Espermatozóide - Spermatozoon

Espermatozóide
Sperm-egg.jpg
Uma célula de esperma tenta penetrar no revestimento do óvulo para fertilizá- lo.
Diagrama completo de um espermatozóide humano en.svg
Diagrama de um espermatozóide humano
Detalhes
Identificadores
Latina espermatozóide
Malha D013094
Terminologia anatômica

Um espermatozóide (pronunciada / ˌ s p ɜr m Æ t ə z ə n / , alternativo ortografia espermatozóide ; plural espermatozóides ; a partir do grego clássico : σπέρμα ( "sementes") e grego antigo : ζῷον ( "ser vivo")) é uma célula espermática móvel ou forma móvel da célula haplóide que é o gameta masculino . Um espermatozóide se junta a um óvulo para formar um zigoto . (Um zigoto é uma única célula, com um conjunto completo de cromossomos , que normalmente se desenvolve em um embrião .)

As células espermáticas contribuem com aproximadamente metade da informação genética nuclear para a descendência diplóide (excluindo, na maioria dos casos, o DNA mitocondrial ). Nos mamíferos, o sexo da prole é determinado pela célula espermática: um espermatozóide com um cromossomo X levará a uma prole fêmea (XX), enquanto um com um cromossomo Y levará a uma prole masculina (XY). As células de esperma foram observadas pela primeira vez no laboratório de Antonie van Leeuwenhoek em 1677.

Espermatozóide humano sob microscópio

Estrutura, função e tamanho do espermatozóide de mamíferos

Humanos

A célula espermática humana é a célula reprodutiva dos machos e só sobreviverá em ambientes quentes; uma vez que deixa o corpo masculino, a probabilidade de sobrevivência do esperma é reduzida e ele pode morrer, diminuindo assim a qualidade total do esperma . Os espermatozoides vêm em dois tipos, "femininos" e "masculinos". As células espermáticas que dão origem à prole feminina (XX) após a fertilização diferem por conterem um cromossomo X, enquanto as células espermáticas que dão origem à prole masculina (XY) carregam um cromossomo Y.

Um espermatozóide humano consiste em uma cabeça plana em forma de disco de 5,1  µm por 3,1 µm e uma cauda de 50 µm de comprimento. A cauda flagela , que impulsiona a célula espermática (em cerca de 1-3 mm / minuto em humanos) batendo em um cone elíptico. Os espermatozoides possuem mecanismo de orientação olfativa e, após atingir as trompas de Falópio, devem passar por um período de capacitação antes da penetração no óvulo.

Cabeça: tem um núcleo compacto com apenas substância cromática e é circundado apenas por uma fina borda de citoplasma. Acima do núcleo encontra-se uma estrutura semelhante a uma capa chamada acrossoma , formada pela modificação do corpo de Golgi, que secreta a enzima espermlysin ( hialuronidase, enzima de penetração corona, zona lisina ou acrosina ), que é necessária para a fertilização. Conforme o espermatozóide se aproxima do óvulo, ele sofre a reação acrossômica na qual a membrana que envolve o acrossomo se funde com a membrana plasmática da cabeça do esperma, expondo o conteúdo do acrossomo.

Pescoço: é a menor parte (3 × 10 −8 m), e possui centríolo proximal paralelo à base do núcleo e centríolo distal perpendicular ao anterior. O centríolo proximal também está presente no espermatozóide maduro; o centríolo distal desaparece após a montagem do axonema. O centríolo proximal entra no ovo durante a fertilização e inicia a primeira divisão de clivagem do ovo, que não tem centríolo. O centríolo distal dá origem ao filamento axial que forma a cauda e tem uma disposição (9 + 2). Uma membrana transitória chamada Manchette encontra-se na peça do meio.

Peça intermediária: possui 10–14 espirais de mitocôndrias em torno do filamento axial no citoplasma. Ele fornece mobilidade e, portanto, é chamado de usina de força do esperma. Possui também um centríolo em anel (anel) que forma uma barreira de difusão entre a peça intermediária e a peça principal e serve como estrutura estabilizadora para a rigidez da cauda.

Cauda: é a parte mais longa (50 × 10 −6 m), possuindo um filamento axial circundado por citoplasma e membrana plasmática, mas na extremidade posterior o filamento axial está nu. É um mecanismo de pressão.

