La reproduction masculine

A partir de la puberté, l’appareil génital masculin devient fonctionnel et le corps du garçon subit des transformations physiques et psychiques tel que: - Développement des organes génitaux externes (caractères sexuels primaires C.S. I aire ) -Apparition d’une pilosité virile sur la face, les aisselles, le thorax et les membres. -Augmentation de la taille, développement de la musculature et croissance osseuse donnant la silhouette masculine. -Modification de la voix. -Comportement physique, physiologique et sexuel masculins se sont les caractères sexuels secondaires

A quoi sont dus les changements qui apparaissent à la puberté? Où et comment se forme le sperme? Quelle est l’origine des caractères sexuels secondaires?

I- organisation de l’appareil génital de l’homme II- le testicule: 1- structure du testicule a) les tubes séminifères: b) le tissu interstitiel: 2- la spermatogenèse: a) structure du spermatozoïde: b) les particularités du spermatozoïde: c) le déroulement de la spermatogenèse: 3- la fonction endocrine du testicule: a) mise en évidence expérimentale: b) les effets physiologiques de la testostérone: III- contrôle et régulation des fonctions testiculaires: 1- rôle de l’hypophyse: a) les hormones hypophysaires: b) rôle des hormones hypophysaires: 2- rôle de l’hypothalamus: 3- le rétrocontrôle testiculaire IV- schéma fonctionnel Exercices d’application La fonction reproductrice masculine

I- Organisation de l’appareil génital de l’homme

Testicule Épididyme Canal déférent Prostate Vésicule séminale Urètre Gland Orifice uro-génital

Structure générale de l’appareil génital masculin Anatomie dans scrotum

Vésicule séminale (2) prostate Glande de Cowper Orifice uro- génital

Urètre Vessie Canal déférent Prostate Vésicules séminales Glandes bulbo-urétrales

II- Le testicule

1- structure du testicule: (activité 2) (doc 4 page 10) La coupe longitudinale montre que le testicule est formé de plusieurs lobules testiculaires contenant chacun de 2 à 4 tubes séminifères débouchant tous dans le canal de l’épididyme.

1- structure du testicule: (activité 2) a) Les tubes séminifères: Chaque tube séminifère comprend: -Une partie centrale appelée lumière du tube séminifère. -Une partie périphérique appelée paroi du tube séminifère.

La paroi du tube séminifère comprend deux types de cellules: -Des cellules de taille et de forme différentes appelées cellules souches des gamètes ou cellules germinales. - des cellules géantes appelées cellules de Sertoli à rôle nourricier, sécréteur et de soutien.

Chaque tube séminifère est limité par une paroi conjonctive et il contient deux types de cellules : - Les Cellules Germinales : Sont destinées pour donner des gamètes mâles (spermatozoïdes). De la paroi du tube séminifère cers la lumière, on distingue : - Les Spermatogonies : ils sont nombreux et à 2n chromosomes. - Les Spermatocytes I : sont plus volumineux et à en chromosomes. - Les Spermatocytes II : sont généralement groupés par deux, ils sont à n chromosomes - Les Spermatides : sont de taille réduite, localisés prés de la lumière du tube séminifère et sont à n chromosomes - Les Spermatozoïdes : sont fixés par la tête dans les cellules de Sertoli ou ils sont libres dans la lumière du tube séminifère. Ils sont à n chromosomes - Les Cellules de Sertoli : sont des grandes cellules à 2n chromosomes, elles ont un rôle nourricier et de soutient pour la spermatogenèse

1- structure du testicule: (activité 2) b) Le tissu interstitiel: Il occupe l’espace compris entre les tubes séminifères. On trouve des cellules de Leydig ou interstitielles er des capillaires sanguins

2- la spermatogenèse:

a)- structure du spermatozoïde:

Les spermatozoïdes sont des cellules de très petite taille prolongées par un long flagelle qui assure leur grande mobilité. Le cytoplasme, très réduit, contient essentiellement un volumineux noyau, siège de l'information génétique. Un spermatozoïde est donc une cellule spécialisée dans le transport de cette information génétique jusqu'au gamète femelle. a)- structure du spermatozoïde:

b) Les particularités du spermatozoïde: Le spermatozoïde est une cellule spécialisée qui possède des caractéristiques cytologiques et chromosomiques qui lui permettent d’accomplir sa fonction (La fécondation). Les caractéristiques cytologiques : Le spermatozoïde est une cellule mobile, formée par une tête, une pièce intermédiaire et un flagelle (une queue) elle est caractérisé par : - une forme allongée hydrodynamique - une masse très faible, car le cytoplasme est réduit - présence des mitochondries pour fournir de l’énergie - présence d’acrosome qui contient des enzymes d’hydrolyse pour la fécondation - présence d’un flagelle qui assure la mobilité * Les caractéristiques chromosomiques : le spermatozoïde est une cellule haploïde à n=23ch simples pour assurer le rétablissement de la diploïdie dans le zygote. Conclusion La production des spermatozoïdes commence dés la puberté et se poursuit jusqu’à la mort La Spermatogenèse est un Phénomène continu Les spermatozoïdes qui sont produit dans les tubes séminifères sont évacués par les voies génitales vers l’extérieur : Le testicule a une fonction exocrine

c) Le déroulement de la spermatogenèse La spermatogenèse se déroule dans les tubes séminifères, elle comprend 4 phases * La Phase de multiplication : les spermatogonies (2n ch) se multiplient par mitose pour assurer la conservation des stocks de spermatogonies. * La Phase d’accroissement : certains spermatogonies augmentent de taille et deviennent des spermatocytes I (2n ch dédoublés). * La phase de maturation : chaque spermatocyte I subit les deux divisions de la méiose : - La division réductionnelle qui donne deux spermatocytes II (à n ch dédoublés) - La division équationnelle : chaque spermatocyte II donne deux spermatides (à n ch simples) * La phase de différenciation : Les spermatides subissent de profonds remaniements et deviennent des spermatozoïdes : réduction du cytoplasme, formation de l’acrosome, apparition de la pièce intermédiaire et du flagelle…

Spermatogonie Diploïde (2n) Mitose Spermatocyte 1 Diploïde (2n) Spermatocyte 2 Haploïde (n) Chromosomes à 2 chromatides Spermatocyte 2 Haploïde (n) 4 Spermatides Haploïdes (n) Chromosomes à une chromatide 4 spermatozoïdes Haploïdes (n) Chromosomes à une chromatide Première division de méiose Séparation des chromosomes homologues. Division réductionnelle Seconde division de méiose Séparation des chromatides. Division équationnelle La méiose Méiose et spermatogenèse Etat diploïde Etat haploïde

Cette production se déroule dans la paroi des tubes séminifères et elle s'effectue de manière centripète c'est- à-dire de la périphérie vers le centre du tube. En périphérie, des cellules souches se divisent en permanence et les cellules ainsi produites entament une migration vers la lumière centrale du tube. Au cours de cette migration, elles subissent un ensemble de divisions et de transformations complexes qui aboutissent à la formation des spermatozoïdes.

Appareil de Golgi Acrosome Noyau du spermatide Centrioles Mitochondrie Acrosome Noyau Microtubules Flagelle Cytoplasme en excès Pièce intermédiaire Tête Queue La différenciation ou spermiogenèse:

3- la fonction endocrine du testicule (activité 4) Expérience 1 Expérience 2Expérience 3 Le testicule est responsable De l’apparition des signes de la puberté, de la fertilité (production des gamètes), du développement du tractus génital et de l’apparition, développement et maintien des caractères sexuels secondaires (CSS) Les tubes séminifères sont responsables de la fertilité ; ils assurent la fonction exocrine du testicule. Il y a de forte relation entre les cellules de Leydig et le développement des caractères sexuels secondaires. Les testicules agissent sur le développement des caractères sexuels secondaires par voie sanguine Les testicules agissent sur le développement et le maintien des CSS par l’intermédiaire de substance chimique libérée dans le sang: il s’agit d’une hormone sexuelle mâle la testostérone Expérience 4 Ce sont les cellules de Leydig qui sécrètent la testostérone. Cette hormone est responsable à la réalisation et le bon déroulement de la spermatogenèse. Expérience 5

