Acrosomul este termenul folosit pentru a descrie o organelă veziculară care preced nucleul celulelor spermatozoide (spermatozoare) de animale vertebrate și nevertebrate și este compus din proteine și enzime special configurate.
Sperma sunt gametii sau celulele sexuale masculine. Au jumătate din încărcătura genetică a organismului care le dă naștere, adică sunt celule haploide, iar funcția lor principală este de a fertiliza ovulul produs de o femelă, pentru a forma un nou individ diferit genetic.
La majoritatea animalelor, spermatozoizii sunt celule mobile al căror corp este împărțit în două regiuni bine definite: un cap și o coadă, ambele acoperite de aceeași membrană plasmatică. Capul este porțiunea care conține nucleul și o mare parte a citosolului, în timp ce coada este o structură flagelară care servește la motilitate.
Acrosomul este localizat în capul celulelor spermei, în special la capătul distal, acoperind practic întreaga suprafață celulară, iar proteinele conținute în această veziculă au funcții speciale în timpul procesului de fertilizare.
Funcții acrosome
Schema structurii unui spermatozoizant și localizarea acrosomului (Sursa: Gevictor prin Wikimedia Commons)
Acrosomii au o funcție primară în timpul procesului de fertilizare la locul de atașare a spermei cu zona pellucida a ovulului (care este acoperirea exterioară a acestei celule gametice feminine), lucru demonstrat de unele studii legate de infertilitate cu defecte în această structură veziculară.
În unele articole științifice este posibil să se găsească descrieri ale acestor organele în care sunt denumite „asemănătoare cu lizozomii celulari”, deoarece sunt structuri în formă de sacul, care servesc diferitelor scopuri digestive și de apărare intracelulare.
Astfel, funcția acestor vezicule spermatice este de a degrada componentele zonei pellucida, în timp ce sperma își face drum spre ovul pentru a fuziona cu membrana și a-l fertiliza.
Instruire
Morfologia acrosomului variază foarte mult între specii, dar este aproape întotdeauna o structură veziculară derivată din complexul Golgi, care este sintetizată și asamblată în primele etape ale spermiogenezei (diferențierea spermatidelor în spermatozoizi).
Veziculul acrosomal este delimitat de două membrane cunoscute sub numele de membrane acrosomale, care sunt una internă și una externă. Aceste membrane conțin diferite componente structurale și nestructurale, proteine și enzime de diferite tipuri, care sunt importante pentru stabilirea unei matrici interne.
Aceste componente interne participă la dispersia matricei acrosomale, la pătrunderea spermei prin zona pellucida a ovulului (acoperire extracelulară) și la interacțiunea dintre membranele plasmatice ale ambelor celule gametice.
Cum se formează acrosomul?
La începutul spermiogenezei, când meioza este completă, celulele haploide rotunjite își schimbă forma în ceea ce este caracteristic spermei.
În timpul acestui proces, complexul Golgi este un sistem proeminent de tubule și vezicule dens împachetate, care sunt distribuite în regiunile din apropierea poliilor nucleului. Unele vezicule derivate din complexul Golgi cresc în dimensiune și cresc concentrația lor de componente granulare fine.
Fiecare granulă fină își eliberează conținutul bogat de glicoproteină în interiorul acestor vezicule mai mari, iar acest lucru este ceea ce unii autori numesc „sistemul acrosomal în formare”, din care se formează ulterior capota spermei și acrosomul.
Concomitent cu procesul de „încărcare” a granulelor, aceste vezicule primesc, de asemenea, mai multe glicoproteine care sunt sintetizate și transportate activ în ele.
La rozătoare, procesul de formare și evoluție a sistemului de spermatozoizi acrosomali are loc în patru faze în timpul spermiogenezei. Primul este cunoscut sub numele de faza Golgi și este atunci când granulele „pro-acrosomale” se formează din sacculețele feței trans a complexului Golgi.
Ulterior, aceste granule fuzionează pentru a forma un singur granul acrosomal, care se prelungește datorită translocării de noi proteine din complexul Golgi (faza a doua). A treia fază este cunoscută ca faza acrosomică și constă în conformația structurală emisferică a acrosomului.
A patra fază, cunoscută și sub denumirea de fază de maturizare, are legătură cu diferite schimbări care apar în morfologia nucleară (acrosomul în formare se află în imediata apropiere a nucleului) și cu migrația acrosomului și distribuția acestuia în întreaga celulă. .
