spermatozoon
D013094
Anatomische Terminologie
Ein Spermatozoon (ausgesprochen /ˌspɜːrmætəˈzoʊən/, alternative Schreibweise spermatozoön; plural Spermatozoen; aus dem Altgriechischen: σπέρμα („Samen“) und Altgriechisch: πῷον („Lebewesen“) ist eine bewegliche Samenzelle oder bewegliche Form der haploiden Zelle, die die männliche Gamete ist., Ein Spermatozoon verbindet eine Eizelle zu einer Zygote. (Eine Zygote ist eine einzelne Zelle mit einem vollständigen Chromosomensatz, der sich normalerweise zu einem Embryo entwickelt.)
Samenzellen tragen ungefähr die Hälfte der nuklearen genetischen Information zu den diploiden Nachkommen bei (in den meisten Fällen ausgenommen mitochondriale DNA). Bei Säugetieren wird das Geschlecht der Nachkommen von der Samenzelle bestimmt: Ein Spermatozoon mit einem X-Chromosom führt zu einem weiblichen (XX) Nachwuchs, während eines mit einem Y-Chromosom zu einem männlichen (XY) Nachwuchs führt., Samenzellen wurden erstmals 1677 im Labor von Antonie van Leeuwenhoek beobachtet.
Menschliches Sperma unter Mikroskop
Säugetier Spermatozoon Struktur, Funktion und Größe
Menschen
Die menschliche Samenzelle ist die Fortpflanzungszelle bei Männern und wird nur in warmen Umgebungen überleben; Sobald sie den männlichen Körper verlässt, wird die Überlebenswahrscheinlichkeit der Spermien verringert und sie kann sterben, wodurch die gesamte Spermienqualität verringert wird. Samenzellen gibt es in zwei Arten, „weiblich“und “ männlich“., Samenzellen, die nach der Befruchtung weibliche (XX) Nachkommen hervorbringen, unterscheiden sich dadurch, dass sie ein X-Chromosom tragen, während Samenzellen, aus denen männliche (XY) Nachkommen hervorgehen, ein Y-Chromosom tragen.
Eine menschliche Samenzelle besteht aus einem flachen, scheibenförmigen Kopf von 5,1 µm x 3,1 µm und einem 50 µm langen Schwanz. Die Schwanzflagellaten, die die Samenzelle (bei etwa 1-3 mm/Minute beim Menschen) durch Schlagen in einem elliptischen Kegel antreiben. Spermien haben einen olfaktorischen Führungsmechanismus und müssen nach Erreichen der Eileiter vor dem Eindringen der Eizelle eine Kapazitätsperiode durchlaufen.,
Kopf: Es hat einen kompakten Kern mit nur chromatischer Substanz und ist nur von einem dünnen Rand des Zytoplasmas umgeben. Über dem Kern liegt eine kappenartige Struktur namens Akrosom, die durch Modifikation des Golgi-Körpers gebildet wird und das Enzym Spermlysin (Hyaluronidase, Corona-penetrierendes Enzym, Zona-Lysin oder Acrosin) absondert, das für die Befruchtung notwendig ist. Wenn sich das Spermatozoon dem Ei nähert, durchläuft es die Akrosomenreaktion, bei der die das Akrosom umgebende Membran mit der Plasmamembran des Samenkopfes verschmilzt und den Inhalt des Akrosoms freilegt.,
Hals: Es ist der kleinste Teil (0,03 ×10-6 m) und hat einen proximalen Mittelpunkt parallel zur Basis des Kerns und einen distalen Mittelpunkt senkrecht zum vorherigen. Die proximale Zentriole ist auch im reifen Spermatozoon vorhanden; Die distale Zentriole verschwindet nach der Axonemanordnung. Der proximale Zentriol tritt während der Befruchtung in das Ei ein und beginnt die erste Spaltung des Eies, das keinen Zentriol hat. Der distale Zentriol führt zu dem axialen Filament, das den Schwanz bildet und eine Anordnung (9+2) aufweist., Eine Übergangsmembran, die Manchette genannt wird, liegt im Mittelstück.
Mittelstück: Es hat 10-14 Spiralen von Mitochondrien, die das axiale Filament im Zytoplasma umgeben. Es sorgt für Motilität und wird daher als Kraftpaket des Spermas bezeichnet. Es hat auch eine Ringzentriole (Annulus), die eine Diffusionsbarriere zwischen dem Mittelstück und dem Hauptstück bildet und als stabilisierende Struktur für die Steifigkeit des Schwanzes dient.
