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Resumen Gametas y fecundacion - catedra de embriologia B - UNLP...

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Gametas Gametogénesis: proceso evolutivo de las células germinales en gametos masculinos (espermatozoides) o en gametos femeninos (óvulos). La gametogénesis masculina se llama: espermatogénesis. La gametogénesis femenina se llama: ovogénesis. Óvulo: es la gameta femenina madura con un numero haploide de cromosomas. Las células foliculares que rodean el ovocito constituyen la denominada corona radiante. El óvulo es: Oligolecítico: poco vitelo Isolecítico: vitelo distribuido en forma homogénea por todo el citoplasma Espermatozoide: célula altamente diferenciada que mediante el proceso de espermatogénesis expresa un número haploide de cromosomas, formados a nivel de los túbulos seminíferos testiculares. Es una célula flagelado dotada de alta movilidad (3mm/hora). No todos los espermatozoides están en condiciones de fertilizar, por presentar morfología anómala o inmovilidad.

Transporte de gametas: luego de la ovocitación, el ovocito II es captado por la trompa de Falopio que lo transporta hacia la cavidad uterina. Los espermatozoides avanzan en sentido contrario, desde la vagina hasta el tercio externo de la trompa.

La eyaculación aporta unos 300 millones de espermatozoides, pero solo 200 llegan a nivel tubárico debido a las barreras mecánicas (moco), o al PH acido de la vagina. El desplazamiento de las gametas está favorecido por las contracciones rítmicas del aparato reproductor femenino (vagina, útero, trompa) y el movimiento ciliar tubárico. El ovocito puede ser fecundado hasta 24 horas después de la ovulación, mientras que los espermatozoides sobreviven en el tracto femenino entre 24 y 72 horas. A nivel de los tubos seminíferos testiculares, se produce la maduración de las células espermatogénicas con reducción del número cromosómico y la diferenciación de espermátides a espermatozoides. Luego los espermatozoides en su trayecto a través de las vías espermáticas sufren dos procesos: • Maduración: comprende los cambios químicos, morfológicos y funcionales que se producen a nivel del epidídimo. La maduración determina que los espermatozoides: 1. Adquieran movilidad anterógrada 2. Modifiquen su metabolismo 3. Varíen la carga negativa de su superficie 4. Cambien la fluidez de su membrana plasmática 5. Formen vesículas entre plasmalema y acrosoma • Capacitación: proceso de condicionamiento o incubación que se produce dentro del útero y de la trompa uterina. Duración: 7 horas (aproximadamente) Onde ocurre: en el aparato reproductor femenino. Los espermatozoides pasan de un movimiento lineal suave a uno vigoroso y errático de hiperactivación. 1. El factor capacitante interactúa con el receptor situado a nivel de la membrana plasmática del espermatozoide que activa una proteína G. 2. La proteína G abre el canal de Ca² con entrada del mismo al citosol 3. La proteína G activa el adenilato ciclasa que provoca un aumento de AMPc a nivel del citosol 4. El AMPc desencadena reacciones en cascada que culminan con la fosforilación de una proteína asociada a los microtúbulos del axonema. 5. El ATP (energía), el Ca²+ y la proteína axonémica activan el deslizamiento de las dineínas entre los microtúbulos causando hiperactivación de la cola del espermatozoide. La capacitación se puede reproducir in vitro, lo que permite realizar técnicas de fecundación in vitro. @MODESINHA

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Fecundación La fecundación es la unión del espermatozoide con un ovocito secundario; se lleva a cabo en la ampolla de la trompa de Falopio a través de diversos procesos que permiten la fusión entre ambos gametos. Previo a esto se requieren cambios en el espermatozoide, como es la capacitación y la reacción acrosómica. La fecundación comienza desde el momento en que el espermatozoide se abre paso a través de las barreras del ovocito: corona radiada, zona pelúcida y membrana plasmática, así como los eventos que suceden en el interior del ovocito en respuesta a la penetración. Fecundación: proceso mediante el cual se unen o fusionan el gameto femenino (ovulo) haploide y el gameto masculino (espermatozoide) haploide para formar una nueva célula diploide: huevo o cigoto. Es decir, un nuevo individuo con un genoma derivado de ambos progenitores.

Al encuentro del ovocito sólo llegan los espermatozoides más aptos (alrededor de 200), los cuales siguen mecanismos quimiotácticos que producen las células foliculares del cúmulo oóforo, entre ellos la progesterona. Durante la fecundación, los espermatozoides se enfrentan a la primera barrera, la corona radiada, la cual eliminan principalmente por el movimiento de sus colas, aunque se ha mencionado también como responsable a la hialuronidasa fija a su membrana plasmática.

Para que este evento suceda, ambas gametas serán transportadas hasta encontrarse en la trompa uterina y contar con cambios físico-químicos. Fases de la fecundación: Penetración de la corona radiante Reconocimiento y adhesión Reacción acrosómica Denudación Penetración de la membrana pelúcida Fusión o impregnación Bloqueo de la polispermia Reanudación de la segunda división meiótica (meiosis II) Formación de los pronúcleos masculino y femenino Singamia Anfimixis

Reconocimiento y adhesión El reconocimiento es imposible entre especies diferentes y se realiza mediante moléculas especificas para cada especie. Existe una adhesión firme a nivel de la membrana pelúcida.

