Gametos

Definición de gametos

Los gametos son células reproductoras haploides de los organismos que se reproducen sexualmente y que se fusionan entre sí durante la fecundación. La fecundación produce una célula diploide que se somete a repetidas rondas de división celular para producir un nuevo individuo. Los gametos son los portadores físicos de la información genética de una generación a la siguiente. Llevan cromosomas recombinantes producidos al final de la meiosis.

A menudo, las especies que se reproducen sexualmente tienen dos tipos de individuos morfológicamente distintos que producen gametos diferentes. El gameto más grande producido por la hembra suele llamarse óvulo o huevo. El más pequeño es el espermatozoide. En el mundo vegetal también existen distinciones similares, ya que el gameto femenino se llama óvulo y el masculino recibe el nombre de polen.

Tipos de gametos

En muchas especies, existen dos tipos de gametos cuya forma y función son distintas entre sí. En los humanos y otros mamíferos, por ejemplo, el óvulo es mucho más grande que el espermatozoide. El espermatozoide también tiene una apariencia distintiva de renacuajo con adaptaciones especiales para su función principal de viajar a través del tracto reproductivo femenino y fertilizar el óvulo. Del mismo modo, el óvulo tiene una serie de adaptaciones estructurales que facilitan el proceso de fecundación y posterior implantación. Se dice que las especies que presentan diferencias evidentes en el aspecto de los gametos muestran anisogamia.

Además, la mayoría de las especies son también heterogaméticas -contienen un conjunto diferente de cromosomas en cada tipo de gameto. En los mamíferos, el gameto femenino contiene un único cromosoma X además de 22 cromosomas somáticos. En cambio, el gameto masculino, el espermatozoide, puede llevar un cromosoma X o un cromosoma Y como 23º cromosoma. Dependiendo del cromosoma presente en el esperma, el cigoto diploide resultante podría ser una hembra (XX) o un macho (XY). En las aves, esta forma de heterogamia se invierte. Las hembras producen gametos que pueden contener el cromosoma W o el Z y los machos producen un solo tipo de gameto.

Ejemplos de Gametos

Los dos gametos más comunes son los espermatozoides y los óvulos. Estas dos células haploides pueden sufrir una fecundación interna o externa y pueden diferir entre sí en tamaño, forma y función. Algunas especies producen tanto espermatozoides como óvulos dentro del mismo organismo. Se denominan hermafroditas. Sin embargo, la mayoría de los organismos que se reproducen sexualmente tienen sexos distintos y cada uno produce un solo tipo de gameto.

Estructura y función de los espermatozoides

Los espermatozoides humanos son células altamente especializadas que han pasado por un extenso periodo de diferenciación.

Espermatozoides

Como se muestra en la imagen, los espermatozoides contienen cuatro regiones morfológicas: la cabeza, el cuello, la pieza media y la cola. Estos términos genéricos se refieren en realidad a diferentes orgánulos subcelulares que se han adaptado para ayudar al espermatozoide en su función.

La «cabeza», por ejemplo, contiene el material genético. El ADN de un espermatozoide maduro está muy compactado, tiene una actividad transcripcional casi inexistente y todos los cromosomas están fuertemente condensados. Incluso cuentan con unas proteínas especiales llamadas protaminas para empaquetar el ADN con más fuerza que las histonas. La cabeza también está rodeada por una estructura en forma de capuchón que contiene enzimas hidrolíticas llamadas acrosoma. Las enzimas acrosómicas actúan sobre las membranas externas del óvulo, permitiendo que el ADN del espermatozoide acceda a la membrana plasmática del óvulo.

El cuello del espermatozoide está formado por un par de centríolos. El centríolo proximal entra en el ovocito durante la fecundación e incluso se duplica dentro del cigoto. El centriolo distal da lugar a estructuras filamentosas que forman la cola de amarre del espermatozoide.

La cola está formada por flagelos que permiten a esta célula desplazarse a lo largo del tracto reproductivo femenino -desde el cuello uterino, pasando por el útero hasta las trompas de Falopio donde puede producirse la fecundación. Esta motilidad es incluso necesaria para las especies que se someten a la fecundación externa. Los flagelos de los espermatozoides contienen un filamento axonémico central que está rodeado por dos vainas fibrosas. El axonema tiene un par de microtúbulos extendidos que median el movimiento a través de proteínas motoras llamadas dineína.