Schwanz: Es ist der längste Teil (50×10-6 m) mit einem axialen Filament, das von Zytoplasma und Plasmamembran umgeben ist, aber am hinteren Ende ist das axiale Filament nackt., Es ist push-Mechanismus.
Samen hat eine alkalische Natur und die Spermatozoen erreichen nicht die volle Motilität (Hypermotilität), bis sie die Vagina erreichen, wo der alkalische pH-Wert durch saure Vaginalflüssigkeiten neutralisiert wird. Dieser schrittweise Vorgang dauert 20-30 Minuten. Während dieser Zeit bildet Fibrinogen aus den Samenbläschen ein Gerinnsel, das die Spermien sichert und schützt. So wie sie hypermotil werden, löst Fibrinolysin aus der Prostata das Gerinnsel auf und lässt das Sperma optimal fortschreiten.,
Das Spermatozoon zeichnet sich durch ein Minimum an Zytoplasma und die am dichtesten verpackte DNA aus, die in Eukaryoten bekannt ist. Im Vergleich zu mitotischen Chromosomen in somatischen Zellen ist die Spermien-DNA mindestens sechsmal stärker kondensiert.
Die Probe trägt mit DNA/Chromatin, einer Zentriole und vielleicht auch einem oozytenaktivierenden Faktor (OAF) bei. Es kann auch mit väterlicher Boten-RNA (mRNA) beitragen und auch zur Embryonalentwicklung beitragen.,
-
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.,
-
Abmessungen des menschlichen Spermienkopfes gemessen von einem 39mm jahre altes gesundes Thema.
Das menschliche Spermatozoon enthält mindestens 7500 verschiedene Proteine.
Die menschliche Spermiengenetik wurde laut einer Studie von 2020 mit der menschlichen Evolution in Verbindung gebracht.,
DNA-Schäden und-reparatur
DNA-Schäden, die in Spermatozoen in der Zeit nach der Meiose, aber vor der Befruchtung vorhanden sind, können in der befruchteten Eizelle repariert werden, können jedoch schwerwiegende schädliche Auswirkungen auf die Fruchtbarkeit und den sich entwickelnden Embryo haben. Menschliche Spermatozoen sind besonders anfällig für Angriffe durch freie Radikale und die Erzeugung oxidativer DNA-Schäden. (siehe z. B. 8-Oxo-2′-Desoxyguanosin)
Die Exposition von Männern gegenüber bestimmten Lebens -, Umwelt-oder Berufsgefahren kann das Risiko von aneuploiden Spermatozoen erhöhen., Insbesondere das Risiko einer Aneuploidie wird durch Tabakrauchen und berufliche Exposition gegenüber Benzol, Insektiziden und perfluorierten Verbindungen erhöht. Eine erhöhte Aneuploidie der Spermatozoen tritt häufig in Verbindung mit einer erhöhten DNA-Schädigung auf. DNA-Fragmentierung und erhöhte In-situ-DNA-Anfälligkeit für Denaturierung, ähnliche Merkmale wie bei der Apoptose somatischer Zellen, charakterisieren abnormale Spermatozoen bei männlicher Unfruchtbarkeit.,
Vermeidung der Reaktion des Immunsystems
Glykoproteinmoleküle auf der Oberfläche ejakulierter Samenzellen werden von allen menschlichen weiblichen Immunsystemen erkannt und als Signal interpretiert, dass die Zelle nicht abgelehnt werden sollte. Das weibliche Immunsystem könnte sonst Spermien im Fortpflanzungstrakt angreifen. Die spezifischen Glykoproteine in Samenzellen werden auch von einigen krebsartigen und bakteriellen Zellen, einigen parasitären Würmern und HIV-infizierten weißen Blutkörperchen verwendet, wodurch eine Immunantwort des Wirtsorganismus vermieden wird.,
Die Blut-Hoden-Schranke, die durch die engen Verbindungen zwischen den Sertoli-Zellen der Samenkanälchen aufrechterhalten wird, verhindert die Kommunikation zwischen den sich bildenden Spermatozoen im Hoden und den Blutgefäßen (und Immunzellen, die in ihnen zirkulieren) innerhalb des interstitiellen Raums. Dies verhindert, dass sie eine Immunantwort auslösen. Die Blut-Hoden-Schranke ist auch wichtig, um zu verhindern, dass toxische Substanzen die Spermatogenese stören.,
Spermatozoen in anderen Organismen
Bewegliche Samenzellen von Algen und samenlosen Pflanzen.
