Esperma - Sperm

Diagrama de uma célula de esperma humano

O esperma é a célula reprodutiva masculina , ou gameta , em formas anisogâmicas de reprodução sexuada (formas nas quais há uma célula reprodutiva feminina maior e uma menor, masculina). Os animais produzem espermatozoides móveis com uma cauda conhecida como flagelo , que são conhecidos como espermatozóides , enquanto algumas algas vermelhas e fungos produzem células espermáticas não móveis, conhecidas como espermácias . As plantas com flores contêm espermatozoides não móveis dentro do pólen , enquanto algumas plantas mais básicas, como samambaias, e algumas gimnospermas têm espermatozoides móveis.

As células espermáticas se formam durante o processo conhecido como espermatogênese , que nos amniotas ( répteis e mamíferos ) ocorre nos túbulos seminíferos dos testículos . Esse processo envolve a produção de vários precursores de células espermáticas sucessivas, começando com as espermatogônias , que se diferenciam em espermatócitos . Os espermatócitos então sofrem meiose , reduzindo seu número de cromossomos pela metade, o que produz espermátides . As espermátides então amadurecem e, em animais, constroem uma cauda, ​​ou flagelo, que dá origem à célula espermática madura e móvel. Todo esse processo ocorre constantemente e leva cerca de 3 meses do início ao fim.

Os espermatozoides não podem se dividir e têm uma vida útil limitada, mas após a fusão com os óvulos durante a fertilização , um novo organismo começa a se desenvolver, começando como um zigoto totipotente . A célula espermática humana é haplóide , de modo que seus 23 cromossomos podem se juntar aos 23 cromossomos do óvulo feminino para formar uma célula diplóide com 46 cromossomos pareados. Nos mamíferos , o esperma é armazenado no epidídimo e é liberado do pênis durante a ejaculação em um fluido conhecido como sêmen .

A palavra esperma é derivado da palavra grega σπέρμα , sperma , que significa "semente".

Vídeo de espermatozoides humanos sob um microscópio

Evolução

É geralmente aceito que a isogamia é o ancestral do esperma e dos óvulos. No entanto, não há registros fósseis da evolução dos espermatozoides e óvulos a partir da isogamia, levando a uma forte ênfase em modelos matemáticos para entender a evolução dos espermatozoides.

Uma hipótese generalizada afirma que os espermatozoides evoluíram rapidamente. No entanto, não há evidência direta de que os espermatozoides tenham evoluído em um ritmo rápido ou antes de outras características masculinas.

Esperma em animais

Função

A principal função do espermatozóide é atingir o óvulo e fundir-se com ele para entregar duas estruturas subcelulares: (i) o pró-núcleo masculino que contém o material genético e (ii) os centríolos, que são estruturas que ajudam a organizar o citoesqueleto dos microtúbulos .

Anatomia

Fusão de espermatozoides e óvulos ( fertilização )
Dimensões da cabeça do esperma humano medidas a partir de um sujeito humano saudável de 39 anos.

A célula espermática de mamíferos pode ser dividida em 2 partes:

  • Cabeça: contém o núcleo com fibras de cromatina densamente enroladas, rodeado anteriormente por um saco fino e achatado chamado acrossoma , que contém enzimas usadas para penetrar no ovo feminino. Ele também contém vacúolos.
  • Cauda: também chamada de flagelo , é a parte mais longa e capaz de movimentos ondulatórios que impulsionam os espermatozoides para nadar e auxiliam na penetração do óvulo. Antigamente, pensava-se que a cauda se movia simetricamente em uma forma helicoidal .

O pescoço ou peça de conexão contém um centríolo típico e um centríolo atípico, como o semelhante ao centríolo proximal . A peça intermediária tem um núcleo filamentoso central com muitas mitocôndrias espiraladas em torno dele, usado para a produção de ATP para a viagem através do colo do útero feminino , útero e tubas uterinas .

Durante a fertilização , o esperma fornece três partes essenciais para o oócito : (1) um fator de sinalização ou ativação, que faz com que o oócito metabolicamente dormente seja ativado; (2) o genoma paterno haplóide ; (3) o centríolo , responsável pela formação do centrossoma e do sistema de microtúbulos .

Origem

Os espermatozóides dos animais são produzidos através da espermatogênese dentro das gônadas masculinas ( testículos ) via divisão meiótica . O processo inicial do espermatozóide leva cerca de 70 dias para ser concluído. O processo começa com a produção de espermatogônias a partir de precursores de células germinativas . Estes se dividem e se diferenciam em espermatócitos , que passam por meiose para formar espermátides . No estágio de espermátide, o espermatozóide desenvolve a cauda familiar. O próximo estágio em que se torna totalmente maduro leva cerca de 60 dias, quando é chamado de espermatozóide . Os espermatozoides são transportados para fora do corpo masculino em um fluido conhecido como sêmen . Os espermatozoides humanos podem sobreviver no trato reprodutivo feminino por mais de 5 dias após o coito. O sêmen é produzido nas vesículas seminais , na próstata e nas glândulas uretrais .

