TEMA 17: PARTE I
ESPERMATOZOIDE Y ESPERMATOGÉNESIS
GAMETOGÉNESIS
REPRODUCCIÓN SEXUAL: SIGNIFICADO EVOLUTIVO
En nuestro planeta, existen actualmente más de Io millones de especies, su reproducción origina individuos semejantes de la misma especie. Evolutivamente, las especies que han tenido éxito (han logrado sobrevivir) son aquellas que entre otras, han logrado ventajas incrementar su eficiencia reproductiva.
Casi todas las especies animales se reproducen por reproducción sexual. Así su descendencia es genéticamente diferente entre si y de sus progenitores debido a la recombinación genética durante la división meiótica en la formación de los gametos.
La ventaja competitiva de la reproducción sexual radica en que la recombinación de genes ayudaría a la especie a sobrevivir en un ambiente cambiante.
Así si dos individuos tienen una descendencia con distintas características alguno de sus “hijos” tendrá las necesarias para sobrevivir y perpetuar la especie.
DETERMINACIÓN SEXUAL
Desde hace tan sólo 100 años, con el redescubrimiento de las leyes de Mendel y los primeros estudios cromosómicos la determinación el sexo fue asociada con los cromosomas sexuales.
En los mamíferos, la determinación sexual primaria es estrictamente cromosómica (SEXO CROMOSÓMICO) y no se ve influenciada por las condiciones ambientales.
La determinación del sexo en los mamíferos se produce en el momento de la fecundación y depende del cromosoma sexual (X o Y) que lleva el espermatozoide.
Durante la fase inicial del desarrollo embrionario, se va a originar una gónada bipotencial cuya morfología no permite distinguir el sexo (etapa indiferenciada).
A pesar de esta ausencia de diferenciación morfológica, desde el momento de la fecundación el cromosoma y aporta un gen que codifica un factor determinante testicular. Esta molécula va a orientar a la gónada hacia el testículo.
En mamíferos la diferenciación de las gónadas en testículos u ovarios es activa está dirigida por genes que actúan sobre un precursor bipotencial.
La estructura morfológica de las gónadas es reconocible a partir de la 7a semana del desarrollo embrionario. Tras esta diferenciación, la gónada es hormonalmente activa y gracias a esta actividad se produce la determinación sexual secundaria.
La diferenciación sexual secundaria establece las características típicas de los conductos y glándulas anexas del sistema reproductor y los caracteres secundarios de cada sexo.
El esbozo de ovario sintetiza estrógenos que orienta el desarrollo del conducto de Müller hacia el sistema de conductos re productores femeninos
Si el cromosoma Y está presente, se inicia el desarrollo del testículo que libera una hormona inhibidora del conducto de Müller (induce su regresión). Además libera testosterona que induce la diferenciación del pene, los conductos y las glándulas del sistema repro ductor masculino.
Gametogénesis: Conjunto de procesos en virtud de los cuales se originan células sexuales altamente diferenciadas GAMETOS a partir de las Células germinales primordiales.
ESPERMATOGENESIS
La espermatogénesis es muy similar en todo el reino animal aunque la organización de las células en el testículo es muy variada.
En la formación del espermatozoide podemos diferenciar los acontecimientos que tienen lugar en tres etapas de la vida del individuo Desarrollo prenatal de las células germinales masculinas, Desarrollo postnatal prepuberal y Desarrollo postpuberal
Desarrollo prenatal: En la especie humana, las CELULAS GERMINALES PRIMITIVAS o PRIMORDIALES pueden ser identificadas en el embrión en la 3a semana de gestación en la pared del saco vitelino.
Características:
Son células ovaladas, de 12-14 jL/m con algunas prolongaciones citoplasmáticas. Núcleo redondeado con uno dos nucléolos.
El citoplasma contiene abundante glucógeno, mitocondrias con crestas tubulares, muchos polisomas y cisternas del RER.
Entre los días 32-35 migran mediante movimientos ameboides a la futura gónada aún indiferenciada (a las crestas genitales)
En la 7a semana de gestación, se inicia la transformación de la gónada indiferenciada a Testículo. Se originan en este momento dos tipos de células:
Células de Sertoli
A partir de las células germinales primordiales se originan los MONOCITOS
Además, se originan los cordones testiculares o túbulos seminíferos y el tejido conjuntivo intersticial dónde se formarán el la 8a semana las células de Leydig.