La energía para el movimiento flagelar es proporcionada por mitocondrias dispuestas en espiral en la pieza media tubular. Parte de la energía también se deriva de la glucólisis que se produce en las vainas fibrosas del flagelo. Los hidratos de carbono necesarios para la glucólisis, la respiración aeróbica y la fosforilación oxidativa se transportan al espermatozoide desde el semen o desde las membranas mucosas del tracto genital femenino.

El espermatozoide no tiene muchos orgánulos que se ven habitualmente en la mayoría de las células. Por ejemplo, los espermatozoides no tienen retículo endoplásmico ni ribosomas, ya que la mayor parte de la síntesis de proteínas y lípidos se completa durante la espermatogénesis. Sin embargo, incluso después de un extenso periodo de diferenciación, los espermatozoides necesitan someterse a otro proceso, llamado capacitación, después de la eyaculación, antes de ser totalmente funcionales. Esto suele implicar cambios en la membrana, la activación (y desactivación) de algunas enzimas y modificaciones de las proteínas.

Espermatogénesis

Una de las principales diferencias entre los gametos masculinos y femeninos, especialmente en los humanos, es su forma de producirse en el organismo. La espermatogénesis comienza después de la pubertad en los testículos y puede continuar durante el resto de la vida del individuo, en ausencia de cualquier enfermedad o trastorno. Las «células madre» de los espermatozoides, también conocidas como espermatogonias, pueden dividirse continuamente mediante mitosis y generar células que se diferencian en espermatozoides maduros tras la meiosis. Cada espermatocito diploide puede dar lugar a 2 células haploides con un cromosoma X y a 2 células haploides con un cromosoma Y. Todos estos 4 núcleos permanecen conectados entre sí a través de puentes citoplasmáticos, de modo que incluso las espermátidas que tienen un cromosoma Y pueden beneficiarse de las proteínas producidas a partir de la expresión de genes del cromosoma X.

Ovario

El óvulo (ovum, plural: ova) es el gameto femenino. Suele ser una célula no móvil. En las aves, los reptiles, los anfibios y los invertebrados, el óvulo es fecundado externamente o el huevo es puesto antes de que surja un nuevo organismo. En los mamíferos, tanto la fecundación como el desarrollo embrionario se producen en el interior de la hembra.

El óvulo se produce a partir de oogonias o «células madre» del óvulo mediante un proceso llamado oogénesis en el ovario. El óvulo no sólo se encuentra entre las células más grandes del cuerpo, sino que también está especializado para garantizar una fecundación precisa por parte de un solo espermatozoide. El óvulo también contiene nutrientes que sostienen inicialmente a un cigoto en crecimiento. En muchos organismos, estos nutrientes se ven como una yema grasa y una albúmina rica en proteínas. En los mamíferos, sin embargo, el óvulo se implanta en el útero y obtiene directamente los nutrientes del cuerpo de la madre después de las primeras rondas de replicación mitótica.

Membranas protectoras del óvulo

El óvulo en los seres humanos contiene dos capas protectoras principales: la corona radiata, que contiene células foliculares, y la zona pelúcida. La corona radiata puede estar formada por 2 o 3 capas de células, mientras que la zona pelúcida es una membrana transparente y gruesa formada por glicoproteínas. La corona radiada debe ser superada enzimáticamente por los espermatozoides antes de llegar a la zona pelúcida. La unión del espermatozoide a esta membrana interna de glicoproteínas induce la liberación de enzimas hidrolíticas del acrosoma. Esto media la fusión de la membrana del espermatozoide con la membrana plasmática del óvulo, facilitando la fertilización de los dos núcleos haploides. La liberación de las enzimas digestivas y los pasos subsiguientes se denominan reacción acrosómica y provoca también una respuesta de las membranas del óvulo. El óvulo forma una membrana vitelina que impide la posterior entrada de cualquier otro espermatozoide. También se cree que las membranas del óvulo desempeñan un papel en el mantenimiento de la especificidad de la especie durante la fertilización, impidiendo que las membranas del óvulo sean accedidas por espermatozoides de una especie diferente.

Determinación del sexo en las aves

En las aves (así como en algunos peces), la hembra produce dos tipos diferentes de óvulos, ya que son el sexo heterogámico. Esto significa que una célula somática diploide en las aves hembras adultas tiene dos tipos diferentes de cromosomas sexuales. Estos dos cromosomas se denominan cromosomas Z y W para distinguirlos del sistema de determinación del sexo XY. Los machos tienen dos cromosomas Z y, por tanto, producen espermatozoides que sólo contienen un cromosoma Z. En esencia, es la composición genética del óvulo la que determina el sexo de la descendencia, en contraste directo con la genética de los humanos y de muchos otros animales.

