05 Spermatozoa*Oya

REVIEW
Spermatozoa Metabolizmas›na De¤iflik Bir Bak›fl:
Kompartmantalizasyon
Kaan AYDOS
Ankara University Infertility Research and Application Center, Ankara, Turkey
Received 02 February 2005; accepted 23 March 2005
Abstract
Different Point of View on Spermatozoa Metabolism: Compartmentalization
Although spermatozoa is an extremely small cell, most of the metabolic pathways which are normally present in living organisms, are included in it. However, because of its very scarce cytoplasm, explaining the transport of metabolic end-products
to other parts of the cell by classical knowledge is difficult. Recent studies suggest that metabolism of the spermatozoa is limited to certain parts of the cell. The most proper definition of this concept is “compartmentalization”. The meaning of compartmentalization here is the occurrence of different sperm reactions, with respect to timing of sperm functions, in different
parts of the cell. Two physical barriers, posterior ring and annulus, are evidences of compartmentalization of spermatozoa.
These physical barriers divide the spermatozoa into both physical and functional compartments. If we divide the spermatozoa into three parts as head, mid-piece and principle-piece, it is understood that different metabolic pathways work in each
part. For this reason, while analysing sperm morphology, morphologies of different parts should be indicated and interpreted
separately. By this way, the treatment modality may be established much more specifically.
Keywords: spermatozoa, metabolism, compartmentation
Özet
Spermatozoa çok küçük bir hücre olmakla birlikte, bir canl› organizmas›nda bulunan ço¤u metabolik yolu bünyesinde tafl›maktad›r. Ancak, sitoplazmadan son derece fakir olmas› nedeniyle, metabolik reaksiyonlar›n son ürünlerinin hücrenin di¤er
bölümlerine tafl›nmas›n›n klasik bilgilerimizle izah› güçlük göstermektedir. Son y›llarda yap›lan çal›flmalar, spermatozoa metabolizmas›n›n hücrenin belirli bölgelerinde s›n›rl› oldu¤unu önermektedir. Bunun en uygun tan›m› ise “kompartmantalizasyon” fleklinde yap›labilir. Kompartmantalizasyonun buradaki anlam›, reaksiyonlar›n spermin fonksiyon zamanlamas›na göre,
farkl› hücre bölümlerinde meydana gelmesidir. ‹ki fiziksel bariyer, posterior ring ve annulus, spermatozoan›n kompartmantalizasyonunu gösteren bulgulard›r. Bu fiziksel bariyerler spermatozoay› gerek fiziksel gerekse fonksiyonel bölgelere ay›r›r. E¤er
spermatozoay› bafl, orta-parça ve esas-parça olmak üzere 3 k›sma bölersek, her bir k›s›mda farkl› bir metabolik yolun iflledi¤i
anlafl›labilecektir. Bu nedenle sperm morfolojisi analiz edilirken farkl› bölgelerinin morfolojileri ayr› ayr› belirtilmeli ve yorumlanmal›d›r. Böylece, tedavi flekli de daha spesifik olarak belirlenebilir.
Anahtar sözcükler: spermatozoa, metabolizma, kompartmantalizasyon
Spermatozoan›n yap›s›
Spermatozoa genel olarak bafl ve kuyruk k›s›mlar›ndan oluflmufltur. Bafl›n görevi esas olarak, içindeki genetik materyali
difli gamete ulaflt›rmak ve bu gamette baz› fonksiyonlar›n baflamas› için etkileflimde bulunmakt›r. Kuyru¤un içinde ise aksonem bulunur. Aksonem, orta ve esas-parçalarda “outer dense fibers” denilen hücre iskeleti organelleri ile kuflat›lm›flt›r.
Bunun d›fl›nda ise orta-parçada mitokondri, esas-parçada ise
Corresponding Author: Dr. Kaan Aydos
Mesa 2. Ufuk Sitesi, Kehribar Sok. No: 9/40
Gaziosmanpafla 06700 Ankara, Türkiye
Phone
: +90 312 362 30 30/6815
Fax
: +90 312 362 60 05
E-mail
: ksaydos@superonline.com
204
fibröz k›l›f bulunur. Fibröz k›l›f esas-parçan›n bafllad›¤› yerde
bafllar ve son-parçada kesilir. Son-parça ise fibröz k›l›f›n sonland›¤› yerde bafllar.