Le testicule joue le rôle d’une glande endocrine dont le produit de sécrétion passe directement dans le sang en agissant sur des organes spécifiquement sensibles (organes cibles) par l’intermédiaire d’hormones sexuelles mâles les androgènes et en particulier la testostérone. Le testicule assure une double fonction exocrine et endocrine; on dit le testicule est une glande mixte. Conclusion Le testicule Tube séminifèreTissu interstitiel ParoiLumièreCellules de LeydigCapillaire sanguin La spermatogenèse Production de spzs Testostérone CSS Fonction exocrine Fonction endocrine

Expérience 1 L’hypophyse contrôle la fertilité, le développement et le fonctionnement testiculaire et le développement et le maintien des caractères sexuels secondaires Expérience 2 L’hypophyse agit par voie sanguine par l’intermédiaire d’hormones appelées gonadostimulines qui sont: La F.S.H. Et la L.H Expérience 3 Les hormones hypophysaires agissent sur des cellules cibles situées dans le testicule La F.S.H agit sur le développement des tubes séminifères (spermatogenèse incomplète) La F.S.H seule n’assure pas la production de spzs. La L.H agit sur les cellules de Leydig en stimulant (activant) la sécrétion de la testostérone. La L.H seule n’a pas d’action sur les cellules du tube séminifère. La présence combinée de la F.S.H et de la L.H stimule la spermatogenèse. La F.S.H déclenche la spermatogenèse et la L.H l’achève (termine) Expérience 1 Expérience 2 Expérience 3

3- la fonction endocrine du testicule a) mise en évidence expérimentale Le Testicule commande l’apparition et le développement des caractères sexuels primaires(Le tractus génital) et secondaires à partir de la puberté. L’action du testicule se fait par une substance qui agit par voie sanguine (hormonale) sur des cellules cibles, cette substance est une hormone appelée La Testostérone qui est secrétée par les cellules de Leydig (La testostérone est une hormone appartenant à la famille des stéroïdes qui sont des lipides) Conclusion Le testicule possède une double fonction : * Une fonction exocrine : La spermatogenèse * Une fonction endocrine : La sécrétion de la testostérone

La régulation de la fonction reproductrice chez l’homme. Organes cibles: muscles, cerveau, vésicules séminales… testicule Cellules de Sertoli Cellules de Leydig testostérone + +

3- la fonction endocrine du testicule b) les effets physiologiques de la testostérone La testostérone est une hormone de nature lipidique (stéroïde) sécrétée par les cellules de Leydig passe directement dans le sang et agit spécifiquement sur des cellules particulières dites cellules cibles. * Les cellules cibles de la testostérone: cette hormone agit: - sur les organes des caractères sexuels masculin (muscles, larynx, voies génitales, prostate) - sur les cellules germinales - sur le cerveau (hypothalamus et hypophyse) * Les effets biologiques de la testostérone: -Elle assure l’apparition, le développement et la maintien des CSS. - stimule également la spermatogenèse - exerce un contrôle sur le complexe hypothalamo-hypophysaire. * Mode d’action de la testostérone: (doc 2 page 8) b) Les caractéristiques de la testostérone

III- contrôle et régulation des fonctions testiculaires Fonctionnement de l’axe hypothalamus Hypophyse testicule

III- contrôle et régulation des fonctions testiculaires 1- rôle de l’hypophyse (activité 5)

Neurones hypothalamiques Potentiels d’action des neurones hypothalamiques (pulses) Artère hypophysaire supérieure Chiasma optique Hypothalamus Système porte hypophysaire Cellules sécrétrices de FSH Libération de GnRh par les terminaisons axoniques des neurones hypothalamiques Cellules sécrétrices de LH Neurones hypothalamiques et fonctionnement de l’hypophyse Hypophyse postérieur Hypophyse Antérieure Axone des neurones hypothalamiques Tige hypophysaire (pituitaire) Libération de LH et FSH dans la circulation générale

III- Le complexe Hypothalamo-Hypophysaire est formé par l’hypophyse qui est relié à l’hypothalamus par le tige pituitaire 1. Le Contrôle Hypophysaire :

