Fiche explicative de la leçon: Appareil génital masculin Biologie • Troisième secondaire

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à identifier les parties de l’appareil génital masculin et à décrire leurs fonctions

Saviez-vous que les testicules d’un homme en bonne santé peuvent produire 1 500 spermatozoïdes par seconde ? Cela signifie que des centaines de millions de spermatozoïdes sont fabriqués chaque jour ! 1 mL de sperme normal, le liquide qui contient les spermatozoïdes, peut contenir jusqu’à 300 millions de spermatozoïdes ! Les spermatozoïdes sont les cellules sexuelles mâles, également appelées cellules reproductrices ou gamètes, qui ont pour fonction de féconder les ovules d’une femme pendant la reproduction sexuée.

Les hommes fabriquent une telle quantité de spermatozoïdes pour diverses raisons possibles. L’un des principaux défis auxquels les spermatozoïdes sont confrontés est de survivre dans le système reproducteur féminin assez longtemps pour féconder un ovule.

Commençons par décrire la structure l’appareil génital masculin avant d’étudier comment il produit des spermatozoïdes et les adaptations de ces cellules abondantes et spécialisées pour surmonter les nombreux obstacles qu’elles rencontrent lors de leur voyage pour féconder un ovule.

La figure 1 ci-dessous montre une vue en coupe transversale de certaines des principales structures de l’appareil génital masculin, aussi appelé système reproducteur masculin.

Comme vous pouvez le voir sur la figure 1, les gonades mâles, les testicules, sont liées par l’épididyme à un tube appelé le canal déférent, que les spermatozoïdes empruntent pour se déplacer vers l’urètre. Des liquides sont ajoutés aux spermatozoïdes par la prostate et les vésicules séminales et, une fois dans l’urètre, par les glandes de Cowper. Le sperme sort de l’appareil reproducteur masculin par l’urètre, au bout du pénis, pendant l’éjaculation.

Étudions ces différents organes et leurs fonctions plus en détail ! 

Les hommes ont généralement deux testicules comme principaux organes sexuels. Les testicules sont aussi appelés les gonades mâles. Chaque testicule a une forme ovoïde, comme un petit œuf de poule, et mesure environ 3– 5 cm de long et 3– 4 cm de large à leur point le plus épais, bien que cela varie selon les individus. Il est même normal que la taille varie entre les deux testicules d’un même individu. Les testicules ont tendance à croître de la naissance à la puberté. Lorsque les niveaux de testostérone commencent à baisser après la maturité sexuelle, les testicules peuvent progressivement rétrécir.

Les testicules sont responsables de la production de spermatozoïdes. Les spermatozoïdes sont des cellules haploïdes, ce qui signifie qu’ils possèdent la moitié du nombre de chromosomes d’une cellule somatique normale. Les spermatozoïdes sont produits par un processus appelé spermatogenèse, qui a lieu dans des structures appelées tubes séminifères, situés dans les testicules. Vous pouvez voir l’emplacement des tubes séminifères dans un testicule sur la figure 2 ci-dessous.

La spermatogenèse implique un type de division cellulaire appelé méiose. Elle convertit une cellule germinale primordiale diploïde possédant un ensemble complet de 46 chromosomes en quatre spermatozoïdes haploïdes contenant chacun seulement 23 chromosomes, soit la moitié du nombre d’une cellule somatique normale.

Les spermatozoïdes sont haploïdes parce qu’ils ont pour but de féconder un ovule féminin, également haploïde, pour former un zygote diploïde possédant un ensemble complet de chromosomes, qui finit par se transformer en embryon puis en fœtus. Le développement des spermatozoïdes est stimulé et alimenté par des fluides sécrétés par les cellules de Sertoli, présentes dans les tubes séminifères.

Les testicules sont les organes du corps masculin qui produisent les quantités les plus importantes d’hormones sexuelles mâles, parfois appelées androgènes. Le préfixe « andro » signifie « homme », mais il est important de savoir que ces hormones jouent un rôle important à la fois chez les hommes et chez les femmes.

