Célula de esperma

Definição

Uma célula espermática ou espermatozóides é uma gameta (célula sexual) produzida no trato reprodutivo masculino. É uma célula móvel com um único objetivo – fertilizar um ovo feminino. Cada célula espermática contém todo o genoma do macho que a produz. Em combinação com o genoma feminino contido no ovo, um zigoto é formado – uma única célula -tronco totipotente contendo o genoma fundido de homens e mulheres. As células espermáticas (espermatozóides) foram descritas pela primeira vez no final do século XVII por Antonie van Leeuwenhoek.

Estrutura de células espermáticas

Uma célula espermática é uma das menores células de um organismo e é produzida pela maioria dos animais e algumas plantas. Os espermatozóides são divididos em grupos móveis e não móveis. A célula espermática não móvel (espermácia) é produzida por algumas espécies de algas, fungos e líquen. As células de esperma móvel são produzidas por animais e algumas plantas; Algumas células de esperma vegetal têm mais de um flagelo. O diagrama de células espermáticas abaixo mostra células de samambaia multiflageladas.

A maioria dos espermatozóides móveis possui flagelos para ajudá -los a nadar através de fluidos – o líquido seminal produzido pelos machos e pelas membranas mucosas do trato reprodutivo feminino. O movimento do flagelo requer uma fonte de energia consistente.

As adaptações de células espermáticas incluem uma forma de baixa atrito e cônica, um grande componente produtor de energia, características alcalinas que neutralizam o ambiente ácido dos órgãos reprodutivos femininos e um sensor químico que pode localizar o ovo.

Nos mamíferos, uma célula espermática é composta por cabeça, corpo e cauda (flagelo). Uma célula espermática sob lente de microscópio é instantaneamente reconhecível. Quantos cromossomos em uma célula espermática? Uma célula espermática humana contém metade do número de cromossomos encontrados em células não sexidas que contêm um núcleo-vinte e três. Os cromossomos em espermatozóides não são emparelhados – uma célula espermática é, portanto, uma célula haplóide.

Somente gametas-a célula do ovo e a célula espermática-têm um único conjunto de vinte e três cromossomos. Quando eles se fundem para produzir um zigoto, essa célula contém vinte e três pares de cromossomos; Uma mistura da informação genética do homem e da mulher. O zigoto é uma célula diplóide, assim como o restante de nossas células não sexidas nucleadas (células somáticas).

Cabeça de células espermáticas

O espermatozão médio possui uma cabeça suave, quase oval, que mede entre 2,5 e 3,5 micrômetros de largura e 4 a 5,5 micrômetros de comprimento. A partir de seu centro, a cabeça de espermatozóides é composta por:

• Núcleo
• Pequena quantidade de citoplasma com vacúolos nucleares
• Membrana nuclear
• Membrana acrossomal interna
• Espaço subacromial
• Cap acrossoma e acrossômico ou região pós-acrossômica
• Membrana acrossomal externa
• Espaço peri-acrossômico
• Membrana de plasma

Os cientistas ainda não concordaram com a origem e a função dos vacúolos nucleares, mas parece que quanto mais vacúolos estão presentes, menos fértil dos espermatozóides.

O acrossoma não envolve toda a cabeça e sua cobertura varia por célula. Essa organela se desenvolve a partir do aparelho de Golgi de uma célula espermática imatura e contém enzimas e polissacarídeos hidrolíticos. Os açúcares fornecem energia à célula; As enzimas permitem que a célula espermática se mova através da camada de células cumulus e da zona pelúcida de um ovo, permitindo a fertilização. Uma célula espermática sem acrossoma é infértil.

Quando o acrossoma entra em contato pela primeira vez com o cumulus, ele desencadeia um processo chamado reação do acrossoma; As enzimas armazenadas são liberadas quando o acrossoma se decompõe durante a jornada da célula bem -sucedida mais profunda no ovo.

Outra função do acrossoma é localizar o ovo liberado por quimiotaxia. Essa organela pode sentir pequenas concentrações de progesterona secretada por células cumulus; No entanto, o mecanismo exato ainda não é entendido.

Uma membrana plasmática cobre todo o espermatozão; Pesquisas recentes relatam a presença de jangadas lipídicas (microdomínios lipídicos). As jangadas lipídicas parecem desempenhar papéis importantes na sinalização celular e no tráfico de membranas (proteínas em movimento e outras moléculas grandes através de uma membrana celular). A jangada lipídica das células espermáticas provavelmente contribui para a reação do acrossoma.

