Ty the va vai tro cua no o tinh trung

I. Cấu tạo cơ quan sinh dục nam
Cơ quan sinh dục nam bao gồm cơ quan sinh dục trong và ngoài. Tinh
hoàn là cơ quan sản xuất ra tinh trùng và hormone sinh dục nam giới
(testosterone). Trong mỗi tinh hoàn có các ống sinh tinh xoắn. Các ống sinh tinh
này chứa 2 loại tế bào: tế bào mầm (tinh trùng chưa trưởng thành) và tế bào
Sertoli (Hình 1).

Hình 1. Hình vẽ cắt ngang tinh hoàn thể hiện ống sinh tinh và tế bào
Leydig ( theo hiệp hội nam học của Úc)
Nằm giữa các ống sinh tinh xoắn là tế bào Leydig. Tế bào Sertoli nuôi
dưỡng tế bào mầm, trong khi Leydig có trách nhiệm sản xuất testosterone (rất cần
thiết cho quá trình sinh tinh). Dưới ảnh hưởng của tế bào Leydig và Sertoli, tế bào
mầm phát triển thành tinh trùng trưởng thành. Quá trình này diễn ra liên tục và
cần 72-74 ngày. Trong đó 50 ngày lưu lại trong tinh hoàn và thời gian còn lại
nằm trong hệ thống ống tuyến sinh dục (mào tinh, ống dẫn tinh, túi tinh…) (Hình
2). Khi trưởng thành, tinh trùng di chuyển từ tinh hoàn đi qua hệ thống ống mào
tinh ngoằn ngoèo (mào tinh là cơ quan nuôi dưỡng tinh trùng phát triển). Mặc dù
lúc này tinh trùng đã có đuôi nhưng để có thể di chuyển bình thường chúng cần
18-24 giờ. Chúng cần thêm 14 ngày để di chuyển qua mào tinh. Từ mào tinh, tinh
trùng đi qua ống dẫn tinh để vào túi tinh (một cơ quan sản xuất phần lớn các
thành phần có trong tinh dịch).

1


Hình 2. Cấu tạo cơ quan sinh dục nam (Brooks et al., 2001)
II. Quá trình sinh tinh ở nam giới
Quá trình sinh tinh phụ thuộc trước hết vào sự hình thành và phát triển của
tinh hoàn trong thời kỳ bào thai. Vào tuần lễ thứ 4 của bào thai, xuất hiện gờ sinh
dục. Sự biệt hóa gờ sinh dục để hình thành tinh hoàn độc lập với sự hình thành
các tế bào mầm sinh dục nguyên thủy. Các tế bào mầm sinh dục nguyên thủy này

di cư tới gờ sinh dục. Sự kết hợp giữa các thành phần khởi thủy này với tế bào
Sertoli để hình thành dây trục tinh hoàn nguyên thủy. Tại đây các tế bào mầm
sinh dục nguyên thủy bắt đầu tăng sinh, biệt hóa thành các tiền tinh nguyên bào
và ngừng ở giai đoạn này. Vào thời gian từ khi sinh ra đến 6 tháng tuổi, các tiền
tinh nguyên bào tăng sinh, biệt hóa thành tinh nguyên bào và ngừng ở giai đoạn
này. Đến tuổi dậy thì các tinh nguyên bào bắt đầu nhiều lần phân chia tế bào và
biệt hóa để tạo ra các tinh bào. Tinh trùng được sinh ra từ các tinh bào trong các
ống sinh tinh, sau đó chúng di chuyển vào mào tinh để trải qua giai đoạn trưởng

2


thành cuối cùng trước khi xuất tinh. Trong quá trình xuất tinh, từ mào tinh hoàn,
tinh trùng phóng theo ống dẫn tinh, sau đó được trộn lẫn với các dịch tiết của
tuyến tiền liệt (30%), túi tinh (60%), các tuyến hành niệu đạo (10%) và cuối cùng
được tống ra ngoài qua đường niệu đạo. Nếu không được xuất tinh, tinh trùng sẽ
chết và được hấp thụ bởi biểu mô của mào tinh.
Từ khi nam giới đến tuổi dậy thì, một số tinh nguyên bào bước vào giảm
phân và hiện tượng này xảy ra liên tục ở cá thể từ tuổi dậy thì cho đến khi chết. Quá
trình sinh tinh là một quá trình rất hiệu quả, mỗi ngày có từ vài chục đến vài trăm
triệu tinh trùng được sinh ra ở mỗi tinh hoàn. Nhưng quá trình thụ tinh là một quá
trình không hiệu quả, khi hàng chục đến hàng trăm triệu tinh trùng được phóng
vào đường sinh dục nữ để cuối cùng chỉ có 1 tinh trùng thực sự thụ tinh với trứng.
Vì vậy nếu quá trình sinh tinh bị suy giảm, có thể dẫn đến vô sinh, vì số lượng và
chất lượng tinh trùng giảm.
Các tế bào sinh tinh trải qua nhiều lần phân bào nguyên nhiễm ở giai đoạn mà
tế bào có tên là tinh nguyên bào. Các tinh nguyên bào, tinh bào thường xuyên ở
trong trạng thái phân chia tế bào nên chúng rất nhạy cảm với những thay đổi về
vật lý, hóa học và sinh học ở bên trong cũng như ở bên ngoài cơ thể. Hai lần phân
bào sau cùng của quá trình tạo giao tử là giảm phân. Sau nhiều lần phân bào, tinh

nguyên bào ngừng phân chia, tăng kích thước và được gọi là tinh bào I.
Tinh bào I giảm nhiễm I để tạo nên hai tinh bào II. Mỗi tinh bào II giảm
nhiễm II để tạo ra 4 tinh tử (tiền tinh trùng). Tiền tinh trùng không có khả năng
sinh sản, chúng biệt hóa thành tinh trùng qua một quá trình phức tạp (hình 3).

3


Hình 3. Sự phát sinh tinh (từ Taber’s Medical dictionary, 2013)
Như vậy, mỗi tinh trùng cũng có bộ nhiễm sắc thể đơn bội và cũng có 2
loại tinh trùng: loại mang thể nhiễm sắc X và loại mang thể nhiễm sắc Y. Như
vậy, trong quá trình tạo giao tử, một tinh bào 1 với bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội
2n= 46 qua quá trình giảm phân sinh ra 4 tinh trùng, mỗi tinh trùng mang bộ
nhiễm sắc thể đơn bội n= 23, với 2 loại tinh trùng là 22,X và 22,Y. Tinh trùng là
những tế bào đã biệt hóa cao độ không còn khả năng sinh sản và có cấu trúc phức
tạp.
Việc nghiên cứu quá trình sinh tinh chẳng những để hiểu biết quá trình
sinh sản ở người, nhằm mục đích điều trị bệnh lý vô sinh nam giới mà còn là cơ

4


sở để nghiên cứu những biện pháp ngừa thai nam giới, góp phần thực hiện tốt kế
hoạch hóa gia đình.
III.

Cấu tạo và vai trò ty thể tinh trùng

1. Cấu tạo ty thể
Tùy thuộc loại tế bào, ty thể có cấu trúc tổng thể khác nhau. Tinh trùng có

nhiều ty thể nằm ở phần thân. Cấu tạo ty thể của các tế bào về cơ bản giống nhau
có lớp màng kép. Các màng ty thể chia ty thể thành hai khoang khác biệt nhau:
khoang "chứa chất cơ bản" nằm bên trong ty thể và khoang "liên màng" hay gian
màng nằm giữa lớp màng ngoài và màng trong (Hình 4).