L’androgène principal est appelé testostérone. Les androgènes sont responsables de la croissance de diverses parties du système reproducteur masculin, y compris la prostate et les vésicules séminales. Les androgènes contrôlent également le développement de caractères sexuels secondaires masculins à la puberté, tels qu’une voix plus grave et la croissance des poils du visage et du corps. Dans les testicules, la testostérone est sécrétée par des cellules interstitielles spécifiques appelées cellules de Leydig, qui se situent entre les tubes séminifères.

Les testicules se situent à l’extérieur du corps dans un sac de peau appelé le scrotum. L’emplacement externe du scrotum chez les humains maintient les testicules à une température inférieure de 2– à la température interne du corps. Ceci est bénéfique à la production de spermatozoïdes car elle est plus efficace à des températures plus basses.

Chez un embryon d’homme, si les testicules ne descendent pas dans le scrotum au cours de son développement pendant les derniers mois de la grossesse, il est probable que cet individu sera stérile, car il ne pourra pas produire de spermatozoïdes de manière efficace. Parfois, cela peut être traité médicalement, mais de telles procédures ne sont pas toujours possibles.

Curieusement, chez d’autres mammifères comme les éléphants, les dauphins et les phoques, les testicules ne se situent pas à l’extérieur du corps dans un scrotum. Le pourquoi et le comment ce trait a évolué sont toujours le sujet de débats scientifiques.

Exemple 1: Identifier l’organe reproducteur masculin qui sécrète la testostérone

La figure montre une vue latérale des organes du système reproducteur masculin.

Quelle lettre représente l’organe qui sécrète la testostérone ? 

Réponse

Le système reproducteur masculin est principalement responsable de la reproduction sexuée. Pour assurer la reproduction, des spermatozoïdes sont produits dans les testicules et sont transportés vers le pénis pour être éjaculés, généralement pendant la copulation.

Les hommes ont tendance à avoir deux testicules, qui pendent à l’extérieur du corps entre les jambes dans un sac de peau appelé le scrotum.

Les testicules sont également responsables de la production et de la sécrétion des hormones sexuelles mâles, dont l’une est la testostérone, dans la circulation sanguine. Les hormones sexuelles mâles interviennent dans la production de spermatozoïdes, la croissance des organes sexuels mâles et le développement de caractères sexuels secondaires chez un homme quand il atteint la puberté. Ces caractères peuvent rendre la voix plus grave et faire pousser les poils sur le visage et le corps.

Maintenant que nous savons que la testostérone est produite et sécrétée par le testicule, nommons les structures sur le schéma afin de pouvoir identifier la lettre qui le représente.

Donc, la lettre représentant l’organe qui sécrète la testostérone, le testicule, est E.

Le pénis est un organe très important dans le processus de reproduction sexuée, et il est également responsable de l’expulsion de l’urine du corps masculin. Le pénis est composé d’un tissu spongieux qui s’érige à la suite d’une excitation sexuelle en raison de l’augmentation du flux sanguin. On l’appelle tissu érectile, car il peut passer de flasque à érigé.

Le pénis contient un canal appelé l’urètre. Chez l’homme, l’urètre est un tube qui commence à la base de la vessie et traverse le pénis avant de s’ouvrir au niveau du gland. Cette ouverture permet aux spermatozoïdes des testicules et à l’urine de la vessie de sortir du corps masculin. Les femmes ont aussi un urètre qui forme une ouverture distincte à l’avant du vagin, mais chez la femme, l’urètre ne transporte que l’urine hors du corps et non des spermatozoïdes.

