อสุจิ: หน้าที่, ชิ้นส่วน, วงจรชีวิต, การสร้างอสุจิ - กายวิภาคศาสตร์และสรีรวิทยา

สเปิร์มเป็นเซลล์ที่มีเพศสัมพันธ์ผู้ใหญ่ (เซลล์เซลล์สืบพันธุ์) ที่ผลิตในอวัยวะเพศชาย พวกมันเป็นเซลล์ที่มีความเชี่ยวชาญสูงซึ่งทุ่มเทให้กับงานในการปฏิสนธิไข่ตัวเมียซึ่งเป็นเหตุการณ์พื้นฐานระหว่างการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ

พวกเขาถูกค้นพบเมื่อกว่า 300 ปีก่อนโดย Antony van Leeuwenhoek ผู้ซึ่งได้รับแรงบันดาลใจจากความอยากรู้อยากเห็นของเขาเพียงอย่างเดียวสังเกตน้ำเชื้อของตัวเองและบัญญัติศัพท์คำว่า "animalculus" ให้กับโครงสร้างที่เป็นแฟลเจลซึ่งเขาสังเกตเห็น

ภาพถ่ายสเปิร์มของมนุษย์ (ที่มา: ไม่มีผู้เขียนระบุผ่าน Wikimedia Commons)

ตั้งแต่นั้นมาเซลล์เหล่านี้จึงเป็นเป้าหมายของการศึกษาการตรวจสอบมากมายโดยเฉพาะอย่างยิ่งเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับความอุดมสมบูรณ์และการช่วยการสืบพันธุ์

อสุจิเป็นเซลล์ที่มีความต้องการพลังงานสูงเนื่องจากต้องเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงเมื่อหลั่งออกจากอวัยวะเพศชาย (อวัยวะสืบพันธุ์เพศชาย) ไปยังทางเดินช่องคลอด (อวัยวะสืบพันธุ์เพศหญิง)

พลังงานที่พวกเขาใช้ส่วนใหญ่มาจากการเผาผลาญของคาร์โบไฮเดรตเช่นกลูโคสนั่นคือจากไกลโคไลซิสและฟอสโฟรีเลชันออกซิเดชั่นไมโทคอนเดรียซึ่งแสดงให้เห็นในปี 2471 เนื่องจากการทดลองของ McCarthy และผู้ทำงานร่วมกัน

การสร้างและการปลดปล่อยเซลล์เหล่านี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่อมไร้ท่อ (ฮอร์โมน) หลายอย่างโดยเฉพาะฮอร์โมนเพศชายซึ่งผลิตและหลั่งโดยอัณฑะ

ซึ่งแตกต่างจากสิ่งที่เกิดขึ้นกับเซลล์เพศหญิง (ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการพัฒนาตัวอ่อน) อสุจิจะถูกผลิตอย่างต่อเนื่องตลอดชีวิตในวัยผู้ใหญ่ของผู้ชาย

คุณสมบัติ

สเปิร์มเป็นเซลล์ที่สำคัญมากเนื่องจากมีหน้าที่พิเศษในการหลอมรวมกับไข่ที่มีอยู่ในรังไข่ของผู้หญิงเพื่อทำการปฏิสนธิและปฏิสนธิซึ่งเป็นกระบวนการที่จบลงด้วยการสร้างบุคคลใหม่

สเปิร์มเช่นเดียวกับรังไข่เป็นเซลล์เดี่ยวดังนั้นการหลอมรวมของนิวเคลียสของเพศหญิงและเพศชายจะเรียกคืนประจุไดพลอยด์ (2n) ในเซลล์ใหม่ นี่หมายความว่าเซลล์แต่ละเซลล์ก่อให้เกิดภาระโครโมโซมครึ่งหนึ่งของมนุษย์ในกระบวนการนี้

แผนผังของอสุจิของมนุษย์ ที่มา: แผนภาพตัวอสุจิแบบง่าย svg: งานของ Mariana Ruizderivative: Miguelferig