Hình 4. Cấu trúc ty thể
Màng ngoài bao trùm toàn bộ ty thể, tạo nên ranh giới ngoài của nó. Màng
ngoài và màng trong cấu trúc gồm các lớp photpholipid kép được gắn với
các protein, trông giống với màng tế bào điển hình. Lớp màng ngoài bao bọc ty
thể bao gồm 50% trọng lượng là photpholipid và chứa các enzyme hay men liên
quan
đến
các
hoạt
động
khác
nhau
như oxi
hóa của epinephrine (adrenaline), phân hủy của tryptophan, và quá trình tổng hợp
kéo dài chuỗi axit béo. Lớp màng ngoài có chứa nhiều các protein tích hợp còn
gọi là các porin hay các cổng, chúng có chứa bên trong một kênh tương đối lớn
(khoảng 2-3 nm) và cho phép các ion và các phân tử nhỏ di chuyển ra vào ty thể.
Tuy nhiên các phân tử lớn không thể xuyên qua lớp màng ngoài được. Lớp màng
trong thì tạo thành các nếp gấp hay còn gọi là mào (cristae), hướng vào tâm. Mào

5


này là nơi chứa các nhà máy hay bộ phận cần thiết cho quá trình hô hấp hiếu
khí hay hô hấp ái khí và tổng hợp ATP, và cấu trúc gấp nếp ấy giúp gia tăng diện

tích lớp màng trong của ty thể. Tuy nhiên lớp màng trong không có chứa các
cổng porin nên không có tính thấm cao; hầu hết các ion và các phân tử cần phải
có chất vận chuyển đặc biệt để di chuyển vào bên trong khoang cơ bản hay
khoang chứa chất cơ bản.
Bên cạnh các enzymes, ty thể còn chứa các ribosome và nhiều phân
tử DNA. Vì vậy ty thể có vật chất di tryền riêng của nó, và các nhà máy để sản
xuất ra RNAvà protein chính nó. DNA không thuộc nhiễm sắc thể này mã hóa
cho một số nhỏ peptide của ty thể (13 peptide ở người) và các peptide này được
gắn kết vào lớp màng trong, cùng với các polypeptide được mă hóa bởi
các gen nằm trong nhân tế bào.
2. Vai trò của ty thể trong tinh trùng
2.1.

Giới thiệu

Tế bào cần rất nhiều năng lượng để duy trì sự sống: từ việc sao chép, sửa
chửa các cấu trúc di truyền trong nhiễm sắc thể; tạo mới các thành phần cấu tạo
trong tế bào, lấy thức ăn vào, thải chất bả ra, giữ cho độ pH và nồng độ ion được
cân bằng, tinh trùng di chuyển… Nếu năng lượng không được cung cấp các phản
ứng không thể xảy ra được và sự sống của tế bào sẽ ngừng lại. Trong tế bào, sự
hô hấp tạo ra năng lượng để cung cấp cho tất cả các hoạt động của tế bào. Vậy
ATP được tổng hợp trong ty thể giúp tinh trùng di chuyển như thế nào? Quá trình
phosphoryl hóa oxi hóa (oxidative phosphorylation: OXPHOS) và đường phân
(glycolytic) đóng vai trò gì? (Elsevier Inc, 2007). Có nhiều quan điểm trong lĩnh
vực nghiên cứu giao tử (Ford, 2006).
Đầu tiên, sự vận động của tinh trùng và sự co cơ là nguồn cung cấp ATP
cơ bản và khi nó cần đó là nguồn ATP thủy phân để thay thế. nhiều con đường
trao đổi chất cung cấp ATP và đó là ưu thế của một con đường nhất định tại một
thời điểm cụ thể phụ thuộc vào một loạt các thông số: nguồn carbon và hỗ trợ
oxy, tỷ lệ đào thải lactate. Trên thực tế, hầu hết các loại tế bào đều có cả 2 quá

trình đường phân và OXPHOS.
Thứ hai, quá trình đường phân và OXPHOS là những quá trình trao đổi
chất hỗ trợ cho nhau. Tuy nhiên, việc sản xuất ATP, quá trình đường phân kỵ khí
không hiệu quả và vì lý do đó, nó được sử dụng chủ yếu trong điều kiện thiếu oxy

6


hoặc khi cơ chất của quá trình đường phân dồi dào. Oxy không bị hạn chế và
glucose có sẵn bị hạn chế, các tế bào dựa vào hiệu quả của quá trình OXPHOS để
lấy ATP cho các hoạt động của tế bào.
Trong phần vai trò của ty thể, tôi sẽ tập trung vào các khía cạnh sau đây:
(1) vật chất di truyền và phân tử giúp giữ và duy trì vai trò ty thể ở OXPHOS
trong quá trình biệt hóa của các giao tử. (2) các tinh trùng có khả năng phân hủy
(degrading) glucose thành CO2 và H2O trong quá trình đường phân, chu trình
tricarboxylic, và OXPHOS. (3) Các nguồn cơ chất sẵn có (nguồn carbon và oxy)
để giúp tinh trùng trong cuộc đua bơi lội đến tế bào trứng. (4) Nhiều minh chứng
cho thấy sự vận động của tinh trùng bị suy yếu khi quá trình glucose phân hủy
(catabolic glucose) (hoặc đường phân hoặc OXPHOS) bị suy yếu.
2.2. Sự loại bỏ nhiều thứ nhưng cần thiết ở quá trình sinh tinh
Tinh trùng chứa bộ gen đơn bội để thực hiện vai trò của nó. Vì vậy, quá
trình biệt hóa được thực hiện. Do đó, sự trưởng thành của tinh trùng đòi hỏi phải
loại bỏ các cấu trúc không cần thiết cho việc tạo giao tử.
Cấu trúc tinh trùng đơn giản gồm có đầu, thân và đuôi (Hình 5). Trong
phần đầu, các thể đỉnh (acrosome) có chứa các enzyme thủy phân cần thiết để
xâm nhập và đưa nhân tế bào tinh trùng vào bên trong trứng. Đuôi hoặc roi bao
gồm sợi trung gian (midpiece) được đóng gói chặt chẽ với các ty thể và các sợi
chính. Cả hai thành phần này cần thiết cho sự vận động của tinh trùng; trong đó
màng ty thể thiếu hoặc không phát triển đầy đủ. Những roi chứa một số nguyên
sinh chất trong đoạn cuối nhưng khả năng vận động ở mức thấp hoặc không tồn

tại. Tuy nhiên, ở loại thứ 3, màng ty thể hoàn chỉnh, và khả năng vận động của
các roi rất cao. Vì vậy, quá trình biệt hóa hoàn toàn của sợi trung gian là cần thiết
cho sự vận động (Baccetti et al, 1984;.. Holstein et al, 1986;. Perotti et al, 1981;.
Toyama et al, 1995). Hơn nữa, độ dài đuôi tương quan với chức năng của sợi
trung gian cũng như sự tương quan giữa lượng ty thể với chiều dài roi hoặc tần
suất beating (Cardullo và Baltz, 1991). Ở nam không có tinh dịch
(asthenozoospermic), sợi trung gian trong tinh trùng nhỏ hơn bình thường với số
lượng ty thể thấp và sự sắp xếp bất thường của các bào quan (Mundy et al., 1995).

7


Hình 5. Cấu tạo tinh trùng ở người
Đáng chú ý, ty thể không chỉ có ở các tinh trùng được biệt hóa hoàn toàn
mà chúng cũng trải qua những thay đổi đáng kể trong suốt quá trình sinh tinh.
Chúng hoàn chỉnh vị trí, hình thái, và sự trao đổi chất của tế bào. Do đó, cơ quan
tử trong tinh nguyên bào hình bầu dục với mào lamellar và nằm quanh nhân (De
Martino et al., 1979). Tuy nhiên, ty thể kết đặc lại tại giai đoạn muộn của tiếp hợp
(pachytene) ở kì đầu 1 và những nếp gấp vào (cristae) chiếm hầu hết tế bào chất
của ty thể (De Martino et al, 1979.). Trong giai đoạn tiếp hợp này, ty thể kéo dài
ra và phân chia để tạo ra các cụm bào quan dạng vòng nhỏ phân bố ngẫu nhiên
trong tế bào chất (De Martino et al., 1979). Ty thể nằm gần với màng sinh chất
trong các tế bào tinh tử (spermatids). Quá trình tinh tử trưởng thành, ty thể phát
triển các nếp gấp vào trong, khoảng cách trong các nếp gấp giảm và một trong số
chúng di chuyển đến các roi (flagellum). Còn các ty thể không biệt hóa và phần
còn lại của cơ quan tử trong tế bào bị mất đi. Tinh trùng của tinh hoàn, ty thể
được roi bao bọc xung quanh và các nếp gấp và cơ chất (matrix) tạo thành một hệ
thống đồng tâm (concentric system) (Baradi và Rao, 1979; Cieciura và Klimek,
1988; De Martino et al, 1979).
Tất cả những thay đổi về mặt cấu trúc quá trình sinh tinh xảy ra trong sự

