badania znaczenia włókien nasiennych (Studies on the importance of spermatozoa).
Zobacz więc
- Aneuploidy
- Non-disjunction
 |
Others |
 |
||
|---|---|---|---|---|
| General topics | ||||
| Related topics | ||||
| Related people |
|
|||
| rozpoznawania | ||||
|
||||
Category