Siehe auch: Spermien und Weibliche spermien lagerungTiere
Befruchtung beruht auf spermatozoen für die meisten sexuell reproduktive tiere.
Einige Arten von Fruchtfliegen produzieren das größte bekannte Spermatozoon in der Natur. Drosophila melanogaster produziert Spermien, die bis zu 1 sein können.,8 mm, während seine relative Drosophila bifurca das größte bekannte Spermatozoon mit einer Länge von über 58 mm produziert. Bei Drosophila melanogaster wird das gesamte Sperma, einschließlich des Schwanzes, in das Zytoplasma der Eizelle eingebaut, bei Drosophila bifurca tritt jedoch nur ein kleiner Teil des Schwanzes in die Eizelle ein.
Die Holzmaus Apodemus sylvaticus besitzt Spermatozoen mit falciformer Morphologie. Ein weiteres Merkmal, das diese Gametozyten einzigartig macht, ist das Vorhandensein eines apikalen Hakens am Samenkopf. Dieser Haken wird verwendet, um an den Haken oder an den Flagellen anderer Spermatozoen zu befestigen., Die Aggregation wird durch diese Anhänge und mobile Züge Ergebnis verursacht. Diese Züge sorgen für eine verbesserte Beweglichkeit im weiblichen Fortpflanzungstrakt und sind ein Mittel, mit dem die Befruchtung gefördert wird.
Die postmeiotische Phase der Spermatogenese der Maus ist sehr empfindlich gegenüber umweltgenotoxischen Wirkstoffen, da männliche Keimzellen, die reife Spermatozoen bilden, zunehmend die Fähigkeit verlieren, DNA-Schäden zu reparieren., Die Bestrahlung männlicher Mäuse während der späten Spermatogenese kann zu Schäden führen, die in den befruchtenden Spermatozoen mindestens 7 Tage anhalten, und die Störung der DNA-Doppelstrang-Bruchreparaturwege der Mutter erhöht die Chromosomenaberrationen von Spermatozoen. Die Behandlung männlicher Mäuse mit Melphalan, einem bifunktionellen Alkylierungsmittel, das häufig in der Chemotherapie eingesetzt wird, induziert DNA-Läsionen während der Meiose, die in einem nicht reparierten Zustand bestehen bleiben können, wenn Keimzellen durch DNA-Reparatur-fähige Phasen der spermatogenen Entwicklung fortschreiten., Solche nicht paarierten DNA-Schäden in Spermatozoen können nach der Befruchtung zu Nachkommen mit verschiedenen Anomalien führen.
Seeigel wie Arbacia punctulata sind ideale Organismen für die Spermienforschung, sie laichen eine große Anzahl von Spermien ins Meer und eignen sich daher gut als Modellorganismen für Experimente.
Die Spermatozoen von Beuteltieren sind normalerweise länger als die von Plazentasäugetieren.,
Pflanzen, Algen und Pilze
Die Gametophyten von Bryophyten, Farnen und einigen Gymnospermen produzieren bewegliche Samenzellen, im Gegensatz zu Pollenkörnern, die in den meisten Gymnospermen und allen Angiospermen verwendet werden. Dies macht die sexuelle Fortpflanzung in Abwesenheit von Wasser unmöglich, da Wasser ein notwendiges Medium für Spermien und Eizellen ist. Algen und untere pflanzliche Samenzellen sind oft multiflagellisiert (siehe Bild) und unterscheiden sich somit morphologisch von tierischen Spermatozoen.
Einige Algen und Pilze produzieren nicht bewegliche Samenzellen, Spermien genannt., Bei höheren Pflanzen und einigen Algen und Pilzen beinhaltet die Befruchtung die Migration des Samenkerns durch einen Befruchtungsschlauch (z. B. Pollenschlauch in höheren Pflanzen), um die Eizelle zu erreichen.
Spermatozoenproduktion bei Säugetieren
Hauptartikel: SpermatogeneseSpermatozoen werden in den Samenkanälchen der Hoden in einem Prozess namens Spermatogenese produziert. Runde Zellen, Spermatogonien genannt, teilen sich und differenzieren sich schließlich zu Spermatozoen., Während der Kopulation wird die Kloake oder Vagina besamt, und dann bewegen sich die Spermatozoen durch Chemotaxis in die Eizelle innerhalb eines Eileiters oder der Gebärmutter.