biệt hóa trao đổi chất. Vì vậy, một số tiểu đơn vị trong quá trình OXPHOS như
cytochrome c và tiểu đơn vị VIB-2 của cytochrome c oxidase (COX) là có trong
các tế bào mầm (Hess et al, 1993;. Huttemann et al., 2003). Hơn nữa, hoạt động
COX trong tinh trùng cao hơn trong tinh nguyên bào ở giai đoạn tiếp hợp của kỳ
đầu 1 ở giảm phân (De Martino et al., 1979); và màng ty thể tăng khả năng lên
đến sáu lần trong suốt quá trình sinh tinh vì hoạt động này phụ thuộc vào hoạt
động của OXPHOS (Petit et al., 1995;. Saunders et al, 1993).

8


Điều này khác với sự biệt hóa hồng cầu. Những tế bào này không yêu cầu
ty thể để chúng thực hiện vai trò của mình. Vì vậy, chúng bị loại bỏ. Sau đó, tại
sao một tế bào có thể giảm đáng kể khối lượng của nó bằng cách loại bỏ bất kỳ
cấu trúc thừa nào và giữ lại ty thể rất chuyên biệt? Ty thể chứa gen của riêng
mình, DNA ty thể (mtDNA), mã hóa các gen cần thiết cho chức năng của quá
trình OXPHOS (Enriquez et al., 1999). Do đó, có thể là tinh trùng giữ ty thể trong
tế bào để giúp giữ các thông tin di truyền nam có thể đi đến các tế bào trứng, bao
gồm cả mtDNA. Tuy nhiên, người ta đã chứng minh rằng ty thể và các mtDNA bị
suy thoái trong hợp tử hoặc phôi (Sutovsky et al., 1999). Những trường hợp bình
thường, mtDNA chỉ từ mẹ di truyền cho (Giles et al., 1980). Do đó, việc chuyển
mtDNA của tinh trùng đến noãn bào không phải là mục đích để giữ lại các ty thể
trong tế bào tinh trùng.
2.3. Ty thể tinh trùng cần để thực hiện chức năng của nó
Ty thể đóng vai trò chính trên con đường chuyển hóa. Nó điều hòa mức độ
của second messenger trong tế bào, chẳng hạn như canxi và reactive oxygen
species, và nó cũng tham gia vào việc kiểm soát quá trình chết tế bào có chương
trình (Kroemer et al., 1997). Những con đường sinh hóa ty thể quan trọng khác là
chu trình Krebs và hệ thống OXPHOS. Những con đường sinh hóa này giúp cho
sự hội nhập (integration) của chuyển hóa tế bào. Vì vậy, quá trình phân hủy

đường, axit béo, và axit amin có liên quan đến quá trình đồng hóa (anabolic) như
tổng hợp pyrimidin, chu trình urê... Tuy nhiên, tinh trùng là những tế bào terminal
và các con đường đồng hóa ty thể có nhiều khả năng không có nhiều liên quan.
OXPHOS không chỉ hiệu quả hơn 15 lần so với quá trình đường phân yếm khí để
sản xuất ATP mà nó còn làm tăng số lượng và sự biến đổi của các chất nền.
OXPHOS cung cấp năng lượng giúp cho sự vận động của tinh trùng, do đó ty thể
có chức năng trong quá trình sinh tinh.
2.3.1. Tinh trùng vận động nhờ vào quá trình OXPHOS
Phân tích các tác động của quá trình OXPHOS trong việc cung cấp năng
lượng cho sự vận động của tinh trùng là đơn giản. Đầu tiên, đó là một loạt các
chất ức chế OXPHOS đặc hiệu và ảnh hưởng của các chất đó lên hoạt động của
roi (flagellum) và khả năng vận động của tinh trùng là dễ dàng để đánh giá. Thứ
hai, biogenesis OXPHOS phụ thuộc vào việc duy trì và biểu hiện của mtDNA
cũng như các gen mã hóa trong nhân đã được biết (Fernandez-Silva et al., 2003).
Sau đó, các phương pháp di truyền cũng có thể phát hiện được.

9


Khả năng di chuyển của tinh trùng liên quan đến hoạt động ty thể
(Gopalkrishnan et al., 1995). Như vậy, nam giới có tinh dịch đồ bình thường thì
sự vận động và sức sống tinh trùng cao hơn và hoạt động của ty thể cũng cao hơn
so với nam giới bị thiểu tinh (tinh trùng < 15x10 6/ml, WHO 2010). Sự vận động
và mật độ tinh trùng được cải thiện khi potential màng ty thể cao (Δѱ m)
(Donnellyetal, 2000; Marchettietal, 2002; Troiano et al., 1998). Hơn nữa, Δѱ m cao
làm tăng tỷ lệ thụ tinh trong ống nghiệm (IVF: in vitro fertilization). Những kết
quả này cho thấy ở người, việc phân tích Δѱ m của ty thể là test nhạy cảm nhất để
xác định chất lượng tinh trùng và khả năng vận động của tinh trùng liên quan đến
chức năng của ty thể (Marchetti et al., 2002) Kết quả tương tự cũng xuất hiện ở
các loài khác như chuột hoặc ram (Auger et al., 1989, 1993; Evenson et al, 1982;

Gravance et al, 2001; Kramer et al, 1993; Ronot và Auger, 1990; Windsor, 1997).
Phân tích sinh hóa gián tiếp cũng đánh giá sự vận động của tinh trùng qua
quá trình OXPHOS. Tiêu thụ oxy và vận động của tinh trùng có mối tương quan
với nhau (Ford và Harrison, 1981;. Halangk et al, 1990). Mối tương quan này
cũng đã được tìm thấy trong các tế bào với sự trao đổi chất xác định bằng cách sử
dụng các chất ức chế chuyển hóa (Halangk và Bohnensack, 1986). Nucleotide
vòng và các chất ức chế phosphodiesterase kích thích hô hấp và gia tăng khả năng
vận động của tinh trùng (Garbers et al., 1971). Mặt khác, tỷ lệ dẫn truyền tinh
trùng của chuột cao hơn với allele đột biến t n, một alen của locus T được truyền
lại ở không theo quy luật của Mendel (transmitted in a non-Mendelian), đi kèm
với tỷ lệ NADH/NAD+ thấp, làm tiêu thụ oxy và vận động nhiều hơn (Ginsberg
và Hillman, 1974). Δѱm ty thể và việc tiêu thụ oxy phụ thuộc vào hoạt động của
chuỗi vận chuyển electron ty thể (ETC: electron transport chain) và các enzym
tổng hợp ATP (cả sự tạo thành hệ thống OXPHOS). Bốn phức hô hấp (I-IV) tạo
thành chuỗi vận chuyển electron ty thể. Các hoạt động của tất cả bốn khu phức
hợp hô hấp cao hơn khi tinh trùng di chuyển nhiều (Ruiz-Pesini et al., 1998).
Hơn nữa, việc sử dụng các loại thuốc ức chế các phức hợp (complexes) hô
hấp sẽ làm giảm đáng kể khả năng vận động của tinh trùng. Đặc biệt, rotenon,
một chất ức chế complex I hô hấp làm cạn kiệt ATP và giảm khả năng vận động
của tinh trùng ở người (de Lamirande và Gagnon, 1992; Halangk et al, 1985a;
Rikmenspoel, 1965;. Ruiz-Pesini et al, 2000). Rotenon, nhưng không ức chế quá
trình đường phân, làm giảm khả năng sinh sản của cừu thụ tinh qua cổ tử cung, đã
cho thấy hô hấp của ty thể đóng một vai trò quan trọng trong sự xâm nhập của
tinh trùng vào cổ tử cung (Windsor, 1997). Antimycin A, một chất ức chế

