Движение спермиев обусловлено наличием в них сократительного белка — спермозина, аналогичного по своему действию сократительному белку мышц (актомиозину).
Движущийся спермий расходует определенное количество энергии. Источником энергии является аденозинтрифосфат (АТФ), в молекуле которого, последняя частица фосфорной кислоты прикреплена макроэргической связью. При разрыве макроэргической связи спермозином, обладающим свойствами фермента, выделяемая энергия и передается спермозину, который при этом сокращается, в результате чего происходит прямое превращение химической энергии в механическую работу.
При отрыве частицы фосфорной кислоты АТФ превращается в адепозиндифосфат — АДФ. Установлено, что в спермии количество АТФ невелико, расход при активном движении спермиев большой, полный расход АТФ привел бы к быстрой потере активности и гибели спермиев. Этого не происходит потому, что в спермиях одновременно с расходом АТФ идет и его восстановление (реасинтез).
Процесс реасинтеза протекает с потреблением дополнительной энергии. Энергию на восстановление АТФ получают спермии в результате дыхания и гликолиза (фруктолиза).
Дыхание — это расщепление энергетических субстрактов в присутствии кислорода, а гликолиз — без участия кислорода. Основными веществами для дыхания и гликолиза являются сахара, и прежде всего фруктоза. Сахара довольно легко проходят через мембрану, поэтому их концентрация в спермиях близка к концентрации в окружающей среде. При дыхании происходит наиболее полное расщепление энергетических веществ, до 90% образовавшейся энергии аккумулируется в АТФ, и только часть ее выделяется в виде тепла. Энергетическая ценность дыхания во много раз выше гликолиза. Процессы, обеспечивающие спермии энергией, происходят в шейке, теле и хвосте.
Кроме фруктозы, спермии в качестве энергетических веществ могут использовать глюкозу, галактозу, сахарозу, мальтозу, маннозу, арабинозу, лактозу, многоатомный спирт сорбит (выделяемый пузырьковидными железами). В аэробных условиях при отсутствии сахаров спермии используют для дыхания внутриклеточные субстраты, липиды и белки и в результате быстро погибают.
Добавление в сперму глюкозы, фруктозы, яичного желтка, содержащего до 7% лецитина, лимоннокислого натрия (цитрат натрия), увеличивает содержание энергетических веществ для спермиев, поддерживает буферность среды, влияет на продолжительность жизнедеятельности спермиев. На активность процесса дыхания влияние оказывает температура. Понижение или повышение температуры среды на 10° снижает или повышает дыхание вдвое. Щелочная среда усиливает дыхание, кислая ослабляет его. Высокая интенсивность дыхания — признак хорошего качества спермы.
Фруктолиз (гликолиз). При отсутствии кислорода спермии получают энергию путем расщепления глюкозы и фруктозы, поступающей из плазмы спермы. Превращение этих веществ в молочную кислоту сопровождается выделением энергии, правда ее выделяется в 20 раз меньше, чем при окислении в присутствии кислорода. Гликолиз обеспечивает энергией спермии при попадании их в половые пути самки, где нет кислорода. Гликолиз наиболее сильно происходит при pH 7, 6; при подкислении или повышении щелочности гликолиз замедляется.
Установлено два типа спермы: сперма животных с влагалищным типом осеменения (бык, баран, олень) содержит значительное количество сахаров, в ней происходит дыхание и гликолиз, но из-за густоты спермы доступ кислорода бывает затруднен и дыхание замещается гликолизом. Сперма животных с маточным типом осеменения (хряк, жеребец) имеет мало сахара, поэтому дыхание является основным энергетическим процессом спермиев. Гликолиз в них слабо выражен.