Fecundação

Primeira função: Transmitir os genes dos progenitores aos descendentes

Segunda função: é iniciar, no citoplasma do óvulo, as reacções que permitam prosseguir o desenvolvimento.

Fecundação:

1- contacto e reconhecimento entre oespermatozóide e o óvulo. Tal assegura que oespermatozóide e o óvulo são da mesma espécie

2- regulação da entrada do espermatozóide noóvulo. Normalmente, apenas um espermatozóidepode fecundar o óvulo.

3- fusão do material genético do espermatozóide edo óvulo.

4- activação do metabolismo do óvulo para iniciar odesenvolvimento

Estrutura dos gâmetas

1. Espermatozóide

A importância do espermatozóide na fecundação foi apenas

reconhecido nos últimos 125 anos

Primeiro, acreditava-se que os espermatozóides eram parasitas que

viviam no interior do sémen (spermatozoa-animais do esperma

Depois, alguns autores pensavam que o espermatozóide continham

um ser humano pré-formado, designado por homonclus)

No entanto, a maioria pensava que o espermatozóide não era

importante

Foi no século XVIII, que surgiram as primeiras provas da importancia

do espermatozóide na reprodução, Spallanzani demonstrou que o

sémen de sapo, sem espermatozóide, não fecundava o óvulo.

Em 1824, Prevot e Dumas afirmaram que o espermatozóide não

eram parasitas mas sim os agentes activos da fecundação

Em 1840, A. Von Kolliker concluiu que não era um parasita, e que o

espermatozóide excitava o óvulo para que se este se desenvovesse,

não havendo por isso contacto fisíco entre gametas.

Apenas em 1876 Hetwig e Fol, demonstraram a entrada do

esprmatozóide no óvulo e a união dos núcleos das duas células.

A vesícula acrossómica contém enzimas quedigerem proteínas e açucáres, e são usadas paradestruir as camadas externas do óvulo

O modo como o espermatozóide se move varia deespécie para espécie, por exemplo nas lombrigasrealiza movimentos amebóides, mas na maioriadas vezes as espécies movimentam-se através dobatimento dos flagelos

Cada espermatozóide, é constituído por um núcleo haplóide,um sistema propulsor e uma bolsa de enzimas

Estrutura dos flagelosA parte motora principal é o axonema.

O centro do axonema consiste em 2 microtúbulos centrais rodeadospor 9 dupletos de microtúbulos.

Apenas um dos microtúbulos se encontra completo com 13protofilamentos, o outro em forma de C tem apenas 11protofilamentos

Os protofilamentos são constituídos por uma proteína dímerica, atubulina.

A força para a propulsão dos espermatozóides é fornecida peladineína, uma proteína ligada aos microtúbulos. Ela vai hidrolisar o ATP queprovém dos anéis de mitocôndrias localizados na zona intermédia doespermatozóide

Outra proteína flagelar importante é a Histona H1, é responsável pelaestabilização dos microtúbulos flagelares

Óvulo

Acumula diversas reservas citoplasmáticas durante a sua maturação:- Proteínas – as células embrionárias iniciais vão precisar de energia e aminoácidos.

- Ribossomas e tRNA – o embrião jovem vai necessitar de produzir muitas das suas proteínas

- RNA mensageiro – As instruções para a produção de proteínas estão empacotadas nos óocitos

- Factores morfogenéticos – vão estar presentes móleculas que dirigem a diferenciação celular em determinados tipos de células

- Compostos protectores – Cóntem filtros ultra-violeta, enzimas de reparação de DNA. Algumas móleculas contém móleculas que sabem mal aos predadores.

A membrana celular regula o fluxo de iões durante a fecundação e tem de ser

capaz de se fundir com a membrana celular do espermatozóide

Exterior à membrana celular encontra-se um envelope celular que esta

Frequentemente envolvido no reconhecimento espermatozóide-óvulo. Esta

estrutura é designada por camada vitelina, nos mamíferos, é constituída por uma

matriz extra-celular espessa e separada da membrana designada por zona

pelúcida.

