Fecundação. Universidade de Brasília (UnB) Universidade Aberta do Brasil (UAB) Aula 3:

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1 Universidade de Brasília (UnB) Universidade Aberta do Brasil (UAB) Aula 3: Fecundação Síntese: Processos envolvidos na fecundação externa e na fecundação interna 1

2 Informações gerais da aula 1- Objetivos: geral e específicos 2- Conteúdo da aula: Fecundação 2.1- Introdução 2.2- Envoltórios 2.3- Fecundação externa 2.4- Fecundação interna 3- Metodologia 4- Atividade de aprendizagem 5- Avaliação da atividade 6- Bibliografia 1- Objetivos 1.1- Objetivo geral Identificar o ovócito e os envoltórios; adquirir conhecimentos sobre os processos envolvidos na fecundação: externa e interna. 2

3 1.2- Objetivos específicos Definir e conhecer a importância da fecundação Nomear definir as estruturas e envoltórios do ovócito Definir e caracterizar fecundação Caracterizar os mecanismos envolvidos na fecundação externa Caracterizar os mecanismos envolvidos na fecundação interna. 2. Conteúdo da aula: Fecundação 2.1- Introdução A fecundação consiste na fusão dos gametas masculino e feminino seguida pela anfimixia, isto é a fusão dos prónúcleos masculino e feminino. Como consequências da fecundação tem-se: o restabelecimento da diploidia, a transmissão dos caracteres hereditários paternos, o aumento da variabilidade genética, a determinação do sexo genético e o início do desenvolvimento embrionário. O gameta masculino, constitui-se no espermatozoide cuja membrana plasmática é dotada de receptores para atuação no processo da fecundação. Na região anterior da cabeça encontra-se o acrossomo, estrutura originária do aparelho de Golgi que armazena enzimas hidrolíticas associadas a glicoproteínas e fosfolipídios (hidrolase, protease, hialuronidase e acrosina). Além destas estruturas é importante ressaltar a presença de grande quantidade de mitocôndrias na região da peça intermediária que tem a função de lhe fornecer energia ao espermatozoide durante todas as etapas da fecundação. 3

4 Próximo ao período da fecundação o ovócito apresenta núcleo com cromossomos visíveis, livres e ausência da membrana nuclear com citoplasma heterogêneo. Nele, estão presentes, porém inativos RNA, organelas, proteínas, fibronectina (que atua na movimentação celular), ciclinas (com ação na divisão celular), cálcio e microfilamentos. Os ovócitos tanto de desenvolvimento interno quanto externo apresentam o citoplasma periférico com grânulos corticais, com constituição rica em glicoproteínas, proteínas estruturais e enzimas. Na Figura 1, é mostrado Figura 1: Estrutura do ovócito e dos seus envoltórios. Adaptação de (GILBERT, 1995) 4

5 um ovócito de desenvolvimento externo com os grânulos corticais, membrana plasmática, envoltório primário ou interno (envoltório vitelínico ou membrana vitelina) e o envoltório secundário ou externo (camada gelatinosa). Entre a membrana plasmática e o envoltório primário está o espaço perivitelino, importante no processo de formação da membrana de fecundação que impede a entrada de outros espermatozoides no ovócito/óvulo. Na maioria dos invertebrados, nos anfíbios, répteis e aves o envoltório primário é a membrana vitelina, enquanto que em peixes é o córion e nos mamíferos a zona pelúcida. O envoltório secundário em ovos de ambientes aquáticos, como em peixes, anfíbios e a maioria dos invertebrados é a camada ou ganga gelatinosa, em répteis e aves, a clara e a casca e nos mamíferos, a corona radiata Fecundação externa A fecundação externa ocorre em animais cujo desenvolvimento se dá no meio aquático. Essas espécies possuem ovócitos de grande tamanho e dotado de um revestimento externo, a ganga gelatinosa. Por estarem na água, são liberados em grande quantidade. Os espermatozoides não apresentam variações nos tamanhos quando comparados aos animais de fecundação interna, porém são liberados sempre sobre os ovócitos e em grande quantidade. Os mecanismos envolvidos nas fecundações externa e interna são muito parecidos. Uma vez formados os gametas, já é possível ocorrer a fecundação que consiste na entrada do espermatozoide no ovócito e na anfimixia, que é a fusão dos pronúcleos masculino e feminino, o que restabelece a diploidia e forma a célula ovo ou zigoto. O início do desenvolvimento embrionário somente é possível com a fecundação in vitro ou in vivo. Para ocorrer fecundação, é necessário que os espermatozoides sejam capacitados, pois durante a gametogênese há produção de substâncias inibidoras dos sítios receptores da membrana plasmática. Essa capacitação ocorre na água. O contato dos espermatozoides com meio externo altera ph promovendo a exposição desses sítios receptores modificando a permeabilidade da membrana da cabeça do espermatozoide havendo liberação da enzimas específicas como a fertilisina e a bindina. Os receptores são respectivamente antifertilisina e receptores de bindina que formam o complexo fertilisina/antifertilisina (Figura 2 ). 5