Spermatozoa gerek yap›sal gerekse fonksiyonel ve metabolik
bak›mdan kesin s›n›rlarla kompartmanlara ayr›lm›fl bir hücredir: bafl, orta-parça ve esas-parça (fiekil 1). Orta-parça mitokondri ile çevrelenmifltir. Esas-parça ise kuyru¤un aktif k›sm›d›r. Spermatozoan›n ultrastrüktürel incelenmesi 2 önemli yap›
n›n varl›¤›n› ortaya koymufltur: posterior ring ve annulus.
Bunlar tamamen mekanik ay›r›m noktalar› olup, membran yap›lar› bu noktalarda fiziksel olarak kesintiye u¤rar. Posterior
ring’de nükleusu çevreleyen zarf (nuclear envelope) spermin
plazma membran› ile füzyona u¤ram›flt›r. Bu bölgede çizgili
Aydos K, Different Point of View on Spermatozoa Metabolism: Compartmentalization
J Turkish German Gynecol Assoc, Vol. 6(3); 2005:204-209
J TURKISH GERMAN GYNECOL ASSOC, Vol. 6(3); 2005
Akrozom (arterior)
Akrozom (ekvatorla segment)
Post-akrozom
Bafl
Posterior ring
Orta-parça (mitokondri)
Annulus
Fibröz k›l›f
Esas-parça (aksonem)
fiekil 1. Spermatozoan›n bölümleri.
bant denilen, çepeçevre bafl›n kaudal bölgesini saran bir halka oluflturur. Asl›nda halkan›n yap›s› da özellik gösterir.
Çünkü elektronmikroskobik görünümü ince, transvers yönde
uzanan bantlar›n varl›¤›n› ortaya koyar.
Asl›nda sperm membran› posterior ring bölgesinde fonksiyonel farkl›l›k da gösterir. Bilindi¤i gibi akrozom reaksiyonunu takiben bafl›n ön yar›s›n› kaplayan membran tamamen kaybolur. Oysa motilite devam eder. Motilitenin devam edebilmesi ise bütünlü¤ünü korumufl bir membran yap›s›n› gerektirir. Di¤er bir ifadeyle, posterior ring noktas›n›n önünde kalan membran akrozom reaksiyonunda görevli olup, kaybolurken, arkas›ndaki membran k›sm› motilitenin devam›nda rol al›r. Dolay›s›yla, iki farkl› görev yapan
membran söz konusudur: Posterior ring’in önü ve arkas›ndaki membran. ‹ki membran bölgesinin ultrastrüktürel yap›s› düflünüldü¤ünde, aralar›nda bölümlenmenin yan› s›ra
bir birleflmenin de olabilece¤i kan›s› edinilmektedir. Gerçekten de, hareket ederken bafl›n kuyruktan kopmamas›n›
sa¤layan yap›, iflte bu kuvvetli yap›flma noktas›, yani posterior ring’dir (1).
Posterior ring yap›s› tüm canl›larda da görülmektedir. Ayr›ca, postakrozomal membran ile ön akrozomal membran aras› nda fonksiyonel ve biyokimyasal farkl›l›klar da ortaya konulmufltur. Ön k›s›mda membran akrozom reaksiyonunu yaparken, arka k›s›m oosit ile füzyonu sa¤layacak moleküllere
sahiptir. Kolloidal iyon ve lektin ba¤lanma özelliklerindeki
farkl›l›klar da bu ayr›m› izah edebilmektedir (2,3).
Annulus ise mitokondrinin çevreledi¤i orta-parçan›n hemen
sonland›¤› yerdeki bir yap›d›r. Bu noktada aksonemi çevreleyen membran yap›s› bafltan gelen membran yap›s› ile ultrastrüktürel bir birleflme gösterir. Asl›nda membran yap›lar›
birbiriyle devaml›l›k göstermekteyse de, membran partiküllerinin mobilitesini engelleyen bir fiziksel bariyer oldu¤u kabul edilmektedir (4).
‹flte, yukar›da tan›mlanan iki fiziksel bariyer, posterior ring
ve annulus, spermatozoan›n kompartmantalizasyonunu gösteren bulgulard›r. Bu fiziksel bariyerler spermatozoay› gerek
fiziksel gerekse fonksiyonel bölgelere ay›r›r. Afla¤›da bu bölgeler aras›ndaki metabolik farkl›l›klar ayr›nt›l› olarak irdelenecektir.