III- contrôle et régulation des fonctions testiculaires 1- rôle de l’hypophyse (activité 5) a) les hormones hypophysaires L’hypophyse contrôle le fonctionnement testiculaire par voie sanguine par l’intermédiaire d’hormones appelées gonadostimulines ou gonadotrophines; -La FSH - la LH

L’hypophyse secrète plusieurs hormones parmi lesquelles 2 hormones sont actives sur les testicules ce sont les gonadostimulines (gonadotrophines) : La FSH (Hormone folliculostimulante) La LH (Hormone lutéinisante) b) Rôles des hormones hypophysaires

-La LH agit sur les cellules de Leydig en stimulant la sécrétion de testostérone. Cette dernière est indispensable à l’achèvement de la spermatogenèse. -La FSH permet le développement des tubes séminifères et le déclenchement de la spermatogenèse (multiplication des spermatogonies) mais elle agit indirectement sur les phases terminales de la spermatogenèse en effet les récepteurs membranaires de la FSH se trouvent les cellules de Sertoli qui, stimulé par la F.S.H. libère une protéine de liaison appelée ABP indispensable à la fixation de la testostérone sur les cellules germinales pour achever la spermatogenèse. b) Rôles des gonadostimulines

2- Rôles de l’hypothalamus L’hypothalamus contrôle l’activité hypophysaire par l’intermédiaire d’un hormone sécrétée par des cellules nerveuses hypothalamiques; il s’agit d’une neuro-hormone ou gonadolibérine appelée GnRH. La GnRH est un peptide dont la sécrétion est pulsatile. La sécrétion pulsatile de GnRH est à l’origine d’une sécrétion pulsatile de LH et de testostérone avec un léger décalage de temps par rapport aux pics de GnRH ce qui explique l’existence d’une relation de causalité entre les trois sécrétions. 2- Rôle de l’hypothalamus

Le développement et le fonctionnement du testicule sont commandés par l'hypophyse qui élabore des gonado-stimulines. Au moment de la puberté, la sécrétion de gonado-stimulines par l'hypophyse augmente brusquement provequant le développement testiculaire et déclenchant la sécrétion par celui –ci de la testostérone qui va achever le développement génital. Il existe deux gonado- stimulines ; la gonado-stimuline F.S.H. qui stimule la spermatogénèse et la croissance des tubes séminifères ; la gonado-stimuline L.H. qui stimule le fonctionnement des cellules de Leydig et la production par celles-ci de testostérone. La sécrétion de ces deux gonado-stimulines est elle-même sous la dépendance de l'hypothalamus qui élabore une hormone de libération appelée L.H.R.H. ou Gn.R.H. cette hormone stimule la sécrétion de F.S.H. et de L.H. La sécrétion de L.H.R.H. est continue chez l'homme mais son importance dépend du taux des hormones sexuelles circulantes, la baisse de ce taux augmentant la sécrétion de L.H.R.H.

Les hormones testiculaires Ce sont des substances stéroïdes: elles sont donc chimiquement proches des hormones cortico-surrénales. L 'hormone essentielle est la testostérone; les autres hormones (androstérones) semblent être des produits de transformation de la testostérone; Les actions de la testostérone sont multiples : I - actions tissulaires : elle développe les organes du tractus génital mâle: épididyme, déférent, prostate, organes génitaux externes ; elle confère au développement musculaire et squelettique le type masculin ; elle agit sur la peau, plus rude et plus pigmentée chez l'homme ; elle agit sur la répartition du tissu graisseux ;.elle provoque le développement pileux ;.enfin, elle agit sur la musculature du larynx, conditionnant les mues de la voix.

