Definition: Was ist ein Akrosom
Das Akrosom ist einer der Hauptbestandteile einer Samenzelle, der über dem Zellkern liegt. Es befindet sich im vorderen Teil des Spermienkopfes, wo es eine Reihe wichtiger Funktionen im Zusammenhang mit der Befruchtung erfüllt.
* Der Begriff wurde 1898 von Lenhossek eingeführt und bedeutet übersetzt Scheitelkörper oder Spitzenkörper.
Das Akrosom entsteht während der Spermiogenese und ist das Produkt des Golgi-Komplexes. Hier beginnt die Biogenese, wenn sich aus dem Golgi-Komplex, der zu den frühen Spermatiden gehört, proakrosomische Bläschen bilden. Die Vesikel vereinigen sich dann zu einem einzigen, dichten, akrosomischen Vesikel, das schließlich etwa zwei Drittel der Kernoberfläche bedeckt.
Im Spermienkopf befindet sich das Akrosom zwischen der Plasmamembran und der Kernmembran. Als solches ist es nicht direkt der äußeren Umgebung der Zelle ausgesetzt. Es hat auch einen eigenen Membransatz, bestehend aus der inneren Membran (oberhalb der Kernhülle) und der äußeren Membran, die unter der Plasmamembran des Spermienkopfes liegt.
* Bei der Akrosomreaktion oder Exozytose des Akrosoms verschmilzt die Plasmamembran der Samenzelle mit der äußeren Akrosom-Membran.
* Samenzellen einiger Organismen, wie z.B. Teleost-Fische, haben kein Akrosom.
Zu den wichtigsten Inhaltsstoffen des Akrosoms gehören:
- Primärliganden – z.B. Galaktosyltransferase (primäre Liganden können sich auf oder in der Nähe des Akrosoms befinden)
- Sekundäre Liganden – Acrosin/ Proacrosin (eine Serinprotease), die für die lokale Lyse verantwortlich ist
* Das Akrosom enthält auch verschiedene andere Inhalte, einschließlich verschiedener Glykohydrolasen.
Transformation des Spermienkopfes
Das Akrosom ist an der Transformation (Formung) des Spermienkopfes durch den Akrosom-Akroplaxom-Manchette-Komplex beteiligt. Dabei sind die beiden wichtigen Strukturen Acroplaxon und Manchette beteiligt.
Das Acroplaxon (bestehend aus Aktin und Keratin) überlagert das Akrosom und sein Komplex mit der Manchette trägt zum Folgenden bei:
- Entwicklung des Akrosomsacks
- Verankerung des Akrosoms an der Kernhülle
- Umwandlung der Samenzelle
* Indem der Komplex das Akrosom formt, ermöglicht er dem Akrosom, den Spermienkopf während der Spermiogenese zu formen.
Gametenerkennung
Bei Tieren wie Fröschen und Seeigeln haben Proteine, die als Primärliganden bezeichnet werden, eine wichtige Rolle bei der Gametenerkennung gespielt. Obwohl sich diese Liganden normalerweise auf der Oberfläche der Plasmamembran befinden, wurden einige auf dem Akrosom identifiziert, so dass die Organelle in die Erkennung der Gameten einbezogen wird.
Sobald die Primärliganden spezifische Proteine in der die Eizelle umgebenden Kerry identifizieren, leiten sie die Bindung ein.
Akrosomreaktion und Exozytose
Wenn die Spermien (oder Primärliganden der Spermien) mit der die weibliche Gamete (das Ei) umgebenden Kirschschicht in Kontakt kommen, wird die Akrosomreaktion/Exozytose eingeleitet.
Bevor das Spermium die akrosomale Exozytose durchlaufen kann, durchläuft es einen Prozess, der als Kapazitation bekannt ist.
Hier durchläuft das Spermium eine Reihe von physiologischen Veränderungen, zu denen gehören:
- Die Plasmamembran der Spermien verliert Cholesterin
- Die lösliche Akrosomreaktion wird aktiviert
- Der zweite Botenstoff zyklisches AMP wird erzeugt
- Proteinkinasen werden aktiviert
Wenn die Spermien diese Veränderungen im weiblichen Reproduktionstrakt durchlaufen haben, sind sie bereit für die Exozytose.