Spermatozoa metabolizmas›
Matürasyonunu tamamlam›fl spermatozoada da, di¤er hücrelerde oldu¤u gibi metabolizman›n bütün reaksiyonlar›n› görmek mümkündür. Gerçekten de spermatozoada pentoz fosfat
yolu, glükolizis, sitrik asit siklusu ve oksidatif fosforilizasyon ifllemektedir (5). Spermatozoa metabolizmas›n›n en ilginç yan›, sitoplazmas›n›n yok denecek kadar az olmas›d›r.
Bununla uyumlu olarak nükleusunda transkripsiyon ve translasyon da olmaz. Yani ne sentez ne de protein yap›m› vard›r.
Oosite ulaflma ve penetrasyon görevini yerine getirmesi için
ileri-h›zl› motilite, hiperaktif motilite ve akrozom reaksiyonu
temel fonksiyonlar›d›r.
‹flte motilite ve akrozom reaksiyonu fonksiyonlar›n› yerine
getirebilmesi için gerekli enerji spermin metabolizmas› ile
sa¤lan›r. Enerji ise fosfat (P) molekülleri ile tafl›n›r ve esasen
ATP’de, daha az oranda da GTP ve NADPH içerisinde bulunur. Bu yak›tlar sonuçta, i) aksonemdeki dynein kollar›n›n
birbiri üzerinden kayarak hareket etmesi ve böylece spermin
ileri do¤ru gitmesi, di¤er yandan ii) akrozomdaki veziküllerin ekzositozu ile içeriklerini d›flar› boflaltmalar› amac›yla
kullan›l›r.
Mademki spermatozoan›n sitoplazmas› çok azd›r, bu durumda içerisindeki moleküllerin bir yerden baflka yere tafl›nmalar› da güçleflir. Ayr›ca, yeni protein sentezi de yapmamaktad›r. Neticede, spermatozoan›n her bir bölgesi,
kendi ihtiyac›n› karfl›layacak enerjisini lokal olarak üretmek zorundad›r. Bunun anlam›, spermatozoada farkl›
kompartmanlarda farkl› metabolizma vard›r. O bölgesinin
fonksiyonunu yerine getirmesi için ne gerekiyorsa, önceden temin edilir, o bölgede saklan›r ve zaman› gelince kullan›l›r. ‹flte bu, spermatozoan›n kompartmantalizasyonu
olarak tan›mlanmaktad›r (6).
Yukar›da belirtildi¤i gibi spermin fonksiyonlar›n› yerine
getirebilmesi için enerjiye, yani ATP (glükolizis ve oksidatif fosforilizasyon ile üretilir), GTP (sitrik asit siklusunda üretilir) ve NADPH’ye (pentoz fosfat yoluyla üretilir)
ihtiyac› vard›r. Hücrede en fazla ATP üretimi mitokondride, oksidatif solunum ile elde edilir, en fazla tüketildi¤i
yer ise kuyruk hareketleri s›ras›nda aksonemdeki dynein
kollar›ndad›r (7,8). Bununla ilgili enzimler ise yine ortaparça içerisine s›k›flm›fllard›r (orta parça kompartman›).
Aksonem orta-, esas- ve son-parçalar boyunca uzan›r. Oysa spermatozoa içerisinde mitokondride üretilen enerjiyi
distaldeki dynein-ATPas’lara tafl›yacak bir sistem bulunmamaktad›r (9). O halde kuyru¤un geri kalan k›s›mlar›nda
(esas-parça ve son-parçada) enerji üretimi nas›l olmaktad›r?
205
Aydos
J TURKISH GERMAN GYNECOL ASSOC, Vol. 6(3); 2005
Afla¤›da daha detayl› anlat›ld›¤› gibi, esas-parçan›n üzerini
örten fibröz k›l›fta glükolizis yoluyla enerji üretimi gerçekleflir ve hemen alt›ndaki aksoneme geçerek, dynein kollar›n›n
harekete geçmesini sa¤lar (7). Glükoliziste rol alan hekzokinaz ve gliseraldehit 3-fosfat dehidrogenaz enzimlerinin fibröz k›l›f üzerinde bulunduklar› gösterilmifltir (10,11).
lard›r. Glükoliziste rol alan hekzokinaz ve gliseraldehit 3fosfat dehidrogenaz enzimlerinin ise fibröz k›l›f üzerinde
bulunduklar› gösterilmifltir (10,11). ‹flte, kuyru¤un esasparça ve son-parças› üzerindeki fibröz k›l›fta ATP üretimi,
plazma membran›ndaki GLUTs taraf›ndan tafl›nan glükozun yak›lmas›yla sa¤lan›l›r.
