Alai

Resumen de gametos y fecundación

La reproducción sexual se refiere a las células germinales sexuales (gametos) producidas por los padres, a través de la combinación de células germinales bisexuales (como los espermatozoides y los óvulos), se convierten en el óvulo fecundado, y luego el óvulo fecundado se desarrolla en un nuevo individuo, llamado reproducción sexual. Una amplia variación en las combinaciones de genes en la reproducción sexual puede aumentar la capacidad de la descendencia para adaptarse a la selección natural. La combinación aleatoria de genes en la descendencia de la reproducción sexual puede ser beneficiosa o no para la especie, pero al menos aumenta las posibilidades de que unos pocos individuos sobrevivan en un entorno impredecible y siempre cambiante, lo que beneficia a la especie. La reproducción sexual también puede promover la propagación de mutaciones favorables en la población. Si dos individuos de una especie tienen mutaciones favorables en sitios diferentes, en la población de reproducción asexual, los dos mutantes competirán hasta que una eliminación, es imposible retener ambas mutaciones favorables al mismo tiempo. Sin embargo, en las poblaciones de reproducción sexual, mediante el apareamiento y la recombinación, estas dos mutaciones favorables pueden entrar simultáneamente en el genoma del mismo individuo y propagarse simultáneamente en la población. Por todo ello, la reproducción sexual acelera el proceso de evolución. En los más de 3.000 millones de años de evolución biológica en la Tierra, los primeros 2.000 millones de años de vida han permanecido en la etapa de reproducción asexual, y la evolución ha sido lenta, y el ritmo de evolución se ha acelerado significativamente desde los últimos 1.000 millones de años. Además de los cambios en el medio ambiente terrestre (como la aparición de la atmósfera que contiene oxígeno, etc.), la aparición y el desarrollo de la reproducción sexual es también una causa importante.

Gametos

Los gametos se refieren a las células maduras producidas por el sistema reproductor cuando el organismo se reproduce sexualmente, denominadas células germinales. Los gametos se dividen en gametos masculinos y gametos femeninos. Los gametos femeninos de los animales y las plantas suelen llamarse óvulos, y los gametos masculinos, espermatozoides. El esperma es bastante pequeño, pero puede moverse y entrar en el óvulo en forma de escorpión. El óvulo es bastante grande y no nada. Por ejemplo, el volumen del óvulo del erizo de mar es 10.000 veces mayor que el de los espermatozoides. Aunque los gametos masculino y femenino son diferentes en volumen, el ADN nuclear que aportan a la descendencia es igual, es decir, cada uno aporta un conjunto de genomas. Sin embargo, debido al gran tamaño de los óvulos, la estructura citoplasmática y el ADN citoplasmático de las células hijas son aportados básicamente por los óvulos. Los gametos desempeñan un papel importante en los cálculos biológicos. A través de los mapas genéticos, se puede observar claramente el flujo de genes y el patrón de genotipos de la progenie. El número de gametos en la primera generación de híbridos y los rasgos relativos en los híbridos es de 2nª potencia (n es el logaritmo de los rasgos relativos). Cuando un organismo vivo forma un gameto, los factores genéticos emparejados se separan entre sí y entran en gametos diferentes. Los gametos contienen sólo uno de cada par de factores genéticos. Cuando se fecunda, la combinación de gametos masculinos y femeninos es aleatoria. Debido al género de los gametos formados por meiosis, a la diversidad de la composición cromosómica, a la diferencia del material genético de los distintos gametos y al carácter aleatorio de la combinación de óvulos y espermatozoides en el proceso de fecundación, la descendencia del mismo progenitor debe ser diversa.