In der KUNST wird Normozoospermie auf eine Gesamtmenge von bezeichnet >39 mill ejakuliert, >32% mit progressiver Motilität und >4% normale Morphologie. Auch eine normale Ejakulation beim Menschen muss ein Volumen über 1,5 ml haben, wobei ein übermäßiges Volumen 6 ml pro Ejakulation (Hyperspermie) ist. Ein unzureichendes Volumen wird Hypospermie genannt., Diese Probleme hängen mit mehreren Komplikationen bei der Spermatozoenproduktion zusammen, zum Beispiel:
- Hyperspermie: in der Regel aufgrund einer Prostataentzündung hervorgerufen.
- Hypospermie: eine unvollständige Ejakulation, die normalerweise auf ein Androgendefizit (Hypoandrogenismus) oder eine Obstruktion in einem Teil des Ejakulationstraktes zurückzuführen ist. Unter Laborbedingungen ist auch auf einen teilweisen Verlust der Probe zurückzuführen.
- Aspermie: Es gibt keine Ejakulation. Dies kann durch retrograde Ejakulation, anatomische oder neurologische Erkrankungen oder blutdrucksenkende Medikamente geschehen.,
Spermatozoa activation
Main article: Acrosome reaction
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., Einer der bedeutendsten, häufigsten Signalcharaktere des Ereignisses ist, dass ein Prototyp professioneller Chemotaxis-Rezeptoren, Formylpeptidrezeptor (60.000 Rezeptor/Zelle) sowie die Aktivatorfähigkeit seines Liganden Formyl Met-Leu-Phe in der Oberflächenmembran auch bei menschlichen Spermien nachgewiesen wurden. Säugetier-Samenzellen werden noch aktiver, wenn sie sich einer Eizelle in einem Prozess nähern, der Spermienaktivierung genannt wird., Es wurde gezeigt, dass die Spermienaktivierung durch Calciumionophore in vitro, Progesteron, das von nahe gelegenen Cumuluszellen freigesetzt wird und an ZP3 der Zona pellucida bindet, verursacht wird. Die Cumulus-Zellen sind in eine gelartige Substanz eingebettet, die hauptsächlich aus Hyaluronsäure besteht und im Eierstock mit dem Ei entwickelt wird und es beim Wachsen unterstützt.
Die anfängliche Veränderung wird als „Hyperaktivierung“ bezeichnet, die eine Veränderung der Spermatozoenmotilität verursacht. Sie schwimmen schneller und ihre Schwanzbewegungen werden kraftvoller und unberechenbarer.
Eine kürzlich entdeckte Entdeckung verbindet Hyperaktivierung mit einem plötzlichen Zustrom von Calciumion in die Schwänze., Der peitschenartige Schwanz (Flagellum) des Spermas ist mit Ionenkanälen besetzt, die von Proteinen namens CatSper gebildet werden. Diese Kanäle sind selektiv, so dass nur Calciumionen passieren können. Die Öffnung der CatSper-Kanäle ist für den Kalziumeinfluss verantwortlich. Der plötzliche Anstieg des Kalziumspiegels führt dazu, dass das Flagellum tiefere Biegungen bildet und das Sperma stärker durch die viskose Umgebung treibt. Spermienhyperaktivität ist notwendig, um zwei physische Barrieren zu durchbrechen, die das Ei vor der Befruchtung schützen.
Der zweite Prozess der Spermienaktivierung ist die Akrosomenreaktion., Dies beinhaltet die Freisetzung des Inhalts des Akrosoms, das sich dispergiert, und die Exposition von Enzymen, die an die innere akrosomale Membran des Spermas gebunden sind. Dies geschieht, nachdem das Sperma zuerst auf das Ei trifft. Dieser Lock-and-Key-Mechanismus ist artenspezifisch und verhindert, dass Sperma und Ei verschiedener Arten verschmelzen. Es gibt einige Hinweise darauf, dass diese Bindung das Akrosom dazu veranlasst, die Enzyme freizusetzen, die es dem Sperma ermöglichen, mit dem Ei zu verschmelzen.
ZP3, eines der Proteine, aus denen die Zona pellucida besteht, bindet dann an ein Partnermolekül am Sperma., Enzyme auf der inneren acrosomalen Membran verdauen die Zona pellucida. Nachdem das Sperma in die Zona pellucida eingedrungen ist, verschmilzt ein Teil der Samenzellmembran mit der Membran der Eizelle und der Inhalt des Kopfes diffundiert in die Eizelle.