Halbuki, orta-parça ve bafl bölgesinde glükoliziste rol alan
gliseraldehit 3-fosfat dehidrogenaz bulunmad›¤› için, sperm
bafl› ve orta-parças›nda glükoz metabolizmas›ndan sorumlu
bir baflka metabolik yol düflünülmektedir: pentoz fosfat yolu
(12). Bu yol sayesinde NADPH a盤a ç›kmaktad›r. Pentoz
fosfat yolu asl›nda sperm fonksiyonlar›nda son derece önemlidir. Çünkü bafl üzerinde lokalizedir ve bu sayede; kromatin
dekondensasyonu, sperm-oosit füzyonu, penetrasyon ve oksidatif strese karfl› glutatyon yap›m› gibi fonksiyonlarda rol al›r.
Enerji elde edilirken glükoz basamak basamak y›k›l›r. Her
kademede özel bir enzim rol al›r ve kontrollü parçalanmay›
sa¤layarak, enerjinin birdenbire a盤a ç›kmas›na mani olur.
‹flte glükozun bu 10 kademede y›k›larak pirüvik asit, bundan
da laktik asidin a盤a ç›kt›¤› reaksiyonlar zincirine glükolizis
ad› verilir (fiekil 2). Tamamen anaerob, yani oksijen kullanmaks›z›n gerçekleflir. Bilindi¤i üzere, anaerobik solunum mitokondri olmayan dokularda veya yeterli oksijen sa¤lanamayan hücrelerde ATP oluflumunun devam›n› sa¤lar. Esas-parçada da mitokondrisiz bir enerji üretimi önerilmektedir. Demek ki esas-parça, enerjisini glükolizis yoluyla elde etmektedir. Oysa orta parçada GAPDH enziminin gösterilememifl
olmas›, mitokondrinin enerji üretiminde kullanaca¤› substratlar› n hangi yol ile sa¤land›¤› konusunu güçlefltirmektedir.
Burada ya¤ asitlerinin rolü olup olmad›¤› bilinmemektedir.
‹lginç olarak, spermde mitokondride meydana gelen oksidatif solunumda yak›t olarak kullan›lan maddenin, glükoliziste
son ürün olarak a盤a ç›kan laktat olabilece¤i de önerilmektedir. Çünkü, germ hücrelerinde mitokondri matriksinde pirüvik asitin laktik aside dönüflmesini sa¤layan LDH izoformu spesifik bir enzimin bulundu¤u gösterilmifltir:
LDHC4/LDH-X (14).
Buraya kadar olan verilerden anlafl›lmaktad›r ki; spermatozoan› n orta-parças›nda enerji sitrik asit siklusu ve devam›nda
oksidatif solunumdan, esas-parçada glükolizisten, bafl ve belki yine orta-parçada pentoz fosfat yolundan sa¤lanmaktad›r.
Sperm esas-parças›nda glükolizis
Spermatozoa enerjisinin büyük k›sm›n› glükoz ve früktozdan sa¤lar (5). Bu flekerler glükolizis yolunda yak›t olarak
kullan›larak, enerjiye dönüfltürülür ve sonuçta da at›k maddeler a盤a ç›kar. fiekerlerin spermatozoa içerisine girifli
glükoz tafl›y›c›lar› (GLUTs) taraf›ndan sa¤lan›r (13). Bu
tafl›y›c›lar spermin plazma membran›nda lokalize olmufl-
Glukoz
Hekzokinaz
Glukoz 6-P
Fosfoglukoz izomeraz
Fruktoz 6-P
Fosfofrüktinaz 1
Fruktoz 1.6-P
Aldolaz A
Glisoraldohit 3-P
NAH
Gliseraldehit 3-P dehidrogenaz
NADH
1.3-Fosfogliserat
Fosfogliserat kinaz
3-Fosfogliserat
Fosfogliserat mutaz
2-Fosfogliserat
Enolaz
Fosfoenolpiruvat
Krobs siklusu
mitokondride
Piruvat kinaz
Laktat
Laktat
dohidrogenaz -C4
Piravut
WCTs
transmembran at›l›r
ATP oluflumu
Glukozisiz sonucu: 2 Laktat + 2 ATP + 2 H2O yap›lm›fl olur
fiekil 2. Anaerobik glükolizis reaksiyonu ve rol alan enzimler. MCTs: monocarboxylate transporters.
