Espermatogênese: etapas e suas características - Ciência - 2023

Contente

o espermatogênese É um processo que consiste na formação de espermatozoides a partir de células germinativas (espermatogônias). Ocorre em indivíduos masculinos de organismos eucarióticos com reprodução sexuada.

Para que esse processo seja realizado de forma eficiente, são necessárias condições específicas, entre elas: uma divisão cromossômica correta com expressões gênicas precisas e um meio hormonal adequado, para produzir um grande número de células funcionais.

A transformação das espermatogônias em gametas maduros ocorre durante a maturação sexual nos organismos. Esse processo é desencadeado pelo acúmulo de certos hormônios do tipo gonadotrofina hipofisária, como o HCG (gonadotrofina coriônica humana), que está envolvido na produção da testosterona.

O que é espermatogênese?

A espermatogênese consiste na formação de gametas masculinos: o esperma.

A produção dessas células sexuais começa nos túbulos seminíferos, localizados nos testículos. Esses túbulos ocupam cerca de 85% do volume total das gônadas e neles são encontradas células germinativas imaturas ou espermatogônias, que se dividem continuamente por mitose.

Algumas dessas espermatogônias param de se reproduzir e se tornam espermatócitos primários, que iniciam o processo de meiose para cada um produzir um par de espermatócitos secundários com sua carga cromossômica completa.

Este último completa o segundo estágio da meiose, dando origem finalmente a quatro espermátides com metade da carga cromossômica (haplóide).

Posteriormente, sofrem alterações morfológicas, gerando espermatozoides, que vão para o epidídimo localizado no escroto próximo aos testículos. Nesse ducto ocorre a maturação dos gametas que estão prontos para transmitir os genes do indivíduo.

O processo de espermatogênese depende da regulação hormonal e genética. Esse processo é dependente da testosterona, então células especializadas (células de Leydig) são encontradas nos túbulos seminíferos na produção desse hormônio.

Elementos genéticos envolvidos

Alguns genes importantes na espermatogênese são o gene SF-1, que atua na diferenciação das células de Leydig, e o gene SRY, que intercede na diferenciação das células de Sertoli e na formação dos cordões testiculares. Outros genes estão envolvidos na regulação desse processo: RBMY, DBY, USP9Y e DAZ.

Este último é encontrado no cromossomo Y. Atua na codificação de proteínas de ligação ao RNA e sua ausência está ligada à infertilidade em alguns indivíduos.

Estágios e suas características

As células germinativas primordiais (gonócitos) são formadas no saco vitelino e viajam até a crista genital, dividindo-se entre as células de Sertoli, formando os túbulos seminíferos. Os gonócitos encontram-se em seu interior, de onde migram em direção à membrana basal para dar origem às espermatogônias.

A proliferação das células germinativas primordiais e a formação de espermatogônias ocorrem durante o desenvolvimento embrionário do indivíduo. Logo após o nascimento, a divisão mitótica dessas células cessa.

O processo pelo qual os espermatozoides maduros são produzidos é dividido em três fases: espermatogônia, espermatocítica e espermatozoide.

1. Fase espermatogonal

Com a aproximação do período de maturidade sexual dos indivíduos, um aumento nos níveis de testosterona ativa a proliferação de espermatogônias. Essas células germinativas se dividem para gerar uma série de espermatogônias que se diferenciam em espermatócitos primários.

Em humanos, vários tipos morfológicos de espermatogônias são distinguidos:

Anúncio de espermatogônia: Localizado próximo às células intersticiais do túbulo seminífero. Eles sofrem divisões mitóticas que geram um par do tipo Ad que, por sua vez, continua a se dividir, ou um par do tipo Ap.

Espermatogônia Ap: Estes seguem o processo de diferenciação para gerar espermatozoides, dividindo-se consecutivamente por mitose.

Espermatogônia B. Produto da divisão mitótica das espermatogônias Ap. Apresentam núcleo esferoidal e a peculiaridade de estarem ligadas entre si por “pontes citoplasmáticas”.

Eles formam uma espécie de sincício que persiste nas fases subsequentes, separando-se na diferenciação dos espermatozoides, quando os espermatozoides são liberados no lúmen do túbulo seminífero.

A união citoplasmática entre essas células permite um desenvolvimento sincronizado de cada par de espermatogônias e que cada uma obtenha a informação genética completa necessária ao seu funcionamento, já que mesmo após a meiose, essas células continuam a se desenvolver.

2. Fase espermatocítica

Nesta fase, as espermatogônias B se dividiram mitoticamente, formando os I (primários) espermatócitos que duplicam seus cromossomos, de modo que cada célula carrega dois conjuntos de cromossomos, carregando o dobro da quantidade usual de informação genética.

Posteriormente, são realizadas divisões meióticas desses espermatócitos, de forma que o material genético neles contido sofre reduções até atingir o caráter haplóide.

