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Panoramica su gameti e fecondazione

La riproduzione sessuale si riferisce alle cellule germinali sessuali (gameti) prodotte dai genitori, attraverso la combinazione di cellule germinali bisessuali (come sperma e cellule uovo), diventano l’uovo fecondato, e poi l’uovo fecondato si sviluppa in un nuovo individuo, chiamato riproduzione sessuale. Un’ampia variazione nelle combinazioni di geni nella riproduzione sessuale può aumentare la capacità della prole di adattarsi alla selezione naturale. I geni combinati a caso nella prole della riproduzione sessuale possono o non possono essere benefici per la specie, ma almeno aumentano le possibilità che alcuni individui sopravvivano in un ambiente imprevedibile e in continuo cambiamento, beneficiando così la specie. La riproduzione sessuale può anche promuovere la diffusione di mutazioni favorevoli nella popolazione. Se due individui in una specie hanno mutazioni favorevoli in siti diversi, nella popolazione a riproduzione asessuata, i due mutanti competeranno fino ad una eliminazione, è impossibile mantenere entrambe le mutazioni favorevoli allo stesso tempo. Tuttavia, nelle popolazioni di riproduzione sessuale, attraverso l’accoppiamento e la ricombinazione, queste due mutazioni favorevoli possono entrare contemporaneamente nel genoma dello stesso individuo e diffondersi simultaneamente nella popolazione. Per queste ragioni, la riproduzione sessuale accelera il processo di evoluzione. Negli oltre 3 miliardi di anni di evoluzione biologica sulla Terra, i primi due miliardi di anni di vita sono rimasti nella fase di riproduzione asessuata, e l’evoluzione è stata lenta, e il tasso di evoluzione ha accelerato notevolmente dall’ultimo miliardo di anni. Oltre ai cambiamenti nell’ambiente terrestre (come l’emergere dell’atmosfera contenente ossigeno, ecc.), il verificarsi e lo sviluppo della riproduzione sessuale è anche una causa importante.

Gameti

I gameti si riferiscono alle cellule mature prodotte dal sistema riproduttivo quando l’organismo si riproduce sessualmente, denominate cellule germinali. I gameti si dividono in gameti maschili e gameti femminili. I gameti femminili di animali e piante sono di solito chiamati cellule uovo, e i gameti maschili sono chiamati spermatozoi. Lo sperma è abbastanza piccolo, ma può muoversi ed entrare nella cellula uovo a forma di scorpione. La cellula uovo è abbastanza grande e non nuota. Per esempio, il volume della cellula uovo del riccio di mare è 10.000 volte quello delle cellule spermatiche. Anche se i gameti maschili e femminili sono diversi per volume, il DNA nucleare che forniscono alla prole è uguale, cioè ognuno fornisce un set di genomi. Tuttavia, a causa delle grandi dimensioni delle cellule uovo, la struttura citoplasmatica e il DNA citoplasmatico delle cellule figlie sono sostanzialmente forniti dalle cellule uovo. I gameti svolgono un ruolo importante nei calcoli biologici. Attraverso le mappe genetiche, il flusso dei geni e il modello dei genotipi della progenie possono essere chiaramente osservati. Il numero di gameti nella prima generazione di ibridi e i tratti relativi negli ibridi è 2n° potenza (n è il logaritmo dei tratti relativi). Quando un corpo vivente forma un gamete, i fattori genetici accoppiati sono separati l’uno dall’altro ed entrano in gameti diversi. I gameti contengono solo uno di ogni coppia di fattori genetici. Quando si feconda, la combinazione di gameti maschili e femminili è casuale. A causa del genere di gameti formati dalla meiosi, la diversità della composizione cromosomica, la differenza nel materiale genetico dei diversi gameti, e la casualità della combinazione di cellule uovo e sperma nel processo di fecondazione, la prole dello stesso genitore deve essere diversa.