Corpo de células espermáticas

Cada corpo de células espermáticas, às vezes chamado de peça média, contém de cinquenta a setenta e cinco mitocôndrias-organelas produtoras de energia-e dois centríolos.

Os espermatozóides de mamíferos têm um centríolo cônico e um atípico, os quais são necessários para a espermatogênese das células espermáticas nos testículos (consulte o próximo cabeçalho). Uma vez formado uma célula de esperma madura, esses centríolos têm papéis adicionais – eles fundem a cabeça à cauda e controlam o movimento da cauda. Finalmente, quando a célula espermática fertiliza uma célula de ovo, os centríolos ajudam a formar o citoesqueleto do zigoto resultante.

A bioenergética das células espermáticas descreve como um espermatozão produz energia suficiente para se mover por aproximadamente quatro polegadas de muco. Embora quatro polegadas não pareçam até agora, esse é o equivalente a um humano que vai a um mergulho de trinta quilômetros. Como um espermatozão saudável pode cobrir quatro vezes o comprimento do corpo em um segundo, esse é o equivalente a uma nadar humano a trinta quilômetros em menos de duas horas. Com uma rota tipicamente em zigue-zague, isso corresponde à distância de um mergulho em inglês, da qual a velocidade mais rápida já registrada foi pouco menos de sete horas.

As mitocôndrias convertem açúcar na energia de que precisam e enviam a maior parte dessa energia para o flagelo. O açúcar é fornecido pelo líquido seminal, bem como pelas membranas do muco do trato reprodutivo feminino.

Tail da célula espermática

A maioria do comprimento de uma célula espermática é composta por seu flagelo. A cauda tem uma peça principal e uma peça final; Ambas as partes são essenciais para a motilidade das células espermáticas. Central é o filamento axial ou axonema formado pelo centríolo atípico durante a espermatogênese.

Um espermatozona se move de duas maneiras diferentes: ativadas e hiperativadas. O modo hiperativado ocorre quando uma célula espermática faz contato com um ovo ou fica presa. Agora sabemos que o movimento do flagelo de células espermáticas não é como o chicote, como proposto anteriormente. Ao desacelerar a motilidade das células espermáticas em uma configuração de microscopia tridimensional de 55.000 quadros por segundo, tridimensional, os cientistas mostraram que a cauda só bate em uma única direção em combinação com a rotação da cabeça das células espermáticas. Isso é semelhante ao movimento de uma broca.

Espermatogênese

A espermatogênese ocorre nos testículos. Demora cerca de dois meses para produzir espermatozóides a partir de uma célula germinativa e consiste em três fases:

• Espermacytogenia: Um espermatogônio ou células -tronco da linha germinativa unipotente (GSC) é uma célula indiferenciada que só pode se diferenciar em outro tipo de célula. Essa célula permanece silenciosa (G0 do ciclo celular) até a puberdade, embora a espermatogênese comece logo após o nascimento com a produção de espermatogonia. Um GSC produz mais seu próprio tipo para garantir a produção contínua de espermatozóides, ou divide -se para produzir dois espermatócitos primários. Tanto as células-tronco originais quanto suas células filhas de espermatócitos parcialmente diferenciadas são células diplóides-elas contêm vinte e três pares de cromossomos em seus núcleos (quarenta e seis cromossomos, como em qualquer célula somática). A próxima rodada de divisão celular divide os espermatócitos primários em secundários e compartilha os cromossomos em vez de replicá -los. Cada espermatócito secundário é haplóide e contém vinte e três cromossomos, não vinte e três pares de cromossomos.
• Espermatidogênese: Quando os dois espermatócitos secundários dividem, eles produzem quatro espermatídeos haplóides.
• Espermiogênese: Sob a influência do hormônio testosterona, os espermatídeos cultivam caudas (originárias dos centríolos). Seu DNA inativo (que não produz proteínas) é condensado em cromatina. O aparato de Golgi muda sua forma e se torna o acrossoma; O citoplasma diminui. As organelas menos essenciais se desintegram e podem ser a fonte de vacúolos nucleares. Uma vez que a espermiogênese ocorre, os espermatídeos são chamados de espermatozóides. Estas são células maduras capazes de fertilizar um ovo feminino.

Função de células espermáticas

A função das células espermáticas é singular – fertilizar um ovo feminino e produzir a próxima geração de uma espécie, portanto, passando o genoma do homem. Essa função única é esclarecida na terceira fase da espermatogênese, onde todas as organelas desnecessárias se desintegram. A célula espermática é, muito simplesmente, DNA com um motor.

Um espermatozona produz energia quando os nutrientes estão disponíveis gratuitamente. Essa energia impulsiona o movimento pelo trato reprodutivo feminino, dando -lhe uma chance maior de fertilizar o ovo.

