Reproduction
Spermatozoïdes : structure et maturation

Les gamètes - du grec gamétês, époux - sont des cellules haploïdes (comme les ovules, gamètes femelles), c'est-à-dire que leur noyau contient n chromosomes, la moitié de celui des cellules " normales " diploïdes à 2n chromosomes.

Vous pouvez suivre l'évolution des idées de la notion de gamètes et de reproduction sexuée dans les chapitres sur l'évolution.

Vous pouvez étudier :

• la spermatogenèse qui, à partir d'une spermatocyte I (diploïde) aboutit à quatre spermatides (haploïdes), grâce à une division particulière appelée méiose qui réduit le nombre de chromosomes de moitié (n).
• la spermiogenèse qui transforme les spermatides en spermatozoïdes.

Nous allons décrire la structure de ce spermatozoïde testiculaire qui ne deviendra mobile (mouvements des spermatozoïdes) et fécondant que lors d'une maturation épididymaire et de la capacitation dans les voies génitales femelles pour former avec un ovule (n), un oeuf ou zygote (2n).

Structure des spermatozoïdes

Le spermatozoïde, décrit pour la première fois en 1677 par Antoni van Leeuwenhoek, peut être divisé en trois régions.

1. La tête est la région " génétique " qui contient le noyau surmonté de l'acrosome élaboré par l'appareil de Golgi.

Les protamines, qui s'associent à l'ADN, ont remplacées les histones (respectivement, 85% et 15% chez l'homme) pour produire une structure condensée, insoluble et très organisée : leur rôle est de protéger et de donner un hydrodynamisme au spermatozoïde.

Ce processus est essentiel à la transmission du génome mâle, car il peut se produire des cassures dans l'ADN qui peuvent provoquer des stérilités ou des mutations.

L'appareil de Golgi a formé l'acrosome qui coiffe le noyau. Il est composé de deux membranes :

• la membrane acrosomique externe qui, fusionnera avec la membrane cellulaire du spermatozoïde, lors de la réacion acrosomique, pour libérer tout le contenu de l'acrosome qui lyse la zone pellucide, permettant la pénétration du spermatozoïde et son contact avec l'ovocyte ;
• la membrane acrosomique interne sera incorporée telle quelle et digérée dans le cytoplasme ovulaire.

L'acrosome, très riche en enzymes (hydrolases comme la hyaluronidase, protéases comme l'acrosine…), permet la pénétration du matériel génétique du spermatozoïde dans l'ovule.

2. La pièce intermédiaire est la région " métabolique " qui est constituée de mitochondries, carburant du spermatozoïde (ATP) et, en particulier, des mouvements du flagelle.

Elle contient le centriole proximal dont le rôle est essentiel dans le rapprochement des pronuclei mâle et femelle (formation du spermaster) et dans la fabrication du premier fuseau mitotique du zygote (oeuf fécondé). Le centriole proximal servira à fournir tous les organites tubulaires du futur zygote.

3. La queue est la région " locomotrice " qui est constitué du flagelle qui permettra au spermatozoïde de remonter dans les voies génitales femelles (mouvements des spermatozoïdes).

Le centriole distal produit des microtubules qui forment l'axonème du flagelle du futur spermatozoïde.

Chez l'homme, la tête du spermatozoïde mesure environ 5 µm de longueur sur 3 µm de largeur, la pièce intermédiaire 10 µm sur 0,8 µm, la queue 50 µm sur 0,5 µm.

Maturation des spermatozoïdes
(transit extratesticulaire)

L'épididyme est un canal qui permet la maturation des spermatozoïdes et leur stockage.

Le spermatozoïde change progressivement de forme au cours du parcours épididymaire, de la tête à la queue :

• La gouttelette cytoplasmique disparaît progressivement.
• L'acrosome acquiert sa forme définitive à la sortie de l'épididyme.

Au niveau moléculaire, des transformations sont essentielles à la reconnaissance spermatozoïde-ovule, c'est-à-dire à sa fixation sur la zone pellucide de l'ovocyte et à la pénétration de son génome, donc à la fécondation :

• la glycolysation (O et N-glycosylation) des protéines membranaires du spermatozoïde (qui peuvent faire doubler le poids moléculaire de ces protéines) ;
• le remodelage des lipides des spermatozoïdes : le cholestérol et les acides gras saturés diminuent au cours du transit, ce qui facilite la fluidité membranaire (encore augmentée lors de la capacitation dans les voies génitales femelles) ;
• la relocalisation de certaines protéines acrosomales dans certains endroits bien précis de l'acrosome (acrosine, contrairement de l'équatorine chez le cobaye dont les rôles sont inconnus).

Ces modifications membranaires sont dues à des échanges entre des vésicules épididymaires (épididymosomes) et la membrane du spermatozoïde.

Mouvements des spermatozoïdes