EMBRIOANIMAL2.1

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(Parte 2 de 3)

2.2.1 - Estrutura do espermatozóide

Em todo o espectro animal, a forma dos espermatozóides é variável. Em geral, estes gâmetas possuem recursos próprios que lhes asseguram a mobilidade (Fig. 12).

Nos vertebrados, os espermatozóides possuem uma anatomia onde se distingue uma cabeça e uma cauda. Estre as duas, situa-se a peça intermédia.

A B

Fig. 12 – Espermatozóides

A: Diversidade de espermatozóides (1: caracol; 2: áscaris; 3: salamandra; 4: sapo; 5: galo; 6: rato; 7: carneiro). B: estrutura de um espermatozóide humano

Na cabeça aloja-se o núcleo haplóide, e o acrossoma. Este consiste numa vesícula contendo enzimas hidrolíticos, de origem lisossómica, destinados a abrir caminho através do invólucro externo do óvulo. O núcleo é mais pequeno que o do óvulo porque o ADN se encontra muito condensado; e esta condensação prescinde das histonas habituais nas células somáticas.

A cauda móvel do espermatozóide é um longo flagelo. A energia necessária ao seu funcionamento provém de um grande número de mitocôndrias localizadas na peça intermédia.

fig. 13 – Espermatozóides humanos

2.2.2 - Espermatogénese

As células da linha germinal masculina colonizam as gónadas e tornam-se espermatogónias numa fase precoce da ontogénese. As espermatogónias multiplicam-se por mitose um certo número de vezes até constituírem uma população relativamente vasta. Quando entram em meiose, designam-se espermatócitos primários e quando termina a primeira divisão meiótica, recebem a designação de espermatócitos secundários. A segunda divisão da meiose dá origem aos espermatídios. Estes sofrem uma profunda metamorfose – denominada por espermiogénese – que os transforma em espermatozóides.

Nos homens, a espermatogénese não se inicia antes da puberdade. A partir de então, a produção de espermatozóides é um fenómeno contínuo que se prolonga o resto da vida. Em cada ejaculação, o homem liberta cerca de 300 milhões espermatozóides. Esta produção de gâmetas, no homem, inicia-se por volta dos 14 anos e perdura até aos 60 ou mesmo além dessa idade.

Fig. 14 – Espermatogénese

3 - Fecundação

3.1 – Conceitos de fecundação

Ao falar de fecundação poderemos colocar-nos em dois patamares distintos: (1) a fecundação enquanto estratégia das espécies para a concretização da reprodução sexuada, ou (2) o processo de encontro do espermatozóide e do óvulo conducente à anfimixia e, portanto, a formação da célula diplóide, o ovo ou zigoto.

As estratégias de fecundação são diversas entre os grupos animais mas, basicamente, distinguem-se dois modelos: a fecundação externa, em que os óvulos e os espermatozóides são libertados no meio exterior; e a fecundação interna em que os espermatozóides são introduzidos nas vias genitais femininas.

A fecundação externa é praticada por animais aquáticos em que o meio externo não só impede a dessecação dos gâmetas mas oferece ainda suporte para a mobilidade. A fecundação interna é própria dos animais terrestres e constitui uma defesa contra a dessecação dos gâmetas: os óvulos não chegam a sair do organismo materno e os espermatozóides encontram, nas vias genitais femininas, as condições de humidade propícias à sua sobrevivência e mobilidade. A fecundação interna está geralmente associada ao desenvolvimento de órgãos próprios destinados à introdução dos espermatozóides, como os pénis e os espermatóforos, bem como ainda a comportamentos de cópula. Alguns animais aquáticos, como os grandes mamíferos marinhos e os tubarões, praticam a fecundação interna.

No âmbito da embriologia, contudo, o conceito de fecundação restringe-se aos fenómenos que protagonizam a fusão dos dois gâmetas.

3.2 – Etapas da fertilização

A fusão dos dois gâmetas e início do desenvolvimento embrionário concretizam-se no termo de uma sequência de quatro etapas que podem expressar-se segundo modalidades diferentes, nos diversos grupos animais:

  • Reconhecimento

  • Fusão

  • Anfimixia

  • Activação

Reconhecimento

O reconhecimento de pertença à mesma espécie, entre espermatozóides e óvulos, é particularmente pertinente nos animais que praticam a fecundação externe, visto que no meio aquático podem conviver populações de gâmetas pertencentes a diversas espécies.

Determinadas substâncias químicas libertadas pela geleia envolvente dos óvulos, atuam a distância sobre os espermatozóides aumentando a respectiva mobilidade e atraindo-os para os óvulos (quimiotaxismo). Nos ouriços-do mar da espécie Arbacia punctulata, essa substância é um pequeno péptido de 14 aminoácidos denominado resact, que age sobre as mitocôndrias da peça intermédia, estimulando a cadeia respiratória e, consequentemente, a produção de ATP necessário à mobilidade do flagelo.