Aneuploidía

Cada gameto haploide debería tener exactamente la mitad del número de cromosomas de una célula somática y diploide. Sin embargo, los errores durante la meiosis pueden dar lugar a gametos que tienen un número menor o mayor de cromosomas. Cuando estos gametos participan en la fecundación, el cigoto resultante es aneuploide. Muchos cigotos aneuploides no son viables. Es decir, no completan el desarrollo embrionario y dan lugar a abortos espontáneos. Sin embargo, a veces la aneuploidía puede dar lugar a trastornos que sólo se manifiestan después del nacimiento. La más común es la trisomía 21, también conocida como síndrome de Down. Surge cuando un gameto haploide lleva 2 copias del cromosoma 21, ya sea la molécula de ADN completa o grandes tramos de la misma.

Cuando se produce la aneuploidía de los cromosomas sexuales, puede dar lugar a que el individuo tenga más de 2 cromosomas sexuales. A veces, también puede dar lugar a que una persona tenga un solo cromosoma X en todas sus células. Estos individuos suelen ser estériles, y sus características sexuales externas suelen estar en desacuerdo con su composición genética interna.

  • Axonema – Filamento central de los filamentos citoplasmáticos que se observan en orgánulos como los cilios o los flagelos, normalmente formados por microtúbulos.
  • Células foliculares – También conocidas como células de la granulosa, estas células rodean al ovocito en crecimiento dentro del ovario y se piensa que ayudan al ovocito a responder a las señales hormonales del organismo.
  • Espermátidas – Células haploides que se forman a partir de espermatocitos mediante meiosis. Las espermátidas sufren una mayor diferenciación antes de convertirse en espermatozoides maduros.
  • Zigoto – Célula eucariota diploide formada por la fusión de dos gametos haploides.
  • Cuestionario

    1. Cuál de estas es una membrana protectora alrededor de un óvulo
    A. Acrosoma
    B. Membrana vitelina
    C. Corona radiata
    D. Todas las anteriores

    Respuesta a la pregunta nº 1
    La B es correcta. Más de una capa protectora rodea al óvulo. Mientras que la corona radiata y la zona pelúcida intervienen en los procesos que conducen a la fecundación, la membrana vitelina es necesaria para evitar la polispermia -la entrada de más de un espermatozoide en el óvulo-. Sin embargo, la corona radiata no es realmente una membrana. Está formada por 2-3 capas de células foliculares. El acrosoma es una parte del esperma que contiene enzimas hidrolíticas.

    2. ¿Por qué los espermatozoides necesitan mitocondrias pero no ribosomas?
    A. Pueden captar proteínas del medio externo pero no ATP
    B. Las mitocondrias son orgánulos más grandes que pueden proporcionar soporte mecánico a los espermatozoides.
    C. Los espermatozoides no sintetizan proteínas, pero generan ATP para impulsar el movimiento de los flagelos
    D. Todas las anteriores

    Respuesta a la pregunta nº 2
    La C es correcta. Gran parte de la síntesis de proteínas del espermatozoide se completa durante el desarrollo y la maduración. No hay más necesidad de ribosomas. Sin embargo, los espermatozoides emprenden un viaje que requiere mucha energía hacia el óvulo y por lo tanto necesitan generar ATP a través de las mitocondrias. En los espermatozoides también se produce cierta cantidad de glucólisis. Los espermatozoides tienen transportadores de glucosa en sus membranas para captar los hidratos de carbono del semen y de los tejidos internos del aparato reproductor femenino. Las mitocondrias no proporcionan soporte mecánico.

    3. ¿Por qué las personas con trastornos aneuploides son frecuentemente estériles?
    A. No pueden producir hormonas sexuales
    B. Es difícil, y muy poco probable, que una célula aneuploide pueda someterse a la meiosis con éxito y producir gametos viables que puedan someterse a la fecundación
    C. La presencia de una membrana vitelina impide que los espermatozoides aneuploides accedan al citoplasma del óvulo
    D. Todas las anteriores

    Respuesta a la pregunta nº 3
    La B es correcta. Cuando alguien tiene células aneuploides en todo su cuerpo, esto incluye la espermatogonia y la oogonia. Estos son los progenitores de todos los gametos que se producen en el cuerpo. Sin embargo, para producir gametos, estas células tienen que someterse a la meiosis, que incluye dos rondas de división celular. En cada etapa, los cromosomas tienen que alinearse y luego segregarse por igual hacia los polos opuestos de la célula. En las células aneuploides, esta segregación está llena de dificultades.