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25.1: Espermatogénesis
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Spermatogenesis
 
TRANSCRIPCIÓN

25.1: Spermatogenesis

25.1: Espermatogénesis

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.

La espermatogénesis es el proceso por el cual se producen espermatozoides haploideos en los testículos masculinos. Comienza con células madre situadas cerca del borde exterior de los túbulos seminiferos. Estas células madre espermatogoniales se dividen asimétricamente para dar lugar a células madre adicionales (lo que significa que estas estructuras "se auto-renuevan"), así como los progenitores esperma, llamados espermatocitos. Es importante destacar que este método de división mitótica asimétrica mantiene una población de células madre espermatogoniales en el tracto reproductivo masculino, asegurando que los espermatozoides continuarán produciéndose a lo largo de la vida del hombre. A medida que la espermatogénesis procede, los espermatocitos se embarcan en la meiosis, y cada uno en última instancia se divide para formar cuatro espermatozoides, cada uno con sólo 23 cromosomas, que son expulsados en el tracto reproductivo masculino. Curiosamente, esto contrasta con la oogénesis en las mujeres, durante la cual sólo se genera un óvulo para cada célula progenitora.

Espermatogénesis y capacitación

Al final de la espermatogénesis, los espermatozoides demuestran su forma característica: una "cabeza" que alberga un citoplasma mínimo y un núcleo altamente condensado, así como una cola móvil (flagelo). Son células pequeñas, sin orgánulos como ribosomas, Urgencias o Golgi, pero tienen muchas mitocondrias alrededor del flagelo para el poder. Justo debajo de la cabeza se encuentra la vesícula acrosomal que contiene enzimas hidrolíticas para penetrar en la capa externa del huevo, el contenido se libera por exocitosis.

Las células espermáticas soportan un proceso de maduración adicional después de que la espermatogénesis se denomina capacitación. Curiosamente, la capacitación sólo ocurre en los espermatozoides una vez que estas células se han introducido en el tracto genital femenino. Aquí, los componentes del medio ambiente femenino, como la mucosidad, provocan cambios críticos en estos gametos, entre ellos la eliminación del colesterol de sus membranas. Esto permite que diferentes moléculas entren en los espermatozoides, como los iones de bicarbonato, que pueden activar nuevas proteínas y aumentar los movimientos de la cola. Tales movimientos rigurosos ayudan a los espermatozoides a navegar hacia, y en última instancia, infiltrarse, la zona gruesa a base de proteínas pellucida que rodea una célula de óvulo. Además, las alteraciones de la membrana celular conducen a un aumento en la concentración de iones de calcio en los espermatozoides, que también es necesario para la penetración de la zona pellucida. Por lo tanto, los espermatozoides maduros, demostrando una rápida actividad de la cola y la capacidad de localizar, unir y penetrar un óvulo, requieren las condiciones únicas de los órganos reproductores femeninos.

Factores que afectan la espermatogénesis

Varios factores pueden afectar la producción de espermatozoides. Una influencia bien documentada es la exposición al calor en el escroto: los hombres que se muestran reposan durante largos períodos de tiempo (como los conductores de cabina) o los soldadores de metal demuestran un mayor riesgo de infertilidad o espermatozoides con disminución de la motilidad. Además de la temperatura, ciertos medicamentos también se han determinado que tienen efectos adversos sobre la espermatogénesis. Estos incluyen antagonistas hormonales utilizados para abordar las condiciones de la próstata, tratamientos contra el cáncer, e incluso antibióticos específicos. Como resultado, algunos profesionales están haciendo hincapié en la necesidad de advertir a los hombres de los efectos de estos medicamentos en su salud reproductiva, en lugar de centrarse únicamente en qué medicamentos debe evitar una mujer que planea un embarazo.


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