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 : [email protected]

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