O sêmen tem natureza alcalina e os espermatozóides não atingem a motilidade plena (hipermotilidade) até chegarem à vagina , onde o pH alcalino é neutralizado por fluidos vaginais ácidos. Esse processo gradual leva de 20 a 30 minutos. Durante este período, o fibrinogênio das vesículas seminais forma um coágulo, prendendo e protegendo o esperma. Assim que eles se tornam hipermotila, a fibrinolisina da próstata dissolve o coágulo, permitindo que o esperma progrida de maneira ideal.

O espermatozóide é caracterizado por um mínimo de citoplasma e o DNA mais densamente empacotado conhecido nos eucariotos . Comparado aos cromossomos mitóticos nas células somáticas , o DNA do esperma é pelo menos seis vezes mais condensado.

A amostra contribui com DNA / cromatina , um centríolo e talvez também um fator de ativação de oócitos (OAF). Pode também contribuir com o RNA mensageiro paterno (mRNA), contribuindo também para o desenvolvimento embrionário.

O espermatozóide humano contém pelo menos 7500 proteínas diferentes .

A genética do esperma humano foi associada à evolução humana , de acordo com um estudo de 2020.

Dano e reparo de DNA

Danos no DNA presentes nos espermatozóides no período após a meiose, mas antes da fertilização, podem ser reparados no óvulo fertilizado, mas se não forem reparados, podem ter efeitos deletérios graves na fertilidade e no embrião em desenvolvimento. Os espermatozóides humanos são particularmente vulneráveis ​​ao ataque dos radicais livres e à geração de danos oxidativos ao DNA. (ver, por exemplo, 8-Oxo-2'-desoxiguanosina )

A exposição de homens a certos riscos ambientais, ocupacionais ou de estilo de vida pode aumentar o risco de espermatozóides aneuplóides . Em particular, o risco de aneuploidia é aumentado pelo tabagismo e exposição ocupacional ao benzeno, inseticidas e compostos perfluorados. O aumento da aneuploidia dos espermatozóides freqüentemente ocorre em associação com o aumento do dano ao DNA. A fragmentação do DNA e o aumento da suscetibilidade do DNA in situ à desnaturação, características semelhantes a essas observadas durante a apoptose de células somáticas, caracterizam espermatozóides anormais em casos de infertilidade masculina .

Evitar a resposta do sistema imunológico

As moléculas de glicoproteína na superfície dos espermatozóides ejaculados são reconhecidas por todos os sistemas imunológicos femininos humanos e interpretadas como um sinal de que a célula não deve ser rejeitada. Caso contrário, o sistema imunológico feminino pode atacar os espermatozoides no trato reprodutivo . As glicoproteínas específicas que revestem as células espermáticas também são utilizadas por algumas células cancerosas e bacterianas, alguns vermes parasitas e leucócitos infectados com HIV, evitando assim uma resposta imunológica do organismo hospedeiro .

A barreira sangue-testículo , mantida pelas junções estreitas entre as células de Sertoli dos túbulos seminíferos, impede a comunicação entre os espermatozóides em formação no testículo e os vasos sanguíneos (e células imunológicas que circulam dentro deles) dentro do espaço intersticial . Isso os impede de desencadear uma resposta imunológica. A barreira sangue-testículo também é importante na prevenção de substâncias tóxicas de interromper a espermatogênese.

Espermatozóides em outros organismos

Células de esperma móveis de algas e plantas sem sementes.

Animais

A fertilização depende de espermatozóides para a maioria dos animais sexualmente reprodutivos.

Algumas espécies de mosca- das- frutas produzem o maior espermatozóide conhecido encontrado na natureza. A Drosophila melanogaster produz espermatozoides que podem ter até 1,8 mm, enquanto sua parente Drosophila bifurca produz o maior espermatozóide conhecido, medindo mais de 58 mm de comprimento. Na Drosophila melanogaster, todo o esperma, inclusive a cauda, ​​é incorporado ao citoplasma do oócito , no entanto, para a Drosophila bifurca apenas uma pequena porção da cauda entra no oócito.

O camundongo da floresta Apodemus sylvaticus possui espermatozóides com morfologia falciforme. Outra característica que torna esses gametócitos únicos é a presença de um gancho apical na cabeça do esperma. Este gancho é usado para prender aos ganchos ou aos flagelos de outros espermatozóides. A agregação é causada por esses anexos e resultam em trens móveis. Esses trens fornecem motilidade melhorada no trato reprodutivo feminino e são um meio pelo qual a fertilização é promovida.