206
J TURKISH GERMAN GYNECOL ASSOC, Vol. 6(3); 2005
Glukoz 6-P dehidrogenaz
Glükoz
Glükoz 6-P
6-P Glukonolakton
6-P Glukonolakton hidrolaz
NADP
NADPH
6-P Glukonat
NADP
NADPH
6-P Glukonat dehidrogenaz
Früktoz 6-P
Ribuloz 5-P
Früktoz 1.6-P
Fosfopentoizomeraz
Gliseraldehid 3-P
Riboz 5-P
Reaksiyonun net sonucu: 2 NADPH
Glükolizis
fiekil 3. Pentoz fosfat yolu (PPP).
Ya¤ asitleri
Piruvat
Asetil CoA
Sitrat
Okzaloasetat
NAD+
‹zositrat
NAD+
Malat
3 NADH
alfa-ketoglutarat
Fumarat
FADH2
NAD+
FAD
Süksinat
Süksinil CoA
GTP
GTP + P
fiekil 4. Sitrik asit siklusu (Krebs siklusu). Neticede 3 NADH + 1 FADH2 + 1 GTP a盤a ç›kar. Net enerji üretimi 12 ATP’dir.
Her ne olursa olsun, anaerobik glükolizisin net ürünü 2 mol
ATP olup, bu da gerekli enerji ihtiyac›nda kullan›l›r. ‹flte, bu
reaksiyonda anahtar enzim olan GAPDH bafl ve ortaparçada
bulunmad›¤› için, glükolizis yolu sadece esas-parçaya özgü
olarak düflünülmekte ve a盤a ç›kan enerjinin de sperm motilitesinde kullan›ld›¤› kabul edilmektedir (11,15).
alan bir enzimdir (5). Bu yolun do¤rudan ATP yani enerji
üretimiyle ilgisi yoktur. Ama teorik olarak glükolizis ile iliflkilendirilmektedir. Yani hiç ATP üretilmez ve tüketilmez.
Neticede her glükoz 6-P molekülünden 2 molekül NADPH
oluflur. Hücre gereksinimlerinin önemli bir bölümü de bu enzime ba¤›ml›d›r.
Sperm bafl›nda pentoz fosfat yolu
(PPP, Heksoz monofosfat yolu)
Sperm bafl›nda membranda lokalize hekzokinaz enzimi gösterilmifl ama GAPDH gösterilememifltir. GAPDH yoksa glükolizis de yoktur. Bu durumda bafl bölgesinde bir baflka metabolik yolun varl›¤› ileri sürülmektedir: pentoz fosfat yolu
(fiekil 3) (6). Gerçekten de sperm bafl›nda glükoz 6-P dehidrogenaz enzimi gösterilmifltir (16). Bu enzim ise PPP’de rol
Pentoz fosfat yolunun 2 önemi vard›r: 1) NADPH’nin ya¤
asitleri biyosentezinde rol almas›, ki bu özellikle sperm
membran›n›n yap›lanmas›nda görev al›yor olabilir ve 2) nükleotid sentezi için gerekli olan riboz 5-fosfat üretmesi. Gerçekten de, NADPH bir redüktan olarak görev yaparak,
membran fonksiyonlar› nda görev alan ROS ve tirpzin-protein fosforilizasyonunu indükler. Demek ki, sperm-oosit füzyonunda, penetrasyonunda ve sperm bafl›n›n dekondensasyo207
Aydos
J TURKISH GERMAN GYNECOL ASSOC, Vol. 6(3); 2005
Kompleks V
ATP
ADP + P
Kompleks 1
H+
NAD
FMNH2
NADH
FMN
H+
Sitokrom B
FADH2
Kompleks III
H+
Sitokrom C
Sitokrom A
O2
H2O
Kompleks IV
FAD
Kompleks II
fiekil 5. Elektron transportu ve oksidatif fosforilizasyon. Kompleksler mitokondri iç membran›nda lokalize olup, ATP sentezi basama¤› matriksinde gerçekleflmektedir.