Pour qu’une fécondation ait lieu, les spermatozoïdes doivent être transportés des testicules au pénis, pour ensuite être éjaculés. L’éjaculation se produit souvent au cours d’un processus appelé copulation, pendant lequel le pénis d’un homme est inséré dans le vagin d’une femme. La copulation est parfois appelée relation sexuelle ou accouplement. Le sperme, un liquide contenant entre 40 millions et 1,2 milliard de spermatozoïdes chez un homme en bonne santé, est éjecté du corps masculin par le pénis via l’urètre.

Lors de l’ovulation chez une femme, un ovule est libéré de l’un des ovaires dans une trompe de Fallope. Si des spermatozoïdes entrent dans le vagin d’une femme, ils essaieront de remonter dans son système reproducteur pour atteindre ses trompes de Fallope. Une fois dans une trompe de Fallope, un spermatozoïde pourrait, s’il est très chanceux, féconder l’ovule.

Mais comment les spermatozoïdes atteignent-ils le pénis ? Résumons le trajet emprunté par les spermatozoïdes depuis leur production jusqu’à leur expulsion hors corps, comme le montre la figure 3.

Les spermatozoïdes sont produits dans les tubes séminifères des testicules. De là, ils sont transportés vers l’épididyme, où ils sont stockés jusqu’à ce qu’une éjaculation soit anticipée. À ce stade, les spermatozoïdes sont transférés dans le canal déférent, à travers la prostate et les vésicules séminales, qui ajoutent des liquides aux spermatozoïdes pour former du sperme. Les spermatozoïdes entrent ensuite dans l’urètre, où les glandes de Cowper ajoutent davantage de liquide au sperme. L’urètre transporte les spermatozoïdes, contenus dans le sperme liquide, dans le pénis et hors du corps lors de l’éjaculation.

Étudions ces processus plus en détail.

Après avoir été produits par méiose dans les tubes séminifères, les spermatozoïdes sont transportés vers l’épididyme, un long tube enroulé situé juste à l’extérieur de chaque testicule. L’épididyme est responsable du stockage des spermatozoïdes.

Lorsqu’une éjaculation est anticipée, les spermatozoïdes sont transportés de l’épididyme vers l’un des deux canaux déférents. Le canal déférent est un canal à paroi épaisse qui transporte les spermatozoïdes vers l’urètre, où ils pourront sortir du corps d’un homme par le pénis.

Trois sécrétions liquides différentes sont ajoutées aux spermatozoïdes pour compléter le volume total de l’éjaculat. Ces trois sécrétions liquides proviennent de glandes accessoires appelées la prostate, les vésicules séminales et les glandes de Cowper. On les appelle glandes accessoires, car les spermatozoïdes ne les traversent pas directement.

Ces liquides aident à protéger les spermatozoïdes du système immunitaire féminin et favorisent leur motilité en fournissant un milieu liquide à travers lequel ils peuvent nager. Les liquides sont tous décrits comme des sécrétions exocrines, car ils sont sécrétés à partir de glandes exocrines sur une surface corporelle par des canaux.

Chez l’homme comme chez la femme, l’urètre est légèrement acide en raison de l’urine résiduelle, qui contient de l’acide urique. Toutes ces sécrétions exocrines sont alcalines afin de neutraliser le milieu acide dans l’urètre de l’homme en quittant le corps.

Le vagin de la femme est également un milieu assez acide, avec un pH compris entre 3,8 et 4,5. Lors de la reproduction sexuée humaine, les spermatozoïdes doivent généralement entrer d’abord dans le vagin pour féconder un ovule. La nature alcaline du sperme aide à neutraliser le milieu acide du vagin, ce qui permet à un plus grand nombre de spermatozoïdes de survivre plus longtemps dans le système reproducteur féminin et d’augmenter les chances de fécondation réussie.

Étudions ces sécrétions exocrines individuelles plus en détail. Vous pouvez voir d’où et vers où chaque sécrétion est libérée sur la figure 4 ci-dessous.

Chez l’homme, la prostate est une glande située juste sous la vessie. L’urètre commence à la base de la vessie et traverse la prostate à l’endroit où le sperme arrive du canal déférent. La prostate sécrète un liquide alcalin qui constitue la première partie du liquide séminal contenant les spermatozoïdes.