10


complex III ở quá trình hô hấp, thúc đẩy những tác động tương tự đến sự vận
động của tinh trùng (Ford và Harrison, 1981; Krzyzosiak et al, 1999; Ruiz-Pesini

et al., 2000).
Nitric oxide (NO) tác động đến ferroproteins của chuỗi vận chuyển điện tử
trong quá trình hô hấp là có thể làm giảm level ATP và ảnh hưởng đến sự vận
động của tinh trùng (McKinney et al, 1995; Weinberg et al., 1995). Chất ức chế
hoạt động complex IV cũng do NO (Brown, 1995) hoặc do KCN gây ra làm giảm
đáng kể sự vận động của tinh trùng (Halangk và Bohnensack, 1986; Pascual et al,
1996; Ruiz-Pesini et al., 2000). Gossypol ức chế hô hấp cũng giảm khả năng vận
động của tinh trùng (Breitbart et al, 1989;. Kim et al., 1984). Để có cái nhìn tổng
quát, oligomycin, một loại thuốc trực tiếp làm ngừng quá trình tổng hợp ATP ở ty
thể, ảnh hưởng xấu đến sự vận động của tinh trùng (Dreanno et al, 1999; Halangk
et al, 1985a).
Bốn trong số năm phức hợp enzyme tham gia (constitute) trong hệ thống
OXPHOS một phần được mã hóa bởi mtDNA. Như vậy, các đột biến ở gen
mtDNA làm suy yếu sự biểu hiện của một hay nhiều protein được mã hóa trong
mtDNA có thể dẫn đến các bệnh ở người. Khi những bệnh này trở nên nghiêm
trọng, người ta chưa có nghĩ nhiều đến bệnh của ty thể làm ảnh hưởng đến chất
lượng tinh trùng của nam giới. Nghiên cứu khả năng sinh sản ở bệnh nhân cho
thấy nguyên nhân do sự mất đoạn đơn (Kao et al., 1995) hoặc mất nhiều đoạn
trong mtDNA có liên quan đến khả năng sinh sản giảm và sự vận động của tinh
trùng ở nam bị giảm đáng kể. (Kao et al, 2004)
Hơn nữa, rối loạn chức năng của việc điều chỉnh level mtDNA tinh trùng
hoặc của sự suy giảm hoặc dư thừa mtDNA (Diez-Sanchez et al, 2003a; MayPanloup et al, 2003) được xem là bất lợi cho khả năng vận động của tinh trùng.
Folgero et al. (1993) đã nghiên cứu chất lượng của tinh trùng ở bệnh nhân mắc
hội chứng MELAS (đột quị và nhiễm toan lactic ở não do ty thể (MELAS:
mitochondrial encephalopathy with lactic acidosis and stroke). Những người mắc
hội chứng MELAS bị đột biến mtDNA A3243G. Người ta đã chứng minh nó làm
giảm khả năng vận động của tinh trùng ở bệnh nhân này (Folgero et al., 1993).
Điều này đã quan sát được ở bệnh nhân mắc hội chứng MELAS thứ hai
(Spiropoulos et al., 2002). Hơn nữa, nó đã được chứng minh rằng một số thay đổi
ở quần thể người có đột biến mtDNA có thể ảnh hưởng đến khả năng vận động

của tinh trùng (Montiel-Sosa et al, 2006; Ruiz-Pesini et al., 2000). Chúng tôi đã

11


từng đề xuất rằng một số những biến đổi có thể giảm hiệu quả gấp đôi của
OXPHOS, và sau đó ảnh hưởng đến sự vận động của tinh trùng (Ruiz-Pesini et
al., 2004).
Những con chuột biến đổi gen cũng cho thấy có sự liên quan của
OXPHOS đến sự vận động của tinh trùng. Như vậy, một cytochrome c đặc hiệu ở
tinh hoàn chuột đã được tạo ra (Narisawa et al., 2002). Những con chuột này sản
xuất ra tinh trùng biệt hóa. Thật không may là thiếu hoạt động OXPHOS trong
những tinh trùng của chuột đã không được chứng minh. Mặc dù vậy, và khi so
sánh với tinh trùng hoang dại (wild-type), tỷ lệ tinh trùng bất động chiếm hơn
50%. Loại này chuột được xem là không có tinh dịch (asthenozoospermic) khi
đánh giá tinh dịch người theo tiêu chí của WHO, 1999. Hơn nữa, tinh trùng từ
chuột đột biến chứa level ATP giảm và cho thấy hiệu quả của IVF giảm bốn lần
(Narisawa et al., 2002). Mặc dù sự suy giảm rõ rệt của chúng về tính di động,
những con chuột đực này vẫn có khả năng tạo ra được tinh trùng để thụ tinh. Để
phân tích đặc tính này, chúng ta phải ghi nhớ rằng thụ tinh ở động vật thực hiện ở
trong phòng thí nghiệm được đánh giá là không có sự cạnh tranh giữa các con đực
(một con đực duy nhất với nhiều con cái) và những con chuột cái có thai tự nhiên
cao do có nhiều trứng rụng. Bằng cách này, các bệnh mà gây ra vô sinh vẫn có thể
làm cho những con chuột có khả năng có thai. Thật không may, chưa có thống kê
nào về hiệu quả của IVF (như kích thước trung bình của lứa (litters), tỷ lệ không
có thai sau khi giao hợp…) cho chuột.
Một mô hình chuột thứ hai cung cấp những hiểu biết thêm về vai trò của ty
thể trong chức năng tinh trùng. Trifunović et al. (2004) đã phát triển một knock-in
đồng hợp tử ở chuột mà thiếu polymerase gamma (POLG), tiểu đơn vị xúc tác
(catalytic) sự mã hóa cho nhân của polymerase đặc hiệu ở ty thể. Những con vật

này có kiểu hình đột biến mtDNA với một sự gia tăng đáng kể về mức độ đột biến
mtDNA cũng như các mất đoạn. Chúng phát triển bình thường cho đến 25 tuần
tuổi. Sau đó, nó thể hiện kiểu hình lão hóa sớm. Rất thú vị, giảm khả năng sinh
sản của chuột đột biến mtDNA của cả chuột đực và chuột cái đã được tìm thấy.
Tuy nhiên, tất cả chuột cái trẻ (young) có khả năng sinh sản và trở nên vô sinh
sớm có thể là một phần của kiểu hình lão hóa sớm nói chung. Ngược lại, những
con chuột đực khỏe và trẻ thì đa số vô sinh, chỉ có 1 con đực trong 8 con đực có
thể giao phối với 16 con cái kiểu hình wild-type (Trifunović et al., 2004). Ở
người, POLG đã được đề cập có vai trò trong vô sinh nam (Jensen et al, 2004;
Rovio et al, 2001), mặc dù cũng còn nhiều ý kiến chưa thống nhất (Aknin-Seifer

12


et al, 2005;. Brusco et al., 2006). Tất cả các nghiên cứu đã được thực hiện cho
thấy rằng biến đổi gen bệnh lý của quá trình OXPHOS liên quan đến suy giảm
chất lượng tinh trùng và đặc biệt là khả năng vận động.
2.3.2. Vai trò của quá trình đường phân trong vận động của tinh trùng
Báo cáo gần đây đưa ra bằng chứng rằng glycolysis là cần thiết cho sự vận
động của tinh trùng. Tuy nhiên, khi glucose sản xuất ATP thì liên quan đến cả
quá trình đường phân và OXPHOS, nó là cần thiết để thiết lập liệu ATP cần thiết
cho sự vận động của tinh trùng có thể có một nguồn gốc glycolytic tinh khiết (lên
men). Điều này đã được đề xuất bởi vì: (1) sự vắng mặt của ty thể ở phần cuối
của đuôi tinh trùng và sự khó khăn nhu cầu đáp ứng ATP của roi ở đuôi và (2)
một số quan sát được công bố giải thích những phát hiện của chúng như là bằng
chứng cho thấy OXPHOS là không cần thiết cho sự vận động của tinh trùng.
Phân phối ATP với tỷ lệ thích hợp đến các ATPase dynein cùng với roi là
một vấn đề chưa được hiểu đầy đủ. Người ta đã đề xuất rằng các lực lượng
(forces) vật chất có nguồn gốc sóng tế bào chất (cytoplasmic waves) có thể tạo
thuận lợi cho việc cung cấp ATP đến phần cuối của đuôi. Những lực lượng này sẽ