Em 2016, cientistas da Universidade Médica de Nanjing afirmaram ter produzido células semelhantes a espermátides de camundongo a partir de células-tronco embrionárias de camundongo artificialmente. Eles injetaram essas espermátides em óvulos de camundongos e produziram filhotes.

Qualidade do esperma

Esperma humano corado para teste de qualidade do sêmen

A quantidade e a qualidade do esperma são os principais parâmetros da qualidade do sêmen , que é uma medida da capacidade do sêmen de realizar a fertilização . Assim, em humanos, é uma medida de fertilidade em um homem . A qualidade genética do esperma, assim como seu volume e motilidade, geralmente diminuem com a idade. (Veja o efeito da idade paterna .)

Danos no DNA presentes nas células espermáticas 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 sobre a fertilidade e o desenvolvimento do embrião. Os espermatozoides 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 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 nas células espermáticas fertilizantes, e a interrupção das vias de reparo da quebra de dupla fita do DNA materno aumenta as aberrações cromossômicas derivadas das células espermáticas. 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 espermatozoides, após a fertilização, podem levar à prole com várias anormalidades.

Tamanho do esperma

Relacionado à qualidade do esperma está o tamanho do esperma, pelo menos em alguns animais. Por exemplo, o esperma de algumas espécies de mosca da fruta ( Drosophila ) tem até 5,8 cm de comprimento - cerca de 20 vezes o comprimento da própria mosca. Espermatozóides mais longos são melhores do que seus equivalentes mais curtos para deslocar os competidores do receptáculo seminal da fêmea. O benefício para as mulheres é que apenas os machos saudáveis ​​carregam genes "bons" que podem produzir espermatozoides longos em quantidade suficiente para vencer a competição.

Mercado para esperma humano

Alguns bancos de esperma armazenam até 170 litros (37 imp gal; 45 US gal) de esperma.

Além da ejaculação , é possível extrair esperma através do TESE .

No mercado global, a Dinamarca possui um sistema bem desenvolvido de exportação de esperma humano. Este sucesso vem principalmente da reputação dos doadores de esperma dinamarqueses de serem de alta qualidade e, em contraste com a lei em outros países nórdicos, dá aos doadores a escolha de serem anônimos ou não para o casal receptor. Além disso, os doadores de esperma nórdicos tendem a ser altos e com alto nível de escolaridade e têm motivos altruístas para suas doações, em parte devido à compensação monetária relativamente baixa nos países nórdicos. Mais de 50 países em todo o mundo são importadores de esperma dinamarquês, incluindo Paraguai , Canadá , Quênia e Hong Kong . No entanto, a Food and Drug Administration (FDA) dos EUA proibiu a importação de qualquer esperma, motivada pelo risco de transmissão da doença de Creutzfeldt-Jakob , embora tal risco seja insignificante, uma vez que a inseminação artificial é muito diferente da via de transmissão da doença de Creutzfeldt-Jakob . A prevalência da doença de Creutzfeldt-Jakob para doadores é de no máximo um em um milhão, e se o doador fosse um portador, as proteínas infecciosas ainda teriam que cruzar a barreira sangue-testículo para tornar a transmissão possível.

História

Os espermatozoides foram observados pela primeira vez em 1677 por Antonie van Leeuwenhoek usando um microscópio . Ele os descreveu como animálculos (pequenos animais), provavelmente devido à sua crença no pré-formacionismo , que pensava que cada esperma continha um ser humano totalmente formado, mas pequeno.

Análise forense

Os fluidos ejaculados são detectados pela luz ultravioleta , independentemente da estrutura ou cor da superfície. Cabeças de esperma, por exemplo, de esfregaços vaginais, ainda são detectados por microscopia usando o método "Christmas Tree Stain", ou seja, coloração com Kernechtrot-Picroindigocarmine (KPIC).

Esperma nas plantas

Os espermatozoides em algas e muitos gametófitos vegetais são produzidos em gametângios masculinos ( anterídios ) por meio da divisão mitótica . Nas plantas com flores , os núcleos dos espermatozoides são produzidos dentro do pólen .