O óvulo do mamífero está também rodeado por uma camda de

células, o cumulus oophorus.

A camada mais interna das células do cumulus oophorus,

imediatamente adjacente à zona pelúcida, chama-se corona radiata.

Imediatamente por baixo da membrana celular do óvulo encontra-se

uma concha fina e gelatinosa designada por córtex. Nesta região o

citoplasma é mais rígido e contém uma elevada concentração de

moléculas de actina.

Durante a fecundação, estas moléculas polimerizam e formam

microfilamentos. Estes microfilamentos são necessários para

prolongar a superfície do óvulo em pequenas projecções designadas

Por microvilosidades, que podem auxiliar a entrada de

espermatozóides.

No interior do córtex encontram-se também os grânulos corticais.São derivados do complexo de Golgi que contêm enzimasproteolíticas

Reconhecimento do óvulo-espermatozóide

1. Quimoatracção do espermatozóide em direcção ao óvulo, por acção de moléculas solúveis segregadas pelo óvulo

2. Ligação do espermatozóide ao envelope extra-celular (camada vitelina ou zona pelúcida) do óvulo

2. Exocitose do acrossoma para libertar as suas enzimas

4. Passagem do espermatozóide através deste envelope extracelular.

5. Fusão das membranas celulares do óvulo e do espermatozóide

Acção à distância: gâmetas de mamíferos

É muito díficil estudar as interacções que podem ocorrer entre osgâmetas de mamíferos antes do contacto entre eles. Existem duas

razões óbvias para obstar este estudo:

1. Dificuldade em reproduzir as condições que os espermatozóides vão encontrar no interior da fêmea;

2. A população de espermatozóides que é ejeculada é muito heterogénea no seu estado de maturação.

Por isso, existe muita especulação sobre os mecanismos detranslocação e capacitação dos espermatozóides.

Translocação e capacitação

O espermatozóide vai ser transportado até ao oviductoessencialmente pela acção da actividade muscular do útero. Sódentro do oviducto é que importante a mobilidade conferida aoespermatozóide para ele se encontrar com o óvulo.

Os espermatozóides récem-ejaculados são incapazes de de levaracabo a reacção acrossómica sem permanecerem algum tempo notracto reprodutor feminino. Por iiso, necessitam de interagir com ascélulas e secreções do tracto reprodutor feminino para que estareacção ocorra.

O conjunto de modificações fisiológicas através das quais oespermatozóide se torna competente para fertilizar o óvulo designase por capacitação.

A corrida dos espermatozóides nem sempre é ganha pelo mais rápido

Uma das hipóteses que poderá explicar a capacitação dos espermatozóides compreende

quatro tipos de alterações moleculares:

1. A membrana celular dos espermatozóides é alterada pela remoção de colesterol pelas

albuminas no tracto reprodutor feminino. A perda de colesterol poderá aumentar o

valor de PH, que vai permitir a reacção acrossómica dos espermatozóides;

2. Determinadas proteínas ou hidratos de carbono perdem-se durante a capacitção.

Estes compostos vão bloquear os locais de recepção para as proteínas que se ligam à

zona pelúcida, facilitando a penetração dos espermatozóides

3. O potencial de membrana do espermatozóide fica mais negativo quando os iões de

potássio saem do espermatozóide. Esta alteração vai permitir a entrada de iões

cálcio. Os iões cálcio e bicarbonato são importantes para activar a produção de cAMP

e facilitar a fusão das membranas na reacção acrossómica

4. Ocorre a fosforilação proteíca

Diferentes regiões do tracto reproductor feminino podem segregar móleculas

localmente específicas

Estes factores podem influenciar a mobilidade dos espermatozóides bem

como a sua capacitação. Por exemplo, quando espermatozóides em

determinados mamíferos pasam pelo útero em relacção ao oviducto, ficam

hiperactivados, nadando a maiores velocidades e gerando forças maiores.

