ESPERMATOZOIDE: FUNCIONS, PARTS, CICLE DE VIDA, ESPERMATOGÈNESI - ANATOMIA I FISIOLOGIA - 2025

Els espermatozoides són les cèl·lules sexuals madures (cèl·lules gamètiques) produïdes en les gònades masculines. Són cèl·lules summament especialitzades, dedicades completament a la tasca de la fertilització dels òvuls femenins, esdeveniment fonamental durant la reproducció sexual.

Van ser descobertes fa més de 300 anys per Antony van Leeuwenhoek, qui, motivat únicament per la seva curiositat, va observar el seu propi semen i va encunyar el terme "animálculo" a les estructures flagel·lades que va observar.

Fotografia d'espermatozoides humans (Font: No specific Autor via Wikimedia Commons)

Des de llavors, aquestes cèl·lules han estat l'objecte d'estudi de moltes investigacions, especialment d'aquelles relacionades amb la fertilitat i la reproducció assistida.

Els espermatozoides són cèl·lules amb alts requeriments energètics, ja que s'han de moure a gran velocitat una vegada són ejaculats des del penis (òrgan reproductor masculí) cap al tracte vaginal (òrgan reproductor femení).

L'energia que empren deriva principalment de el metabolisme de carbohidrats com la glucosa, és a dir, de la glucòlisi i la fosforilació oxidativa mitocondrial, el que va ser demostrat en 1928, gràcies als experiments realitzats per McCarthy i col·laboradors.

La formació i alliberament d'aquestes cèl·lules depèn de molts factors endocrins (hormonals), especialment de la testosterona, que és produïda i secretada pels testicles.

A diferència del que succeeix amb les cèl·lules sexuals femenines (que són produïdes durant el desenvolupament embrionari) els espermatozoides es produeixen contínuament durant tota la vida adulta de l'home.

funcions

Els espermatozoides són cèl·lules molt importants, ja que tenen l'especial tasca de fusionar-se amb l'òvul contingut en els ovaris femenins per fertilitzar i fecundar-, procés que acaba amb la formació d'un nou individu.

Els espermatozoides, així com els òvuls, són cèl·lules haploides, de manera que la fusió dels nuclis femení i masculí restitueix la càrrega diploide (2n) en una nova cèl·lula. Això implica que cada cèl·lula aporta en aquest procés la meitat de la càrrega cromosòmica d'un ésser humà.

Diagrama d'un espermatozoide humà. Font: Simplified spermatozoon diagram.svg: Mariana Ruizderivative work: Miguelferig

En l'ésser humà, els espermatozoides són les cèl·lules responsables de la determinació de el sexe de la progènie, ja que l'òvul té un cromosoma sexual X, però cada espermatozoide pot tenir bé sigui un cromosoma X o un cromosoma Y.

Espermatozoide intentant fecundar òvul

Quan l'espermatozoide que aconsegueix amb èxit fertilitzar i fecundar l'òvul té un cromosoma X, el nadó que es formarà serà XX, és a dir, serà genèticament femení. En canvi, quan l'espermatozoide que es fusiona amb l'òvul té un cromosoma I, el nadó serà XY, és a dir, genèticament masculí.

Parts de l'espermatozoide (estructura)

Els espermatozoides són cèl·lules flagel·lades de mida petita (mesuren menys de 70 micres de longitud). Cada espermatozoide es compon de dues regions ben definides conegudes com el cap i la cua, ambdues tancades per la mateixa membrana plasmàtica.

En el cap es troba el nucli que servirà per fertilitzar l'òvul femení, mentrestant la cua és l'orgànul de locomoció que els permet desplaçar-se i que representa part important de la seva longitud.

- Cap

El cap dels espermatozoides té forma aplanada i mesura més o menys 5 micres de diàmetre. En el seu interior es troba l'ADN cel·lular, el qual està molt compactat, el que minimitza el volum que aquest ocupa, facilitant el seu transport, transcripció i silenciament.

El nucli espermàtic posseeix 23 cromosomes haploides (en una sola còpia). Aquests cromosomes es diferencien dels cromosomes de les cèl·lules somàtiques (les cèl·lules de el cos que no són cèl·lules sexuals) en què estan empaquetats amb unes proteïnes conegudes com protamines i algunes histones espermàtiques.

Les protamines són proteïnes amb abundants càrregues positives, el que facilita la seva interacció amb l'ADN de càrrega negativa.

