Fertilização

Fertilização é mais uma cadeia de acontecimentos do que um fenómeno único e isolado. De facto, a interrupção de qualquer etapa da cadeia irá quase certamente causar falhas na fertilização. A cadeia começa com um grupo de alterações que afectam o esperma, o que os prepara para a tarefa a realizar.

Fertilização bem sucedida requer não só que o esperma e o óvulo se fundam, mas que não mais do que um espermatozóide se funda com o óvulo. A fertilização por mais de um espermatozóide – poliesperma – conduz quase inevitavelmente à morte embrionária precoce. No final da cadeia são elos que evoluíram para prevenir eficazmente a poliesperma.

Em resumo, a fertilização pode ser descrita como os seguintes passos:

Capacitação de esperma

Sperma recém ejaculado é incapaz ou mal capaz de fertilizar. Pelo contrário, devem primeiro sofrer uma série de alterações conhecidas colectivamente como capacitação. A capacitação está associada à remoção de proteínas plasmáticas seminais aderentes, reorganização dos lípidos e proteínas da membrana plasmática. Parece também envolver um influxo de cálcio extracelular, aumento da AMP cíclica, e diminuição do pH intracelular. Os detalhes moleculares da capacidade parecem variar um pouco entre espécies.

Capacitação ocorre enquanto o esperma reside no tracto reprodutivo feminino durante um período de tempo, como normalmente acontece durante o transporte de gâmetas. O período de tempo requerido varia com as espécies, mas normalmente requer várias horas. O esperma de muitos mamíferos, incluindo humanos, também pode ser capacitado por incubação em certos meios de fertilização.

Espermatozóides que foram capacitados são ditos hiperactivados, e entre outras coisas, exibem motilidade hiperactivada. Mais importante, contudo, a capacidade parece desestabilizar a membrana do esperma para o preparar para a reacção acrossómica, como descrito abaixo.

Aglutinação do esperma à zona pelúcida

Aglutinação do esperma à zona pelúcida é uma interacção receptor-ligante com um elevado grau de especificidade da espécie. Os grupos de hidratos de carbono na zona pelúcida glicoproteínas funcionam como receptores de espermatozóides. A molécula de esperma que liga este receptor não é conhecida com certeza, e de facto, pode haver várias proteínas que podem servir esta função.

A Reacção Acrossómica

A ligação do esperma à zona pelúcida é a parte fácil da fertilização. O esperma enfrenta então a tarefa assustadora de penetrar na zona pelúcida para chegar ao oócito. A resposta da evolução a este desafio é o acrossoma – um enorme lisossoma modificado que é embalado com enzimas de digestão de zonas e localizado à volta da parte anterior da cabeça do esperma – exactamente onde é necessário.

A reacção do acrossoma fornece ao esperma uma broca enzimática para atravessar a zona pelúcida. A mesma proteína da zona pelúcida que serve como receptor de esperma também estimula uma série de eventos que levam a muitas áreas de fusão entre a membrana plasmática e a membrana acrossómica externa. A fusão da membrana (na realidade uma exocitose) e a vesiculação expõem o conteúdo acrossómico, levando a fugas de enzimas acrossómicas da cabeça do esperma.

À medida que a reacção acrossómica progride e o esperma passa através da zona pelúcida, perde-se cada vez mais a membrana plasmática e o conteúdo acrossómico. Quando o esperma atravessa a zona pelúcida, toda a superfície anterior da sua cabeça, até à membrana acrossómica interna, é desnudada. A animação à direita representa a reacção acrossómica, com enzimas acrossómicas coloridas de vermelho.

Espermatozóides que perdem os seus acrossomas antes de encontrarem o oócito são incapazes de se ligarem à zona pelúcida e, portanto, incapazes de fertilizar. A avaliação da integridade acrossómica dos espermatozóides ejaculados é geralmente utilizada na análise do sémen.