A hiperactivação, juntamente com a enzima hialuronidase no exterior da

membrana celular do espermatozóide , permite ao espermatozóide construir

um caminho através da células do cumulus oophorus.

Existem evidências que apontam para que o óvulo possa segregar

substâncias quimiostáticas que atraem os espermatozóides durante as

últimas fases de migração do espermatozóide.

Ligação e reconhecimento dos gâmetas em mamíferos

Nos mamíferos, a zona pelúcida desempenha as funções de ligar o

espermatozóide e iniciar a reacção acrossómica após a ligação ao

espermatozóide

A ligação do espermatozóide à zona pelúcida é específica para cada

espécie.

A zona pelúcida é composta fundamentalmente por três glicoproteínas,

ZP1, ZP2 e ZP3. Existem várias evidências para que a ZP3 seja a

glicoproteína específica a que os espermatozóides se ligam.

A ZP3 vai inicia também a reacção acrossómica. Esta reacção é

induzida quando a ZP3 interliga os receptores da membrana celular

dos espermatozóides. Um dessas proteínas do espermatozóide é a

galactotransferase-I. Esta ligação vai activar as proteínas G na membrana

celular do espermatozóide, iniciando uma cascata enzimática que abre os

canais de cálcio da membrana, provocando a exocitose da vesícula

acrossómica.

A exocitose da vesícula acrossómica liberta proteases que se

ligam à zona pelúcida

Estas enzimas criam um buraco através da qual os

espermatozóides podem viajar em direcção ao óvulo. No

entanto a parte da membrana celular do espermatozóide que

se liga à ZP3 é removida do espermatozóide.

Fusão dos gâmetas e prevenção da polispermia

Nos mamíferos, o espermatozóide contacto com o óvulo não

através da extremidade da cabeça, mas com a zona lateral da

cabeça, numa região designada por domínio equatorial da

cabeça do espermatozóide

A fusão dos gâmetas poderá depender da interacção entre

uma proteína do espermatozóide e a proteína CD9 associada

às integrinas dos ovócitos

O bloqueio rápido da polispermia (entrada de vários

espermatozóides no óvulo)

É conseguido alterando o potencial eléctrico da membrana

celular do óvulo. Dentro de 1 a 3 segundos após a ligação do

primeiro espermatozóide, o potencial de membrana passa de

70mv (repouso) para +20mv. Está alteração é causada por uma

pequena entrada de iões sódio.

Os espermatozóides conseguem fundir-se com memembras com

um potencial de -70mv, mas não conseguem fundir-se com

membranas carregadas positivamente. Assim, não se fundem

mais espermatozóides com o óvulo.

Este tipo de bloqueio, é transitório podendo ocorrer apenas por

breves minutos.

Bloqueio lento da polispermia

O mecanismo que permite remover em definitivo os espermatozóides da

camada vitelina ou zona pelucida é a reacção dos grânulos corticais.

Após a entrada do espermatozóide, os grânulos corticais fundem-se com a

membrana celular do óvulo e libertam o seu conteúdo. Neste processo são

libertadas várias proteínas:

a primeira é serina protease dos grânulos corticais. Esta enzima dissolve os

receptores da membrana celular que se ligam aos espermatozóides;

em segundo lugar, os mucopolissacarídeos são libertados e produzem um

gradiente osmótico que leva a que a água entre para o epaço entre a camada

vitelina e a membrana celular, provocando a expansão da camada e se torne

na camada de fertilização;

uma terceira proteína, uma enzima peroxidase, endurece a camada de

fertilização. A camada de fertilização começa a formar-se no local de entrada

do espermatozóide e continua a expandir-se em torno do óvulo. À medida

que se forma, os espermatozóides ligados começam a libertar-se. Este

processo começa cerca de 20 segundos após a ligação do espermatozóide e

termina no final do primeiro minuto de fecundação; finalmente, um quarto conjunto de proteínas, incluindo a hialina, forma umrevestimento em torno do óvulo. O óvulo estende microvilosidadesque se ligam a esta camada de hialina.