Os espermatozóides são constituintes de esperma. O outro componente do esperma é o fluido ou sêmen seminal. O sêmen é um fluido de alta frutose produzido principalmente nas vesículas seminais e na glândula próstata. Além de açúcar, ele contém aminoácidos, citrato, zinco (um elemento estabilizador de DNA), sais e prostaglandinas. As prostaglandinas diminuem o risco de uma resposta do sistema imunológico feminino aos espermatozóides.

Um homem humano saudável produz aproximadamente 1.500 espermatozóides por segundo. Um mililitro de sêmen contém entre si porrinte e trezentos milhões de células espermáticas. Cada ejaculação produz dois a cinco mililitros de sêmen.

Infertilidade das células espermáticas

A infertilidade é a incapacidade de conceber naturalmente no primeiro ano de relações sexuais desprotegidas sem o uso da medicação de controle de natalidade. As contagens de esperma extremamente baixas representam cerca de 15% dos homens que não conseguem se reproduzir sem assistência médica.

A Organização Mundial da Saúde relata que até 80 milhões de pessoas sofrem com esse problema; Menos da metade desses casos se deve apenas à infertilidade masculina. Embora muitas causas levem à incapacidade de um homem se reproduzir, na maioria das vezes o motivo é desconhecido. O conhecimento atual da espermatogênese e os mecanismos do acrossoma é extremamente limitado.

As principais causas conhecidas da infertilidade masculina que afetam a qualidade e a função das células espermáticas são:

• Desequilíbrios hormonais: o eixo masculino hipotalâmico-hipófise-gonadal regula a testosterona, o hormônio luteinizante, a prolactina e o hormônio estimulador folicular. O desequilíbrio em qualquer um desses hormônios pode afetar os níveis de fertilidade.
• Fatores genéticos: anormalidades cromossômicas presentes desde o nascimento podem interferir na espermatogênese; Só se espera que esse problema piore. Técnicas modernas de fertilidade (técnicas de reprodução assistida) tornaram possível que muitos homens inférteis se reproduzissem; Quando os filhos nascem de homens com causas genéticas de infertilidade, esses genes podem ser transmitidos pelo cromossomo Y.
• Fatores epigenéticos: A expressão do gene com defeito pode afetar a espermatogênese precoce. Também demonstrou diminuir a capacitação das células espermáticas – a capacidade de um espermatozão de penetrar e fertilizar um ovo. Os elementos moleculares incluem uma faixa de polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs) ou ‘SNIPS’ (variações genéticas dos nucleotídeos do nosso DNA) que inibem a produção de espermatozóides, maturação e capacitação a graus variados. Os estudos de associação em todo o genoma estão analisando as combinações de sequências genéticas defeituosas que causam infertilidade masculina.
• Fatores ambientais: A exposição a pesticidas, solventes e radiação demonstrou afetar a forma do esperma e, portanto, reduzir a motilidade das células espermáticas. A quimioterapia para pacientes com câncer masculino também tem um efeito negativo na qualidade dos espermatozóides.
• Distúrbios físicos: infecções do trato urinário, caxumba e doenças sexualmente transmissíveis são apenas alguns exemplos de distúrbios físicos que podem levar a atrofia testicular ou obstrução do trato reprodutivo masculino. Embora uma obstrução possa não afetar a saúde das células espermáticas, a atrofia testicular pode. A hiperglicemia em pacientes com diabetes masculino interrompe o processo espermatogenético, embora o mecanismo exato ainda não seja entendido.

A maioria dos medicamentos para infertilidade masculina aprovada pela FDA trabalha para regular os níveis hormonais. Dietas ricas em antioxidantes reduzem os níveis de espécies reativas de oxigênio (ERO) no líquido seminal; As EROs estão associadas à disfunção celular espermática e, em alguns homens, uma dieta rica em vitamina C melhorou a fertilidade. O futuro pode observar as células -tronco pluripotentes induzidas (iPSCs) que podem ser projetadas geneticamente para produzir espermatazOa e são transplantadas para os testículos.

Bibliografia

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Meccariello R, Chianese R. (Eds.) (2020). Espermatozóides fatos e perspectivas. Londres, Intecopen. Guraya SS. (2012). Biologia da espermatogênese e espermatozóides em mamíferos. Nova York, Springer-Verlag. Rizk B, Agarwal A, Sabanegh ES. (Eds.) (2020). Infertilidade masculina na medicina reprodutiva: diagnóstico e manejo. Nova York, CRC Press.

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Última atualização em 20 de agosto de 2022