Fertilizare

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Fertilizarea la microscopul electronic de scanare

Fertilizarea sau singamia este procesul, tipic reproducerii sexuale , în care gametul masculin și gametul feminin fuzionează, formând o celulă care se va dezvolta într-un viitor individ, zigotul. [1]

Istorie

Aristotel a teoretizat că indivizii noi se formează prin unirea fluidelor masculine și feminine, cu forma și funcția care apar treptat, într-un mod pe care l-a numit Epigeneză (biologie) . [2] În 1784, Spallanzani a demonstrat necesitatea interacțiunii dintre ovul femelei și sperma masculului pentru a forma un zigot la broaște. [3] În 1827, von Baer a observat pentru prima dată ovulul unui mamifer placentar. [2] Oscar Hertwig a descris, în 1876, fuziunea nucleului unui spermatozoid și a unei celule de ou de arici de mare. [3]

Evoluţie

Există două modele care explică cum poate evolua meioza și, în consecință, fertilizarea. Conform primului model, recombinarea omologă observată la bacterii (în procesele de transformare, conjugare și transducție) s-a schimbat până la formarea celulelor sexuale. [4] Conform celuilalt model, mitoza a evoluat în meioză. [5]

Fertilizarea în plante

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Set de fructe .

Fertilizarea la spermatofiți are loc numai după polenizare, adică atunci când polenul ajunge la stigmatul florii și aderă la suprafața sa vâscoasă. În acest moment, bobul de polen își finalizează dezvoltarea și produce tubul polenic (gametofit masculin, care eliberează gametul în ovar, unde este prezent gametul feminin sau oosfera ). Cei doi gameti fuzionează și creează o nouă celulă, numită zigot, care se va divide pentru a da naștere unui embrion, sămânța. Odată cu fazele de diseminare și germinare, va crește o nouă plantă, similară cu organismul mamă, dar nu aceeași, unică în speciile sale. Această plantă este formată dintr-o pană, o tulpină și o radiculă.

Fertilizarea la animale

Mecanismele fertilizării au fost studiate în detaliu în special la arici și șoareci, organisme model excelente pentru a explica fertilizarea externă și, respectiv, fertilizarea internă. Putem distinge patru evenimente principale:

  1. Contactul dintre gameți și recunoașterea specifică speciei
  2. Bloc de polispermie
  3. Fuziunea nucleilor
  4. Activarea metabolică a zigotului

Arici de mare

Schema de reacție a acrosomului en

Este necesar un mecanism de atracție pentru ca spermatozoizii să ajungă la ovocit . Acest rol îl joacă familia peptidelor care activează sperma , SAP, prezentă în învelișul gelatinos al ovocitului. Aceste proteine ​​sunt specifice speciilor, deci sunt recunoscute doar de spermatozoizii din aceeași specie ca oul. SAP-urile, dizolvându-se în apă, creează un gradient de densitate în jurul ovocitului. Spermatozoizii sunt puternic sensibili la acest gradient și, datorită chimiotaxiei , urmează direcția în care crește concertarea SAP, astfel încât să întâlnească oul. În Arbacia punctulata SAP a fost identificat în Resact. Spermatozoizii de la A. punctulata (dar nu și ai altor specii, chiar dacă sunt apropiați filogenetic) au receptori pentru Resact. Când receptorii detectează Resact, se declanșează activitatea lor guanilil ciclază. CGMP implică deschiderea canalelor de calciu, rezultând o creștere a motilității spermei în direcția creșterii gradientului de concentrație. Odată ce oul este atins, învelișul gelatinos declanșează reacția acrosomală în spermatozoizi. Aceasta se activează numai dacă se formează un zahăr sulfatat specific speciei, prezent în anvelopa gelatinoasă și este recunoscut de receptorii de membrană ai spermatozoizilor. Odată ce legătura zahăr-receptor a avut loc, se activează trei proteine:

  1. un canal de calciu care permite ionilor de Ca 2+ să intre în celulă
  2. un schimbător de sodiu / hidrogen pompează protoni în exterior și sodiu în interior
  3. o fosfolipază eliberează inozitol trifosfat, rezultând eliberarea de calciu intracelular

Concentrația ridicată de calciu într-un mediu de bază declanșează fuziunea membranei celulare cu membrana acrosomului. Mai mult, actina glubulară prezentă în vecinătatea acrosomului polimerizează, facilitând exocitoza conținutului veziculei, în special enzimele litice care permit spermatozoizilor să traverseze învelișul gelatinos și membrana vitelină. În urma reacției acrosomale, bindinele de pe capul spermei sunt expuse. Bindinele sunt proteine ​​specifice speciei recunoscute de receptorii prezenți pe membrana vitelină. Acest lucru asigură o selecție suplimentară a speciilor de spermă. Odată ce legătura receptor-bindină a avut loc, poate avea loc fuziunea gametilor. Fuziunea este un proces activ la care participă atât ovulul, cât și sperma: credința că sperma este activă și ovulul pasiv este falsă. În momentul fuziunii, se formează un con de fertilizare în interiorul ovulului, format prin polimerizarea actinei globulare, care facilitează intrarea spermatozoizilor. [6] În urma intrării spermatozoizilor, se declanșează două mecanisme:

  1. blocarea rapidă a polispermiei
  2. bloc lent de polispermie

Acestea asigură normospermia și, prin urmare, o structură cromozomială normală. Intrarea chiar și a unui spermă duce la defecte genetice grave și la moartea embrionului. Blocarea rapidă a polispermiei constă într-o schimbare a potențialului membranar al ovulului de la -70 mV la +20 mV. Această variație apare la 1-3 secunde după legarea primului spermatozoid și se datorează unei deschideri a canalelor de sodiu, permițând intrarea ionilor Na + . Sperma nu poate fuziona cu o membrană cu potențial pozitiv. Potențialul membranei rămâne pozitiv timp de aproximativ un minut: blocarea rapidă a polispermiei asigură definitiv monospermia. În urma fuziunii membranelor, are loc eliberarea de calciu intracelular din reticulul endoplasmatic. Creșterea concentrației de calciu declanșează reacția granulelor corticale, care are loc la aproximativ 20 de secunde după intrarea gametului masculin. Acest proces constă în fuziunea granulelor corticale cu membrana celulară, cu eliberarea consecventă a conținutului acestora. În special, sunt eliberate următoarele:

  1. o serină protează care taie legăturile proteice dintre membrana vitelină și membrana celulară,
  2. mucopolizaharidele, care atrag apa in spatiul dintre membrana vitelina si membrana celulara
  3. o transglutaminază care reacționează cu enzimele membranelor peroxidazice, stabilizând legăturile încrucișate ale proteinelor din membrana vitelină, care devine membrana de fertilizare
  4. o proteină hialină, care formează un strat hialin, la care ovulul aderă cu microvili.

Eliberarea de calciu intracelular se datorează activării fosfolipazei C, care produce inozitol trifosfat (IP 3 ) și diacilgricerol (DAG). Primul determină eliberarea ionului de calciu, al doilea activează proteina kinază C, care deschide un schimbător Na + / H + . Acest set de evenimente reactivează metabolismul celular pe măsură ce ciclul celular este reactivat și mARN-urile materne (deja prezente înainte de fertilizare) sunt sintetizate. În momentul intrării, pronucleul spermatic se rotește cu 180 °, astfel încât centriolul spermatic este interpus între cele două pronuclei și formează un aster de microtubuli, permițând abordarea cromozomilor materni și paterni. Pronucleul masculin, care a fost puternic condensat și modificat, suferă o decondensare considerabilă și își pierde histonele modificate, înlocuindu-le cu histone materne. Apoi se formează nucleul zigotului. Mitocondriile paterne sunt degradate, astfel încât genomul mitocondrial se transmite numai prin intermediul mamei.

Metode de fertilizare

Fertilizarea poate fi de două tipuri: externă și internă.

  • Fertilizarea externă: are loc numai în apă; mediul acvatic permite individului să elibereze gametele, astfel încât partenerul la momentul potrivit să poată colecta. Fertilizarea într-un mediu acvatic necesită o emisie considerabilă de gameți și o cheltuială foarte mare de energie, cu riscul consecvent de eșec.
  • Fertilizare internă: gametii masculi sunt eliberați direct în sistemul feminin. Cheltuieli de energie reduse, probabilitate mare de succes.
    • Fertilizarea internă indirectă: este foarte frecventă la crustacee , amfibieni și cefalopode ; spermatoforii (o pungă care conține spermatozoizii individului) sunt scoși din corpul masculului și translocați în corpul femelei, care îi va păstra până când va avea nevoie de ei pentru fertilizare.

Notă

  1. ^ Fertilizare , pe www.sapere.it .
  2. ^ a b Maienschein J. 2017. Primul secol al teoriei celulare: De la unități structurale la sisteme vii complexe. În: Stadler F. (eds.), Integrated History and Philosophy of Science. Anuarul Institutului Cercului Viena . Institute Vienna Circle, Universitatea din Viena, Vienna Circle Society, Society for the Advancement of Scientific World Conceptions, vol 20. Springer, Cham. legătură .
  3. ^ a b Birkhead, TR & Montgomerie, R. (2009). Trei secole de cercetare a spermei, pp 1-42 în: Birkhead, TR, Hosken, DJ & Pitnick, S. Sperm Biology: An Evolutionary Perspective . Elsevier / Academic Press, Amsterdam. 642 pp.,[1] .
  4. ^ Harris Bernstein, Carol Bernstein și Richard E. Michou, Meiosis as a Evolutionary Adaptation for DNA Repair , în Inna Kruman (ed.), DNA repair , InTech, 2011, DOI : 10.5772 / 1751 , ISBN 978-953-307- 697 -3 .
  5. ^ Wilkins AS, Holliday R,Evoluția meiozei de la mitoză , în Genetică , vol. 181, nr. 1, ianuarie 2009, pp. 3-12, DOI : 10.1534 / genetics.108.099762 , PMC 2621177 , PMID 19139151 .
  6. ^ Scott F. Gilbert și Michael JF Barresi, Biologia dezvoltării , Zanichelli.

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tesauro BNCF 12600 · LCCN (EN) sh85047904 · GND (DE) 4005234-5 · BNF (FR) cb11971184p (dată) · BNE (ES) XX527389 (dată)
Biologie Portalul de biologie : Accesați intrările Wikipedia care se ocupă de biologie
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Fecondazione&oldid=117418861#Modalità_di_fecondazione ”