Vista lateral i frontal d'un espermatozoide humà (Font: LadyofHats via Wikimedia Commons)

A més de l'nucli, el cap dels espermatozoides posseeix una vesícula secretora que es coneix com la vesícula acrosòmica o l'acrosoma, que envolta parcialment la regió anterior de l'nucli i que està en contacte amb la membrana plasmàtica de la cèl·lula sexual.

Aquesta vesícula alberga al seu interior gran quantitat d'enzims que faciliten el procés de penetració de la coberta externa de l'òvul durant la fertilització. Entre aquestes enzims destaquen la neuraminidasa, la hialuronidasa, la fosfatasa àcida, la arilsulfatasa i la acrosina, una proteasa similar a la tripsina.

Quan l'òvul i l'espermatozoide entren en contacte un amb l'altre, l'acrosoma allibera el seu contingut per exocitosi, procés conegut com la "reacció acrosòmica", essencial per a la unió, la penetració i la fusió de l'espermatozoide amb l'òvul.

- Cua

El cap i la cua de l'espermatozoide estan cobertes per la mateixa membrana plasmàtica. La cua és un flagell de gran longitud que té quatre regions denominades coll, peça intermèdia, peça principal i peça terminal.

El axonema, és a dir, l'estructura citoesquelética que li proporciona moviment a la cua, emergeix d'un cos basal situat darrere de l'nucli de l'espermatozoide. Aquest cos basal és el que conforma el coll i té més o menys 5μm de llarg.

Entre el coll i la peça terminal es troba la peça intermèdia. Aquesta té 5 micres de longitud i es caracteritza per la presència de múltiples mitocòndries que es disposen en forma de "beina" al voltant de l'axonema central. Aquestes mitocòndries altament especialitzades són les que proporcionen, en essència, l'energia necessària per al moviment en forma d'ATP.

La peça principal té poc menys de 50 micres de llarg i és la part més llarga de la cua. Comença en un "anell" que impedeix l'avanç posterior del mitocondri i acaba en la peça terminal. A mesura que s'acosta a la peça terminal, la peça principal es ahusa (es fa més estreta).

La peça terminal, finalment, està composta pels darrers 5 micres de la cua i és una estructura on s'observa cert "desordre" en els microtúbuls que componen el axonema de l'flagell.

Cicle de vida

Un home adult mitjana produeix milions d'espermatozoides per dia, però, aquestes cèl·lules tarden entre 2 i 3 mesos en formar-se i madurar completament (fins que són ejaculats).

El cicle de vida d'una cèl·lula espermàtica comença amb la gametogènesi o espermatogènesi, és a dir, amb la divisió d'una cèl·lula germinal o precursora, que dóna lloc a línies cel·lulars que van dividint posteriorment, per després diferenciar-se i madurar. En l'interval, les cèl·lules defectuoses pateixen processos de mort cel·lular programada.

Un cop formats en els túbuls seminífers, els espermatozoides en procés de maduració han de migrar cap a una regió de l'testicle coneguda com el epidídim, que té aproximadament 6 metres de llarg. Aquesta migració els pren alguns dies i s'ha demostrat que en aquest estadi les cèl·lules no són prou madures per fecundar un òvul, ja que no tenen suficient mobilitat.

Després de passades unes 18 o 24 hores a l'epidídim, els espermatozoides són perfectament mòbils, però aquesta mobilitat és inhibida per certs factors proteics.

Un cop al epidídim, els espermatozoides mantenen la seva fertilitat poc més d'un mes, però aquest temps dependrà de les condicions de temperatura, alimentació i estil de vida que es porti.

Quan els espermatozoides són ejaculats durant el coit (relació sexual), aquests tenen completa capacitat de moviment, desplaçant-se a velocitats tan ràpides com 4 mm / min. Aquestes cèl·lules poden sobreviure d'1 a 2 dies en el tracte reproductor femení, però això depèn de l'acidesa de l'medi circumdant.

espermatogènesi

La producció d'esperma (espermatogènesi) passa per primera vegada en l'ésser humà durant la pubertat. Aquest procés té lloc en els testicles, que són dos òrgans de l'aparell reproductor masculí, i té a veure amb la reducció de la càrrega cromosòmica de les cèl·lules sexuals (que passen de ser diploides (2n) a ser haploides (n)).

