PLEMNIK: FUNKCJE, CZĘŚCI, CYKL ŻYCIOWY, SPERMATOGENEZA - ANATOMIA I FIZJOLOGIA - 2026

Plemniki są dojrzałe komórki płciowe (komórki gamet) wyprodukowanych we męskich gonad. Są to wysoce wyspecjalizowane komórki, w pełni oddane do zapłodnienia żeńskich jaj, co jest podstawowym wydarzeniem podczas rozmnażania płciowego.

Zostały odkryte ponad 300 lat temu przez Antony'ego van Leeuwenhoeka, który kierując się wyłącznie swoją ciekawością, obserwował własne nasienie i ukuł termin „animalculus” dla biczowanych struktur, które zaobserwował.

Zdjęcie ludzkich plemników (źródło: brak konkretnego autora za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Od tego czasu komórki te były przedmiotem wielu badań, zwłaszcza tych związanych z płodnością i rozrodem wspomaganym.

Plemniki to komórki o dużym zapotrzebowaniu na energię, ponieważ muszą poruszać się z dużą prędkością po wytrysku z prącia (męski narząd rozrodczy) w kierunku przewodu pochwy (żeński narząd rozrodczy).

Wykorzystywana przez nich energia pochodzi głównie z metabolizmu węglowodanów, takich jak glukoza, czyli z glikolizy i mitochondrialnej fosforylacji oksydacyjnej, co wykazano w 1928 roku dzięki eksperymentom przeprowadzonym przez McCarthy'ego i współpracowników.

Tworzenie i uwalnianie tych komórek zależy od wielu czynników endokrynologicznych (hormonalnych), zwłaszcza testosteronu, który jest produkowany i wydzielany przez jądra.

W przeciwieństwie do tego, co dzieje się z żeńskimi komórkami płciowymi (które są wytwarzane podczas rozwoju embrionalnego), plemniki są produkowane w sposób ciągły przez całe dorosłe życie mężczyzny.

cechy

Plemniki są bardzo ważnymi komórkami, ponieważ mają specjalne zadanie polegające na fuzji z komórką jajową zawartą w żeńskich jajnikach w celu zapłodnienia i zapłodnienia, co kończy się uformowaniem nowego osobnika.

Plemniki, podobnie jak zalążki, są komórkami haploidalnymi, więc połączenie jądra żeńskiego i męskiego przywraca ładunek diploidalny (2n) w nowej komórce. Oznacza to, że każda komórka dostarcza w tym procesie połowę ładunku chromosomalnego człowieka.

Schemat ludzkiego plemnika. Źródło: Simplified spermatozoon diagram.svg: Mariana Ruiz Pochodne prace: Miguelferig

U ludzi plemniki są komórkami odpowiedzialnymi za określenie płci potomstwa, ponieważ komórka jajowa ma chromosom płciowy X, ale każdy plemnik może mieć chromosom X lub chromosom Y.

Plemnik próbuje zapłodnić komórkę jajową

Kiedy plemnik, który z powodzeniem zapładnia i zapładnia komórkę jajową, ma chromosom X, dziecko, które się uformuje, będzie miało XX, to znaczy będzie genetycznie żeńskie. Z drugiej strony, kiedy plemnik, który łączy się z jajem, ma chromosom Y, dziecko będzie XY, czyli genetycznie męskie.

Części plemników (struktura)

Plemniki to małe komórki wiciowców (o długości poniżej 70 mikronów). Każdy plemnik składa się z dwóch dobrze zdefiniowanych obszarów znanych jako głowa i ogon, które są otoczone tą samą błoną plazmatyczną.

W głowie znajduje się jądro, które posłuży do zapłodnienia żeńskiej komórki jajowej, podczas gdy ogon jest organellą lokomocyjną, która pozwala im się poruszać i stanowi ważną część ich długości.

- głowa

Główka plemnika jest spłaszczona i ma około 5 mikronów średnicy. Wewnątrz znajduje się DNA komórkowe, które jest bardzo zagęszczone, co minimalizuje zajmowaną objętość, ułatwiając jego transport, transkrypcję i wyciszanie.

Jądro plemnika ma 23 haploidalne chromosomy (w jednej kopii). Chromosomy te różnią się od chromosomów komórek somatycznych (komórek ciała, które nie są komórkami płciowymi) tym, że są wypełnione białkami znanymi jako protaminy i niektórymi histonami plemników.