6 Figura 2 Etapas da fecundação externa até o espermatozoide atingir a membrana plasmática do ovócito. 6

7 A partir daí ocorre a ativação de um conjunto de reações locais pois na membrana plasmática do espermatozoide existe uma proteína receptora de cálcio, a calmodulina. Ao se ligarem, ocorre o influxo de cálcio na cabeça do espermatozoide, promovendo a elevação do ph local, como mostrado em A- Fixação à ganga na Figura 2. Essa alteração faz com que ocorra fusão da membrana plasmática e da membrana externa do acrossomo formando pequenas vesículas com minúsculas aberturas entre elas por onde inicia a saída das enzimas acrosina e bindina, conforme Figura 2 na letra B- Exocitose do acrossomo. A reserva de actina não polimerizada localizada entre o núcleo do espermatozoide e o acrossomo, ver Figura 2, despolimeriza formando o filamento de actina ou C- Filamento acrossomial da Figura 2. Este filamento leva as enzimas para os receptores de bindina da membrana vitelina formando a D- Ligação do filamento acrossomial com a membrana vitelina mostrado na Figura 2. As etapas que envolvem desde o influxo de cálcio para o interior do espermatozoide até a ligação do filamento acrossomial com a membrana vitelina e chamada de reação acrossomial também mostrada na Figura 2. Na Figura 3 pode ser acompanhado o processo da entrada do núcleo espermático no ovócito e a ocorrência da despolarização de sua membrana plasmática, proporcionando a mudança na configuração dos seus receptores para os espermatozoides. Nesta etapa há também liberação do cálcio pelo retículo endoplasmático e mitocôndrias do ovócito, o que acarreta o aumento do ph. Os grânulos corticais presentes na região cortical, Figura 1, 2 e 3 abaixo da membrana plasmática do ovócito, a partir da elevação do ph, contraem seus microfilamentos e liberam o seu conteúdo para o espaço perivitelino. Esse conteúdo enzimático reage com outras enzimas aí presentes formando uma estrutura sólida, a membrana de fecundação por meio da reação de zona mostrada na figura 3. Todas essas reações têm como função o bloqueio à polispermia. A entrada do espermatozoide e o aumento do ph do citoplasma do ovócito também ativam as organelas e estimula a replicação dos núcleos. Com a perda da membrana do núcleo masculino ocorre a anfimixia, ou seja, a fusão dos dois prónúcleos com a participação cromossômica dos gametas. 7

8 Figura 3 Etapas envolvidas na fecundação externa a partir da entrada do espermatozoide no ovócito 8

9 2.3- Fecundação interna O ovócito secundário se encontra na tuba uterina e está em divisão interrompida na metáfase 2. A partir da ejaculação os espermatozoides atingem o local de fecundação, a quantidade de espermatozoides produzida por ejaculação é variada entre as diferentes espécies. Na tabela 1, é apresentada uma comparação do volume de ejaculado e concentração de espermatozoides em diferentes espécies. Tabela 1 Volume de ejaculado e com as respectivas concentrações de espermatozoides em algumas espécies. Espécie Volume de ejacuado em ml Concentração de espermatozoides em mm³ Bode (Capra hircus) 0,2 2, Búfalo (Bubalus bubalis) 3, Cachorro (Canis familiaris) 2, Carneiro (Ovis aries) 0,7 2, Cavalo (Equus caballus) Coelho (Oryctolagus cuniculus) 0,4 3, Galo (Gallus domesticus) 0,2 1, Homem (Homo sapiens) 3,0 5, Peru (Meleagris gallipavo) 0,2 0, Porco (Sus scrofa) Raposa (Vulpes fulva) 0,5 3, Touro (Bos indicus/ B. taurus) 2,

10 fecundação. Embriologia Animal No homem são liberados de 200 a 500 milhões de espermatozoides por ejaculação, porém somente 300 a 500 atingem o local da Para ocorrer fecundação, é necessário que os espermatozoides sejam capacitados, pois durante a gametogênese o epidídimo produz secreções de substâncias inibidoras dos sítios receptores da membrana plasmática. Essa capacitação ocorre ao longo do aparelho reprodutor feminino, principalmente na cavidade uterina. O contato dos espermatozoides com secreções uterinas, com ph próprio, promove a exposição dos sítios receptores bloqueados. As etapas envolvidas na fecundação são: aproximação, penetração no s envoltórios, fusão com a membrana plasmática e a anfimixia. Na aproximação ocorrem modificações na permeabilidade da membrana da cabeça do espermatozoide havendo liberação da enzima hialuronidase, ver Figura 4, que reage com o ácido hialurônico da corona radiata digerindo suas células penetrando no espaço correspondente. Como na fecundação externa, na membrana plasmática do espermatozoide existe uma proteína receptora de cálcio, a calmodulina que é ativada em consequência de complexos sistemas iniciados a partir da reação com a hialuronidase. Ao se ligarem, ocorre o influxo de cálcio na cabeça do espermatozoide, promovendo a elevação do ph local (Figura 4). Essa alteração faz com que ocorra fusão da membrana plasmática e da membrana externa do acrossomo formando pequenas vesículas com minúsculas aberturas entre elas por onde inicia a saída da enzima acrosina (Figura 4). A penetração nos envoltórios se dá quando há a fixação espermatozoide na zona pelúcida através do reconhecimento pelas enzimas do acrossomo que contém receptores espécie específicos de glicoproteínas (ZP1, ZP2 e ZP3) da zona pelúcida. A ZP3 é uma cadeia polipeptídica glicoproteica responsável pela fixação e reação acrossomial. O restante do processo segue praticamente os mesmos descritos para a fecundação externa, ver Figura 5. 10

