Spermiogenese

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 27. Februar 2017
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Als Spermiogenese wird die Umbildungsphase der durch die Spermatogenese entstandenen Spermatiden zu reifen und befruchtungsfähigen Spermien genannt. Während der Spermiogenese verlieren die Spermatiden einen großen Teil ihres Cytoplasmas und es bildet sich die Geißel aus, die der aktiven Fortbewegung dient. Auf dem Kopf mit der Kern-DNA bildet sich, gegenüber des Ansatzpunktes der Geißeln, das Akrosom aus, das Enzyme enthält, die das Eindringen in die Eizelle ermöglichen.

Inhaltsverzeichnis

Was ist die Spermiogenese?

Im Gegensatz zur Spermatogenese, in deren Verlauf die Keimzellen jeweils eine Mitose und eine Reifeteilung (Meiose) I und II durchlaufen und anschließend als Spermatiden bezeichnet werden, betrifft die Spermiogenese ausschließlich den Umbau der Spermatiden zu reifen und befruchtungsfähigen Spermien.

Die Spermiogenese eines Spermatids dauert etwa 24 Tage. Die Spermatiden, die durch die vorherige Meiose nur noch über einen haploiden Chromosomensatz verfügen, werden in eine spezialisierte Zelle umgewandelt, die ausschließlich dem Zweck dient, in ein befruchtungsfähiges weibliches Ei einzudringen.

Die Verwandlung eines Spermatids zum Spermium ist mit gravierenden inneren und äußeren Veränderungen verbunden. Das Spermatid verliert fast sein gesamtes Cytoplasma, so dass im Wesentlichen nur noch der Kern, der die DNA enthält, übrig bleibt. Die stark verkleinerte Zelle wird zum Kopf des zukünftigen Spermiums umgebaut. Dort, wo sich die Zentriole befindet, entsteht eine Geißel, auch Schwanz genannt, die zur aktiven Fortbewegung des Spermiums dient.

Auf der Seite, die der Geißel gegenüber liegt, bildet sich eine Kappe, das Akrosom, das Enzyme enthält, die das Eindringen in die weibliche Eizelle ermöglichen. Die Mitochondrien, die sich einschließlich ihrer mitochondrialen DNA und RNA ursprünglich im Cytosol des Spermatids befanden, lagern sich an das Mittelstück der Geißel an und sorgen für die nötige Energie zur Fortbewegung.

Funktion & Aufgabe

Das Spermatid, das zu Beginn der Spermiogenese noch als haploide Zelle erkennbar ist, verwandelt sich in ein äußerlich und innerlich stark verändertes Spermium. Der haploide Chromosomensatz wird dabei nicht mehr verändert. Es kommt lediglich zur Auslagerung der Mitochondrien zusammen mit der mitochondrialen DNA und RNA, um den Geißeln die notwendige Energie für ihre Bewegungen zu verleihen. Die Spermien innerhalb eines Ejakulats unterscheiden sich genetisch nur dadurch, dass 50 Prozent ein X- und die anderen 50 Prozent ein Y-Chromosom enthalten.

Eine Besonderheit besteht darin, dass das Spermium beim Eindringen in das weibliche Ei die Geißel abwirft und damit die mitochondriale DNA aus der männlichen Samenzelle keine Rolle mehr spielt. Die mitochondriale DNA des befruchteten Eis, der späteren Zygote, stammt ausschließlich von den Mitochondrien der Mutter ab.

Die Spermiogenese dient dazu, die Spermatiden in zweckgebundene, optimierte Samenzellen umzuwandeln. Kräftige Spermien, die sich nach der Ejakulation möglichst schnell in Richtung des befruchtungsfähigen Eis bewegen können, haben die größten Chancen zur Weitergabe ihres Chromosomensatzes.

Als Spermiogenese wird die Umbildungsphase der durch die Spermatogenese entstandenen Spermatiden zu reifen und befruchtungsfähigen Spermien genannt.

Nach dem Andocken an die Membran des Eis, wird ein physiologischer Vorgang ausgelöst, der es verhindert, dass weitere Spermien andocken können. Bewegungsfähigkeit und Energiereserven der einzelnen Spermien können entscheidend zum „Gewinn des Rennens“ beitragen.

Dabei geht es weniger um die Konkurrenz der genetisch identischen Spermien innerhalb eines Ejakulats, sondern um die Konkurrenz mit Spermien aus einem „fremden“ Ejakulat, da Menschen nicht grundsätzlich monogam leben. Die Möglichkeiten zum Gewinnen des Konkurrenzkampfes gegen „Fremdspermien“ erschöpfen sich nicht in „rein sportlichem Wettkampf“, sondern ein Teil der Spermien innerhalb eines Ejakulats sind bewegungsunfähig und können Fremdspermien quasi den Weg versperren. Innerhalb eines Ejakulats befinden sich zudem „Killerspermien“, die Fremdspermien erkennen und mit chemischen Mitteln abtöten können.

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Krankheiten & Beschwerden

Störungen, Krankheiten, genetische Anomalien, der übermäßige Genuss von Alkohol oder anderen Drogen und vieles mehr können zur Beeinträchtigung der Spermiogenese führen, so dass sich eine reversible oder dauerhafte Unfruchtbarkeit (Infertilität) einstellen kann. In den meisten Fällen sollten Störungen der Spermiogenese nicht isoliert betrachtet werden, da sie in der Regel die Folge einer gestörten Spermatogenese sind.

Grundsätzlich kann eine gestörte Spermiogenese aufgrund von Erkrankungen oder Läsionen der Spermien produzierenden Organe, den Hoden, verursacht werden oder durch Fehlfunktionen in der Hormonproduktion. Die verschiedensten Hodenanomalien wie Hodenhochstand, Hodenhypoplasie und Infektionen der Prostata sowie eine Mumps-bedingte Hodenentzündung (Mumpsorchitis) sind typische Verursacher von Störungen in der Spermiogenese und der Spermatogenese, die meist zu einer verminderten Fertilität oder sogar zu gänzlicher Infertilität führen.

Ähnliche Auswirkungen können Erkrankungen der Hoden wie Varikozelen, Spermatozelen, Hydrozelen oder Prostata-Tumore haben. Ebenfalls in den Bereich von Störungen der Spermiogenese durch die erzeugenden Organe fällt beispielsweise eine Strahlentherapie zur Krebsbehandlung, die die Hoden schädigen kann.

Als extragenitale Ursachen gelten Krankheiten, die Auswirkungen auf Spermatogenese und Spermiogenese haben können. Es sind vor allem fiebrige Infekte, die infolge einer Temperaturerhöhung der Hoden zu einer vorübergehenden Beeinträchtigung der Bildung von Samenzellen führen können. Umweltgifte und berufsbedingter Umgang mit toxischen Substanzen wie Bisphenol A, organische Lösungsmittel, Pestizide, Herbizide, Schwermetalle, Weichmacher von Kunststoffen und vieles mehr stellen Risiken für eine Beeinträchtigung der Spermiogenese dar.

Besondere Aufmerksamkeit verdienen auch Hypothalamus und Hypophyse, die Hauptschaltzentrale für die Steuerung hormoneller Vorgänge im Körper. Falls die Hypophyse nicht in der Lage ist, Steuerhormone wie FSH (Follikel stimulierendes Hormon) und LH (luteinisierendes Hormon) und einige andere in der notwendigen Konzentration zur Verfügung zu stellen, kommt es als Folge zu einer veränderten – meist verminderten – Produktion von Sexualhormonen und damit zu einer Störung der Spermiogenese.

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