Les vésicules séminales sont deux petites glandes entre 2 et 4 cm de long et 1– 2 cm de large situées derrière la vessie. Les vésicules séminales sécrètent un liquide alcalin riche en sucre fructose dans le sperme traversant la prostate, ajoutant ainsi une autre partie liquide au sperme. Le fructose fournit aux spermatozoïdes une source de sucres pour effectuer la respiration cellulaire. Ceci est important, car les spermatozoïdes sont des cellules particulièrement actives en raison de leur grande motilité, de sorte qu’ils ont besoin d’une grande quantité d’énergie libérée par la respiration cellulaire.

Le liquide séminal sécrété par les vésicules séminales fournit la plus grande proportion (50–80 ) du volume de sperme qui sera éjaculé du corps masculin.

Les glandes de Cowper, parfois appelées glandes bulbo-urétrales, sont deux petites glandes de la taille d’un petit pois, situées de chaque côté de l’urètre sous la prostate. Les glandes de Cowper sécrètent un liquide pré-éjaculatoire/pré-séminal épais et clair dans le sperme lorsqu’il pénètre dans l’urètre après avoir traversé la prostate. Ce liquide pré-éjaculatoire commence à être sécrété par le pénis pendant l’excitation sexuelle pour lubrifier et neutraliser l’urètre, afin de faciliter le transport des spermatozoïdes hors du corps pendant l’éjaculation.

Exemple 2: Décrire le trajet emprunté par les spermatozoïdes de la production à l’éjaculation

Quel est le trajet emprunté par les spermatozoïdes à partir de leur site de production jusqu’à leur sortie du corps ? 

1. épididyme tubes séminifères canal déférent uretère
2. tubes séminifères épididyme prostate uretère
3. tubes séminifères épididyme canal déférent urètre
4. canal déférent épididyme prostate urètre
5. épididyme prostate canal déférent uretère

Réponse

Des spermatozoïdes sont produits à l’intérieur des testicules dans des structures appelées tubes séminifères. De là, ils doivent traverser tout le système reproducteur masculin pour atteindre le bout du pénis, d’où ils seront libérés du corps masculin par un processus appelé éjaculation. L’éjaculation est généralement un processus essentiel de la copulation faisant souvent partie de la reproduction sexuée.

Cette question nous demande comment les spermatozoïdes atteignent ce point de sortie à partir de leur site de production, alors étudions les différentes structures traversées par les spermatozoïdes avant d’atteindre le gland, un trajet représenté par la ligne jaune sur l’image ci-dessous.

Depuis les tubes séminifères des testicules, les spermatozoïdes sont transportés vers l’épididyme, où ils sont stockés. Lorsqu’une éjaculation est anticipée, par exemple lors d’une excitation sexuelle, les spermatozoïdes sont transportés de l’épididyme vers le canal déférent. Le canal déférent est connecté à un autre canal appelé urètre. L’urètre transporte ensuite les spermatozoïdes dans le pénis, doté d’une ouverture à son extrémité par laquelle les spermatozoïdes peuvent sortir du corps.

Par conséquent, le trajet emprunté par les spermatozoïdes est l’option C, tubes séminifères épididyme canal déférent urètre.

Voyons comment la structure des spermatozoïdes leur permet de fonctionner efficacement lors de la reproduction sexuée.

La figure 5 ci-dessous montre les structures de base d’un spermatozoïde mature.

Un spermatozoïde est constitué de quatre sections principales : une tête, reliée à une pièce intermédiaire par un collet, et un flagelle. Étudions chacune de ces sections plus en détail.

La tête du spermatozoïde comprend le noyau, qui contient le matériel génétique sous la forme d’ADN. Ce noyau est haploïde, ce qui signifie qu’il contient la moitié du nombre de chromosomes d’une cellule somatique normale : seulement 23 chromosomes au lieu des 46 habituels. En effet, un spermatozoïde se forme par deux divisions méiotiques.