Reacción acrosómica Penetración de la corona radiante Los espermatozoides capacitados, con su acrosoma intacto, alcanzan la corona radiante y tratan de llegar a la membrana pelúcida avanzando entre las células foliculares, facilitando por la acción de la hialuronidasa acrosómica (enzima hidrolítica) que le forma una especie de túnel y también por la fuerza mecánica de la hiperactivación. La corona radiante es penetrada por los espermatozoides mas aptos.

Cuando el espermatozoide alcanza la zona pelúcida se inicia la reacción acrosómica; en los mamíferos el factor inductor de esta reacción es la glucoproteína Zp3 localizada en la zona pelúcida. Como respuesta a este estímulo, la membrana plasmática que rodea al acrosoma se une a la membrana acrosómica externa formando perforaciones que permiten la liberación de las enzimas como hialuronidasa, acrosina, colagenasa, tripsina, estearasas, etc. Estas enzimas se sintetizan en la membrana acrosómica interna. @MODESINHA

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Al finalizar la reacción acrosómica el espermatozoide penetra la zona pelúcida, en parte por la unión a la Zp3, así como por el impulso mecánico proporcionado por el flagelo y las enzimas hidrolíticas secretadas por el acrosoma, las cuales causan la interrupción de la continuidad de la zona pelúcida. El espermatozoide toma contacto con la membrana pelúcida y la reacción acrosómica se desencadena en varios puntos de la cabeza del espermatozoide. En estés puntos se va fusionar la membrana plasmática del espermatozoide con la membrana externa del acrosoma Formase poros con la liberación de su contenido: tripsina, acrosina e hialuronidasa Esas enzimas provocan lisis de ambas membranas quedando expuesta la membrana acrosómica interna. También desenvuelven matriz extracelular de las células que rodean el ovocito II Esos puntos estrechos de contacto se generan al interactuar con la glucoproteína ZP3 de la membrana pelúcida, la cual se comporta como un receptor primario del espermatozoide. o La ZP2 se comportaría como un receptor secundario porque llega al espermatozoide después de producida la reacción acrosómica y la ZP1, forma una trama filamentosa conectando a las otras dos. Al interactuar la ZP3 con el receptor de la plasmalema del espermatozoide, se activa una proteína G que activa a la fosfolipasa C (PLC) y esta genera fosfatidilinositol (PIP2), diacilglicerol (DAG) e inocotoltrifosfato (IP3). La IP3 abre los canales de Ca++ con salida del H+. El DAG activa a un enzima: la quinasa C (QC) provocando una cascada de fosforilaciones, activándose también las fosfolipasas A y D (PLA y PLD). La sincronización y sucesión de estos mecanismos conduce a la reacción acrosómica, al desprendimiento de la corona radiante, facilitando el pasaje del espermatozoide a través de la zona pelúcida para alcanzar la membrana plasmática del ovocito II y unirse a ella.

Denudación Por acción de las enzimas hidrolíticas del acrosoma, especialmente la hialuronidasa, es disuelta la matriz extracelular, provocándose la separación y desprendimiento de las células foliculares (corona radiante).

Penetración de la membrana pelúcida La membrana acrosómica interna a quedado expuesta y cuenta con un receptor PH20 (proteína con actividad hialuronidásica) que interactúa con la ZP2 de la membrana pelúcida. Esta glucoproteína se une con la proacrosina (proteína de la membrana acrosómica interna) activándola a acrosina. La actividad de la acrosina es unirse a residuos hidrocarbonados de la zona o membrana pelúcida. La acrosina es una proteasa que degrada a la zona pelúcida.

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Fusión Cuando llega el espermatozoide hasta la membrana plasmática del ovocito, ya carece de un segmento de membrana plasmática que cubría el tercio anterior de su cabeza y sólo persiste en la región posterior, a ésta se le conoce como membrana posacrosomal. En dicha membrana se localiza una molécula llamada fertilina, cuya unión con las integrinas de la membrana plasmática del ovocito permite la fusión de ambas membranas. Debido a lo anterior, penetra hacia el citoplasma del ovocito el contenido del espermatozoide como el núcleo, el cuerpo pericentriolar (centriolo proximal) y el filamento axial o axonema, este último degenera después.

• El accionar de las proteínas fusogenas, establece una hendidura citoplasmática que permite la entrada, por orden, de la parte posterior de la cabeza, cuello y cola del espermatozoide. • Finalmente lo hace la parte de la cabeza sobreviviendo ADN y centriolo. Las fibras axonémica y mitocondrias desaparecen. En la fusión cesan los movimientos de hiperactivación.