GONOCITOS: Son células grandes con un núcleo redondeado y con un nucleolo muy prominente. En el citoplasma se observan mitocondrias con crestas tubulares. Los gonocitos proliferan (mitosis) y perduran hasta el nacimiento.
Semana 12
Muchos gonocitos se desplazan hacia la lámina basal de los cordones testiculares.
Allí se van a dividir por mitosis y van a originar a las ESPERMATOGONIAS FETALES que se unen entre si por puentes intercelulares.
Son más pequeñas que los gonocitos con la cromatina más condensada. Las mitocondrias no presentan las crestas tubulares pero están unidas entre si por barras de un material denso (RNA?).
Semanas 16-20: Degeneran muchas células germinales especialmente GONOCITOS
Semana 22
Quedan sobre todo espermatogonias fetales cuyo número se va a incrementar mucho durante el último trimestre de la gestación.
Durante el período fetal y durante la infancia, sobre las células germinales van a actuar dos factores:
Uno que activa la MEIOSIS Otro que impide la MEIOSIS
Desarrollo postnatal-prepuberal:
Nacimiento: los túbulos seminíferos constan de un epitelio seminífero que consiste en células de Sertoli y Células Germinales rodeado de una membrana basal y de células peritubulares.
Las células germinales comprenden algunos gonocitos, espermatogonias fetales y un nuevo tipo de espermatogonias: ESPERMATOGONIAS A ESPERMATOGONIA A
Las espermatogonias A se asientan sobre la lámina basal del tubo seminífero, el resto del citoplasma está en contacto con las Células de Sertoli .
Núcleo con cromatina laxa, citoplasma poco diferenciado, polisomas, AG poco desarrollado, pocas cisternas del RER, y algunas cisternas del REL.
Mitocondrias con pocas cretas, unidas por las barras densas. Hay tres o más nucleolos siempre adosados a la envoltura nuclear. Se han identificado 4 tipos distintos de espermatogonias A pero posiblemente representen distintos momentos funcionales.
En los primeros 6 meses de vida: Desparecen los gonocitos
En este tiempo, los gonocitos emigran hacia la lámina basal dónde originan espermatogonias.
Las espermatogonias continúan proliferando durante los 3 primeros meses tras el nacimiento.
Esta proliferación va asociada al incremento de los niveles de gonadotropinas FSH y LH segregadas por la hipófisis.
Fase de reposo testicular 6 meses de vida – 2,5 años:
A los 2,5 años hay una nueva proliferación de las espermatogonias. No asociada al aumento de gonadotropinas.
Aparece un nuevo tipo Espermatogonia B es mucho mas numeroso y se localiza parcialmente rodeado por las células de Sertoli, o en contacto con otras espermatogonias B.
El cuerpo celular es redondeado, con un núcleo esférico en el que se observan t grumos de cromatina y uno o dos nucléolos heterogéneos e irregulares. El citoplasma es comparable con el de la espermatogonia
A y en el también se observan polisomas.
De 4 a 9 años:
El testículo sigue creciendo y madurando. Aumenta el número de todas las células germinales. A los 9 años (aproximadamente), se produce la tercera y definitiva ola de proliferación de células germinales. En este caso, está asociada a un incremento en la secreción de gonadotropinas.
Esta proliferación continúa hasta dar lugar a una espermatogénesis completa a los 13-14 años (PUBERTAD) cuando las gonadotropinas alcanzan sus niveles máximos y estables.
Desarrollo pospuberal:
Espermatogénesis: Durante la pubertad, se completa el desarrollo de la línea germinal masculina. Es un proceso continuo que se mantiene durante toda la vida adulta . Comprende tres etapas sucesivas:
ESPERMATOCITOGÉNESIS: Caracterizada por divisiones mitóticas y diferenciación celular. Es una etapa proliferativa.
DIVISIÓN MEIÓTICA: Conduce a la reducción del número de cromosomas.
ESPERMIOGÉNESIS: Comprende una serie de transformaciones celulares que conducen a la diferenciación del espermatozoide maduro
Estas tres etapas suceden como “ondas” a lo largo de los tubos seminíferos del testículo. Por este motivo, en cortes histológicos de testículo se pueden apreciar secciones de tubos formadas por capas concéntricas de células germinales en distintos estadios espermatogénicos.