được bắt nguồn từ sự chuyển động của tiên mao (flagellum) chính nó. Ngoài ra,
chuyển hóa đặc hiệu như adenylate kinase và phosphoglycerate kinase sẽ góp
phần cung cấp ATP (Ford, 2006). Những vai trò về sinh hóa và mechanical sẽ
thúc đẩy sự khuếch tán nhanh chóng của ATP ty thể từ đoạn trung gian
(midpiece) tới đuôi.
Mikiet al. (2004) cung cấp bằng chứng mạnh mẽ cho thấy vai trò quan
trọng của quá trình đường phân đến sự vận động tinh trùng. Họ tạo ra một con
chuột knockout cho isoform của glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase
(GAPDHs) đặc hiệu tinh trùng, một enzyme đường phân. Các con chuột
knockout đồng hợp tử (homozygote) là vô sinh và có khiếm khuyết sâu sắc về
tính di động của tinh trùng, di chuyển chậm chạp, không tiến tới (Miki et al.,
2004).
Chỉ có khoảng 3% tinh trùng cho thấy sự vận động tiến tới ngay lập tức
sau khi di chuyển từ mào tinh hoàn ra ngoài, và điều này đã không được duy trì
sau 2 giờ ủ (incubation). Tuy nhiên, có tới 60% số tinh trùng chuột từ GAPDH -/giữ một vài sự di chuyển không tiến tới thậm chí sau 4 giờ ủ. Rất thú vị, các tác
giả đã nhấn mạnh một roi nằm ở đoạn giữa đã không truyền một cách hiệu quả
dọc theo đoạn chính của đuôi tinh trùng. Nói cách khác, flagella beating dường

13


như được khởi đầu ở phần đầu của đuôi nhưng đã không được truyền dọc theo roi
(Miki et al., 2004).
Các GAPDH-/- của chuột cho thấy một đặc tính nổi bật khác là mức độ
ATP thấp (10% của control). Điều này là do thiếu tổng hợp ATP và bằng chứng
cho thấy rằng ATP không được sản xuất bởi ty thể của tinh trùng. Tuy nhiên,
GAPDH-/- của tinh trùng làm duy trì các phản ứng đường phân mà giúp tiêu thụ
ATP. Trong thực tế, tinh trùng từ chuột đột biến sử dụng ATP để phosphorylate
glucose và fructose 6-phosphate ở những bước đầu tiên của quá trình đường phân
và cuối cùng chúng đã tích lũy glyceraldehyde 3-phosphate (G3P) gấp 4 lần nhiều

hơn so với nhóm chứng (Miki et al., 2004). Nếu ATP trong tinh trùng chỉ duy
nhất được sản xuất bởi quá trình đường phân, vậy nguồn ATP mà tạo ra tích tụ
bất thường G3P là gì? Do đó, một nguồn bổ sung của ATP khác hơn quá trình
đường phân đã được sử dụng và nguồn này có thể là từ OXPHOS. Khi các
GAPDH và các enzym đường phân còn lại nằm ở phần vỏ xơ của roi (fibrous
sheath) (Bunch et al., 1998) từ ty thể, sự tích tụ của G3P cũng chỉ ra rằng ATP ty
thể khuếch tán về đoạn xa (distal) của roi. Thật thú vị, vanadate, một chất ức chế
dynein ATPase ảnh hưởng đến sự di động tinh trùng và làm giảm hô hấp của ty
thể (Halangk et al., 1985b). ADP là tác nhân kích thích chính hoạt động
OXPHOS. Vì vậy, ức chế dynein ATPase sẽ làm giảm sản xuất ADP và sau đó
kích thích ty thể, có nghĩa là ADP này sẽ quay trở lại các ty thể và sẽ không được
tiêu thụ trong các roi bởi quá trình đường phân.
Vì vậy, những con chuột bị đột biến chuyển quá trình đường phân từ cách
tạo ra 1 ATP đến cách sử dụng 1 ATP (Hình 1). Kết quả là, quá trình đường phân
cạnh tranh với dynein ATPase cho ATP, góp phần gây ra khiếm khuyết về khả
năng vận động. Trong thực tế, incubation của tinh trùng từ GAPDH -/- trong sự
hiện diện của glucose tiếp tục làm giảm nồng độ ATP từ 10% đến 1,9% và loại bỏ
bất kỳ dấu vết của tinh trùng di động tiến tới (Miki et al., 2004). Tinh trùng của
nhiều loài bao gồm tinh trùng người có thể vẫn giữ được sự vận động ở media mà
không có glucose (glucose-free media). Thật thú vị, bằng cách sử dụng một chất
ức chế của GAPDHs, người ta thấy rằng tinh trùng động vật có vú đã không di
chuyển ở môi trường có sự hiện diện của glucose, nhưng chúng có thể cử động dễ
dàng khi đường được thay thế bằng các chất nền của quá trình hô hấp (Ford,
2006).

14


Một số nghiên cứu gần đây cho thấy tinh trùng có thể có khả năng
gluconeogenesis và tổng hợp glycogen để giúp tế bào di chuyển. Tinh trùng di

chuyển tiêu thụ năng lượng và mâu thuẫn với con đường dị hóa (catabolic) ở quá
trình đường phân (glycolysis) và quá trình đồng hóa (anabolic) khác
(gluconeogenesis và tổng hợp glycogen), hoạt động cùng lúc trong tế bào và sử
dụng cùng chất nền. Hơn nữa, gluconeogenesis tiêu thụ ATP gấp ba lần so với
ATP được sản xuất trong quá trình đường phân (Pilkis và Granner, 1992). Nó sẽ
là vô lý để kích hoạt gluconeogenesis sản xuất glucose để sử dụng trong quá trình
đường phân. Tuy nhiên, nó có thể sẽ có lợi để kích hoạt gluconeogenesis trong
những scenarios nơi mà đủ năng lượng thu được từ sự hô hấp được sử dụng trong
sự vận động của tinh trùng và nồng độ còn lại sẽ được sử dụng để lưu trữ năng
lượng.

Hình 6. Quá trình đường phân. Con đường đường phân chứa hai giai đoạn: một
quá trình tiêu thụ ATP và quá trình còn lại sản xuất ATP. GAPDHs chuột
knockout duy trì ở giai đoạn sử dụng ATP.
2.4. Các chất nền (cơ chất) hỗ trợ cho việc cung cấp năng lượng
Một vấn đề quan trọng trong việc xác định các quá trình trao đổi sản xuất
ATP cho sự vận động của tinh trùng là các chất nền có sẵn. Điều này rất thường
bị bỏ qua trong các mô hình đề xuất để giải thích sự đa dạng của các nghiên cứu
trước. Như vậy, các chất nền trong quá trình đường phân, các chất nền đường hô

15


hấp, hoặc cả hai đều cần thiết cho tinh trùng với số lượng đầy đủ và vào đúng thời
điểm. Nhưng cơ chất của đường hô hấp và nồng độ oxy (Max, 1992) là dồi dào
cùng với tracts sinh sản ở nam và nữ để hỗ trợ hoạt động OXPHOS (Hình 7). Sự
kích thích các tế bào Sertoli bởi FSH (FSH: Follicle stimulating hormone) làm
tăng sản xuất pyruvate và tiết lactate vào lumen biểu mô sinh tinh (Jutte et al,
1983;. Sylvester và Griswold, 1994) và lactate là chất chuyển hóa năng lượng
trung tâm được sử dụng bởi các tế bào mầm (Grootegoed et al., 1984; Mita et al,

1982).