II - actions sur le comportement: elle augmente la combativité, l'agressivité, développe la libido. III - actions métaboliques l'action la plus nette de la testostérone porte sur les lipides, la castration entraînant un engraissement rapide alors que l'administration d'hormone agit en sens inverse; par ailleurs, la testostérone facilite la synthèse par l'organisme de ses protides, ce qui explique son rôle dans la croissance et le développement du squelette et des muscles. Elle a en outre un effet tonicardiaque et vasodilatateur. L'administration à la femelle d'hormones mâles agit sur les ovaires, les caractères sexuels secondaires (transformations des muqueuses utérine et vaginale, hypertrophie clitoridienne, hypertrophie des glandes mammaires) ; elle peut, à doses élevées, entraîner l'apparition de signes de virilisme. La testostérone est inactivée dans l'organisme au niveau du foie et transformée en dérivés appelés cétostéroïdes éliminés par voie urinaires. La production de testostérone est d'environ 7 mg par 24 heures. Le testicule sécrète également une hormone non stéroïdienne appelée inhibine. L'inhibine est sécrétée par les cellules de Sertoli. Elle a une triple action : au niveau hypophysaire, elle bloque la synthèse et la libération de F.S.H. ; au niveau hypothalamique, elle inhibe la synthèse de L.H.R.H. ; au niveau testiculaire, elle joue un rôle dans l'acquisition de la mobilité des spermatozoïdes.

La régulation de la fonction reproductrice chez l’homme. Organes cibles: muscles, cerveau, vésicules séminales… testicule Cellules de Sertoli Cellules de Leydig testostérone Hypophyse antérieure + + FSH + LH +

La régulation de la fonction reproductrice chez l’homme. Relation entre hypothalamus et hypophyse a Localisation de l’hypothalamus. Les neurones hypothalamiques ont une activité sécrétrice : ils libèrent dans le sang qui iirigue le lobe antérieur de l’hypophyse de la GnRH ( gonadolibérine).

La régulation de la fonction reproductrice chez l’homme. Organes cibles: muscles, cerveau, vésicules séminales… testicule Cellules de Sertoli Cellules de Leydig testostérone Hypophyse antérieure FSH LH Hypothalamus

La régulation de la fonction reproductrice chez l’homme. Rôle de la testostérone sur la sécrétion de LH

La régulation de la fonction reproductrice chez l’homme. Organes cibles: muscles, cerveau, vésicules séminales… testicule Cellules de Sertoli Cellules de Leydig testostérone Hypophyse antérieure FSH LH Hypothalamus Rétrocontrôle de la testostérone -

La régulation de la fonction reproductrice chez l’homme. Organes cibles: muscles, cerveau, vésicules séminales… testicule Cellules de Sertoli Cellules de Leydig testostérone Hypophyse antérieure FSH LH Rétrocontrôle de la testostérone Hypothalamus

Testicule hypothalamus hypophyse Cellules de Leydig testostérone puberté GnRH + FSH LH Tube séminifère spermatogénèse Rétrocontrôle - +

Complexe hypoythalamo- hypophysaire

Contrôle endocrinien spermatogenèse Hypophysectomie Immunisation contre le GnRH  Inhibition spermatogenèse Administration testostérone  Rétablissement spermatogenèse Rôle essentiel de la testostérone

Contrôle endocrinien de la spermatogenèse Testostérone: initiation et maintien spermatogenèse FSH: Initiation spermatogenèse puberté Testostérone et FSH – Effet via cellules de Sertoli Suppression T – Apoptose cellules germinales – Testostérone: facteurs survie cellulaire

FSH Cellule de SertoliCellule de Leydig LH + + ABPTestostérone (T) Liaison spécifique Concentrations testiculaires T ABP: Androgen-Binding Protein + + Spermatogenèse Contrôle endocrinien de la spermatogenèse

Hypothalamus GnRH E2E2 E2E2 Inhibine ABP Cellule de Sertoli Cellules de Leydig Tube séminifère Ant. Hypophyse FSH + cellules de Sertoli estradiol inhibine ABP FSH + cellules de Sertoli estradiol inhibine ABP FSH LH Rétrocontrôle négatif de E2 et de l’inhibine Cellules germinales Cellules germinales T T ABP + T ABP + T Rétrocontrôle négatif des androgènes

Hypothalamus Hypophyse Organe cible Hormone spécifique Rétrocontrôle + - +

Temps (h) LH (ng/ml) Niveau de base amplitude pulse Sécrétion pulsatile de LH