ในมนุษย์สเปิร์มเป็นเซลล์ที่มีหน้าที่กำหนดเพศของลูกหลานเนื่องจากไข่มีโครโมโซมเพศ X แต่อสุจิแต่ละตัวสามารถมีโครโมโซม X หรือโครโมโซม Y ได้

สเปิร์มพยายามผสมพันธุ์ไข่

เมื่ออสุจิที่ผสมเทียมและปฏิสนธิไข่ได้สำเร็จมีโครโมโซม X ทารกที่จะเกิดขึ้นจะมีขนาด XX นั่นคือจะเป็นเพศหญิง ในทางกลับกันเมื่ออสุจิที่หลอมรวมกับไข่มีโครโมโซม Y ทารกจะเป็น XY นั่นคือเป็นเพศชาย

ชิ้นส่วนอสุจิ (โครงสร้าง)

สเปิร์มเป็นเซลล์แฟลกเจลเลตขนาดเล็ก (ความยาวน้อยกว่า 70 ไมครอน) สเปิร์มแต่ละตัวประกอบด้วยสองบริเวณที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนซึ่งเรียกว่าส่วนหัวและส่วนหางซึ่งทั้งสองถูกล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มพลาสมาเดียวกัน

ในส่วนหัวเป็นนิวเคลียสที่ทำหน้าที่ในการปฏิสนธิไข่ของตัวเมียในขณะที่หางเป็นอวัยวะของการเคลื่อนไหวที่ช่วยให้พวกมันเคลื่อนไหวได้และแสดงถึงส่วนสำคัญของความยาว

- หัว

ส่วนหัวของตัวอสุจิมีรูปร่างแบนและมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 5 ไมครอน ข้างในเป็น DNA ของเซลล์ซึ่งมีการบีบอัดมากซึ่งจะลดปริมาตรที่มันใช้อำนวยความสะดวกในการขนส่งการถอดความและการปิดเสียง

นิวเคลียสของอสุจิมีโครโมโซมเดี่ยว 23 โครโมโซม (ในสำเนาเดียว) โครโมโซมเหล่านี้แตกต่างจากโครโมโซมของเซลล์ร่างกาย (เซลล์ในร่างกายที่ไม่ใช่เซลล์เพศ) ตรงที่ประกอบด้วยโปรตีนที่เรียกว่าโปรตามีนและฮิสโตนของอสุจิ

โปรตามีนเป็นโปรตีนที่มีประจุบวกมากมายซึ่งอำนวยความสะดวกในการโต้ตอบกับดีเอ็นเอที่มีประจุลบ

มุมมองด้านข้างและด้านหน้าของตัวอสุจิของมนุษย์ (ที่มา: LadyofHats ผ่าน Wikimedia Commons)

นอกจากนิวเคลียสแล้วส่วนหัวของตัวอสุจิยังมีถุงหลั่งที่เรียกว่าถุงน้ำคร่ำหรืออะโครโซมซึ่งบางส่วนล้อมรอบบริเวณด้านหน้าของนิวเคลียสและสัมผัสกับเยื่อหุ้มพลาสมาของเซลล์เพศ

ถุงนี้เป็นที่ตั้งของเอนไซม์จำนวนมากที่ช่วยในกระบวนการเจาะเปลือกนอกของไข่ในระหว่างการปฏิสนธิ เอนไซม์เหล่านี้ ได้แก่ neuraminidase, hyaluronidase, acid phosphatase, arylsulfatase และ acrosin ซึ่งเป็นโปรตีเอสที่คล้ายกับทริปซิน

เมื่อไข่และตัวอสุจิสัมผัสกันอะโครโซมจะปล่อยเนื้อหาออกมาโดยเอ็กโซไซโทซิสซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่า "ปฏิกิริยาอะโครโซม" ซึ่งจำเป็นสำหรับการรวมตัวกันการเจาะและการรวมตัวของอสุจิกับไข่