FAD: Filavin adenin dinükleotid; NAD: Nikotinamid adenin dinükleotid; FMN: Flavin mononükleotid; CoQ: Koenzim Q.
nunda PPP metabolizmas› kritik öneme sahiptir. Ayn› zamanda, PPP s›ras›nda glutatyon yap›m› da artarak sperm
membran› ve nükleusun oksidatif stresten korunmalar› da
sa¤lanmaktad›r (17). Ayr›ca, PPP reaksiyonunda üretilen riboz 5-P, nükleotid sentezinde prekürsör olarak rol al›r. Zigotta daha pronükleuslar›n migrasyonu evresindeyken ilk
DNA replikasyonunun görülüyor olmas›, eflzamanl› PPP aktivasyonu ile iliflkilendirilmektedir (13,18).
Spermin kompartmantalizasyonunu destekler özellikte bir
gözlem de, spermatogenezin farkl› evrelerinde farkl› metabolizmalar› n aktif olmalar›d›r. Örne¤in, spermatidlerde laktat esas ATP üretimi için kaynak olufltururken, spermatozoada bu kaynak daha çok piruvattan sa¤lanmaktad›r. Spermatidlerde henüz kuyruk geliflimi olmad›¤› dikkate al›n›rsa, laktat›n mitokondri içerisine girerek oksidatif fosforilizasyonda
kullan›lmas›yla, glükolizise gerek kalmadan enerjinin elde
edilebilece¤i anlafl›l›r. Oysa kuyruk oluflmas›yla birlikte glükolizis de artmaktad›r. ‹flte kuyru¤un oluflumu ile birlikte
glükolizisin de artmas›, bu bölgede glükolizis metabolizmas›n›n hâkimiyetini ortaya koyar. Bu da kompartmantalizasyon için sa¤lam bir bulgudur (5).
Sperm orta-parças›nda sitrik asit siklusu ve devam›nda
oksidatif fosforilizasyon
Spermatozoan›n en fazla enerji sa¤layan metabolizmas› mitokondri matriksi içerisinde gerçekleflen “oksidatif respirasyon” dur. Bu ise orta-parçada gerçekleflir, çünkü spermatozoan› n mitokondrisi orta-parçada yer al›r. Gerçekten de,
sperm motilitesi ile mitokondri volümü aras›nda anlaml› bir
iliflki mevcuttur (19).
Mitokondride oksidatif fosforilizasyonun bafllamas›, NAD
yap›m› ile olur. NAD ise asetil CoA’dan elde edilir. Asetil
CoA okzaloasetat ile birleflerek sitrat› oluflturur. Bu reaksiyonda sitrat senteaz enzimi rol al›r. Sitrat senteaz enziminin
208
spermlerde mevcudiyeti ve motilite ile iliflkisi baflka çal›flmalarda ortaya konulmufltur (19). Asetil CoA’n›n kayna¤› piruvatt›r. Demek ki önce piruvat oluflmal› (glükolizis veya ya
asit metabolizmas› ile), sonra bundan asetil CoA yap›larak
sonuçta NAD elde edilebilmelidir (sitrik asit siklusu) (fiekil
4). Pirüvik asitin kayna¤› ise aminoasitlerin, ya¤ asitlerinin
ve karbonhidratlar›n metabolizmas› ile elde edilir. Di¤er
yandan, ya¤ asitleri metabolize olarak, glükolizisten ayr› bir
yol ile asetil CoA oluflturabilirler. Spermin orta-parças›nda
glükolizis olmadan da, do¤rudan ya¤ asitleri metabolizmas›
yoluyla asetil CoA elde edilebilmektedir.
Mitokondride elektron transportu ve oksidatif fosforilizasyon ile enerji oluflumu
ATP enerjiyi tafl›yan bir moleküldür. Bu enerji ise hücrenin
fonksiyonunu görmesi için kullan›l›r. ATP enerji naklini, yap›s›nda bulunan fosfat ile gerçeklefltirir. ATP bu fosfat› al›p,
bir baflka düflük enerjili moleküle tafl›yarak orada b›rak›r.