Por sua vez, na referida geleia existem glicoproteínas designadas por fertilizinas (300KD) que induzem a aglutinação dos espermatozóides à superfície do óvulo. Os espermatozóides ligam-se a elas graças a receptores de superfície denominados por antifertilizinas. A ligação fertilizina-antifertilizina é relativamente específica. Pode ocorrer entre espécies próximas mas a probabilidade de ocorrência entre espécies afastadas é nula.

Nos animais que praticam a fecundação interna, a importância do reconhecimento específico a nível gamético é, em princípio, antecipado pelo comportamento de acasalamento. Contudo, nos mamíferos identificam-se igualmente substâncias que atuam sobre os espermatozóides, estimulando o quimiotaxismo em direção aos óvulos.

Fusão

Nos animais aquáticos, o contacto do espermatozóide com a geleia envolvente do óvulo desencadeia um processo denominado por reação acrossómica: os componentes enzimáticos do acrossoma digerem a geleia e abrem caminho para que o espermatozóide entre em contacto com a membrana do óvulo.

Um polissacarídeo sulfatado da geleia do óvulo afecta a membrana da cabeça do espermatozóide e permite a entrada de Ca2+ e de Na+, bem como a saída de K+ e H+. Esta transferência iónica conduz à fusão da membrana da cabeça do espermatozóide com a membrana do acrossoma e, depois, a ruptura das membranas fundidas. As enzimas proteolíticas do acrossoma assim libertados digerem a geleia do óvulo.

3.3 - Nos mamíferos

Nos mamíferos, os ovócitos são envolvidos, para além da membrana ou zona pelúcida, por uma barreira composta por células envoltas numa massa de ácido hialurónico, a corona radiata (Fig. ).

Dos 300 milhões de espermatozóides libertados pelo homem numa ejaculação, apenas cerca de 200 atingem, numa das trompas uterinas da mulher, o local da fecundação.

Ao serem libertados, os espermatozóides não são ainda competentes para exercerem a função a que se destinam. Essa competência é adquirida em contacto com as secreções das vias genitais femininas que contêm albumina, Ca2+ e HCO3-. Esta etapa de maturação dos espermatozóides tem, no homem, uma duração de 5 a 6 horas e designa-se por capacitação. Basicamente, a capacitação tem a ver com a aquisição da mobilidade do flagelo e com a preparação da membrana celular para a reação acrossómica.

Os espermatozóides devem, portanto ultrapassar duas barreiras, a corona radiata e a membrana pelúcida. A primeira barreira é vencida graças à presença na membrana da cabeça do espermatozóide de enzimas que hidrolisam o ácido hialurónico, as hialuronidases. A segunda barreira é ultrapassada graças à exocitose do conteúdo do acrossoma: reação acrossómica.

Vencidas as duas barreiras protetoras, o espermatozóide entra em contacto com as microvilosidades da membrana do ovócito e as membranas dos dois gâmetas fundem-se.

Fig. 13 – Fecundação do óvulo humano

Dos 200 que atingem o local de fecundação, só 1 penetra no óvulo.

A fusão do ovócito com o espermatozóide induz quatro reações:

  1. A exocitose das vesículas corticais e a formação da membrana de fecundação;

  2. A libertação, no citossol, de grande quantidade de cálcio (Ca2+);

  3. A conclusão da metáfase;

  4. A fusão dos dois pró-núcleos.

A fusão do ovócito com o espermatozóide desencadeia a libertação, no citossol, dos iões Ca2+ armazenados no retículo endoplasmático.

O aumento do teor de cálcio no citossol induz, por sua vez, a exocitose das vesículas corticais, a reação cortical. O conteúdo dessas vesículas atua sobre a membrana pelúcida, modificando-a de modo a que esta não permita a passagem de outro espermatozóide (Fig. 14).

Fig. 14 – Formação da membrana de fecundação (MF)

A: Antes da fusão com o espermatozóide, o ovócito é envolvido pela membrana pelúcida (MP). B: após a fusão com o espermatozóide, as vesículas corticais (VC) libertam o seu conteúdo por exocitose, o qual transforma a membrana pelúcida em membrana de fecundação, que impede o acesso a outros espermatozóides.

A subida do teor de cálcio no citossol induz ainda a conclusão da meiose, a qual se encontrava bloqueada em metáfase II. Ao retomar a meiose, é produzido o segundo glóbulo polar e o óvulo propriamente dito.

De seguida, os dois pró-núcleos, masculino e feminino, juntam-se. Este fenómeno é denominado por anfimixia. Ao entrarem em contacto, os respectivos invólucros nucleares rompem-se.