Las espermatogonias más inmaduras cercanas a la membrana basal (a)
Inmediatamente hacia dentro: espermatocitos I(b) y II (c) y más cercanas a la luz están las espermatidas (d). En la luz se pueden observar los espermatozoides
ESPERMATOGONIA
Derivan de células germinales primitivas. Tienen un número diploide de cromosomas (46) y se dividen por mitosis.
En el adulto existen los dos tipos de espermatogonia A y B.
A: Núcleo con cromatina laxa y un nucléolo muy próximo a la membrana nuclear.
B: Núcleos con cromatina densa y un nucléolo en posición central.
En realidad, la “fuente” de la espermatogénesis es el tipo A ya que por mitosis origina:
Nuevas espermatogonias A que mantienen la potencialidad (células madre de reserva).
Espermatogonias B, es la línea que prosigue el camino y tras sucesivas mitosis se diferencian y dan lugar al espermatocito I.
ESPERMATOCITO PRIMARIO
Son células esféricas y más grandes que las espermatogonias. Poseen un CG desarrollado, mitocondrias ovaladas no unidas por barras densas, y RER y liso. Al igual que las espermatogonias, están unidos entre si por puentes citoplasmáticos.
Tienen 46 cromosomas y se dividen por meiosis originando tras la 1a división meiótica el Espermatocito secundario. Esta primera división puede durar hasta 20 días.
ESPERMATOCITO SECUNDARIO
Son difíciles de observar porque son las células resultantes de la primera división meiótica y están en profase muy pocas horas.
Son más pequeñas que el Espermatocito I y su citoplasma muestra abundantes cisternas del RE la mayoría liso. El núcleo muestra masas densas de cromatina.
Su núcleo es haploide (23 cromosomas) pero tienen dos cromátidas (= cantidad de DNA que una célula somática). Por tanto hay ya dos tipos uno llevan el cromosoma X y otros el Y. Entran muy pronto en la segunda división meiótica y dan lugar a las ESPERMÁTIDAS.
ESPERMATIDAS
Son células redondas, más pequeñas que las espermatogonias. Poseen un número haploide de cromosomas y la mitad de DNA que las células somáticas.
Presentan un núcleo central y esférico dónde la cromatina forma gránulos finos y masas densas. Su nucleolo se fragmenta y se desintegra pronto.
Abundante REL, algunas cisternas del RER, un desarrollado complejo de Golgi, pequeñas mitocondrias en la periferia celular.
Presentan una estructura peculiar denominada Cuerpo cromatoide que se cree que es de origen nucleolar. La diferenciación de las espermátidas en espermatozoides se denomina ESPERMIOGEnESIS
ESPERMIOGENESIS
Para la formación del espermatozoide, la espermátide sufre importantes cambios tanto a nivel nuclear como citoplasmático.
Núcleo: Se condensa, adopta forma alargada y un poco aplanada y se desplaza volviéndose excéntrico. *El DNA no se condensa gracias a Histonas sino a Protaminas.
Citoplasma:
El aparato de Golgi forma la vesícula acrosómica, esta vesícula se aplana sobre la parte anterior del núcleo sobre una depresión de este formando el Acrosoma. El acrosoma contiene numerosas enzimas hidrolíticas entre ellas la Acrosina, cuya misión es digerir las cubiertas del ovocito.
También contiene glucoproteínas y azúcares.
Uno de los centríolos se dispone en el polo opuesto del núcleo y da origen al flagelo.
Las mitocondrias se agrupan alrededor de la pieza intermedia del flagelo y forman la vaina mitocondrial.
FORMACIÓN DEL FLAGELO: Se origina partir de uno de los centriolos.
Estructura:
9 x 2 + 2 microtúbulos =Axonema .
Más tare se verá rodeada de otras estructuras que completan el flagelo. La membrana plasmática se invagina para formar un anillo membranoso que rodea el inicio del flagelo y se denomina Annulus o Anillo del flagelo.
Todos estos cambios conducen a la formación del espermatozoide que posee la misma carga genética que la espermátida (23 cromosomas / 1c) y conserva sólo los orgánulos necesarios para la fecundación del ovocito.
Corte transversal de un testículo donde se pueden ver algunas fases de la espermatogénesis.
Corte de un túbulo seminífero donde se pueden diferenciar varios tipos de células
ESPERMATOZOIDE: En el espermatozoide humano maduro podemos diferenciar 5 partes:
CABEZA:
5 micras de longitud, contiene el núcleo (piriforme aplanado con el extremo del acrosoma afilado).