Hình 7. Các nồng độ Oxygen, lactate, và glucose levels trong cơ quan sinh dục
nữ. A. Nồng độ oxy. B. Tỉ lệ Lactate/glucose cho quá trình đồng hóa ở cơ quan
sinh dục nữ: người (human (H)) (Dickens et al., 1995; Gardner et al., 1996; Tay
et al., 1997), heo (swine (S)) (Nichol et al., 1992), và chuột (mouse (M)) (Harris
et al., 2005). Lactate có nhiều ở cổ tử cung và âm đạo, nơi mà nồng độ đường của
quá trình thủy phân thấp (Jones, 1998; Windsor, 1997). Nồng độ lactate nhiều
hơn ở trong máu nhưng nồng độ glucose thì thấp hơn.
Sự tổng hợp RNA và protein, thêm vào đó sự tiêu thụ oxy của tinh trùng và các
tinh tử isolated, được kích thích bởi lactate ngoại sinh nhưng không phải bằng
glucose (Boussouar và Benahmed, 2004). Spermatids sở hữu (possess) tất cả các
hoạt động enzyme cho con đường glycolytic. Tuy nhiên, quá trình chuyển hóa
glucose không thể duy trì content ATP của tế bào, và những tinh tử isolated tiếp
xúc với glucose mà không có các cơ chất cung cấp năng lượng sẽ dẫn đến sự suy
giảm ATP (Grootegoed et al, 1984;.. Mita et al, 1982). Việc sử dụng các lactate

16


như các chất nền như là năng lượng chính trong tinh dịch có thể là một cơ chế để
kiểm tra sự thiếu hụt của hoạt động OXPHOS khi các tế bào mầm vẫn có thể đáp
ứng vì tinh trùng trưởng thành được phiên mã trơ (transcriptionally inert ) (DiezSanchez et al., 2003b). Hơn nữa, mào tinh hoàn động vật có vú là giàu lactate
nhưng việc giảm các loại đường không thấy ở trong lòng ống mào tinh
(epididymal lumen) (Jones và Murdoch, 1996).
Plasma tinh dịch giàu fructose ở lại trong âm đạo và chỉ có tinh trùng di
chuyển đến chất nhầy cổ tử cung (Haas và Bia, 1986). Lactobacillus từ lâu đã
được coi là flora bảo vệ có ở âm đạo. Axit lactic được sản xuất bởi vi sinh vật này
làm giảm độ pH âm đạo và tác dụng chống lại tác nhân gây bệnh đường âm đạo.
Vì vậy, âm đạo rất giàu lactate. Điều thú vị là, ở những phụ nữ mắc bệnh tiểu

đường, người ta đã thấy mối liên quan giữa đường huyết (glycemia) và tỷ lệ
nhiễm nấm (Nowakowska et al., 2004). Như vậy, nồng độ (level) của các loại
đường phân trong âm đạo chiếm tỷ lệ thấp.
Nồng độ lactate từ cao hơn 15-, 10-, và 38 lần so với glucose trong tử
cung, buồng trứng, và các dịch nang trứng của chuột (Harris et al., 2005) và dịch
ở buồng trứng bovine chứa ít hơn 100 mM glucose (Galantino-Homer et al.,
2004). Tất cả các bằng chứng này cho thấy vai trò quan trọng của lactate, một
chất nền đường hô hấp, như là một nguồn năng lượng quan trọng đối với tinh
trùng. Với quan điểm này, có isozyme lactate dehydrogenase đặc hiệu ở tinh hoàn
[lactate dehydrogenase C4 (LDH-C4)]. Nó có vai trò khởi đầu hoạt động trong
các tế bào sinh tinh (spermatogenic) ở những tế bào mầm (gametogenic cells) từ
tinh trùng ở giai đoạn tiền sợi mảnh (preleptotene) đến các tinh tử. Nó thể hiện
hình thức chủ yếu của LDH trong tinh trùng trưởng thành và tồn tại ở 2 nơi (dual
localization), trong bào tương của tinh nguyên bào, các tinh tử, và tinh trùng,
cũng như trong cơ chất của ty thể ở tinh trùng (Burgos et al., 1995). Hơn nữa, có
sự tương quan giữa LDH-C4, số lượng tinh trùng di động, và hoạt động của ty thể
(Sawane et al., 2002). Nó là lactate, chứ không phải là pyruvate, mà đi vào ty thể
do đó tạo thành một hệ thống vận chuyển lactate-pyruvate trong những tế bào tái
sinh NADH (nicotinamide adenine dinucleotide) tế bào chất (Jones, 1997). Một
isoenzyme đặc hiệu tinh trùng downstream của quá trình đường phân là pyruvate
dehydrogenase (PDH). Malate làm tăng đáng kể hoạt động PDH của tinh trùng.
L-malate với số lượng ít cũng giúp nó điều hòa complex PDH trong giao tử
(Gerez de Burgos et al., 1994). Rất thú vị, acetoacetate và hydroxybutyrate giúp
tinh trùng di chuyển. Các chất ức chế quá trình đường phân ngăn chặn sự di

17


chuyển của tinh trùng mediated bởi glucose nhưng không phải bởi các cơ quan có
ketone (Tanaka et al., 2004). Hơn nữa, succinyl CoA transferase ty thể (SCOT-t),

cần thiết cho sự trao đổi chất ketone body, đã được mô tả có xuất hiện trong các tế
bào mầm tinh hoàn và tinh trùng và chất thay thế cho các isoform tế bào soma
(Tanaka et al., 2002). Cần lưu ý rằng các ketone body chỉ có thể được tiêu thụ bởi
các hệ thống OXPHOS.

KẾT LUẬN
Ty thể có ở tất cả các tế bào, nhiều hay ít tuỳ theo tế bào. ATP tạo ra được
sử dụng cho 3 hoạt động chính của tế bào: (1) vận chuyển các chất qua màng tế
bào (vận chuyển chủ động); (2) sinh tổng hợp các chất và (3) thực hiện các công
cơ học (co cơ, các cử động của tế bào như sự di động của tinh trùng…)
Khi xuất tinh, tinh trùng tồn tại một mình và chúng phải có những thay đổi
tích cực để thực hiện chức năng tiếp cận với trứng. Các bằng chứng cho thấy rằng
tinh trùng có quá trình chuyển hóa hiệu quả để tồn tại dưới những nguồn năng

18


lượng khác trong đó OXPHOS là một trong những quá trình chính cung cấp năng
lượng cho nó hoạt động. Tính linh hoạt này rất quan trọng giúp đảm bảo thành
công sự thụ tinh.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Aknin‐Seifer, I. E., Touraine, R. L., Lejeune, H., Jimenez, C., Chouteau, J.,
SiVroi, J. P., McElreavey, K., Bienvenu, T., Patrat, C., and Levy, R. (2005). Is
the CAG repeat of mitochondrial DNA polymerase gamma (POLG) associated
with male infertility? A multicentre French study. Hum. Reprod. 20, 736–740.
2. Auger, J., Ronot, X., and Dadoune, J. P. (1989). Human sperm mitochondrial
function related to motility: A flow and image cytometric assessment. J. Androl.
10, 439–448.