- หาง

ส่วนหัวและหางของตัวอสุจิถูกปกคลุมด้วยเยื่อหุ้มพลาสมาเดียวกัน หางเป็นแฟลเจลลัมที่ยาวมากซึ่งมีสี่ส่วนเรียกว่าคอชิ้นกลางชิ้นหลักและชิ้นท้าย

แอกโซนีคือโครงสร้างเซลล์และโครงกระดูกที่ให้การเคลื่อนไหวไปยังหางโผล่ออกมาจากฐานที่อยู่ด้านหลังนิวเคลียสของตัวอสุจิ ฐานนี้เป็นส่วนที่ประกอบขึ้นเป็นคอและมีความยาวประมาณ5μm

ระหว่างคอและชิ้นส่วนปลายเป็นชิ้นกลาง มีความยาว 5 ไมครอนและมีลักษณะเป็นไมโทคอนเดรียหลายตัวที่เรียงตัวกันในรูปของ "กาบ" รอบแอกโซนีมกลาง ไมโทคอนเดรียที่มีความเชี่ยวชาญสูงเหล่านี้เป็นสิ่งที่ให้พลังงานที่จำเป็นสำหรับการเคลื่อนไหวในรูปแบบของ ATP

ชิ้นส่วนหลักมีความยาวต่ำกว่า 50 ไมครอนและเป็นส่วนที่ยาวที่สุดของหาง มันเริ่มต้นด้วย "วงแหวน" ที่ป้องกันไม่ให้ไมโตคอนเดรียก้าวหน้าต่อไปและจบลงที่ชิ้นส่วนปลาย เมื่อคุณเข้าใกล้ชิ้นส่วนปลายมากขึ้นให้แตะชิ้นส่วนหลัก (แท่งเรียว)

ในที่สุดชิ้นส่วนเทอร์มินัลประกอบด้วยส่วนหาง 5 ไมครอนสุดท้ายและเป็นโครงสร้างที่สังเกตเห็น "ความผิดปกติ" บางอย่างใน microtubules ที่ประกอบเป็นแอกโซนีมของแฟลเจลลัม

วงจรชีวิต

ผู้ชายที่เป็นผู้ใหญ่โดยเฉลี่ยจะผลิตสเปิร์มได้หลายล้านตัวต่อวันอย่างไรก็ตามเซลล์เหล่านี้ต้องใช้เวลาระหว่าง 2 ถึง 3 เดือนในการสร้างและเติบโตเต็มที่ (จนกว่าพวกมันจะหลั่งออกมา)

วงจรชีวิตของเซลล์อสุจิเริ่มต้นด้วยการสร้างเซลล์สืบพันธุ์หรือการสร้างอสุจินั่นคือการแบ่งตัวของเซลล์สืบพันธุ์หรือเซลล์ตั้งต้นซึ่งก่อให้เกิดสายเซลล์ที่แบ่งตัวในภายหลังเพื่อแยกความแตกต่างและเจริญเติบโตในภายหลัง ในระหว่างนี้เซลล์ที่มีข้อบกพร่องจะผ่านกระบวนการตายของเซลล์ที่ตั้งโปรแกรมไว้

เมื่อสร้างขึ้นในท่อเซมินิเฟอรัสสเปิร์มที่สุกแล้วจะต้องอพยพไปยังบริเวณของอัณฑะที่เรียกว่าหลอดน้ำอสุจิซึ่งมีความยาวประมาณ 20 ฟุต การอพยพนี้ใช้เวลาสองสามวันและแสดงให้เห็นว่าในขั้นตอนนี้เซลล์ยังไม่เจริญเต็มที่พอที่จะปฏิสนธิไข่เนื่องจากพวกมันขาดการเคลื่อนไหวที่เพียงพอ

หลังจาก 18 หรือ 24 ชั่วโมงผ่านไปในหลอดน้ำอสุจิอสุจิจะเคลื่อนที่ได้อย่างสมบูรณ์แบบ แต่การเคลื่อนไหวนี้ถูกยับยั้งโดยปัจจัยโปรตีนบางชนิด

