25.3
Fertilizzazione
Durante la fecondazione, un uovo e uno spermatozoo si fondono per creare una nuova struttura diploide. Nell'uomo, il processo si verifica una volta ch…
- [Narratore] La fecondazione negli esseri umani
unisce le cellule uovo e lo sperma,
dando potenzialmente vita a un nuovo individuo.
Prima della fecondazione, una cellula uovo aploide,
circondata da un rivestimento proteico interno,
detto zona pellucida,
e da una matrice esterna di cellule del cumulo ooforo,
esce dall'ovaio e migra in una tuba di Falloppio.
Contemporaneamente gli spermatozoi aploidi
devono essere presenti nel tratto genitale,
e in parte grazie alle contrazioni uterine,
vengono guidati nelle tube di Falloppio.
Una volta lì iniziano un processo di maturazione
chiamato capacitazione,
che prevede il trasporto di proteine dell'ovulo
alla testa degli spermatozoi.
Qui lo sperma inizia anche a mostrare
un aumento dei movimenti della coda, o flagello.
Questo spinge le cellule verso l'uovo,
che localizzano tramite segnali chimici,
come il progesterone emesso dal complesso del cumulo.
All'arrivo lo sperma subisce la reazione acrosomiale,
durante cui una vescicola trasporta enzimi digestivi
sulla punta degli spermatozoi, l'acrosoma,
ed espelle il suo contenuto nello spazio extracellulare,
permettendo alla cellula
di attraversare la zona pellucida.
Quando il primo spermatozoo penetra completamente
il rivestimento proteico,
esso coalesce con la membrana della cellula uovo.
Questo altera l'uovo
e la zona pellucida si indurisce,
bloccando l'ingresso di altri spermatozoi.
La fecondazione termina con lo spermatozoo
che rilascia il proprio contenuto nell'ovulo.
La struttura diploide risultante
che ora contiene il materiale genetico
di entrambi i genitori
genererà infine un nuovo individuo.
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Q1: What happens to sperm cells before they can fertilize an egg?
Sperm undergo capacitation, a maturation process where egg-fusing proteins transport to the sperm head and flagellum movements increase. Sperm then locate the egg by sensing chemical signals like progesterone released by cumulus cells. Finally, they undergo the acrosome reaction, expelling digestive enzymes that allow them to burrow through the zona pellucida surrounding the egg.
Q2: How does the zona pellucida prevent multiple sperm from entering the egg?
After the first sperm penetrates the zona pellucida and fuses with the egg, calcium signaling triggers cortical granules beneath the egg's membrane to release enzymes. These enzymes cleave sperm-binding proteins on the zona pellucida's surface, hardening it and blocking additional sperm entry. This polyspermy block ensures only one sperm fertilizes the egg.
Q3: What role does calcium signaling play in egg activation after fertilization?
Sperm-egg fusion initiates calcium ion waves pulsing through the egg cytoplasm. These Ca2+ oscillations activate kinases in the egg that restart meiosis, which was arrested when the egg was released from the ovary. Calcium signaling essentially awakens the egg, allowing it to resume division and prepare for embryonic development.
Q4: What happens to the egg's chromosomes during meiosis completion after fertilization?
After fertilization triggers meiosis resumption, the egg divides into a large mature ovum containing most cytoplasm and a smaller polar body that dissolves. The mature egg's nucleus, called the egg pronucleus, contains one set of unduplicated chromosomes. This haploid nucleus will soon fuse with the sperm pronucleus to form a diploid embryo.
Q5: How do the sperm and egg pronuclei combine to form a diploid nucleus?
When the sperm nucleus enters the egg, its membrane dissolves and chromosomes unpack. A new nuclear membrane forms around the loosened sperm material, creating the sperm pronucleus. The sperm's centrosome orients between both pronuclei, forming microtubules that draw them together. Their membranes dissolve, chromosomes mingle, and mitosis begins, combining both parents' genetic material.
Q6: What structures guide sperm toward the egg in the fallopian tube?
Sperm are driven into the fallopian tubes partly by uterine contractions. Once there, they sense chemical signals like progesterone released by the cumulus cell complex surrounding the egg. These chemical cues guide sperm toward the egg, enabling them to locate and approach it for fertilization.
Q7: What happens after the sperm and egg membranes fuse during fertilization?
Once sperm and egg membranes fuse, the sperm releases its contents—including its nucleus and centrosome—into the egg's cytoplasm. The zona pellucida hardens, blocking other sperm from entering. The diploid structure now contains genetic material from both parents and will undergo embryogenesis cleavage and blastulation to eventually generate a new individual.