Fecondazione

La fecondazione è il processo con cui uova e sperma si fondono in uno zigote. È una caratteristica fondamentale della riproduzione sessuale ed è onnipresente nel mondo animale e vegetale. La fecondazione animale a livello cellulare, il processo di fecondazione comprende tre fasi principali: attivazione dell’uovo, regolazione e fusione pronucleare anfotera. L’attivazione può essere considerata come il punto di partenza dell’ontogenesi, che si manifesta principalmente con i cambiamenti nella permeabilità della membrana trasudante, l’ecclesia dei granuli corticali, la formazione della membrana fecondata, ecc. La regolazione avviene dopo l’attivazione, che è il primo passo per assicurare la normale divisione degli ovuli fecondati. Il cambiamento del nucleo procariotico assicura l’eredità dei genitori e ripristina il diploide. La fecondazione non solo avvia la replicazione del DNA ma attiva anche l’informazione genetica come l’mRNA e l’rRNA nell’uovo per sintetizzare le proteine necessarie allo sviluppo dell’embrione. Dopo 6 o 7 giorni dalla fecondazione, la blastocisti zona pellucida scompare e gradualmente si seppellisce e viene coperta dall’endometrio, il che è chiamato impianto dell’uovo fecondato. Lo sperma di un animale non ha una chemiotassi evidente come lo sperma delle piante inferiori, come le briofite, ma raggiunge le vicinanze dell’uovo per movimento attivo o per il movimento ciliare delle cellule epiteliali genitali. Capacità dello sperma: È noto che quando molti spermatozoi dei mammiferi passano attraverso il tratto riproduttivo femminile o attraverso il cumulo, la proteina estranea che incapsula lo sperma viene rimossa, e le proprietà fisiche e biologiche della membrana plasmatica dello sperma cambiano, permettendo allo sperma di guadagnare energia e partecipare al processo di fecondazione. Quando lo spermatozoo capacitato dei mammiferi entra in contatto con la membrana dell’uovo o zona pellucida dell’uovo, si lega specificamente a una glicoproteina sulla membrana dell’uovo, che stimola lo spermatozoo a produrre energia. La reazione di acrosoma aiuta lo spermatozoo ad attraversare ulteriormente la membrana dell’uovo. Nell’uovo di riccio di mare, la reazione di acrosoma dello spermatozoo è una certa sostanza polisaccaridica nella pellicola peri-membrana. La maggior parte delle uova ha delle membrane uovo alla periferia, e lo spessore delle varie membrane uovo varia. Il componente principale è mucina o mucopolisaccaride; solo alcune sono uova nude, come le uova di un celenterato. Reazione acrosoma: Quando lo spermatozoo passa attraverso la membrana dell’uovo, c’è un processo di legame. Il primo è debolmente attaccato, libero da interferenze esterne di temperatura, e non ha specificità. Durante il periodo di adesione, la proteina del protoplasto sulla membrana acrosomiale si trasforma in proteina dell’acrosoma, e la proteina dell’acrosoma accelera lo sperma ad attraversare la membrana dell’uovo; è una combinazione forte, può essere interferita dalla bassa temperatura, e ha una specificità. Una proteina che si lega specificamente alla glicoproteina dell’uovo è stata isolata sulla membrana plasmatica dello sperma del riccio di mare, chiamata proteina legante, con un peso molecolare di circa 30.000. Gli ovociti secondari a metà della seconda divisione di maturazione durante l’ovulazione, insieme alla zona pellucida circostante e alla corona di radiazione, entrano rapidamente nell’ampolla delle tube di Falloppio attraverso la cavità addominale grazie all’oscillazione delle ciglia delle cellule epiteliali delle tube di Falloppio e alla contrazione dello strato muscolare. Se la cellula uovo non riesce ad incontrare lo sperma, di solito inizia a degenerare entro 12-24 ore. Una volta che lo sperma è in contatto con l’uovo, l’uovo stesso subisce una serie di cambiamenti di attivazione. Nelle uova dei mammiferi, è caratterizzata dalla reazione corticale, dalla reazione della membrana ovarica e dalla reazione della zona pellucida, che possono bloccare la multifecondazione e stimolare l’ulteriore sviluppo delle uova. La reazione corticale si verifica al momento della fusione delle cellule spermatiche. Dal punto di fusione, le particelle corticali si rompono e il contenuto viene espulso, diffondendo così la corteccia dell’intero uovo. La reazione della membrana ovarica è un processo di ricombinazione dell’involucro dell’ovulo e dei granuli corticali. La reazione della zona pellucida è un processo in cui l’efflusso corticale e la zona pellucida da una membrana fecondata, la membrana dell’uovo è separata dalla membrana plasmatica, il recettore dello sperma nella zona pellucida scompare e la zona pellucida si indurisce. Solo lo sperma che ha una reazione acrosoma può fondersi con l’uovo. Sotto l’azione dell’acrosina, lo spermatozoo passa attraverso la corona radiale e interagisce con la molecola glicoproteica del recettore spermatico ZP3 sulla zona pellucida, permettendo allo spermatozoo di rilasciare l’enzima acrosomale ed entrare nel perivitellino attraverso la zona pellucida. All’inizio della fecondazione, l’involucro della parte equatoriale della testa dello spermatozoo umano è in contatto con la membrana della cellula uovo, e poi il nucleo e il citoplasma dello spermatozoo entrano nell’uovo. Dopo che lo spermatozoo entra nell’uovo, le particelle corticali nel citoplasma poco profondo dell’uovo rilasciano immediatamente il loro contenuto alla periferia della membrana. Allo stesso tempo, quando la membrana dei granuli corticali si fonde con le cellule dell’uovo, la carica superficiale negativa sulla superficie cellulare aumenta, sopprimendo così la fusione della membrana plasmatica dello spermatozoo con la membrana dell’uovo, che è chiamata reazione corticale. La struttura della zona pellucida cambia, chiamata reazione della zona pellucida. In questo momento, la capacità della zona pellucida di legare gli spermatozoi è ridotta, impedendo il verificarsi della polispermia e garantendo le caratteristiche biologiche della monospermia umana. Oltre a distruggere o inattivare il recettore legato allo sperma nella zona pellucida, il contenuto dei granuli corticali può anche aumentare la reticolazione tra le catene peptidiche nella zona pellucida, indebolire la sensibilità alla proteasi dell’acrosoma e impedire la penetrazione dello sperma. Anche se ci sono diversi spermatozoi che passano attraverso la zona pellucida, solo uno spermatozoo entra nella cellula uovo per fecondarla. In una situazione anormale, ci sono due spermatozoi coinvolti nella fecondazione, cioè la fecondazione a doppio spermatozoo. Due spermatozoi entrano contemporaneamente nell’uovo per formare embrioni di cellule triploidi, che vengono tutti abortiti o muoiono poco dopo la nascita. Dopo che lo spermatozoo entra nell’uovo, l’uovo completa rapidamente la seconda divisione matura. In questo momento, i nuclei dello spermatozoo e dell’uovo sono chiamati rispettivamente il pronucleo maschile e il pronucleo femminile. I due pronuclei si avvicinano gradualmente, la membrana nucleare scompare e i cromosomi si fondono per formare un uovo fecondato diploide. Quando gli spermatozoi sono fusi, si possono vedere i microvilli sulla superficie dell’uovo che circondano lo spermatozoo, che può essere orientato; poi la membrana ovarica si fonde con la membrana plasmatica nella regione posteriore dell’acrosoma dello spermatozoo.

Riferimento

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