Fertilización

La fecundación es el proceso por el cual los óvulos y los espermatozoides se fusionan en un cigoto. Es una característica básica de la reproducción sexual y es omnipresente en el mundo animal y vegetal, pero a menudo se refiere como el más comúnmente referido al animal. La fecundación animal a nivel celular, el proceso de fecundación incluye tres etapas principales: la activación del óvulo, la regulación y la fusión pronuclear anfótera. La activación puede considerarse como el punto de partida de la ontogenia, que se manifiesta principalmente por los cambios en la permeabilidad de la membrana exudativa, la eclosión de los gránulos corticales, la formación de la membrana fecundada, etc. El ajuste se produce después de la activación, que es el primer paso para garantizar la división normal de los óvulos fecundados. El cambio del núcleo procariota asegura la herencia de los padres y restablece el diploide. La fecundación no sólo inicia la replicación del ADN, sino que también activa la información genética como el ARNm y el ARNr en el óvulo para sintetizar las proteínas necesarias para el desarrollo del embrión. Tras 6 ó 7 días después de la fecundación, la zona pelúcida del blastocisto desaparece y se entierra gradualmente y es cubierta por el endometrio, lo que se denomina implantación del óvulo fecundado. El esperma de un animal no tiene una quimiotaxis evidente como los espermatozoides de las plantas inferiores, como las briofitas, sino que llega a las proximidades del óvulo por movimiento activo o por el movimiento ciliar de las células epiteliales genitales. Capacitación de los espermatozoides: Se sabe que cuando muchos espermatozoides de mamíferos atraviesan el tracto reproductivo femenino o el cúmulo, se elimina la proteína extraña que encapsula al espermatozoide y cambian las propiedades físicas y biológicas de la membrana plasmática del espermatozoide, lo que le permite ganar energía y participar en el proceso de fecundación. Cuando el espermatozoide capacitado de un mamífero entra en contacto con la membrana del óvulo o zona pelúcida del mismo, se une específicamente a una glicoproteína de la membrana del óvulo, lo que estimula al espermatozoide a producir energía. La reacción acrosómica ayuda al espermatozoide a seguir atravesando la membrana del óvulo. En el óvulo del erizo de mar, la reacción acrosómica del espermatozoide es una determinada sustancia polisacárida en la película peri-membrana. La mayoría de los huevos tienen membranas de huevo en la periferia, y el grosor de las distintas membranas de huevo varía. El componente principal es la mucina o el mucopolisacárido; sólo unos pocos son huevos desnudos, como los huevos de un coelenterado. Reacción acrosómica: Cuando el espermatozoide atraviesa la membrana del óvulo, se produce un proceso de unión. El primero se adhiere de forma suelta, sin interferencia de temperatura externa, y no tiene ninguna especificidad. Durante el período de adhesión, la proteína del protoplasto en la membrana acrosomal se transforma en proteína acrosomal, y la proteína acrosomal acelera al espermatozoide para que atraviese la membrana del óvulo; es una combinación fuerte, puede ser interferida por la baja temperatura, y tiene una especificidad. Se ha aislado una proteína que se une específicamente a la glicoproteína del óvulo en la membrana plasmática del esperma del erizo de mar, llamada proteína de unión, con un peso molecular de unos 30.000. Los ovocitos secundarios en medio de la segunda división de maduración durante la ovulación, junto con la zona pelúcida circundante y la corona de radiación, entran rápidamente en la ampolla de la trompa de Falopio a través de la cavidad abdominal debido al balanceo de los cilios de las células epiteliales de la trompa de Falopio y a la contracción de la capa muscular. Si el óvulo no se encuentra con el espermatozoide, suele empezar a degenerar en 12-24 horas. Una vez que el espermatozoide está en contacto con el óvulo, éste sufre una serie de cambios de activación. En los óvulos de mamíferos, se caracteriza por la reacción cortical, la reacción de la membrana ovárica y la reacción de la zona pelúcida, que pueden bloquear la multifecundación y estimular el desarrollo posterior de los óvulos. La reacción