เมื่ออยู่ในหลอดน้ำอสุจิแล้วอสุจิจะคงความอุดมสมบูรณ์ได้นานกว่าหนึ่งเดือน แต่เวลานี้จะขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของอุณหภูมิอาหารและวิถีชีวิต

เมื่อสเปิร์มหลั่งออกมาระหว่างการมีเพศสัมพันธ์ (การมีเพศสัมพันธ์) พวกมันจะมีความสามารถในการเคลื่อนไหวเต็มที่โดยเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 4 มม. / นาที เซลล์เหล่านี้สามารถอยู่ได้ 1 ถึง 2 วันในระบบสืบพันธุ์เพศหญิง แต่ขึ้นอยู่กับความเป็นกรดของสภาพแวดล้อมโดยรอบ

ตัว

การผลิตตัวอสุจิ (การสร้างอสุจิ) เกิดขึ้นครั้งแรกในมนุษย์ในช่วงวัยแรกรุ่น กระบวนการนี้เกิดขึ้นในอัณฑะซึ่งเป็นอวัยวะสองส่วนของระบบสืบพันธุ์เพศชายและเกี่ยวข้องกับการลดภาระโครโมโซมของเซลล์เพศ (ซึ่งเปลี่ยนจากการเป็น diploid (2n) ไปเป็น haploid (n))

ในอัณฑะการสร้างสเปิร์มเจเนซิสเกิดขึ้นภายในท่อที่เรียกว่าท่อเซมินิเฟอรัสซึ่งเป็นเยื่อบุผิวซึ่งประกอบด้วยเซลล์หลักสองประเภท ได้แก่ เซลล์ Sertoli และเซลล์สร้างอสุจิ

เซลล์อสุจิก่อให้เกิดสเปิร์มโตซัวในขณะที่เซลล์ Sertoli ช่วยบำรุงและปกป้องเซลล์สร้างอสุจิ หลังอยู่ในท่อเซมินิเฟอรัสในระยะต่างๆของการเจริญเติบโต

การแสดงแผนผังของกระบวนการสร้างอสุจิ (ที่มา: Miguelferig ผ่าน Wikimedia Commons)

ในบรรดาเซลล์สร้างอสุจินั้นเป็นเซลล์ที่เรียกว่าสเปอร์มาโตโกเนียซึ่งเป็นเซลล์สืบพันธุ์ที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะซึ่งทำหน้าที่แบ่งและสร้างสเปิร์มโตไซต์หลักเซลล์สเปิร์มโตไซต์รองและสเปิร์มที่โตเต็มที่

- Spermatogonia, spermatocytes หลัก, เซลล์สืบพันธุ์รองและสเปิร์ม

Spermatogonia ตั้งอยู่ที่ขอบด้านนอกของท่อ seminiferous ใกล้กับแผ่นฐานของเดียวกัน เมื่อพวกมันแบ่งตัวเซลล์ที่ก่อให้เกิดการโยกย้ายไปยังส่วนกลางของท่อซึ่งในที่สุดก็เจริญเต็มที่

Spermatocytogenesis

Spermatogonia แบ่งตัวโดยไมโทซิส (asexual division) และเป็นเซลล์ diploid (2n) ที่เมื่อแบ่งตัวจะสร้าง spermatogonia และ primary spermatocytes มากขึ้นซึ่งไม่มีอะไรมากไปกว่า spermatogonia ที่หยุดแบ่งโดย mitosis เพื่อเข้าสู่ meiosis I

สเปิร์มโตโกเนียกลุ่มเล็ก ๆ แบ่งตัวอย่างช้าๆโดยไมโทซิสตลอดชีวิตโดยทำหน้าที่เป็น "เซลล์ต้นกำเนิด" สำหรับการผลิตแบบไมโทติกของสเปิร์มโตโกเนียหรือเซลล์ที่มุ่งมั่นในการเจริญเติบโต

เมื่อสเปอร์มาโตโกเนียโตเต็มที่นั่นคือเมื่อพวกมันแบ่งตัวด้วยไมโทซิสและต่อมาโดยไมโอซิสลูกหลานของพวกมันจะไม่เสร็จสิ้นการแบ่งเซลล์ของเซลล์ดังนั้นเซลล์ลูกสาว (โคลน) ยังคงเชื่อมต่อกันด้วยสะพานไซโตโซลิกราวกับว่าพวกมันเป็นซินไซเทียม .