El núcleo está rodeado de una banda de citoplasma sin orgánulos. Los 2/3 de la superficie nuclear anterior quedan cubiertos por el acrosoma.
El acrosoma forma un casquete ancho en el centro y estrecho en los extremos. Termina en la vaina postacrosómica que recubre al resto del núcleo.
CUELLO: Es un estrechamiento que sigue a la cabeza y da origen al flagelo. Es muy corto, se encuentra en una depresión nuclear (fosa articular). En el se encuentran varias estructuras entre ellas destacan los centríolos uno de los cuales origina el flagelo.
PIEZA INTERMEDIA:
5 micras de longitud
Es el extremo proximal del flagelo y contiene el axonema cuya estructura es la normal: 9×2+2. Nueve dobletes periféricos más dos microtúbulos.
Rodeando a cada doblete estan las fibras externas densas (1 x doblete) Por fuera de las fibras densas está la vaina mitocondrial constituía por mitocondrias alargadas de crestas paralelas dispuestas formando un doble helicoide.
Entre la vaina mitocondrial y la membrana plasmática hay muy poco citoplasma.
PIEZA PRINCIPAL:
Sigue a la pieza intermedia y es la parte más larga del flagelo con 45/micras de longitud.
Aquí la vaina mitocondrial ha sido sustituida por la vaina fibrosa. Está constituida por anillos superpuestos que forman un cilindro que rodea al flagelo. A medida que se acerca al extremo caudal del flagelo, las fibras densas se hacen más finas.
PORCION TERMINAL: Se extiende 1-2 carece de vaina fibrosa y de fibras densas. Su estructura es la de un cilio en el que pueden faltar algunos microtúbulos.
OVOCITO Y OVOGENESIS
Al igual que sucedía con el espermatozoide, la formación del gameto femenino es muy similar en todos los animales.
Desarrollo prenatal y postnatal
En las hembras a partir de las CELULAS GERMINALES PRIMORDIALES se originan por mitosis OVOGONIAS (OOGONIAS).
Las ovogonias proliferan por mitosis y al final del 3° mes de gestación se disponen en grupos en el tejido conjuntivo del ovario (ya diferenciado) rodeadas por una capa de células epiteliales planas. Algunas de las células epiteliales se invaginan y rodean a las ovogonias.
El OVOCITO PRIMARIO se sitúan más profundamente en el ovario y replican rápidamente su contenido en DNA e inician la profase de la primera división meiótica.
Ovocito / Oocito Primario
Núcleo: Esférico y voluminoso (25 jL/m diámetro), con cromatina muy laxa y un nucléolo promin ente.
Citoplasma: Muchos ribosomas, CG desarrollado, moderada cantidad de RER y REL; mitocondrias redondas y pequeñas. Muchas inclusiones citoplasmáticas sobre todo lípidos.
Cada ovocito esta rodeado de una capa de células epiteliales planas denominadas Células Foliculares. Están unidas entre si y a la superficie del ovocito mediante uniones en hendidura y desmosomas.
OVOCITO PRIMÁRIO`+ CELULAS FOLICULARES=FOLÍCULO PRIMORDIAL
Entre en 3° y 5° mes de gestación aumenta el número de ovogonias y de folículos primordiales (5° mes ± 6 millones entre ambos). A partir de este momento, much os folículos primordiales degeneran = Folículos Atrésicos. En el momento del nacimiento sólo hay 400.000 folículos primordiales
FOLICULO PRIMORDIAL
Durante el desarrollo embrionario, los ovocitos del folículo primordial van completando la profase de la primera división meiótica hasta el DICITIOTENO. En esta etapa se detienen hasta la pubertad Etapa de acumulación de reservas especialmente en animales ovíparos.
DESARROLLO POSPUBERAL
Ciclo menstrual (28 días): Se desarrollan 15-20 folículos primordiales. Se produce la finalización de la profase I y continuación de la meiosis.
Sólo 1 de ellos alcanza la maduración completa y aproximadamente el día 14 del ciclo el folículo maduro libera el ovocito = OVULACIÓN. En la maduración intervienen las hormonas LH y FSH y los complejos de ciclinas M-CdK.