cortical se produce en el momento de la fusión de los espermatozoides. En el momento de la fusión, las partículas corticales se rompen y su contenido se desprende, extendiendo así la corteza de todo el óvulo. La reacción de la membrana ovárica es un proceso de recombinación de la envoltura del óvulo y del gránulo cortical. La reacción de la zona pelúcida es un proceso en el que el eflujo cortical y la zona pelúcida de una membrana fecundada, la membrana del óvulo se separa de la membrana plasmática, el receptor espermático en la zona pelúcida desaparece y la zona pelúcida se endurece. Sólo los espermatozoides que tienen una reacción acrosómica pueden fusionarse con el óvulo. Bajo la acción de la acrosina, el espermatozoide atraviesa la corona radial e interactúa con la molécula de glicoproteína receptora del espermatozoide ZP3 en la zona pelúcida, lo que permite que el espermatozoide libere la enzima acrosomal y entre en la perivitelina a través de la zona pelúcida. Al comienzo de la fecundación, la envoltura de la parte ecuatorial de la cabeza del espermatozoide humano está en contacto con la membrana del óvulo, y luego el núcleo y el citoplasma del espermatozoide entran en el óvulo. Después de que el espermatozoide entre en el óvulo, las partículas corticales del citoplasma poco profundo del óvulo liberan inmediatamente su contenido hacia la periferia de la membrana. Al mismo tiempo, cuando la membrana de los gránulos corticales se fusiona con las células del óvulo, la carga superficial negativa de la superficie celular aumenta, suprimiendo así la fusión de la membrana plasmática del espermatozoide con la membrana del óvulo, lo que se denomina reacción cortical. La estructura de la zona pelúcida cambia, lo que se denomina reacción de la zona pelúcida. En este momento, se reduce la capacidad de la zona pelúcida para unirse a los espermatozoides, lo que impide la aparición de la polispermia y garantiza las características biológicas de la monospermia humana. Además de destruir o inactivar el receptor unido al espermatozoide en la zona pelúcida, el contenido de los gránulos corticales también puede aumentar el entrecruzamiento entre las cadenas peptídicas de la zona pelúcida, debilitar la sensibilidad a la proteasa del acrosoma e impedir la penetración del espermatozoide. Aunque hay varios espermatozoides que atraviesan la zona pelúcida, sólo un espermatozoide entra en el óvulo para fecundarlo. En una situación anormal, hay dos espermatozoides que participan en la fecundación, es decir, la fecundación con doble espermatozoide. Dos espermatozoides entran simultáneamente en el óvulo para formar embriones de células triploides, que abortan o mueren poco después del nacimiento. Tras la entrada del espermatozoide en el óvulo, éste completa rápidamente la segunda división madura. En este momento, los núcleos del espermatozoide y del óvulo se denominan pronúcleo masculino y pronúcleo femenino, respectivamente. Los dos pronúcleos se aproximan gradualmente, la membrana nuclear desaparece y los cromosomas se fusionan para formar un óvulo fecundado diploide. Cuando los espermatozoides se fusionan, se observa que las microvellosidades de la superficie del óvulo rodean a los espermatozoides, que pueden estar orientados; entonces la membrana ovárica se fusiona con la membrana plasmática en la región posterior del acrosoma del espermatozoide.

Referencia

1. Yanagimachi R. Germ cells and fertilization: why I studied these topics and what I learned along the path of my study. Andrología. 2014, 2(6):787-93.
2. Henshaw J M, Marshall D J, Jennions M D, et al. La competencia local de gametos explica la asignación de sexos y las estrategias de fertilización en el mar. American Naturalist. 2014, 184(2):32.
3. Mori T, Igawa T. Proceso de fijación de gametos revelado en la fertilización de plantas con flores. Plant Signaling &Comportamiento. 2014, 9(12):977715.
4. Hédouin L, Pilon R, Puisay A. El estrés por hiposalinidad compromete más la fecundación de los gametos que la supervivencia de las larvas de coral. Investigación del medio ambiente marino. 2015, 104:1-9.

Luo J, Mcginnis L K, Carlton C, et al. Función de PTK2b durante la fertilización del ovocito de ratón. Biochem Biophys Res Commun. 2014, 450(3):1212-1217.