19


3. Auger, J., Leonce, S., Jouannet, P., and Ronot, X. (1993). Flow cytometric
sorting of living, highly motile human spermatozoa based on evaluation of their
mitochondrial activity. J. Histochem. Cytochem. 41, 1247–1251.
4. Baccetti, B., Selmi, M. G., and Soldani, P. (1984). Morphogenesis of
‘decapitated’ spermatozoa in a man. J. Reprod. Fertil. 70, 395–397.
5. Baradi, A. F., and Rao, N. S. (1979). On the development of midpiece
mitochondria of mouse spermatozoa. Cell Tissue Res. 199, 349–352.
6. Boussouar, F., and Benahmed, M. (2004). Lactate and energy metabolism in
male germ cells. Trends Endocrinol. Metab. 15, 345–350.
7. Breitbart, H., Mayevsky, A., and Nass‐Arden, L. (1989). Molecular
mechanisms of gossypol action on sperm motility. Int. J. Biochem. 21, 1097–
1102.
8. Brown, G. C. (1995). Nitric oxide regulates mitochondrial respiration and cell
functions by inhibiting cytochrome oxidase. FEBS Lett. 369, 136–139.
9. Brusco, A., Michielotto, C., Gatta, V., Foresta, C., Matullo, G., Zeviani, M.,
Ferrari, G., Dragone, E., Calabrese, G., Rossato, M., Stuppia, L., and Migone, N.
(2006). The polymorphic polyglutamine repeat in the mitochondrial DNA
polymerase gamma gene is not associated with oligozoospermia. J. Endocrinol.
Invest. 29, 1 – 4.
10. Bunch,D.O.,Welch,J.E.,Magyar,P.L.,Eddy,E.M.,andO’Brien,D.A.
(1998).Glyceraldehyde 3‐phosphate dehydrogenase‐S protein distribution during
mouse spermatogenesis. Biol. Reprod. 58, 834–841.
11. Burgos, C., Maldonado, C., Gerez de Burgos, N. M., Aoki, A., and Blanco,
A. (1995). Intracellular localization of the testicular and sperm‐specific lactate
dehydrogenase isozyme C4 in mice. Biol. Reprod. 53, 84–92.
12. Cardullo,R.A.,andBaltz,J.M.
(1991).Metabolicregulationinmammaliansperm:Mitochondrial volume determines

sperm length and flagellar beat frequency. Cell Motil. Cytoskeleton 19 , 180–188.
13. Cieciura, L., and Klimek, I. (1988). Stereological studies on germ cell
mitochondria of rat during spermatogenesis and spermiogenesis. Folia
Histochem. Cytobiol. 26, 177–183. de Lamirande, E., and Gagnon, C. (1992).
Reactive oxygen species and human spermatozoa. II. Depletion of adenosine
triphosphate plays an important role in the inhibition of sperm motility. J. Androl.
13, 379–386.

20


14. De Martino, C., Floridi, A., Marcante, M. L., Malorni, W., Scorza
Barcellona, P., Bellocci, M., and Silvestrini, B. (1979). Morphological,
histochemical and biochemical studies on germ cell mitochondria of normal rats.
Cell Tissue Res. 196, 1–22.
15. Dickens, C. J., Maguiness, S. D., Comer, M. T., Palmer, A., Rutherford, A.
J., and Leese, H. J. (1995). Human tubal fluid: Formation and composition during
vascular perfusion of the fallopian tube. Hum. Reprod. 10, 505–508.
16. Diez‐Sanchez, C., Ruiz‐Pesini, E., Lapena, A. C., Montoya, J., Perez‐Martos,
A., Enriquez, J. A., and Lopez‐Perez, M. J. (2003a). Mitochondrial DNA content
of human spermatozoa. Biol. Reprod. 68, 180–185.
17. Diez‐Sanchez, C., Ruiz‐Pesini, E., Montoya, J., Perez‐Martos, A., Enriquez,
J. A., and LopezPerez, M. J. (2003b). Mitochondria from ejaculated human
spermatozoa do not synthesize proteins. FEBS Lett. 553, 205–208.
18. Donnelly, E. T., O’Connell, M., McClure, N., and Lewis, S. E. (2000).
Differences in nuclear DNA fragmentation and mitochondrial integrity of semen
and prepared human spermatozoa. Hum. Reprod. 15, 1552–1561.
19. Dreanno, C., Cosson, J., Suquet, M., Seguin, F., Dorange, G., and Billard, R.
(1999). Nucleotide content, oxidative phosphorylation, morphology, and
fertilizing capacity of turbot (Psetta maxima) spermatozoa during the motility

period. Mol. Reprod. Dev. 53 , 230–243.
20. Enriquez, J. A., Fernandez‐Silva, P., and Montoya, J. (1999). Autonomous
regulation in mammalian mitochondrial DNA transcription. Biol. Chem. 380,
737–747.
21. Evenson, D. P., Darzynkiewicz, Z., and Melamed, M. R. (1982).
Simultaneous measurement by flow cytometry of sperm cell viability and
mitochondrial membrane potential related to cell motility. J. Histochem.
Cytochem. 30, 279–280.
22. Fernandez‐Silva, P., Enriquez, J. A., and Montoya, J. (2003). Replication and
transcription of mammalian mitochondrial DNA. Exp. Physiol. 88, 41–56.
23. Folgero, T., Bertheussen, K., Lindal, S., Torbergsen, T., and Oian, P. (1993).
Mitochondrial disease and reduced sperm motility. Hum. Reprod. 8, 1863–1868.
24. Ford, W. C. (2006). Glycolysis and sperm motility: Does a spoonful of sugar
help the flagellum go round? Hum. Reprod. Update 12, 269–274.
25. Ford, W. C., and Harrison, A. (1981). The role of oxidative phosphorylation
in the generation of ATP in human spermatozoa. J. Reprod. Fertil. 63, 271–278.

21


26. Galantino‐Homer, H. L., Florman, H. M., Storey, B. T., Dobrinski, I., and
Kopf, G. S. (2004). Bovine sperm capacitation: Assessment of phosphodiesterase
activity and intracellular alkalinization on capacitation‐associated protein tyrosine
phosphorylation. Mol. Reprod. Dev. 67, 487–500.
27. Garbers, D. L., First, N. L., Sullivan, J. J., and Lardy, H. A. (1971).
Stimulation and maintenance of ejaculated bovine spermatozoan respiration and
motility by caVeine. Biol. Reprod. 5, 336–339.
28. Gardner, D. K., Lane, M., Calderon, I., and Leeton, J. (1996). Environment
of the preimplantation human embryo in vivo: Metabolite analysis of oviduct and
uterine fluids and metabolism of cumulus cells. Fertil. Steril. 65, 349–353.

29. Gerez de Burgos, N. M., Gallina, F., Burgos, C., and Blanco, A. (1994).
Effect of L‐malate on pyruvate dehydrogenase activity of spermatozoa. Arch.
Biochem. Biophys. 308, 520–524.
30. Giles, R. E., Blanc, H., Cann, H. M., and Wallace, D. C. (1980). Maternal
inheritance of human mitochondrial DNA. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 77, 6715–
6719.
31. Ginsberg, L., and Hillman, N. (1974). Meiotic drive in tn‐bearing mouse
spermatozoa: A relationship between aerobic respiration and transmission
frequency. J. Reprod. Fertil. 38, 157–163.
32. Gopalkrishnan, K., Padwal, V., D’Souza, S., and Shah, R. (1995). Severe
asthenozoospermia: A structural and functional study. Int. J. Androl. 18(Suppl.
1), 67–74.
33. Gravance, C. G., Garner, D. L., Miller, M. G., and Berger, T. (2001).
Fluorescent probes and flow cytometry to assess rat sperm integrity and
mitochondrial function. Reprod. Toxicol. 15, 5–10.
34. Grootegoed, J. A., Jansen, R., and Van der Molen, H. J. (1984). The role of
glucose, pyruvate and lactate in ATP production by rat spermatocytes and
spermatids. Biochim. Biophys. Acta 767, 248–256.
35. Haas, G. G., Jr., and Beer, A. E. (1986). Immunologic influences on
reproductive biology: Sperm gametogenesis and maturation in the male and
female genital tracts. Fertil. Steril. 46, 753–766.
36. Halangk, W., and Bohnensack, R. (1986). Quantification of sperm motility
by a turbidimetric assay. Correlation to cellular respiration. Biomed. Biochim.
Acta 45, 331–341.