Beim Eindringen soll die Eizelle aktiviert worden sein. Es durchläuft seine sekundäre meiotische Teilung und die beiden haploiden Kerne (väterlich und mütterlich) verschmelzen zu einer Zygote., Um Polyspermie zu verhindern und die Möglichkeit der Erzeugung einer triploiden Zygote zu minimieren, machen mehrere Veränderungen der Eizelle Zona pellucida sie kurz nach dem Eintritt des ersten Spermas in die Eizelle undurchdringlich.
Künstliche Lagerung
Spermatozoen können in Verdünnungsmitteln wie dem Verdünnungsmittel Illini Variable Temperature (IVT) gelagert werden, von dem berichtet wurde, dass es in der Lage ist, die hohe Fruchtbarkeit der Spermatozoen über sieben Tage zu erhalten. Das IVT-Verdünnungsmittel besteht aus mehreren Salzen, Zuckern und antibakteriellen Wirkstoffen und wird mit CO2 vergast.,
Die Kryokonservierung von Samen kann für weit längere Lagerzeiten verwendet werden. Für menschliche Spermatozoen beträgt die längste berichtete erfolgreiche Lagerung mit dieser Methode 21 Jahre.
MMP und capacitation
Während capacitation erwerben Spermatozoen die Fähigkeit, die Eizelle zu befruchten. In vitro passiert es, wenn die Spermatozoen gewaschen und gereinigt werden. Heutzutage benötigen 20% der Bevölkerung assistierte Reproduktionstechnologie, daher ist dies wichtig für die Entwicklung unserer Gesellschaft., 15% der Unfruchtbarkeit sind auf den männlichen Faktor zurückzuführen, daher wurden mehrere Strategien entwickelt, um die funktionellen Spermatozoen wiederherzustellen. Das MMP-Maß (Million Motile Progressive Cells per Milliliter) ist gleichbedeutend mit der Kapazität und ein sehr nützlicher Parameter, um zusammen mit einem Spermiogramm die Art der erforderlichen Behandlung zu bestimmen. Es basiert auf dem Wiederherstellungsprozentsatz., Abhängig vom Prozentsatz entscheiden wir über die Qualität der beweglichen Spermatozoenwiederherstellung: 15 bis 25 Millionen Spermien/ml gelten als optimal, zwischen 5 und 15 Millionen gelten als ausreichend und weniger als 5 Millionen gelten als suboptimal oder nicht ausreichend. In Bezug auf die Werte, die wir zusammen mit den Spermiogrammergebnissen erhalten haben, werden verschiedene Techniken angezeigt.
Zum Beispiel, wenn mehr als 1.,0×106 progressive bewegliche Spermien pro Milliliter werden gefunden, es wird empfohlen, Geschlechtsverkehr zu haben, und wenn dies fehlschlägt, ist der nächste Schritt die intrauterine Befruchtung und später die konventionelle In-vitro-Fertilisation.
Mit weniger als 1,0×106 progressiven beweglichen Spermien pro Milliliter führen wir eine intrazytoplasmatische Spermieninjektion durch. Bei Azoospermie (keine Spermatozoen im Ejakulat) führen wir eine Hodenbiopsie durch, um zu überprüfen, ob sich Spermatozoen in den Hoden befinden oder ob keine Spermatozoen produziert werden.,
History
- In 1677 microbiologist Antonie van Leeuwenhoek discovered spermatozoa.
- In 1841 the Swiss anatomist Albert von Kölliker wrote about spermatozoon in his work Untersuchungen über die Bedeutung der Samenfäden (Studies on the importance of spermatozoa).
See also
- Aneuploidy
- Non-disjunction
Wikimedia Commons has media related to Spermatozoa.,9dbb“>Microscopic organisms Others 
General topics Related topics Related people - Clifford Dobell (Leeuwenhoek scholar)
- Brian J., Ford (Leeuwenhoek scholar)
- William Davidson
- Heinrich von Oldenburg
- Regnier de Graaf
- Robert Hooke (Autor Micrographia)
- Nicolaas Hartsoeker
- Nicolas Steno
- Jan Swammerdam
- Johannes Vermeer
Auszeichnungen - 1 Zuerst beobachtet, beschrieben und untersucht die von van Leeuwenhoek.,
-
Category
Category