• Mismo siendo muchos los espermatozoides que atraviesan la membrana pelúcida, sólo uno establece contacto intimo con la membrana plasmática del ovocito II. • En el espermatozoide la membrana plasmática involucrada corresponde a la zona ecuatorial de la cabeza, a nivel de la banda estriada, en cuando a la plasmalema del ovocito se fusiona en cualquier punto. • Diferentes proteínas de la superficie celular de ambos os gametos han sido identificadas por su participación en la unión y fusión de los mismos. • Ahora se incluye las desintegrinas del espermatozoide (ADAM1, ADAM2) que van a interactuar con las integrinas de la plasmalema del ovocito (oolema).

Bloqueo de la polispermia Tan pronto como es penetrado, el ovocito secundario termina rápido la segunda división meiótica liberándose el segundo cuerpo polar alcanzando la condición haploide (23 cromosomas), uno de los cuales es el cromosoma sexual X; este núcleo representa el pronúcleo femenino. Mientras sucede lo anterior, el núcleo del espermatozoide se descondensa y se forma el pronúcleo masculino (haploide), de esta manera termina la maduración del ovocito que ahora es un óvulo.

• IZUMO1 es responsable por la adhesión del espermatozoide al ovocito al interactuar con su receptor proteico: JUNO

*La interacción entre IZUMO1 y JUNO permiten nuevos conocimientos sobre el mecanismo de dichas moléculas y el desarrollo de nuevos métodos que permitan regular la fertilidad, haciendo diagnóstico y tratamiento clínico adecuados en los casos de infertilidad. * IZUMO1 y CRISP: proteína rica en cisteína JUNO: proteína presente en la plasmalema del ovocito. @MODESINHA

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Como resultado de la penetración se presentan cambios que protegen al ovocito de la entrada de otros gametos, como son la reacción de zona, en la que se modifica la zona pelúcida provocando la inmovilización y expulsión de los espermatozoides atrapados en ella; también se cambia la configuración de sus receptores de tal manera que no puedan unirse otros espermatozoides. El ovocito se retrae y su plasmalema se separa de la zona pelúcida para formar el espacio perivitelino, al mismo tiempo se presenta la reacción cortical en la que el ovocito libera proteínas hacia el espacio perivitelino; el objetivo de ambos procesos es proteger al ovocito de la polispermia (entrada de dos o más espermatozoides).

Reinicio de la meiosis II • la presencia del espermatozoide determina el reinicio de la meiosis II con la formación del segundo glóbulo polar. • esta fase es promovida por el diacilglicerol (DAG) que activa a la quinasa C, con fosforilación de las proteínas comprometidas.

Formación de los pronúcleos masculino y femenino

• se neutraliza la entrada de otros espermatozoides, desencadenándose cambios en el ovocito II. • el ovocito se activa. • se inicia una reacción cortical, es decir, la exocitosis de sus gránulos corticales liberando proteasas (enzimas hidrolíticas) que modifican químicamente la zona pelúcida para el bloqueo polispermico, generando una reacción de zona al tomar contacto, dichas enzimas, con la cara interna de la zona pelúcida provocando cambios en las ZP2 y ZP3.

• representan los núcleos haploides del óvulo y del espermatozoide. • se tornan esféricos. • se dirigen a la región central del ovulo y replican el ADN (duplican su material cromosómico). Se preparan para la primera división de la segmentación.

• estés cambios inmovilizan y expulsan a los otros espermatozoides. Una de las proteasas que actúa en el espacio perivitelino es la Ovastacina.

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Singamia • los pronúcleos se acercan y pierden sus cariotecas. • se fusiona los cromosomas de ambos pronúcleos formando un solo núcleo (con el ADN de ambos progenitores). • dase lugar a la forma del cigoto. Por lo tanto, dos hechos característicos de la singamia son: La ruptura de la membrana de los pronúcleos La mezcla de cromosomas

Anfimixis

• cuando los cromosomas de ambos progenitores se condensan y ubican en el plano ecuatorial (metafase). Por lo tanto, la Anfimixis representa el fin de la fecundación y el comienzo de la primera división mitótica de la segmentación del cigoto.

Consecuencias de la fecundación 1. Formación del cigoto 2. Se restablece el numero diploide de cromosomas, al unirse los pronúcleos haploides 3. Se redistribuye el material citoplasmático, formándose una célula completa y su mayor parte es proporcionada por el ovulo 4. Se determina el sexo cromosómico, que en el caso de la especie humana es responsabilidad del sexo masculino 5. Se inician las divisiones mitóticas de la segmentación (desarrollo embrionario)

Después de la fase de pronúcleos, éstos pierden su cubierta nuclear y replican su DNA, se aproximan entre sí y se fusionan intercambiando su material genético en un fenómeno que se denomina anfimixis; en este momento se establece el genoma del nuevo ser, se determina el sexo del embrión y ocurre la variación de la especie. Si el espermatozoide que fecunda tiene un cromosoma X, al unirse con el del ovocito se determinará el género femenino (XX); si es Y el género será masculino (XY).

Una vez completado lo anterior se establece la etapa de cigoto, 24 a 36 horas después de la fecundación. El cigoto es diploide como resultado de la unión de los pronúcleos haploides de ambos gametos. El cigoto es una célula completa desde el punto de vista estructural y adquiere su característica totipotente. En esta etapa ocurre la activación del huevo, mecanismo necesario para iniciar su primera división de segmentación.

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