Protaminy to białka z dużą ilością ładunków dodatnich, które ułatwiają ich interakcję z ujemnie naładowanym DNA.

Widok z boku iz przodu ludzkiej spermy (Źródło: LadyofHats via Wikimedia Commons)

Oprócz jądra, w głowie plemnika znajduje się pęcherzyk wydzielniczy zwany pęcherzykiem akrosomalnym lub akrosomem, który częściowo otacza przednią część jądra i styka się z błoną plazmatyczną komórki rozrodczej.

W pęcherzyku tym znajduje się duża liczba enzymów, które ułatwiają penetrację zewnętrznej powłoki komórki jajowej podczas zapłodnienia. Enzymy te obejmują neuraminidazę, hialuronidazę, kwaśną fosfatazę, arylosulfatazę i akrozynę, proteazę podobną do trypsyny.

Kiedy komórka jajowa i plemnik stykają się ze sobą, akrosom uwalnia swoją zawartość poprzez egzocytozę, proces znany jako „reakcja akrosomowa”, niezbędny do zjednoczenia, penetracji i fuzji plemnika z komórką jajową.

- Ogon

Głowa i ogon plemnika są pokryte tą samą błoną plazmatyczną. Ogon jest bardzo długą wici, która ma cztery obszary zwane szyją, częścią środkową, częścią główną i częścią końcową.

Akson, czyli struktura cytoszkieletu, która zapewnia ruch ogona, wyłania się z ciała podstawowego znajdującego się za jądrem plemnika. To ciało podstawowe tworzy szyję i ma około 5 μm długości.

Między szyjką a końcówką znajduje się element pośredni. Ma długość 5 mikronów i charakteryzuje się obecnością wielu mitochondriów, które są rozmieszczone w formie „otoczki” wokół centralnego aksonemu. Te wysoce wyspecjalizowane mitochondria dostarczają zasadniczo energii niezbędnej do ruchu w postaci ATP.

Główna część ma nieco mniej niż 50 μm i jest najdłuższą częścią ogona. Rozpoczyna się w „pierścieniu”, który zapobiega dalszemu rozwojowi mitochondriów i kończy się na końcówce. Gdy zbliżasz się do elementu końcowego, element główny zwęża się (zwęża się).

Ostatecznie fragment końcowy składa się z ostatnich 5 μm ogona i jest strukturą, w której w mikrotubulach tworzących akson wici obserwuje się pewne „zaburzenie”.

Koło życia

Przeciętny dorosły mężczyzna produkuje miliony plemników dziennie, jednak pełne uformowanie i dojrzewanie komórek tych komórek (do wytrysku) zajmuje od 2 do 3 miesięcy.

Cykl życia plemnika rozpoczyna się od gametogenezy lub spermatogenezy, to znaczy od podziału komórki zarodkowej lub prekursorowej, w wyniku której powstają linie komórkowe, które później się dzielą, a następnie różnicują i dojrzewają. W międzyczasie wadliwe komórki przechodzą proces zaprogramowanej śmierci komórki.

Po uformowaniu się w kanalikach nasiennych dojrzewające plemniki muszą migrować do obszaru jądra zwanego najądrzem, który ma około 20 stóp długości. Ta migracja trwa kilka dni i wykazano, że na tym etapie komórki nie są wystarczająco dojrzałe do zapłodnienia komórki jajowej, ponieważ nie mają wystarczającej ruchliwości.

Po upływie 18 lub 24 godzin w najądrzu plemniki są doskonale mobilne, ale ruchliwość ta jest hamowana przez pewne czynniki białkowe.

Będąc w najądrzu plemniki zachowują swoją płodność nieco ponad miesiąc, ale ten czas będzie zależał od warunków temperatury, diety i stylu życia.

Kiedy plemniki wytryskują podczas stosunku (stosunku płciowego), mają pełną zdolność ruchu, poruszając się z prędkością do 4 mm / min. Komórki te mogą przetrwać od 1 do 2 dni w żeńskim układzie rozrodczym, ale zależy to od kwasowości otaczającego środowiska.

Spermatogeneza

Produkcja plemników (spermatogeneza) po raz pierwszy występuje u ludzi w okresie dojrzewania. Proces ten zachodzi w jądrach, które są dwoma narządami męskiego układu rozrodczego i ma związek z redukcją ładunku chromosomalnego komórek płciowych (które przechodzą z diploidalnego (2n) do haploidalnego (n)).