En els testicles, l'espermatogènesi passa a l'interior d'uns conductes coneguts com túbuls seminífers, el epiteli està compost per dos tipus principals de cèl·lules: les cèl·lules de Sertoli i les cèl·lules espermatógenas.

Les cèl·lules espermatógenas donen origen als espermatozoides, mentre que les cèl·lules de Sertoli nodreixen i protegeixen a les cèl·lules espermatógenas. Aquestes últimes estan en els túbuls seminífers en diferents etapes de maduració.

Representació esquemàtica del procés d'espermatogènesi (Font: Miguelferig via Wikimedia Commons)

Entre les cèl·lules espermatógenas estan unes cèl·lules conegudes com espermatogonis, que són cèl·lules germinals immadures encarregades de dividir-se i produir els espermatòcits primaris, els espermatòcits secundaris i als espermatozoides madurs.

- espermatogonis, espermatòcits primaris, espermatòcits secundaris i espermátides

Les espermatogonis se situen cap a la vora extern dels túbuls seminífers, prop de la làmina basal dels mateixos; a mesura que aquestes es divideixen, les cèl·lules a les que donen origen migren cap a la porció central dels conductes, on finalment maduren.

Espermatocitogénesis

Les espermatogonis es divideixen per mitosi (divisió asexual) i són cèl·lules diploides (2n) que a l'dividir generen més espermatogonis i espermatòcits primaris, que no són més que espermatogonis que deixen de dividir-se per mitosi per entrar a la meiosi I.

Un petit grup de espermatogonis es divideix lentament per mitosi al llarg de la vida, funcionant com a "cèl·lules mare" per a la producció mitòtica de més espermatogonis o de les cèl·lules que es comprometen a la maduració.

Quan les espermatogonis maduren, és a dir, quan es divideixen per mitosi i després per meiosi, la seva progènie no completa la divisió citosòlica, de manera que les cèl·lules filles (clons) romanen connectades entre si per ponts citosólicos, com si d'un sincitio es tractés.

Aquest sincitio es manté fins a les etapes finals de maduració i migració de les cèl·lules espermàtiques (espermatozoides), on l'esperma és alliberat cap al lumen dels túbuls seminífers. Això té com a resultat que grups de cèl·lules siguin produïts sincronitzadament.

- Meiosi

Els espermatòcits primaris, a mesura que es divideixen per meiosi, formen espermatòcits secundaris, els quals tornen a dividir-se per meiosi (meiosi II), diferenciant-se en un altre tipus de cèl·lules anomenades espermàtides, que tenen la meitat de la càrrega cromosòmica que els espermatogonis, és a dir, que són haploides.

- Maduració dels espermátides o espermiogènesi

Els espermátides, a l'madurar, es diferencien en espermatozoides madurs gràcies a una sèrie de canvis morfològics que impliquen l'eliminació de gran part del seu citosol, la formació de l'flagell i el reordenament intern dels seus orgànuls citosólicos.

Alguns d'aquests canvis tenen a veure amb la condensació de l'nucli cel·lular, amb l'allargament de la cèl·lula i el reordenament de les mitocòndries.

Aquestes cèl·lules migren subseqüentment cap al epidídim, un tub arrissats en els testicles, on són emmagatzemats i continuen el procés de maduració. No obstant això, només a través d'un procés conegut com a capacitació, que té lloc al tracte genital femení, els espermatozoides completen la seva maduració.

referències

1. Barrett, KE, Barman, SM, Boitano, S., & Brooks, H. (2012). Ganong s Review of medical physiology, (LANGE Basic Science).
2. Chen, H., Mruk, D., Xiao, X., & Cheng, CY (2017). Human spermatogenesis and its regulation. Contemporary Endocrinology, 49-72.
3. Clermont, Y. (1970). Dynamics of Human Spermatogenesis. In The Human Testis (pp. 47-61).
4. Dadoune, JP (1995). The nuclear a l'estat of human sperm cells. Micron. Elsevier.
5. Gartner, LP, & Hiatt, JL (2006). Color textbook of Histology e-book. Elsevier Health Sciences.
6. Griswold, MD (2015). Spermatogenesis: The commitment to Meiosi. Physiological Reviews, 96, 1-17.
7. Solomon, I., Berg, L., & Martin, D. (1999). Biology (5th ed.). Philadelphia, Pennsylvania: Saunders College Publishing.