¡Descarga fecundación y más Apuntes en PDF de Embriología solo en Docsity!
Tema 2- Fecundación
Estadíos de maduración do gameto femenino no momento do ingreso do espermatozoide:
Fase de aproximación:
Imaxe con diferentes movementos de espermatozoides mamíferos. Na maioría das especies os espermatozoides son flaxelados. Invertebrados mariños e maioría de peixes : a femia expulsa os ovos á auga e o macho inúndaos con espermatozoides. Algúns anfibios (salamandras): deposición de espermatóforos no fondo mariño e recolección por parte da femia cos labios da cloaca. Fecundación interna.
Fecundación: proceso que comeza cando a célula espermática entra en contacto coa membrana
plasmática do ovo e finaliza coa mestura dos cromosomas maternos e paternos no estadío de metafase que antecede á primeira división da segmentación. Inclúe os seguintes procesos:
- Contacto da membrana entre o ovo e o espermatozoide.
- Entrada da célula espermática no ovo.
- Prevención da polispermia.
- Activación metabólica do ovo.
- Terminación da meiose polo ovo.
- Formación e fusión dos pronúcleos masculino e feminino.
Recoñecemento do gameto feminino e do espermatozoide:
- Quimioatracción do espermatozoide hacia o gameto feminino por moléculas solubles secretadas polo gameto feminino.
- Exocitose da vesícula acrosómica para liberar enzimas.
- Unión do espermatozoide á membrana celular (capa vitelina ou zona pelúcida) do gameto feminino.
- Paso do espermatozoide a través da envoltura extracelular.
- Fusión das membranas do gameto feminino e do espermatozoide. **Ás veces os pasos 2 e 3 están invertidos (en mamíferos)
1. Preparación para a fecundación:
- Ourizo de mar: Os mecanismos varían entre especies. No ourizo de mar atopouse unha proteína de 14 a.a. na capa xelatinosa, resact. Difúndese fácilmente na auga de mar e ten un gran efecto a baixas concentracións. Realizáronse experimentos con esta proteína: na súa ausencia os espermatozoides nadan en círculos, na súa presencia, agrúpanse na rexión na que se localiza. Resact é específico para esta especie. Ademáis da función quimiotáctica, actúa como activador de epermatozoides: aumenta a respiración mitocondrial do espermatozoide e, polo tanto, a sóa movilidades. O receptor para resact é unha proteína transmembrana, é cando a proteína esta preto del (polo lado extracelular), o receptor sofre un cambio conformacional no lado citoplasmático e estimula a actividade enzimática (estimula ás mitocondrias para a xeración de ATP e ATPasa. - Mamíferos: O espermatozoide parece ser transportado hacia a trompa de Falopio pola actividade muscular do útero. Os espermatozoides de mamíferos recientemente eyaculados son incapaces de experimentar a reacción acrosómica se non permaneceron algún tempo no tracto reproductivo feminino. O grupo de cambios fisiológicos polos que o espermatozoide chega a ser competente para fecundar ó gameto feminino chámase capacitación. Aínda que algúns espermatozoides humanos acadan a rexión da ampolla da trompa de Falopio media hora despois do coito, estes terán poucas posibilidades de fecundar ó gameto feminino; o espermatozoide podería tardar seis días en fecundar, xa que a maioría dos embarazos humanos se producen seis días despois da ovulación. Cando os espermatozoides acadan a ampolla, adquiren a competencia, pero pérdena se se qeudan durante moito tempo arredor dela. Os cambios moleculares que explican a capacitación aínda son descoñecidos, pero hai catro que actúan independentemente ou non e poden ter importancia: - A pérdida do colesterol do espermatozoide fai que aumente o pH, e permite a reacción acrosómica. - Durante a capacitación, pérdense proteínas ou glúcidos sobre a superficie do espermatozoide e é posible que estos compostos bloqueen os sitios de recoñecemento para as proteínas que se unen á zona pelúcida. - O potencial de membrana do espermatozoide é + negativo cando os ións K deixan o espermatozoide. Esto permite a apertura dos canais de calcio para que entre ó espermatozoide. - Fosforilación de proteínas.
- Extensión do proceso acrosómico : a protuberancia orixínase a partir da polimerización de moléculas de actina globular en filamentos de actina. Pénsase que este mecanismo é activado polo calcio, que á sua vez activa á proteína RhoB que se une a GTP e intervén na polimerización da actina.