22


37. Halangk, W., Bohnensack, R., Frank, K., and Kunz, W. (1985a). EVect of
various substrates on mitochondrial and cellular energy state of intact

spermatozoa. Biomed. Biochim. Acta 44, 411–420.
38. Halangk, W., Bohnensack, R., and Kunz, W. (1985b). Interdependence of
mitochondrial ATP production and extramitochondrial ATP utilization in intact
spermatozoa. Biochim. Biophys. Acta 808, 316–322.
39. Halangk, W., Troger, U., and Bohnensack, R. (1990). Quantification of
aerobic energy turnover in epididymal bull spermatozoa. Biochim. Biophys. Acta
1015, 243–247.
40. Harris, S. E., Gopichandran, N., Picton, H. M., Leese, H. J., and Orsi, N. M.
(2005). Nutrient concentrations in murine follicular fluid and the female
reproductive tract. Theriogenology 64, 992–1006.
41. Hess, R. A., Miller, L. A., Kirby, J. D., Margoliash, E., and Goldberg, E.
(1993). Immunoelectron microscopic localization of testicular and somatic
cytochromes c in the seminiferous epithelium of the rat. Biol. Reprod. 48, 1299–
1308.
42. Holstein, A. F., Schill, W. B., and Breucker, H. (1986). Dissociated centriole
development as a cause of spermatid malformation in man. J. Reprod. Fertil. 78,
719–725.
43. Huttemann, M., Jaradat, S., and Grossman, L. I. (2003). Cytochrome c
oxidase of mammals contains a testes‐specific isoform of subunit VIb—the
counterpart to testes‐specific cytochrome c? Mol. Reprod. Dev. 66, 8–16.
44. Jensen, M., LeVers, H., Petersen, J. H., Nyboe Andersen, A., Jorgensen, N.,
Carlsen, E., Jensen, T. K., Skakkebaek, N. E., and Rajpert‐De Meyts, E. (2004).
Frequent polymorphism of the mitochondrial DNA polymerase gamma gene
(POLG) in patients with normal spermiograms and unexplained subfertility.
Hum. Reprod. 19, 65–70.
45. Jones, A. R. (1997). Metabolism of lactate by mature boar spermatozoa.
Reprod. Fertil. Dev. 9 , 227–232.
46. Jones, A. R. (1998). Chemical interference with sperm metabolic pathways.
J. Reprod. Fertil. Suppl. 53, 227–234.
47. Jones, R. C., and Murdoch, R. N. (1996). Regulation of the motility and

metabolism of spermatozoa for storage in the epididymis of eutherian and
marsupial mammals. Reprod. Fertil. Dev. 8, 553–568.

23


48. Jutte, N. H., Jansen, R., Grootegoed, J. A., Rommerts, F. F., and van der
Molen, H. J. (1983). FSH stimulation of the production of pyruvate and lactate by
rat Sertoli cells may be involved in hormonal regulation of spermatogenesis. J.
Reprod. Fertil. 68, 219–226.
49. Kao, S., Chao, H. T., and Wei, Y. H. (1995). Mitochondrial deoxyribonucleic
acid 4977‐bp deletion is associated with diminished fertility and motility of
human sperm. Biol. Reprod. 52, 729–736.
50. Kao, S. H., Chao, H. T., Liu, H. W., Liao, T. L., and Wei, Y. H. (2004).
Sperm mitochondrial DNA depletion in men with asthenospermia. Fertil. Steril.
82, 66–73.
51. Kim, I. C., Waller, D. P., Marcelle, G. B., Cordell, G. A., Fong, H. H., Pirkle,
W. H., Pilla, L., and Matlin, S. A. (1984). Comparative in vitro spermicidal
effects of (þ/)‐gossypol, (þ)‐gossypol, ()‐gossypol and gossypolone.
Contraception 30, 253–259.
52. Kramer, R. Y., Garner, D. L., Bruns, E. S., Ericsson, S. A., and Prins, G. S.
(1993). Comparison of motility and flow cytometric assessments of seminal
quality in fresh, 24‐hour extended and cryopreserved human spermatozoa. J.
Androl. 14, 374–384.
53. Kroemer, G., Zamzami, N., and Susin, S. A. (1997). Mitochondrial control of
apoptosis. Immunol. Today 18, 44–51.
54. Krzyzosiak, J., Molan, P., and Vishwanath, R. (1999). Measurements of
bovine sperm velocities under true anaerobic and aerobic conditions. Anim.
Reprod. Sci. 55, 163–173.
55. Marchetti, C., Obert, G., DeVosez, A., Formstecher, P., and Marchetti, P.

(2002). Study of mitochondrial membrane potential, reactive oxygen species,
DNA fragmentation and cell viability by flow cytometry in human sperm. Hum.
Reprod. 17, 1257–1265.
56. Max, B. (1992). This and that: Hair pigments, the hypoxic basis of life and
the Virgilian journey of the spermatozoon. Trends Pharmacol. Sci. 13, 272–276.
57. May‐Panloup, P., Chretien, M. F., Savagner, F., Vasseur, C., Jean, M.,
Malthiery, Y., and Reynier, P. (2003). Increased sperm mitochondrial DNA
content in male infertility. Hum. Reprod. 18, 550–556.
58. McKinney, K. A., Boyle, P., and Thompson, W. (1995). Effect of glyceryl
trinitrate on sperm motility and lipid peroxidation in normozoospermic men. Int.
J. Androl. 18, 307–312.

24


59. Miki, K., Qu, W., Goulding, E. H., Willis, W. D., Bunch, D. O., Strader, L.
F., Perreault, S. D., Eddy, E. M., and O’Brien, D. A. (2004). Glyceraldehyde 3‐
phosphate dehydrogenase‐S, a sperm‐specific glycolytic enzyme, is required for
sperm motility and male fertility. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101, 16501–16506.
60. Mita, M., Price, J. M., and Hall, P. F. (1982). Stimulation by follicle‐
stimulating hormone of synthesis of lactate by Sertoli cells from rat testis.
Endocrinology 110, 1535–1541.
61. Montiel‐Sosa, F., Ruiz‐Pesini, E., Enriquez, J. A., Marcuello, A., Diez‐
Sanchez, C., Montoya, J., Wallace, D. C., and Lopez‐Perez, M. J. (2006).
DiVerences of sperm motility in mitochondrial DNA haplogroup U sublineages.
Gene 368C, 21–27.
62. Mundy, A. J., Ryder, T. A., and Edmonds, D. K. (1995). Asthenozoospermia
and the human sperm mid‐piece. Hum. Reprod. 10, 116–119.
63. Narisawa, S., Hecht, N. B., Goldberg, E., Boatright, K. M., Reed, J. C., and
Millan, J. L. (2002). Testis‐specific cytochrome c‐null mice produce functional

sperm but undergo early testicular atrophy. Mol. Cell. Biol. 22, 5554–5562.
64. Nichol, R., Hunter, R. H., Gardner, D. K., Leese, H. J., and Cooke, G. M.
(1992). Concentrations of energy substrates in oviductal fluid and blood plasma
of pigs during the peri‐ovulatory period. J. Reprod. Fertil. 96, 699–707.
65. Nowakowska, D., Kurnatowska, A., Stray‐Pedersen, B., and Wilczynski, J.
(2004). Species distribution and influence of glycemic control on fungal
infections in pregnant women with diabetes. J. Infect. 48, 339–346.
66. Pascual, M. L., Cebrian‐Perez, J. A., Lopez‐Perez, M. J., and Muino‐Blanco,
T. (1996). Shortterm inhibition of the energy metabolism aVects motility but not
surface properties of sperm cells. Biosci. Rep. 16, 35–40.
67. Perotti, M. E., Giarola, A., and Gioria, M. (1981). Ultrastructural study of the
decapitated sperm defect in an infertile man. J. Reprod. Fertil. 63, 543–549.
68. Petit, J. M., Ratinaud, M. H., Cordelli, E., Spano, M., and Julien, R. (1995).
Mouse testis cell sorting according to DNA and mitochondrial changes during
spermatogenesis. Cytometry 19, 304–312.
69. Pilkis, S. J., and Granner, D. K. (1992). Molecular physiology of the
regulation of hepatic gluconeogenesis and glycolysis. Annu. Rev. Physiol. 54,
885–909.
70. Rikmenspoel, R. (1965). The inhibition by amytal of respiration and motility
of bull spermatozoa. Exp. Cell Res. 37, 312–326.

25