Reacţie
După cum am menționat, acrosomul este o vezicule care diferă de complexul Golgi al spermei. Procesul prin care conținutul luminal al acestei vezicule este eliberat înainte de fuziunea dintre ovul și spermatozoizi în timpul reproducerii sexuale este cunoscut ca reacție acrosomă.
Această reacție, precum și morfologia acrosomilor, variază mult de la o specie la alta, în special între vertebrate și nevertebrate; cu toate acestea, în ambele cazuri este un eveniment extrem de reglementat.
Reacție acrosomică (Sursa: Cremaster prin Wikimedia Commons)
fundal
Reacția acrosomală are loc numai atunci când spermatozoizii sunt eliberați de un bărbat în tractul genital al unei femei și se deplasează la ovare, unde se află ouăle, ceea ce presupune că aceste celule au suferit anterior două procese de maturizare:
- Tranzitul prin epididimă (la gonadele masculine)
- Antrenament (în timpul tranzitului prin tractul genital al femeii)
Doar spermatozoizii pregătiți sunt capabili, molecular vorbind, să „recunoască” zona pellucida și să se alăture acesteia, deoarece este un proces mediat de carbohidrați recunoscuți de receptorii specifici ai membranei spermei.
Când un spermatozoid se unește cu zona pellucida a unui ou, sunt activate căile de semnalizare dependente de calciu care declanșează exocitoza acrosomică, care începe cu fuziunea membranei acrosomale exterioare cu membrana plasmatică a spermei.
Fertilizarea, adică fuziunea nucleelor feminine și masculine în citosolul ovulului este posibilă doar prin reacția acrosomică, deoarece sperma folosește enzimele conținute în această veziculă pentru a traversa zona pelucida și a ajunge la membrană plasma ovulului.
enzimele
Există mai multe enzime conținute în lumenul acrosomal; Asemănător celor din lizozomi sunt unele glicolhidrolaze acide, proteaze, esteraze, fosfataze acide și arilsulfataze.
Printre proteinazele acrosomale și peptidazele se numără acrosina, cea mai studiată enzimă din acrosom și care este o endoproteinază cu proprietăți similare cu cele ale tripsinei pancreatice. Prezența sa a fost confirmată cel puțin la toate mamiferele. Este prezent în forma sa inactivă, proacrosina.
O parte din literatura de specialitate sugerează că această enzimă poate fi găsită și pe suprafața spermatozoizilor, unde complexul proacrosină / acrosină pare să fie unul dintre receptorii necesari pentru recunoașterea zonei pelucida.
Acrozomii sunt, de asemenea, bogați în enzime glicozidază și cel mai cunoscut este hialuronidaza, care este asociată cu membrana acrosomală exterioară și cu membrana plasmatică a spermei.
Dintre enzimele lipazei prezente în acrosomi, se remarcă fosfolipaza A2 și fosfolipasa C. De asemenea, au fosfataze precum fosfataza alcalină și unele ATPaze.
Referințe
- Abou-Haila, A., & Tulsiani, DR (2000). Acrosom spermatic mamifer: formare, conținut și funcție. Arhivele de biochimie și biofizică, 379 (2), 173-182.
- Berruti, G., & Paiardi, C. (2011). Biogeneză acrosomică: revizuirea întrebărilor vechi pentru a oferi noi perspective. Spermatogeneză, 1 (2), 95-98.
- Dan, JC (1956). Reacția acrosomică. In International Review of cytology (Vol. 5, p. 365-393). Presă academică.
- Dan, JC (1967). Reacție acrosomă și lizine. În Fertilizare (pp. 237-293). Presă academică.
- Khawar, MB, Gao, H., & Li, W. (2019). Mecanismul biogenezei acrosomului la mamifere. Frontiere în biologie celulară și dezvoltare, 7, 195.
- Solomon, EP, Berg, LR, & Martin, DW (2011). Biologie (ediția a 9-a). Brooks / Cole, Cengage Learning: SUA.
- Zaneveld, LJD și De Jonge, CJ (1991). Enzime acrosomale spermatozoide mamifere și reacția acrosomului. Într-o imagine de ansamblu comparativă a fertilizării mamifere (pp. 63-79). Springer, Boston, MA.