- Mamíferos: Na zona pelúcida aparecen tres glicoproteínas: ZP1, ZP2 e ZP3. ZP2 e ZP3 forman cadeas unidas por ZP1. O espermatozoide únese mediante receptores de membrana específicos á ZP3 e comeza a reacción acrosómica. Os carbohidratos de ZP3 son críticos para a unión do espermatozoide á zona pelúcida, xa que moitas proteínas de espermatozoides se unen ás cadeas de carbohidratos enlazadas por serinaa e teronina á ZP3. As ZP3 unen mellor espermatozoides cos carbohidratos ca sen eles. Indución da reacción acrosómica: os espermatozoides de rato penetran a capa pelúcida se a reacción acrosómica se produce na zona pelúcida que é grosa (pero os espermatozoides poden concentrar as enzimas sobre o punto de adhesión e formar un burato mediantte o mecanismo descrito a continuación). A reacción acrosómica comenza cando os residuos carbonados de ZP3 se une ás proteínas dos espermatozoides ( galactosiltransferasa-I). Esto activa a proteínas G específicas da membrana celular do espermatozoide, dando lugar á apertura dos canais de calcio da membrana e á exocitose (mediada polo calcio) da vesícula acrosómica.O calcio activa proteínas do complexo SNARE. Paso da zona pelúcida: a exocitose libera proteasas que degradan a zona pelúcida. Durante a reacción acrosómica a rexión que contén os sitios de unión a ZP3 é eliminada do espermatozoide, pero se o espermatozoide quere penetrar completamente a zona pelúcida, non pode liberar as ZP3, polo tanto, os receptores de membrana uniranse a ZP2 (á ZP2 só se unen os espermatozoides que están levando a cabo a reacción acrosómica). Entón, a estructura da zona pelúcida consiste en unidades de ZP2 e ZP enlazadas mediante ZP1.
Ensaio da inhibición mostrando a diminución específica da unión dos espermatozoides á zona pelúcida cando o espermatozoide e a zona son incubados con cantidades aumentadas da glicoproteína ZP3. Tamén se mostra a importancia da porción de carbohidratos da ZP3. ¿?????
femia portadores dun knockout xénico para CD9 son infértiles xa que non se pode producir a fusión entre óvulo e espermatozoide. Moléculas participantes presuntamente na fusión esperma-ovo.: Izumo (da superfamilia das inmunoglobulinas) e CD9 (das tetraspaninas) demostrouse que eran esenciais para la fusión. Fertilina, unha proteína da familia ADAM, é posible que intervenía na fusión das membranas.
4. Activación do ovo e mecanismos de prevención da polispermia: Na monospermia normal, fusiónanse os núcleos haploides de ambos gametos e só entra un espermatozoide no gameto feminino. O centriolo, é proporcionado polo espermatozoide e divídese para formar os dous polos do fuso mitótico durante a segmentación.
Ourizos de mar:
Se se da a polispermia, o resultado é un núcleo triploide e os centriolos forman dous polos para formar fusos mitóticos separando ós cromosomas en dúas células, e como non hai mecanismos para asegurar a correcta repartición dos cromosomas ás catro fillas descendentes, a repartición dos mesmos é desigual. Estas células morren ou desenvólvense anormalmentePara evitar esto, existen mecanismos para previr a polispermia, nos ourizos de mar teñen lugar dous procesos consecutivos: o bloqueo rápido da polispermia seguido do bloqueo lento:
- Bloqueo rápido da polispermia: Acádase mediante o cambio de potencial eléctrico da membrana celular do gameto feminino. Na auga de mar hai unha elevada concentración en Na+, e no interior do ourizo, de K+, mantense así o potencial de membrana en repouso en -70mV. Despois da unión do primeiro espermatozoide, o potencial de membrana sitúase en +20mV, esto débese á entrada de Na+ no zigoto. Impídese así que se fusione outro espermatozoide, xa que para elo é necesario que o potencial de membrana sexa de -70mV (non se sabe se isto é debido á unión ou á fusión do espermatozoide). Desconócese como actúan os cambios no potencial de membrana do gameto feminino sobre os espermatozoides para evitar a fecundación, pero probablemente o espermatozoide leve unha prtoteína fusoxénica cargada positivamente. Pódese inducir a polispermia mantendo unhas concentracións de Na+ baixas no exterior. Este bloqueo é pasaxeiro, xa que o cambio de membrana mantense arredor dun minuto, pero logo restablécese, polo que ten que haber un mecanismo + eficaz. Algo semellante ocurre en ras, pero probablemente non ocorra na maioría dos mamíferos.