Fosfat, içine girdi¤i molekülde, tafl›d›¤› enerji ile reaksiyonu
gerçeklefltirir.
Spermatozoada da glükoz ve ya¤ asitleri metabolize olurlar
ve bu s›rada ara ürün olarak a盤a ç›kan elektronlar›n› (H+
fleklinde) NAD ve FAD’ye verirler. Sonuçta NADH+ ve
FADH+ fleklinde enerjiden zengin moleküller oluflur. Bu moleküller ise elektronlar›n›, yani hidrojenlerini, elektron tafl›y›c› moleküllere verirler. Bu iflleme elektron transport zinciri
ad› verilir (fiekil 5). Elektronlar›n verildi¤i moleküller ise oksijen bileflikleridir. Elektronlar›n transportu s›ras›nda bu
elektronlar enerjilerini kaybedeceklerdir. ‹flte kaybedilen bu
enerji de ADP’ye fosfat ba¤lanmas›nda ve sonuçta ATP
oluflmas›nda kullan›l›r. Bu iflleme ise oksidatif fosforilizasyon denilir.
Elektron transport zinciri mitokondrinin iç zar›nda meydana
gelir. Yani mitokondrinin iç zar› üzerinde, vücutta oluflan
J TURKISH GERMAN GYNECOL ASSOC, Vol. 6(3); 2005
elektronlar hidrojen olarak oksijene iletilir. Neticede çok
miktarda enerji tafl›yan ATP molekülleri oluflmufl olur. Matriks içerisinde ise daha önce belirtildi¤i gibi, piruvat ve ya¤
asitlerinin oksidasyonu ile sitrik asit siklusunda kullan›lan
enzimler bulunur.
‹ç zar 5 ayr› enzim kompleksinden oluflur: I, II, III, IV ve V.
I ve IV aras›ndaki kompleksler elektron transportunda, V.
kompleks ise ATP sentezinde rol al›r. Bu komplekslerin
sperm mitokondrisi içerisindeki rolleri ve motilite ile iliflkisi
detayl› olarak araflt›r›lm›flt›r (19). Oksidatif respirasyon enzimleri türe özgü olarak spermatozoada farkl› konsantrasyonlarda bulunur. Örne¤in malat, aspartat, gliserol-fosfat oksidaz, asetil CoA, glutamat›n fonksiyonel kapasiteleri de¤iflik türlerde farkl›d›r (7).
Enzim kompleksleri içerisinde elektronlar koenzim Q ve sitokrom A, B, C molekülleri taraf›ndan tafl›n›rlar (20). Koenzim Q’nun spermatozoada ATP üretimindeki önemi baflka
çal›flmalarda ortaya konulmufltur (21). Hatta varikosel olgular›nda spermatozoa motilitesindeki bozulma neticesi koenzim Q’nun tüketiminin azald›¤› ve seminal plazma seviyesinin yükseldi¤i gösterilmifltir (22).
Sonuç olarak, spermatozoada da di¤er hücrelerde oldu¤u gibi
metabolik reaksiyonlar gerçekleflir. Ama bu reaksiyonlar spermin fonksiyon zamanlamas›na göre, farkl› hücre bölümlerinde
meydana gelir. Spermatozoay› bafl, orta-parça ve esas-parça
olmak üzere 3 k›sma bölsek, her bir k›s›mda farkl› bir metabolik yolun iflledi¤i anlafl›labilecektir. Bu nedenle sperm morfolojisi analiz edilirken farkl› bölgelerinin morfolojileri ayr› ayr› belirtilmeli ve yorumlanmal›d›r. Böylece, tedavi flekli de daha spesifik olarak belirlenebilir. Ama kesin bir kan›ya varabilmek için daha detayl› çal›flmalara ihtiyaç bulunmaktad›r.
Kaynaklar
1.
2.
3.
4.
Hafez ESE. Human semen and fertility regulation in men. The C. V. Mosby
Co.; USA. 1976:65-75.
Yanagimachi R, Noda YD, Fujimoto M, Nicolson GL. The distribution of
negative surface charges on mammalian spermatozoa. Am J Anat
1972;135:497-519.