ซินไซเทียมนี้จะยังคงอยู่จนถึงขั้นตอนสุดท้ายของการเจริญเติบโตและการเคลื่อนย้ายของเซลล์อสุจิ (ตัวอสุจิ) ซึ่งอสุจิจะถูกปล่อยเข้าไปในลูเมนของท่อเซมินิเฟอรัส ส่งผลให้กลุ่มของเซลล์ถูกสร้างขึ้นพร้อมกัน

- ไมโอซิส

เซลล์อสุจิหลักเมื่อแบ่งตัวด้วยไมโอซิสทำให้เกิดสเปิร์มโตไซต์ทุติยภูมิซึ่งแบ่งตัวอีกครั้งด้วยไมโอซิส (ไมโอซิส II) โดยแยกตัวเองออกเป็นเซลล์ชนิดอื่นที่เรียกว่าสเปิร์มปิดซึ่งมีโครโมโซมครึ่งหนึ่งของสเปิร์มโตโกเนีย พูดว่าพวกเขาเป็นคนโสด

- การเจริญเติบโตของสเปิร์มหรือการสร้างอสุจิ

เมื่อสเปิร์มโตเต็มที่พวกมันจะแยกความแตกต่างออกไปเป็นตัวอสุจิที่โตเต็มที่เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาหลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับการกำจัดไซโตซอลส่วนใหญ่การก่อตัวของแฟลกเจลลาและการจัดเรียงใหม่ภายในของออร์แกเนลล์ไซโตโซลิก

การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้บางส่วนเกี่ยวข้องกับการควบแน่นของนิวเคลียสของเซลล์ด้วยการยืดตัวของเซลล์และการจัดเรียงใหม่ของไมโทคอนเดรีย

ต่อมาเซลล์เหล่านี้จะย้ายเข้าสู่หลอดน้ำอสุจิซึ่งเป็นท่อประหลาดในอัณฑะซึ่งจะถูกเก็บไว้และดำเนินกระบวนการเจริญเติบโตต่อไป อย่างไรก็ตามเพียงผ่านกระบวนการที่เรียกว่า capacitation ซึ่งเกิดขึ้นในระบบสืบพันธุ์เพศหญิงเท่านั้นที่จะทำให้สเปิร์มเจริญเติบโตเต็มที่

อ้างอิง

Barrett, KE, Barman, SM, Boitano, S. , & Brooks, H. (2012). Ganong's Review of medical physiology, (LANGE Basic Science).
Chen, H. , Mruk, D. , Xiao, X. , & Cheng, CY (2017). การสร้างเซลล์สืบพันธุ์ของมนุษย์และการควบคุม Contemporary Endocrinology, 49–72
Clermont, Y. (1970). พลวัตของการสร้างอสุจิของมนุษย์ ในอัณฑะมนุษย์ (หน้า 47–61)
Dadoune, JP (1995). สถานะนิวเคลียร์ของเซลล์อสุจิของมนุษย์ ไมครอน เอลส์
Gartner, LP, & Hiatt, JL (2006). ตำราสีของจุลชีววิทยา e-book วิทยาศาสตร์สุขภาพเอลส์เวียร์
Griswold, MD (2015). Spermatogenesis: ความมุ่งมั่นต่อไมโอซิส Physiological Reviews, 96, 1–17
Solomon, E. , Berg, L. , & Martin, D. (1999). ชีววิทยา (ฉบับที่ 5) Philadelphia, Pennsylvania: สำนักพิมพ์ Saunders College

อสุจิ: หน้าที่, ชิ้นส่วน, วงจรชีวิต, การสร้างอสุจิ - กายวิภาคศาสตร์และสรีรวิทยา - 2026