Células espermáticas móveis

Células espermáticas móveis de algas e plantas sem sementes

As células espermáticas móveis normalmente se movem por meio de flagelos e requerem um meio de água para nadar em direção ao óvulo para a fertilização. Em animais, a maior parte da energia para a motilidade do esperma é derivada do metabolismo da frutose transportada no fluido seminal . Isso ocorre na mitocôndria localizada na peça intermediária do esperma (na base da cabeça do esperma). Essas células não podem nadar para trás devido à natureza de sua propulsão. Os espermatozoides uniflagelados (com um flagelo) dos animais são chamados de espermatozóides e, sabidamente, variam em tamanho.

Espermatozóides móveis também são produzidos por muitos protistas e gametófitos de briófitas , samambaias e algumas gimnospermas , como cicadáceas e ginkgo . Os espermatozoides são as únicas células flageladas no ciclo de vida dessas plantas. Em muitas samambaias e licófitas , cicadáceas e ginkgo, eles são multi-flagelados (carregando mais de um flagelo).

Nos nematóides , os espermatozoides são amebóides e rastejam, em vez de nadar, em direção ao óvulo.

Células de esperma não móveis

As células espermáticas não móveis chamadas espermácias não têm flagelos e, portanto, não podem nadar. Os espermatângios são produzidos em um espermatângio .

Como a espermácia não pode nadar, eles dependem de seu ambiente para carregá-los até o óvulo. Algumas algas vermelhas , como a Polysiphonia , produzem espermácias não móveis que se espalham pelas correntes de água após sua liberação. A espermácia dos fungos da ferrugem é coberta por uma substância pegajosa. Eles são produzidos em estruturas em forma de frasco contendo néctar , que atraem moscas que transferem a espermácia para hifas próximas para fertilização em um mecanismo semelhante à polinização por inseto em plantas com flores .

As espermácias fúngicas (também chamadas de picniósporos, especialmente nos Uredinales) podem ser confundidas com conídios . Conídios são esporos que germinam independentemente da fertilização, enquanto espermácias são gametas necessários para a fertilização. Em alguns fungos, como Neurospora crassa , as espermácias são idênticas aos microconídios, pois podem desempenhar ambas as funções de fertilização e dar origem a novos organismos sem fertilização.

Núcleos de esperma

Em quase todos os embriófitos , incluindo a maioria das gimnospermas e todas as angiospermas , os gametófitos masculinos ( grãos de pólen ) são o principal modo de dispersão , por exemplo, via vento ou polinização por inseto , eliminando a necessidade de água para preencher a lacuna entre macho e fêmea. Cada grão de pólen contém uma célula espermatogênica (geradora). Assim que o pólen atinge o estigma de uma flor receptiva, ele germina e começa a crescer um tubo polínico através do carpelo . Antes que o tubo alcance o óvulo , o núcleo da célula geradora no grão de pólen se divide e dá origem a dois núcleos de esperma, que são então descarregados pelo tubo no óvulo para fertilização.

Em alguns protistas , a fertilização também envolve núcleos de espermatozoides , em vez de células, migrando em direção ao óvulo através de um tubo de fertilização. Oomicetos formam núcleos de espermatozoides em um anterídio sincítico que envolve os óvulos. Os núcleos dos espermatozoides chegam aos óvulos por meio de tubos de fertilização, semelhante ao mecanismo do tubo polínico nas plantas.

Centríolos de esperma

A maioria das células espermáticas tem centríolos no colo do esperma. O esperma de muitos animais tem 2 centríolos típicos conhecidos como centríolo proximal e centríolo distal. Alguns animais, como humanos e bovinos, têm um único centríolo típico, conhecido como centríolo proximal, e um segundo centríolo com estrutura atípica. Camundongos e ratos não têm centríolos de espermatozóides reconhecíveis. A mosca da fruta Drosophila melanogaster tem um centríolo único e um centríolo atípico denominado Centriolo Proximal-Like (PCL).

Formação de cauda de esperma

A cauda do esperma é um tipo especializado de cílio (também conhecido como flagelo). Em muitos animais, a cauda do espermatozoide é formada de uma forma única, que é chamada de ciliogênese citosólica , uma vez que todo ou parte do axonema da cauda do espermatozoide é formado no citoplasma ou fica exposto ao citoplasma.

Veja também

Referências

Fontes

  • Fawcett, DW (1981) Sperm Flagellum. In: The Cell. DW Fawcett. Filadélfia, WB Saunders Company. 14: pp. 604–640.
  • Lehti, MS e A. Sironen (2017). "Formação e função das estruturas da cauda do esperma em associação com defeitos de motilidade do esperma." Biol Reprod 97 (4): 522–536.

links externos

Precedido por
nenhum
Estágios do desenvolvimento humano
Esperma + Oócito
Sucesso de
Zygote