Cooper GW and Bedford JM. Acquisition of surface charge by the plasma
membrane of mammalian spermatozoa during epididymal maturation. Anat
Rec 1971;169:300.
Curry MR and Watson F. Sperm structure and function. In; Gamets: The
spermatozoon. Grudzinskas JG, Yovich JL (eds). Cambridge University
Press; Cambridge. 1995:45-69.
5. Bajpai M, Gupta G, Setty BS. Changes in carbohydrate metabolism of testicular germ cells during meiosis in the rat. Eur J Endocrinol 1998;138:322-7.
6. Travis AJ and Kopf GS. The spermatozoon as a machine: compartmentalized pathways bridge cellular structure and function. In; Assisted reproductive technology. De Jonge CJ, Barratt CLR (eds). Cambridge University Press; Cambridge. 2000:26-39.
7. Storey BT, Kayne FJ. Properties of pyruvate kinase and flagellar ATPase in
rabbit spermatozoa: relation to metabolic strategy of the sperm cell. J Exp
Zool 1980;211:361-7.
8. Halangk W, Troger U, Bohnensack R. Quantification of aerobic energy turnover in epididymal bull spermatozoa. Biochim Biophys Acta
1990;1015(2):243-7.
9. Kamp G, Busselmann G, Lauterwein J. Spermatozoa: models for studying
regulatory aspects of energy metabolism. Experientia 1996;15:487-94.
10. Mori C, Nakamura N, Welch JE, Gotoh H, Goulding EH, Fujioka M, Eddy
EM. Mouse spermatogenic cell-specific type 1 hexokinase (mHk1-s)
transcripts are expressed by alternative splicing from the mHk1 gene and
the HK1-S protein is localized mainly in the sperm tail. Mol Reprod Dev
1998;49(4):374-85.
11. Bunch DO, Welch JE, Magyar PL, Eddy EM, O’Brien DA. Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase-S protein distribution during mouse spermatogenesis. Biol Reprod 1998;58(3):834-41.
12. Travis AJ, Foster JA, Rosenbaum NA, Visconti PE, Gerton GL, Kopf GS,
Moss SB. Targeting of a germ cell-specific type 1 hexokinase lacking a
porinbinding domain to the mitochondria as well as to the head and fibrous
sheath of murine spermatozoa. Mol Biol Cell 1998;9(2):263-76.
13. Urner F, Sakkas D. A possible role for the pentose phosphate pathway of
spermatozoa in gamete fusion in the mouse. Biol Reprod 1999;60:733-9.
14. Burgos C, Maldonado C, Gerez de Burgos NM, Aoki A, Blanco A. Intracellular localization of the testicular and sperm-specific lactate dehydrogenase
isozyme C4 in mice. Biol Reprod 1995;53(1):84-92.
15. Westhoff D, Kamp G. Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase is
bound to the fibrous sheath of mammalian spermatozoa. J Cell Sci
1997;110:1821-9.
16. Guerin JF, Menezo Y, Czyba JC. Enzyme comparative study of spermatozoa and seminal plasma in normal and subfertile man. Arch Androl
1979;3:251-7.
17. Storey BT, Alvarez JG, Thompson KA. Human sperm glutathione reductase activity in situ reveals limitation in the glutathione antioxidant defense
system due to supply of NADPH. Mol Reprod Dev 1998;49(4):400-7.
18. Siracusa G, Coletta M, Monesi V. Duplication of DNA during the first cell
cycle in the mouse embryo. J Reprod Fertil 1975;42:395-8.
19. Ruiz-Pesini E, Diez C, Lapena AC, Perez-Martos A, Montoya J, Alvarez E,
Arenas J, Lopez-Perez MJ. Correlation of sperm motility with mitochondrial enzymatic activities. Clin Chem 1998;44:1616-20.
20. Wallace DC. Diseases of the mitochondrial DNA. Annu Rev Biochem
1992;61:1175-212.
21. Angelitti AG, Colacicco L, Calla C, Arizzi M, Lippa S. Coenzyme Q:
potentially useful index of bioenergetic and oxidative status of spermatozoa. Clin Chem 1995;41:217-9.
22. Mancini A, Milardi D, Conte G, Bianchi A, Balercia G, De Marinis L, Littarru GP. Coenzyme Q10: another biochemical alteration linked to infertility in varicocele patients? Metabolism 2003;52:402-6.
209