25.3
Fertilização
Durante a fertilização, um óvulo e um espermatozóide fundem-se para criar uma nova estrutura diplóide. Em humanos, o processo ocorre assim que o ovo é…
A fertilização em humanos junta as células do óvulo e do esperma, produzindo potencialmente um novo indivíduo. Antes da fertilização, um óvulo haploide, rodeado por um revestimento interno de proteína denominado zona pelúcida e uma matriz externa de células cumulus de suporte sai de um ovário e migra em uma trompa de Falópio. Simultaneamente, o esperma haploide deve estar presente no trato genital e, parcialmente devido às contrações uterinas, são dirigidos da mesma forma para as trompas de Falópio.
Uma vez lá, eles entram em um processo de maturação chamado de capacitação, que envolve proteínas de fusão de ovo sendo transportado para a cabeça do esperma. Aqui, os espermatozoides também começam a demonstrar uma cauda aumentada ou movimentos de flagelo. Isso impulsiona as células em direção ao óvulo, que localizam detetando sinais químicos como progesterona, liberado pelo complexo cumulus do óvulo.
Ao chegar, o esperma sofre a reação acrossômica, durante a qual uma vesícula abrigando enzimas digestivas na ponta de um espermatozoide, o acrossoma, expulsa seu conteúdo para o espaço extracelular, permitindo que as células se enterrem através da zona pelúcida. Uma vez que o primeiro espermatozoide penetra totalmente na capa de proteína, a sua e a membrana do óvulo coalescem. Isso altera o óvulo e a zona pelúcida endurece, o que bloqueia a entrada de outras células.
A fertilização termina com o esperma liberando seu conteúdo dentro do óvulo. A estrutura diploide resultante, agora contendo ambos os materiais genéticos dos pais, acabará por gerar um novo indivíduo.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
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.