Wenn die Samenzelle mit der äußeren Hülle der weiblichen Gamete (der Zona pellucida) in Berührung kommt, binden einige der primären Liganden (Lektine) an die Rezeptormoleküle der ZP3 (O-verknüpfte Oligosaccharide und Glykane) und verbinden so die beiden Gameten.
Dieser Prozess wird damit in Verbindung gebracht, dass sich das Spermium an die Eizelle in einer artenselektiven Weise bindet, die die Akrosom-Exozytose (auch Akrosom-Reaktion genannt) ermöglicht. Die Akrosomreaktion ist kalziumabhängig und beinhaltet die Akrosomexozytose.
Dabei wird die Bindung des Spermiums an die Eizelle von der Bildung zahlreicher Poren zwischen der Akrosommembran und der Plasmamembran der Spermazelle am Spermienkopf begleitet.
Diese Reaktion führt nicht nur zur Verschmelzung der beiden Membranen, der Plasmamembran der Spermazelle und der Akrosommembran, sondern ermöglicht auch die Freisetzung des Inhalts des Akrosoms. Die Akrosomreaktion hat zwei Hauptergebnisse.
Dazu gehören:
- Freisetzung von Enzymen, die die Zona pellucida, die die Plasmamembran der weiblichen Gamete umgibt, abbauen (an der Zona pellucida)
- Freilegung des Spermienkopfes (des Kern) zur Eizelle
Akrosom-Sekundärliganden
Wenn die Samenzelle an die Zona pellucida bindet, die die Plasmamembran der Eizelle umgibt, werden Poren gebildet, die die Freisetzung von Akrosomenbestandteilen ermöglichen. Hier kommen sekundäre Liganden (hydrolytische Enzyme) ins Spiel.
Eine der Hauptkomponenten des Akrosoms ist eine Serinprotease, die als Akrosin bekannt ist. Im Akrosom wird das Protein in einer inaktiven Form gespeichert, die als Zymogen bezeichnet wird.
Wenn die Akrosom-Membran verletzt ist und das Protein freigesetzt werden kann, wird es durch den Kontakt mit den Glykoproteinen der Zona pellucida in seine aktive Form (Akrosin) umgewandelt.
In seiner aktiven Form spielt das Enzym eine wichtige Rolle beim Abbau der Zona pellucida der Eizelle, um eine Öffnung zu schaffen, durch die die Spermien eindringen können. Dies kann etwa 5 bis 20 Minuten dauern.
* Die Lyse der Zona pellucida der Eizelle ist um das Akrosom herum lokalisiert. Infolgedessen werden nicht alle Teile dieser Oberfläche abgebaut, damit die Samenzelle in die Eizelle eindringen kann
* Anhand einer Reihe von Studien wurde nachgewiesen, dass Akrosin fehlt oder für die Befruchtung nicht notwendig ist. Dies hat sich bei Tieren wie Mäusen gezeigt.
* Durch den Vergleich von Tieren mit Akrosom-Akrosin mit solchen ohne Akrosom wurde entdeckt, dass Akrosin während der Akrosom-Reaktion die Verbreitung von Akrosom-Proteinen beschleunigt.
Nach der Exozytose des Akrosoms und damit der Akrosomreaktion ermöglicht der Abbau der Zona pellucida die Verschmelzung des Kopfes der Samenzelle mit der Plasmamembran der Eizelle, was wiederum die zytoplasmatische Kontinuität zwischen den Geschlechtszellen ermöglicht.
Es ist diese besondere Verschmelzung, die zur Befruchtung führt und die Eizelle in eine Zygote verwandelt. Die Bildung der Zygote verhindert, dass ein anderes Spermium zur Befruchtung in die Zona pellucida eindringen kann.
Nach der Befruchtung der Eizelle hat die Akrosomreaktion oder die Exozytose daher keinen Einfluss mehr auf die Zona pellucida. Das bedeutet, dass nach der Befruchtung der Eizelle das Akrosom der anderen Samenzellen keine Rolle mehr bei der Befruchtung spielt.
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