Simultaneamente, os dois centríolos reúnem-se, reconstituem um centrossoma, o qual se duplica de imediato. Os dois centrossomas edificam o primeiro fuso mitótico no qual os cromossomas se integram, dando início à primeira divisão mitótica (Fig. 16).

Fig. 15 – Etapas da fertilização, nos mamíferos.

1: os espermatozóides são atraídos para o ovócito; 2: as hialuronidases presentes na membrana da cabeça dos espermatozóides abrem caminho através da corona radiata; 3: a descarga, por exocitose, do conteúdo enzimático do acrossoma permite ao espermatozóide, atravessar a membrana pelúcida; 4: a fusão da membrana do espermatozóide com a do ovócito permite a entrada do pro-núcleo masculino e do respectivo centríolo.

Fig. 16 – Anfimixia

A: os dois pró-núcleos, com os seus respectivos centríolos, aproximam-se; B: os invólucros nucleares desconjuntam-se e desaparecem ao mesmo tempo que os centríolos reconstituem um centrossoma; C: o centrossoma duplica-se e organiza um fuso mitótico e os cromossomas integram-se nele.

3.3 - Nos anfíbios

Nos anfíbios, não existe a corona radiata; a membrana vitelina separa os óvulos do meio exterior. Os ovos de anfíbio são oligolecíticos: isto é, possuem uma certa quantidade de vitelo que determina uma polaridade. Distingue-se o polo animal, onde se localiza o pro-núcleo feminino, e o polo vegetativo, onde se concentra o vitelo. A referida polaridade é, por vezes, assinalada por uma pigmentação.

Por exemplo, em óvulos como os da rã, o hemisfério centrado no polo animal é pigmentado em castanho-escuro. Os grãos de pigmento distribuem-se, com efeito, junto da superfície da célula, isto é, na zona cortical do citoplasma. O polo animal é assinalado por uma pequena mancha clara, a mancha polar ou mancha de maturação.

Nos anfíbios, a fecundação é seguida por uma série de fenómenos que antecedem a segmentação e que conduzem à determinação da simetria bilateral:

  1. Reação pelicular de ativação

  2. Rotação de equilíbrio

  3. Rotação de simetrização

Reação pelicular de ativação

Os óvulos de anfíbio estão envoltos por uma camada mucosa, a geleia, que os protege, os agrega e os prende a pequenos ramos ou folhas emersas na água dos lagos. Os espermatozóides levam 5 a 10 minutos a travessar essa camada bem como a membrana vitelina e a atingir o óvulo. Segue-se um período de 10 a 15 minutos até à penetração do espermatozóide no citoplasma.

Tal como nos mamíferos, a travessia da membrana vitelina requer a participação das enzimas acrossómicas. Identicamente, a fusão do espermatozóide com o óvulo desencadeia uma libertação de cálcio no citossol.

Esta primeira fase termina com descolagem da membrana vitelina da membrana celular do ovo, em resultado das descargas das vesículas corticais. A membrana vitelina designa-se agora por membrana de fecundação. O espaço entre as duas membranas enche-se de um líquido exsudado pelo citoplasma – o líquido perivitelino.

A seguir à fusão, assiste-se a uma oscilação da mancha de maturação e, em seguida, ao seu esbatimento.

Rotação de equilíbrio

Uma vez liberto da membrana de fecundação, o ovo pode rodar sobre si próprio de modo a que o polo vegetativo, mais pesado, fique virado para baixo. Este fenómeno designa-se por rotação de equilíbrio.

A observação de posturas de anfíbios, nos lagos, permite deduzir se a fecundação já teve lugar ou não. No primeiro caso, os ovos estão todos orientados do mesmo modo, com a calote escura virada para cima; no segundo caso, não há qualquer regularidade da orientação dos polos (Fig. 17).

Fig. 17 – Rotação de equilíbrio

A: antes da fecundação, os óvulos, presos à vegetação lacustre, dispõem-se sem orientação preferencial; B: após a fecundação e a reação pelicular de ativação, os ovos ficam livres para rodarem e dispõem-se com o polo vegetativo (claro), mais pesado, para baixo.

Rotação de simetrização

Cerca de 1 hora após a fecundação, ocorre um fenómeno essencial ao desenvolvimento do ovo: este adquire a simetria bilateral materializada pelo aparecimento do crescente cinzento.

Como foi referido, a calote superior do ovo, em torno do polo animal, é pigmentada, devendo-se esta, à distribuição superficial de grãos de pigmento. A rotação de simetrização consiste num movimento giratório da calote pigmentada, num plano definido pelo eixo PA/PV e pelo ponto de fusão de espermatozóide (Fig. 18).

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