Penetração da Zona Pellucida

A força propulsora constante da cauda flagelante dos espermatozóides, em combinação com enzimas acrossómicas, permite que os espermatozóides criem um tracto através da zona pelúcida. Estes dois factores – motilidade e enzimas digestoras da zona – permitem que o esperma atravesse a zona pelúcida. Alguns investigadores acreditam que a motilidade dos espermatozóides é de importância primordial para a penetração da zona pelúcida, permitindo que os espermatozóides dos mamíferos em forma de faca cortem basicamente o seu caminho através da zona pelúcida.

Aglutinação de espermatozóides

Após um espermatozóide penetrar na zona pelúcida, liga-se e funde-se com a membrana plasmática do oócito. A ligação ocorre na região posterior (pós-acrosómica) da cabeça do espermatozóide.

A natureza molecular da ligação dos espermatozóides não está completamente resolvida. Um candidato principal em algumas espécies é uma glicoproteína dimérica do esperma chamada fertilizante, que se liga a uma proteína na membrana plasmática do oócito e pode também induzir a fusão. Curiosamente, humanos e macacos têm mutações inactivas no gene que codifica uma das subunidades do fertilizante, sugerindo que usam uma molécula diferente para ligar os oócitos.

Ativação do ovo e a Reacção Cortical

P>Prior à fertilização, o óvulo está num estado quiescente, preso em metafase da segunda divisão meiótica. Após a ligação de um espermatozóide, o óvulo sofre rapidamente uma série de alterações metabólicas e físicas que colectivamente são chamadas activação do óvulo. Os efeitos proeminentes incluem um aumento da concentração intracelular de cálcio, a conclusão da segunda divisão meiótica e a chamada reacção cortical.

A reacção cortical refere-se a uma exocitose maciça de grânulos corticais observada pouco tempo após a fusão dos espermatozóides. Os grânulos corticais contêm uma mistura de enzimas, incluindo várias proteases, que se difundem para a zona pelúcida após a exocitose do óvulo. Estas proteases alteram a estrutura da zona pelúcida, induzindo o que é conhecido como a reacção da zona. Os componentes dos grânulos corticais também podem interagir com a membrana plasmática do oócito.

A reacção de zona

A reacção de zona refere-se a uma alteração na estrutura da zona pelúcida catalisada por proteases de grânulos corticais. A importância crítica da reacção de zona é que ela representa o principal bloco de poliesperma na maioria dos mamíferos. Este efeito é o resultado de duas alterações mensuráveis induzidas na zona pelúcida:

  1. A zona pelúcida endurece. Em termos grosseiros, isto é análogo à fixação do betão. Os espermatozóides que ainda não terminaram de atravessar a zona pelúcida no momento em que o endurecimento ocorre, são destruídos nos seus rastos.
  2. Os receptores de espermatozóides na zona pelúcida são destruídos. Portanto, qualquer esperma que ainda não esteja ligado à zona pelúcida já não será capaz de se ligar, quanto mais de fertilizar o óvulo.

A perda de receptores de esperma pode ser demonstrada através da mistura de esperma com oócitos não fertilizados (que ainda não foram submetidos à reacção de zona) e embriões de duas células (que já foram submetidos a reacções corticais e de zona). Nesta experiência, os espermatozóides ligam-se avidamente à zona pelúcida dos oócitos, mas não se ligam aos embriões de duas células.

Eventos pós-fertilização

Fusão subsequente do esperma fertilizante com o oócito, a cabeça do espermatozóide é incorporada no citoplasma do óvulo. O envelope nuclear do espermatozóide dispersa-se, e a cromatina solta-se rapidamente do seu estado de embalagem apertada, num processo chamado de descondensação. Em vertebrados, outros componentes do esperma, incluindo mitocôndrias, são degradados em vez de incorporados no embrião.

p>Cromatina tanto do esperma como do óvulo são rapidamente encapsulados numa membrana nuclear, formando pronúcleos. A imagem à direita mostra um embrião de coelho de uma célula logo após a fertilização – este embrião foi fertilizado por dois espermatozóides, levando à formação de três pronúcleos, e provavelmente morreria dentro de poucos dias. Passe o cursor do rato sobre a imagem para identificar os pronúcleos.

Cada pronúcleo contém um genoma haplóide. Migram juntos, as suas membranas quebram-se, e os dois genomas condensam-se em cromossomas, reconstituindo assim um organismo diplóide.