A fase pós-meiótica da espermatogênese do camundongo é muito sensível aos agentes genotóxicos ambientais , porque conforme as células germinativas masculinas formam espermatozóides maduros, elas perdem progressivamente a capacidade de reparar danos ao DNA. A irradiação de camundongos machos durante a espermatogênese tardia pode induzir danos que persistem por pelo menos 7 dias nos espermatozóides fertilizantes, e a interrupção das vias de reparo da quebra de dupla fita do DNA materno aumenta as aberrações cromossômicas derivadas dos espermatozóides. O tratamento de camundongos machos com melfalano , um agente alquilante bifuncional frequentemente empregado na quimioterapia, induz lesões no DNA durante a meiose que podem persistir em um estado não reparado conforme as células germinativas progridem através das fases competentes para o reparo do DNA do desenvolvimento espermatogênico. Esses danos não reparados ao DNA dos espermatozóides, após a fertilização, podem levar a uma prole com várias anormalidades.

Ouriços-do-mar , como Arbacia punctulata, são organismos ideais para usar na pesquisa de espermatozóides, eles geram um grande número de espermatozoides no mar, tornando-os adequados como organismos modelo para experimentos.

Os espermatozóides dos marsupiais são geralmente mais longos do que os dos mamíferos placentários .

Plantas, algas e fungos

Os gametófitos de briófitas , samambaias e algumas gimnospermas produzem células espermáticas móveis , ao contrário dos grãos de pólen empregados na maioria das gimnospermas e em todas as angiospermas . Isso torna a reprodução sexuada impossível na ausência de água , uma vez que a água é um meio necessário para que o espermatozoide e o óvulo se encontrem. As algas e as células espermáticas inferiores das plantas são freqüentemente multilingues (veja a imagem) e, portanto, morfologicamente diferentes dos espermatozóides animais.

Algumas algas e fungos produzem células de esperma não móveis, chamadas espermácias. Em plantas superiores e em algumas algas e fungos, a fertilização envolve a migração do núcleo do esperma através de um tubo de fertilização (por exemplo, tubo polínico em plantas superiores) para chegar ao óvulo.

Produção de espermatozóides em mamíferos

Os espermatozóides são produzidos nos túbulos seminíferos dos testículos em um processo denominado espermatogênese. As células redondas chamadas espermatogônias dividem-se e diferenciam-se eventualmente para se tornarem espermatozóides. Durante a cópula, a cloaca ou vagina é inseminada e, em seguida, os espermatozóides se movem através da quimiotaxia para o óvulo dentro da trompa de Falópio ou do útero .

Na ART, a normozoospermia é referida como uma quantidade total de> 39 mill ejaculados,> 32% com motilidade progressiva e> 4% com morfologia normal. Além disso, uma ejaculação normal em humanos deve ter um volume superior a 1,5 ml, sendo um volume excessivo de 6 ml por ejaculação ( hiperspermia ). Um volume insuficiente é denominado hipospermia . Esses problemas estão relacionados a várias complicações na produção de espermatozóides, por exemplo:

  • Hiperspermia: geralmente provocada por inflamação da próstata.
  • Hipospermia: ejaculação incompleta, geralmente referida a um déficit androgênico ( hipoandrogenismo ) ou obstrução em alguma parte do trato ejaculatório. Em condições de laboratório, também se deve a uma perda parcial da amostra.
  • Aspermia : não há ejaculação. Pode ocorrer devido à ejaculação retrógrada , doenças anatômicas ou neurológicas ou medicamentos anti-hipertensivos.

Ativação de espermatozóides

Reação acrossômica em uma célula de ouriço-do-mar

A abordagem da célula-ovo é um processo bastante complexo e de várias etapas de quimiotaxia guiada por diferentes substâncias / estímulos químicos em níveis individuais de filogenia. Um dos caracteres de sinalização comuns mais significativos do evento é que um protótipo de receptores profissionais de quimiotaxia, receptor de formil peptídeo (60.000 receptor / célula), bem como a capacidade ativadora de seu ligante formil Met-Leu-Phe foram demonstrados no membrana de superfície, mesmo no caso de espermatozoides humanos. As células espermáticas dos mamíferos tornam-se ainda mais ativas quando se aproximam de um óvulo, em um processo denominado ativação espermática . Foi demonstrado que a ativação do espermatozóide é causada por ionóforos de cálcio in vitro , progesterona liberada por células cúmulos próximas e ligação a ZP3 da zona pelúcida . As células cúmulos são incorporadas em uma substância semelhante a um gel, feita principalmente de ácido hialurônico, e se desenvolvem no ovário com o óvulo e o sustentam conforme ele cresce.

A alteração inicial é chamada de "hiperativação", que causa uma alteração na motilidade dos espermatozóides. Eles nadam mais rápido e seus movimentos de cauda se tornam mais fortes e erráticos.