- Bloqueo lento da polispermia: Elimínanse os espermatozoides unidos á membrana vitelina mediante a reacción cortical. Debaixo da membrana celular do óvulo atópanse gránulos corticais que, ó producirse o ingreso dos contidos do espermatozoide, se fusionan coa membrana celular do óvulo recién fecundado e liberan proteínas entre a membrana celular e o material fibroso das proteínas da membrana vitelina. Prodúcense varios pasos:
- A serino proteasa dos gránulos corticais (tipo tripsina) é unha enzima que disolve as unións proteicas que hai entre as proteínas da membrana vitelina coa membrana celular e modifican os receptores de bindina para deshacerse do contacto cos espermatozoides.
- Os mucopolisacáridos producen un gradiente osmótico que provoca unha corriente de auga hacia o espacio entre a membrana celular e a membrana vitelina, facendo que a membrana vitelina se expanda e chegue a ser a membrana de fecundación.
- Unha peroxidasa endurece a membrana de fecundación ó enlazar residuos de tirosina con proteínas.
- Hialina e outras proteínas forman unha cuberta arredor do zigoto. Os zigotos extenden microvellosidades que se unen á capa hialina; esta estructura sirve de soporte para as blastómeras durante a segmentación. Formación da membrana de fecundación e eliminación do exceso de espermatozoides: A- Ós 10 segundos despois de ser agregados os espermatozoides, estos obsérvanse arredor do óvulo. B- C- Ós, 25-35 segundos despois da inseminación, fórmase unha membrana de fecundación arredor do óvulo, comezando no punto de ingreso do contido do espermatozoide. D- Completouse a membrana de fecundación e elimináronse os espermatozoides. ** Bloqueo lento en mamíferos: A reacción dos gránulos corticais non xenera unha membrana de fecundación, pero o seu efecto é o mesmo. Os gránulos corticais dos ovocitos II de ratos conteñen N-acetilglucosamidasa, que fragmenta a N-acetilglucosamina (grupo polo que se une ó espermatozoide) da ZP3. ZP2 é fragmentada por outra proteasa. Os espermatozoides non poden permanecer unidos á zona pelúcida e son liberados.
Posible mecanismo da activación do ovulo no ourizo de mar: Resposas temprás: A liberación de calcio:
- Activa a NAD+ cinasa que converte a NAD+ en NADP+ (esta última intervén na píntese de lípidos, polo tanto será importante na formación de membranas celulares durante a segmentaición).
- Fai que se reduzca o osíxeno a peróxido de osíxeno que se utiliza para entrelazar a membrana de fecundación. (intervén NADPH).
- NADPHH rexenera glutatión e ovotiol, que eliminan radicais libres para que non dañen o ADN do zigoto. **Especulacións mecanismo calcio: todavía non se coñece o mecanismo polo cal a unión do óvulo e o espermatozoide xenera aliberación de calcio, pero creese que é debido a IP3 (inositol trifosfato). Esta molécula fórmase no sitio de entrada de espermatozoides en ourizos de mar. Ademais, no RE de gametos femeninos hai canais de calcio sensibles a IP3. Pénsase que a unión de IP3 a estos canais é a que provoca a liberación de calcio. Unha vez que se libera, pode difundirse ou activar máis liberación del mesmo. Este calcio é propagado a través da célula comenzando polo punto de unión ó espermatozoide. En mamíferos o mecanismo é semellante. A IP3 é producida por PLCs-gamma, para a liberación de calcio tamén intervén cinasa Src. Hipótese do activador soluble pequeño: pode ser que para a liberación do calcio intervenía unha pequena molécula do citosol do espermatozoides.