La nature haploïde du noyau d’un spermatozoïde signifie que chaque spermatozoïde ne contiendra qu’un seul chromosome sexuel : X ou Y. Les ovules des femmes sont aussi haploïdes et ne contiennent également qu’un seul chromosome sexuel, mais il s’agit toujours d’un chromosome X dans l’ovule. Si un spermatozoïde avec un chromosome X féconde un ovule, la progéniture produite aura deux chromosomes X et sera de sexe féminin. Si un spermatozoïde avec un chromosome Y féconde un ovule, la progéniture produite aura un chromosome X et un chromosome Y et sera de sexe masculin.

L’extrémité de la tête du spermatozoïde est couverte par une structure appelée acrosome. L’acrosome contient des enzymes hydrolytiques, communément appelées hyaluronidases, qui seront sécrétées si le spermatozoïde entre en contact avec un ovule. Les enzymes décomposent l’acide hyaluronique, ce qui permet à un spermatozoïde de digérer la membrane externe d’un ovule afin d’y pénétrer pour le féconder.

Le collet du spermatozoïde contient deux centrioles. Les centrioles sont des organites responsables de l’organisation des fibres du fuseau, formé lors de la division cellulaire. Ces centrioles finiront par jouer un rôle important dans la division de l’ovule s’il est fécondé par un spermatozoïde.

La pièce intermédiaire du spermatozoïde contient de nombreuses mitochondries. Les mitochondries sont les organites servant de site à la respiration cellulaire, effectuée pour libérer de l’énergie. Les spermatozoïdes ont besoin de grandes quantités d’énergie pour traverser le système reproducteur féminin à la nage. Ils doivent parcourir des distances d’environ 1 000 fois leur propre longueur, à travers des courants difficiles et des obstacles. Notez que les vésicules séminales fournissent aux spermatozoïdes un liquide riche en sucres fructose. L’énergie libérée par les nombreuses mitochondries lorsqu’elles métabolisent ces sucres permet à certains spermatozoïdes de mener à bien ce long voyage.

Le mouvement d’un spermatozoïde est réalisé grâce à la présence d’un long flagelle, ce qui permet aux organismes d’être mobiles dans leur milieu. Le flagelle d’un spermatozoïde se termine par une section appelée pièce terminale.

Exemple 4: Localiser l’acrosome dans un spermatozoïde humain

La figure montre la structure d’un spermatozoïde humain.

Quelle lettre indique l’acrosome ? 

Réponse

Un spermatozoïde se compose de quatre sections principales : une tête, un collet, une pièce intermédiaire et un flagelle.

La tête du spermatozoïde contient son noyau haploïde. Il est également recouvert à son extrémité d’une section appelée acrosome, qui contient des enzymes hydrolytiques capables de digérer la membrane externe d’un ovule.

Le collet d’un spermatozoïde contient deux centrioles, qui jouent un rôle important dans la division cellulaire de l’ovule s’il est fécondé.

La pièce intermédiaire du spermatozoïde contient de nombreuses mitochondries, qui libèrent l’énergie nécessaire au mouvement du spermatozoïde grâce à la respiration cellulaire.

Le flagelle d’un spermatozoïde lui permet de parcourir les grandes distances que représente le système reproducteur féminin à la recherche d’un ovule.

Nommons les structures sur le schéma afin de pouvoir localiser l’acrosome.

Donc, la lettre qui indique l’acrosome est C.

Les caractéristiques clés des spermatozoïdes humains sont leur capacité à se déplacer, leur petite taille et leur production en très grand nombre. Ces caractéristiques rendent le spermatozoïde bien adapté à sa fonction de cellule reproductrice, qui consiste à atteindre et à féconder un ovule pour créer une nouvelle vie humaine.

Récapitulons certains des points clés que nous avons couverts dans cette fiche explicative.