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25.1: Espermatogênese
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Spermatogenesis
 
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25.1: Spermatogenesis

25.1: Espermatogênese

Spermatogenesis is the process by which haploid sperm cells are produced in the male testes. It starts with stem cells located close to the outer rim of seminiferous tubules. These spermatogonial stem cells divide asymmetrically to give rise to additional stem cells (meaning that these structures “self-renew”), as well as sperm progenitors, called spermatocytes. Importantly, this method of asymmetric mitotic division maintains a population of spermatogonial stem cells in the male reproductive tract, ensuring that sperm will continue to be produced throughout a man’s lifespan. As spermatogenesis proceeds, spermatocytes embark on meiosis, and each ultimately divides to form four sperm—each with only 23 chromosomes— that are expelled into the male reproductive tract. Interestingly, this is in contrast to oogenesis in women, during which only a single egg is generated for every progenitor cell.

Spermatogenesis and Capacitation

At the end of spermatogenesis, sperm demonstrate their characteristic shape: a “head” harboring minimal cytoplasm and a highly condensed nucleus, as well as a motile tail (flagellum). They are small cells, with no organelles such as ribosomes, ER or Golgi, but do have many mitochondria around the flagellum for power. Just below the head is the acrosomal vesicle which contains hydrolytic enzymes to penetrate the egg outer coat—the contents are released by exocytosis.

Sperm cells endure an additional maturation process after spermatogenesis termed capacitation. Interestingly, capacitation only occurs in sperm once these cells have been introduced into the female genital tract. Here, components of the female environment—like mucus—elicit critical changes in these gametes, among them the removal of cholesterol from their membranes. This enables different molecules to enter into sperm, such as bicarbonate ions, which can activate new proteins and increase tail movements. Such rigorous motions help sperm to navigate towards, and ultimately infiltrate, the thick protein-based zona pellucida surrounding an egg cell. In addition, cell membrane alterations lead to an increase in the concentration of calcium ions in sperm, which is also necessary for zona pellucida penetration. Thus mature sperm, demonstrating rapid tail activity and the ability to locate, bind and penetrate an egg, require the unique conditions of the female reproductive organs.

Factors that Affect Spermatogenesis

Several factors can affect sperm production. One well-documented influence is exposure to heat in the scrotum: men shown to sit for long periods of time (like cab drivers) or metal welders demonstrate increased risk of infertility or sperm with decreased motility. In addition to temperature, certain drugs have also been determined to have adverse effects on spermatogenesis. These include hormone antagonists used to address prostate conditions, cancer treatments, and even specific antibiotics. As a result, some professionals are emphasizing the need to warn men of the effects of these drugs on their reproductive health, rather than only focusing on what medications a woman planning a pregnancy should avoid.

A espermatogênese é o processo pelo qual as células de esperma haploides são produzidas nos testículos masculinos. Começa com células-tronco localizadas perto da borda externa de túbulos seminiferos. Essas células-tronco espermatogonial se dividem assimetricamente para dar origem a células-tronco adicionais (o que significa que essas estruturas "se auto-renovam"), bem como progenitores de esperma, chamados espermatocitotas. É importante ressaltar que este método de divisão mitótica assimétrica mantém uma população de células-tronco espermatogonais no trato reprodutivo masculino, garantindo que o esperma continue a ser produzido ao longo da vida útil de um homem. À medida que a espermatogênese prossegue, os espermatocitos embarcam na meiose, e cada um se divide para formar quatro espermatozoides — cada um com apenas 23 cromossomos — que são expulsos no trato reprodutivo masculino. Curiosamente, isso contrasta com a oogênese nas mulheres, durante a qual apenas um único óvulo é gerado para cada célula progenitora.

Espermatogênese e Capacitação

No final da espermatogênese, o esperma demonstra sua forma característica: uma "cabeça" que abriga citoplasma mínimo e um núcleo altamente condensado, bem como uma cauda motil (flagelo). São células pequenas, sem organelas como ribossomos, ER ou Golgi, mas têm muitas mitocôndrias ao redor do flagelo para poder. Logo abaixo da cabeça está a vesícula acrosomal que contém enzimas hidrolíticas para penetrar o casaco externo do ovo — o conteúdo é liberado por exocitose.

As células espermatozoides sofrem um processo adicional de maturação após a formação da espermatogênese. Curiosamente, a capacitação só ocorre no esperma quando essas células foram introduzidas no trato genital feminino. Aqui, componentes do ambiente feminino — como o muco — provocam mudanças críticas nesses gametas, entre eles a remoção do colesterol de suas membranas. Isso permite que diferentes moléculas entrem em espermatozoides, como íons bicarbonato, que podem ativar novas proteínas e aumentar os movimentos da cauda. Tais movimentos rigorosos ajudam o esperma a navegar em direção e, finalmente, infiltrar-se, a espessa zona pellucida à base de proteínas em torno de uma célula de óvulos. Além disso, alterações na membrana celular levam a um aumento na concentração de íons de cálcio no espermatozoide, o que também é necessário para a penetração da zona pellucida. Assim, o esperma maduro, demonstrando a rápida atividade da cauda e a capacidade de localizar, amarrar e penetrar um óvulo, requerem as condições únicas dos órgãos reprodutivos femininos.

Fatores que afetam a espermatogênese

Vários fatores podem afetar a produção de esperma. Uma influência bem documentada é a exposição ao calor no escroto: homens mostrados sentados por longos períodos de tempo (como taxistas) ou soldadores de metal demonstram risco aumentado de infertilidade ou esperma com diminuição da motilidade. Além da temperatura, certas drogas também foram determinadas a ter efeitos adversos sobre a espermatogênese. Estes incluem antagonistas hormonais usados para lidar com condições de próstata, tratamentos de câncer e até antibióticos específicos. Como resultado, alguns profissionais estão enfatizando a necessidade de alertar os homens sobre os efeitos desses medicamentos em sua saúde reprodutiva, em vez de apenas focar em quais medicamentos uma mulher que planeja uma gravidez deve evitar.


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