- Fusión do material xenético:
- Ourizo de mar: Síntesede proteínas despois da fecundación coa activacióon de ribosomas almacenados: A- Síntese de proteínas do ourizo de mar fecundado ante un inhibidor da transcripción.Durante as primeiras horas, a píntese de proteínas prodúcese sen que se leve a cabo a transcripcións nos núcleos do zigoto ou do embrión. A segunda explosión de píntese prodúcese durante a blástula media e representa a tradución de mensaxeiros que son transcritos. B- Incremento do número de ribosomas reclutados en polisomas dutrante as primeiras horas do desenvolvemento. En ourizos de mar dura menos de 1 h, en mamíferos, 12. O centriolo necesario para producir o fuso mitótico é proporcionado polo espermatozoide. A fecundación prodúcese despois da 2ª división meiótica, polo tanto, xa hai un pronúcleo haploide no citoplasma do óvulo cando se introduce o espermatozoide.Este transfórmase para formar o pronúcleo masculino:
- A envoltura nuclear forma peqeunos paquetes e permite que a cromatina compacta do espermatozoide entre en contacto co citoplasma do óvulo.
- A cromatina do espermatozoide descondénsase debido a que se cambian as proteínas que a condensan do espermatozoide por outras do citoplasma do óvulo. A descondensación é iniciada pola fosfoilación da proteína da lámina da envoltura nuclear e a de dúas histonas específicas de espermatozoides. (Mecanismo detalaldo: cando o espermatozoide entra en contacto cunha glicoproteína da capa xelatinosa do ovo, aumenta a actividade de dinasa dependiente de AMPc. Cinasa fosforila a residuos básicos de histonas específicas de espermatozoides e interfire na súa unión co ADN). Agora xa pode entrar o espermatozoide no óvulo, o pronúcleo masculino rota 180 º para que o centriolo quede entre ambos pronúcleos e poida extender os microtúbulos para que ambos contacten e se acerquen. A súa fusión forma o núcleo diploide do cigoto. A píntese de ADN pode comezar durante a migración ou despois da formación do zigoto (depende do Ca+2). Imaxe do acercamento dos pronúcleos mediante microtúbulos. - Mamíferos: O ADN so espermatozoide está unido a protaminas (proteínas básicas compactadas mediante enlaces disulfuro) que o manteñen compacto, para desenrolalo, o glutatión?? Do citoplasma do zigoto reduce a forza dos enlaces. O espermatozoide entra no ovocito que ten o seu núcleo detido na metafase da segunda división meiótica. Os cambios de concentración de calcio inactivan á MAP cinasa e permiten a píntese de ADN.
polimerización dos microtúbulos hacia a rexión vexetal do zigoto. Os movementos citoplasmáticos determinarán o eixe dorso-ventral da ra.
**Modificacións na meiose:
En Drosophila fusiónanse o prodúcelo feminino e o segundo corpúsculo polar. No lagarto e no saltamontes , hai un ciclo extra de duplicación. En lugar de por meiose, os óvulos fórmanse por mitose, polo que serán diploides. Por iso por partenoxénese só se forman femias. En himenópteros a partenoxénese sirve para determinar o sexo e formar machos, que se formarán polo desenvolvemento de ovocitos haplides; os diploides serán femias. A activación do programa de desenvolvemento prodúcese por un aumento de pH, que provocará a liberación de calcio e a activación do ovocito.*En avispas, o tracto feminino estimula mecánicamente o ovocito. En escarabajos prodúcese por bacterias simbiontes. Partenoxénese: Non é posible en mamíferos xa que os pronúcleos non son equivalentes, son complementarios, ambos son necesarios par aa formación do individuo. Tipos de partenoxénese : ciclo pulgóns
1. Facultativa:
- Arrenotoquia: os machos saen dos ovos sen fecundar , haploides. Ex.: abellas
- Telitoquia (diploide): abellas obreiras?
- Paedoxénese: o individuo maduro forma ovos e desenvólvense. Ex.: larvas de mosca
- Cíclica : xeracións de femias partenogenéticas altérnanse con reprodución sexual. Ex.: pulgóns (áfidos).
- Experimental: partenoxénese artificial en mamíferos: Femia + femia: impídese a 2ª división meiótica. Á metade do desenvolvemento o embrión é normal, pero non progresa porque a está moi reducida. Macho + macho: fórmase unha masa de tecido sen orde en lugar do embrión, a placenta é normal. ****Polispermia: Fisiológica** : Se produce habitualmente, sin consecuencias negativas para el desarrollo del embrión. Suele darse en huevos de tamaño grande Ejemplos: Urodelos, elasmobranquios, reptiles, aves Patológica: desenvolvemento anormal do embrión. Ejemplos de fecundación donde el ovocito termina de madurar después(arriba) o antes de entrar el espermatozoide (abajo). Ejemplos de fecundación donde el ovocito terminó de madurar después de entrar el espermatozoide. Erizo de mar Toxopneustes