11 Figura 4 Esquema de liberação enzimática a partir do acrossomo. (DUMN, 2006) 11

12 A acrosina digere a zona pelúcida, possibilitando a entrada do espermatozoide no espaço perivitelino, localizado entre a zona pelúcida e a membrana plasmática do ovócito. Essa membrana apresenta receptores que possibilitam a sua fusão com os espermatozoides. Ocorre, então, a penetração do núcleo e da cauda do espermatozoide no citoplasma do ovócito (Figuras 5). Com a entrada do núcleo espermático ocorre a despolarização de membrana do ovócito, mudando a configuração dos seus receptores para os espermatozoides. Há também liberação do cálcio pelo retículo endoplasmático e mitocôndrias do ovócito, o que acarreta o aumento do ph. Os grânulos corticais presentes na região cortical, logo abaixo da membrana plasmática do ovócito, a partir da elevação do ph, contraem seus microfilamentos e liberam o seu conteúdo para o espaço perivitelino. Esse conteúdo enzimático reage com outras enzimas aí presentes formando uma estrutura sólida, a membrana de fecundação por meio da reação de zona mostrada na figura 5. Todas essas reações têm como função o bloqueio à polispermia. A entrada do espermatozoide e o aumento do ph do citoplasma do ovócito também ativam as organelas e estimula a replicação dos núcleos. Com a perda da membrana do núcleo masculino ocorre a anfimixia, ou seja, a fusão dos dois prónúcleos com a participação cromossômica dos gametas. 12

13 Figura 5 Etapas da fecundação interna. Adaptado de (MOORE, 2010 e GILBERT, 1995) 13

14 3- Metodologia Leitura atenta dos conteúdos da aula e redação das respostas. Nem sempre somente essa leitura será suficiente portanto, para melhor compreensão do assunto complemente a leitura com a bibliografia indicada e com os conteúdos adquiridos em outras disciplinas estudadas. O recurso fundamental para o seu estudo e para as respostas da atividade é este guia de aula, nele encontrarão a maior parte das informações sobre o ciclo sexual. É importante ressaltar que para se adquirir conhecimentos mais aprofundados e críticos e respostas mais completas das atividades propostas, é necessário apoiar em outras informações contidas não somente na bibliografia indicada mas também de outras bibliografias de áreas complementares sobretudo de morfologia e fisiologia. 4- Atividade de aprendizagem Responder as quatro questões propostas após o texto explicativo. Para responder as questões das atividades propostas é necessário estar atento aos objetivos da aula, pois eles serão os guias e suportes correções de cada uma das respostas. Como já afirmado anteriormente, para responder as atividades é necessário leitura complementar que está indicada na bibliografia da aula ou da disciplina, além de conteúdos de outras disciplinas da área de Morfologia. Questões 4.1- Definir a fecundação destacando a sua importância Nomear definir as estruturas e envoltórios do ovócito Caracterizar fecundação externa Caracterizar fecundação interna. 14

15 5- Avaliação da atividade Esta atividade tem valor de 10 pontos sendo, cada resposta com valor máximo de 2,5 que deverá ser original, redigida em no mínimo 10 e máximo 20 linhas e não serão aceitas cópias de textos, livros ou similares. Caso seja enquadrado nesta situação será atribuída nota zero para a atividade além de poder haver punição por plágio. 6- Bibliografia 1- DUMN, C. G. Embriologia: atlas e texto. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, p. 2- GARCIA, S. M. L., CASEMIRO, G. F. Embriologia. 3. ed. Porto Alegre: ArtMed, p. 3- GILBERT, S. F. Biologia do desenvolvimento. 2. ed. Ribeirão Preto: Sociedade Brasileira de Genética, p. 4- HAFEZ, E. S. A. Reprodução animal. 7. ed. São Paulo: Manole, p. 5- MOORE, K, L., PERSAUD, T.V.N. Embriologia clínica. 9. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, p. 6- NODEN, D. M., LAHUNTA, A. Embriologia de los animales domesticos. Zaragoza: Acribia, p. 7- WOLPERT, L. Princípios de biologia do desenvolvimento. 3. ed. Porto Alegre: ArtMed, 2008, 576p. 15