W jądrach spermatogeneza zachodzi w przewodach zwanych kanalikami nasiennymi, których nabłonek składa się z dwóch głównych typów komórek: komórek Sertoliego i komórek spermatogennych.

Z komórek plemnikowych powstają plemniki, podczas gdy komórki Sertoliego odżywiają i chronią komórki plemnikowe. Te ostatnie znajdują się w kanalikach nasiennych na różnych etapach dojrzewania.

Schematyczne przedstawienie procesu spermatogenezy (źródło: Miguelferig za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Wśród komórek spermatogennych znajdują się komórki zwane spermatogonią , które są niedojrzałymi komórkami płciowymi odpowiedzialnymi za podział i produkcję pierwotnych spermatocytów, wtórnych spermatocytów i dojrzałych plemników.

- Spermatogonia, pierwotne spermatocyty, wtórne spermatocyty i spermatydy

Spermatogonia jest zlokalizowana w kierunku zewnętrznej krawędzi kanalików nasiennych, w pobliżu ich blaszki podstawnej; W miarę podziału komórki, które dają początek, migrują do centralnej części przewodów, gdzie ostatecznie dojrzewają.

Spermatocytogeneza

Spermatogonia dzieli się przez mitozę (podział bezpłciowy) i jest komórką diploidalną (2n), która podczas podziału generuje więcej spermatogonii i pierwotnych spermatocytów, które są niczym innym jak spermatogonią, które przestają się dzielić przez mitozę, aby wejść w mejozę I.

Niewielka grupa spermatogonii dzieli się powoli przez mitozę przez całe życie, funkcjonując jako „komórki macierzyste” do mitotycznej produkcji większej liczby spermatogonii lub komórek, które są zaangażowane w dojrzewanie.

Gdy spermatogonia dojrzewa, to znaczy gdy dzieli się przez mitozę, a później przez mejozę, ich potomstwo nie kończy podziału cytozolowego, więc komórki potomne (klony) pozostają połączone ze sobą mostkami cytozolowymi, jakby były syncytium. .

Syncytium utrzymuje się do ostatnich etapów dojrzewania i migracji plemników (plemników), gdzie plemniki są uwalniane do światła kanalików nasiennych. Powoduje to synchroniczne wytwarzanie grup komórek.

- Mejoza

Pierwotne spermatocyty, dzieląc się przez mejozę, tworzą wtórne spermatocyty, które ponownie dzielą się przez mejozę (mejoza II), różnicując się w inny typ komórek zwanych spermatydami, które mają połowę chromosomalnego ładunku spermatogonii. powiedz, że są haploidalne.

- Dojrzewanie plemników lub spermiogeneza

W miarę dojrzewania plemników różnicują się one w dojrzałe plemniki dzięki serii zmian morfologicznych, które obejmują eliminację dużej części ich cytozolu, tworzenie wici i wewnętrzne przegrupowanie organelli cytozolowych.

Niektóre z tych zmian mają związek z kondensacją jądra komórkowego, wydłużeniem komórki i rearanżacją mitochondriów.

Komórki te następnie migrują do najądrza, perwersyjnej rurki w jądrach, gdzie są przechowywane i kontynuują proces dojrzewania. Jednak tylko poprzez proces znany jako kapacytacja, który zachodzi w żeńskich narządach płciowych, plemniki kończą dojrzewanie.

Bibliografia

1. Barrett, KE, Barman, SM, Boitano, S. i Brooks, H. (2012). Przegląd fizjologii medycznej Ganonga (LANGE Basic Science).
2. Chen, H., Mruk, D., Xiao, X. i Cheng, CY (2017). Spermatogeneza człowieka i jej regulacja. Współczesna endokrynologia, 49–72.
3. Clermont, Y. (1970). Dynamika spermatogenezy człowieka. W The Human Testis (str. 47–61).
4. Dadoune, JP (1995). Stan jądrowy ludzkich plemników. Mikron. Elsevier.
5. Gartner, LP i Hiatt, JL (2006). Kolorowy podręcznik histologii e-book. Elsevier Health Sciences.
6. Griswold, MD (2015). Spermatogeneza: zaangażowanie w mejozę. Physiological Reviews, 96, 1–17.
7. Solomon, E., Berg, L. i Martin, D. (1999). Biology (5 wyd.). Filadelfia, Pensylwania: Saunders College Publishing.