Maduración:
FOLICULO PRIMARIO: Los folículos primordiales van aumentando su tamaño (20-30 a 40 micras de diámetro). Siguen en Dictioteno Hay una sóla capa de células foliculares pero son cúbicas en lugar de planas .
FOLÍCULO SECUNDARIO
Alcanza 60 micras de diámetro y se localiza a mayor profundidad.
Presentan un gran desarrollo del Complejo de Golgi; RER y ribosomas. Las células foliculares se multiplican por mitosis dan lugar a 4-5 capas = GRANULOSA. Estas células tienen mucho RER y ribosomas y son frecuentes las uniones en hendidura.
La capa folicular externa descansa sobre la membrana basal y a ella se adhieren células del conjuntivo que forman la teca folicular.
Los dictiosomas se disponen en la periferia celular e intervienen en la formación de dos estructuras:
Gránuloscorticales
La zonapelúcida
Granulos corticales:
Vesículas de 0.3-0.5 Lm que se disponen en la periferia celular. Tras la fecundación liberan sustancias que i ntervienen en la reacción cortical y en la formación de la membra na de fecundación para evitar que entren otros espermatozoides. Zona Pelúcida:
Material que rodea la membrana plasmática del ovocito formando una capa de 5-10 micras. Esta formada por tres glucoproteínas sulfatadas: ZP1, ZP2 y ZP3.(responsable de que la unión del espermato zoide-zona pelúcida sea específica de especie.)
Desaparece poco antes de que el blastocisto se implante en la mucosa del útero. Sus funciones son:
Rechazo de los espermatozoides de otras especies
Bloqueo de la poliespermia
Evita la fusión de embriones
Protege al embrión de los Anticuerpos maternos
Ayuda al desplazamiento del embrión por el oviducto
FOLÍCULO TERCIARIO
Mide hasta 180 micras Comienza su migración hacia la superficie del ovario. La granulosa tiene ahora más de 6 capas de células. Diferenciación de las células de la teca
Entre las células de la granulosa, aparecen cavidades llenas de líquido folicular rico en ácido hialurónico. Se hacen cada vez más grandes y acaban por confluir para originar el ANTRO.
Las células de la granulosa sintetizan estrógenos que promueven su propia estimulación pero poco antes de la ovulación comienzan a sintetizar progesterona en lugar de estrógenos.
Por fuera de la granulosa, la teca se va a diferenciar en dos capas:
TECA INTERNA: Formada por células de aspecto epitelial. Segregan andrógenos que las células de la granulosa convierten en estrógenos.
TECA SECUNDARIA: Es fibrosa, las células son similares a las de la teca interna pero con más microfilamentos y son más parecidas a los fibroblastos.
FOLÍCULO MADURO O DE GRAAF
Constituye el último estadio de la maduración del ovocito. Experimenta un gran aumento de tamaño, llega a alcanzar 10-12 mm. Crecimiento del antro
El ovocito queda desplazado en posición excéntrica inmerso en líquido folicular sostenido solo por una columna de células de la granulosa CÚMULUS OOPHORUS y rodeado por una sola capa de células de la granulosa formando la CORONA RADIATA.
OVULACIÓN
Poco antes de la ovulación, el ovocito sale del dictioteno y termina la primera división meiótica dando lugar a:
Un ovocito secundario*
Un corpúsculo polar (célula muy pequeña que no suele ser viable).
En el momento de la ovulación, el ovocito secundario se encuentra en la Metafase II y se mantiene en esta fase hasta la fecundación (si se produce).
Se produce un rápido crecimiento del folículo y las células del cumulus oophorus se disgregan dejando libre al ovocito.
El folículo maduro se rompe bajo control hormonal en una zona adelgazada de su superficie denominada ESTIGMA. El líquido folicular se derrama arrastrando al ovocito (ahora óvulo) al exterior del ovario recubierto por la corona radiata.
Si no hay fecundación, el óvulo muere en 24 horas. Si se produce la fecundación, esta tiene lugar en las trompas uterinas. Únicamente si hay fecundación, se produce la segunda división meiótica
Se forma el huevo fecundado o zigoto y el segundo corpúsculo polar (inviable) En la segunda división meiótica, el óvulo pierde los centríolos que son aportados por el espermatozoide. El resto de folículos en desarrollo degeneran:
Folículos primarios: Desaparecen sin dejar rastro
Folículos secundarios: Forman los folículos atrésicos.