A espermatogênese é o processo de produção de células de esperma ou de desenvolvimento de células germinativas imaturas, conhecidas como espermatogônias, em células de esperma maduras chamadas espermatozóides. Um espermatozóide é a célula reprodutiva masculina que fertiliza o óvulo feminino na reprodução sexuada. A capacidade de reprodução de um homem depende de uma alta qualidade e quantidade de esperma; portanto, a espermatogênese ocorre continuamente desde a puberdade até a morte. As etapas incluídas neste processo são a espermatociogênese, a espermatidogênese e a espermiogênese.
A espermatogênese começa nos túbulos seminíferos, que, dependendo do tipo, se parecem com macarrão pequeno, reto ou retorcido nos testículos. O interior dos túbulos seminíferos é revestido por células de Sertoli e espermatogônias. As células de Sertoli são freqüentemente chamadas de células nutridoras porque auxiliam no desenvolvimento do esperma ao comer os resíduos da espermatogênese e direcionar as células através dos canais dos túbulos.
Durante a espermatocitogênese, a espermatogônia se divide por meio da mitose para formar duas células diplóides chamadas espermatócitos primários. A mitose é um tipo de divisão celular em que uma célula-mãe cresce e se divide ao meio para formar duas células-filhas idênticas. Os espermatócitos primários, que têm o dobro da quantidade de material genético de uma célula normal, devem então passar pela meiose I.
Nesse tipo de divisão, a célula-mãe se divide para formar duas células-filhas diplóides, que têm metade dos cromossomos, ou material genético, como a célula-mãe. Os espermatócitos secundários resultantes, que possuem a quantidade normal de cromossomos, devem então passar pela meiose II para formar as espermátides. Esta breve porção da espermatogênese é chamada de espermatidogênese.
As espermátides têm apenas metade da quantidade total de cromossomos. Isso ocorre porque quando o espermatozóide se junta ao óvulo, que também contém apenas metade da quantidade de cromossomos necessários, eles formam um conjunto completo de cromossomos feitos de genes masculinos e femininos. A divisão aleatória e o emparelhamento de cromossomos aumentam a variabilidade genética, um componente importante na evolução.
Durante a espermiogênese, a fase final da espermatogênese, a célula espermática desenvolve uma cauda e atinge a maturação completa. No primeiro estágio desse processo, a fase de Golgi, o material genético da espermátide se torna compactado para formar um núcleo e a espermátide sofre uma mudança estrutural. Embora antes fosse circular, a seção intermediária começa a inchar e a célula se estende em uma das extremidades para formar um aparelho de Golgi, que cria substâncias químicas chamadas enzimas. Em seguida, o aparelho de Golgi envolve o núcleo para formar uma capa acrossomal durante a fase de capa. As enzimas liberadas pela capa acrossomal quebram a parede do óvulo feminino durante a fertilização, permitindo que o núcleo do espermatozoide entre no óvulo e se junte ao núcleo do óvulo.
Na fase acrossômica seguinte, o espermatozoide cria uma cauda que o ajuda a se mover. A célula espermática gira em torno da parede dos túbulos seminíferos de modo que sua cauda fique voltada para o lúmen, ou espaço interno, do tubo. Com a ajuda de um hormônio chamado testosterona, as células de Sertoli consomem o excesso de materiais celulares na fase de maturação. Em outro processo conhecido como espermiação, os espermatozoides maduros são liberados no lúmen e impulsionados para o epidídimo, um pequeno tubo enrolado localizado entre a parte de trás do testículo e o canal deferente. Aqui, o esperma torna-se móvel, ou capaz de se mover por conta própria, e pronto para ser ejaculado na mulher durante o sexo.