Uma descoberta recente liga a hiperativação a um influxo repentino de íons de cálcio nas caudas. A cauda em forma de chicote (flagelo) do esperma é cravejada de canais iônicos formados por proteínas chamadas CatSper . Esses canais são seletivos, permitindo que apenas os íons de cálcio passem. A abertura dos canais CatSper é responsável pelo influxo de cálcio. O aumento repentino dos níveis de cálcio faz com que o flagelo forme curvas mais profundas, impulsionando o esperma com mais força através do ambiente viscoso. A hiperatividade do esperma é necessária para quebrar duas barreiras físicas que protegem o óvulo da fertilização.

O segundo processo na ativação do esperma é a reação acrossômica . Isso envolve a liberação do conteúdo do acrossomo, que se dispersa, e a exposição de enzimas ligadas à membrana acrossomal interna do esperma. Isso ocorre depois que o espermatozóide encontra o óvulo. Este mecanismo do tipo chave e fechadura é específico da espécie e evita que o espermatozoide e o óvulo de espécies diferentes se fundam. Há algumas evidências de que essa ligação é o que faz com que o acrossomo libere as enzimas que permitem que o esperma se funda com o óvulo.

A ZP3, uma das proteínas que compõem a zona pelúcida, liga-se a uma molécula parceira do esperma. As enzimas da membrana acrossomal interna digerem a zona pelúcida. Depois que o espermatozóide penetra na zona pelúcida, parte da membrana celular do espermatozóide se funde com a membrana do óvulo e o conteúdo da cabeça se difunde para o óvulo.

Após a penetração, diz-se que o oócito foi ativado . Ele sofre sua divisão meiótica secundária, e os dois núcleos haplóides (paterno e materno) se fundem para formar um zigoto . Para prevenir a polispermia e minimizar a possibilidade de produzir um zigoto triploide , várias alterações na zona pelúcida do ovo os tornam impenetráveis ​​logo após o primeiro espermatozóide entrar no ovo.

Armazenamento artificial

Os espermatozóides podem ser armazenados em diluentes como o diluente Illini Variable Temperature (IVT), que foi relatado como sendo capaz de preservar a alta fertilidade dos espermatozóides por mais de sete dias. O diluente IVT é composto por vários sais, açúcares e agentes antibacterianos e gaseificado com CO 2 .

A criopreservação de sêmen pode ser usada para períodos de armazenamento muito mais longos. Para espermatozóides humanos, o armazenamento com sucesso mais longo relatado com esse método é de 21 anos.

MMP e capacitação

Durante a capacitação , os espermatozóides adquirem a capacidade de fertilizar o oócito. In vitro, ocorre quando os espermatozóides são lavados e purificados. Hoje, 20% da população necessita de tecnologia de reprodução assistida , por isso é importante para o desenvolvimento de nossa sociedade. 15% da infertilidade é decorrente do fator masculino, por isso várias estratégias têm sido criadas a fim de recuperar os espermatozóides funcionais. A medida MMP (Million Motile Progressive cells por mililitro) é sinônimo de capacitação , sendo um parâmetro muito útil para decidir, junto com um espermiograma , o tipo de tratamento necessário. Baseia-se na porcentagem de recuperação. Dependendo da porcentagem, decidiremos a qualidade da recuperação dos espermatozóides móveis: 15 a 25 milhões de espermatozóides / ml é considerado ótimo, entre 5 e 15 milhões é considerado suficiente e menos de 5 milhões é considerado subótimo ou insuficiente. Em relação aos valores que obtivemos, juntamente com os resultados do espermiograma, serão apresentadas diferentes técnicas.

Por exemplo, se mais de 1,0 × 10 6 espermatozoides móveis progressivos por mililitro forem encontrados, será recomendado ter relações sexuais e, se isso falhar, o próximo passo será a inseminação intrauterina e posteriormente a fertilização in vitro convencional .

Com menos de 1,0 × 10 6 espermatozoides móveis progressivos por mililitro, realizaremos a injeção intracitoplasmática de espermatozoides . No caso de azoospermia (sem espermatozóides na ejaculação), faremos uma biópsia testicular para verificar se há espermatozóides nos testículos ou se nenhum espermatozóide está sendo produzido.

História

  • Em 1677, a microbiologista Antonie van Leeuwenhoek descobriu os espermatozóides.
  • Em 1841, o anatomista suíço Albert von Kölliker escreveu sobre o espermatozóide em sua obra Untersuchungen über die Bedeutung der Samenfäden (Estudos sobre a importância dos espermatozóides).

Veja também

Referências

links externos