Mitose I

Na primeira divisão meiótica, os cromossomos são condensados em prófase, resultando, no caso dos humanos, 44 autossomos e dois cromossomos (um X e um Y), cada um com um conjunto de cromátides.

Cromossomos homólogos acoplam-se enquanto se alinham na placa equatorial da metáfase. Esses arranjos são chamados de tétrades, pois contêm dois pares de cromátides.

As tétrades trocam material genético (crossing-over) com as cromátides se reorganizando em uma estrutura chamada complexo sinaptonêmico.

Nesse processo, a diversificação genética ocorre por meio da troca de informações entre cromossomos homólogos herdados do pai e da mãe, garantindo que todas as espermátides produzidas a partir dos espermatócitos sejam diferentes.

No final do crossing-over, os cromossomos se separam, movendo-se para pólos opostos do fuso meiótico, "dissolvendo" a estrutura da tétrade, as cromátides recombinadas de cada cromossomo permanecem juntas.

Outra forma de garantir a diversidade genética em relação aos pais é pela distribuição aleatória dos cromossomos derivados do pai e da mãe em direção aos pólos do fuso. No final desta divisão meiótica, são produzidos espermatócitos II (secundários).

Meiose II

Os espermatócitos secundários iniciam o segundo processo de meiose imediatamente após serem formados, sintetizando novo DNA. Como resultado disso, cada espermatócito tem metade da carga cromossômica e cada cromossomo tem um par de cromátides irmãs com DNA duplicado.

Na metáfase, os cromossomos são distribuídos e alinhados na placa equatorial, e as cromátides se separam migrando para lados opostos do fuso meiótico.

Depois que as membranas nucleares são reconstruídas, as espermátides haplóides são obtidas com metade dos cromossomos (23 em humanos), uma cromátide e uma cópia da informação genética (DNA).

3. Fase espermiogênica

A espermiogênese é a última fase do processo de espermatogênese, e nela não ocorrem divisões celulares, mas alterações morfológicas e metabólicas que permitem a diferenciação celular em espermatozoides maduros haplóides.

As alterações celulares ocorrem enquanto as espermátides estão fixadas à membrana plasmática das células de Sertoli e podem ser descritas em quatro fases:

Fase de Golgi

É o processo pelo qual o aparelho de Golgi dá origem ao acrossoma, devido ao acúmulo de grânulos proacrosômicos ou PAS (ácido periódico-reativo de Schiff) nos complexos de Golgi.

Esses grânulos levam a uma vesícula acrossomal localizada próxima ao núcleo e sua posição determina a porção anterior do esperma.

Os centríolos movem-se em direção à porção posterior da espermátide, alinhando-se perpendicularmente à membrana plasmática e formam os dubletes que irão integrar os microtúbulos do axonema na base do flagelo espermático.

Fase cap

A vesícula acrossomal cresce e se estende sobre a porção anterior do núcleo formando o acrossoma ou capa acrossomal. Nessa fase, o conteúdo nuclear se condensa e a parte do núcleo que fica sob o acrossomo se torna mais espessa, perdendo seus poros.

Fase de acrossomo

O núcleo se alonga de redondo a elíptico, e o flagelo é orientado de forma que sua extremidade anterior se fixe nas células de Sertoli apontando em direção à lâmina basal dos túbulos seminíferos, dentro dos quais o flagelo em formação se estende.

O citoplasma move-se posteriormente à célula e os microtúbulos citoplasmáticos se acumulam em uma bainha cilíndrica (manchette) que vai da capa acrossomal à porção posterior da espermátide.

Após o desenvolvimento do flagelo, os centríolos voltam em direção ao núcleo, aderindo a um sulco na porção posterior do núcleo, de onde emergem nove fibras espessas que alcançam os microtúbulos do axonema; desta forma, o núcleo e o flagelo são conectados. Essa estrutura é conhecida como região do pescoço.

As mitocôndrias se movem em direção à região posterior do pescoço, envolvendo as fibras grossas e são dispostas em uma bainha helicoidal apertada formando a região intermediária da cauda do esperma. O citoplasma se move para cobrir o flagelo já formado e a "manchette" se dissolve.

Fase de amadurecimento

O excesso de citoplasma é fagocitado pelas células de Sertoli, formando o corpo residual. A ponte citoplasmática que se formou nas espermatogônias B permanece nos corpos residuais, separando as espermátides.

Finalmente, as espermátides são liberadas das células de Sertoli, liberando-se para o lúmen do túbulo seminífero, de onde são transportadas através dos tubos retos, rede testicular e canais eferentes para o epidídimo.

Regulação hormonal

A espermatogênese é um processo finamente regulado por hormônios, principalmente a testosterona. No homem, todo o processo é desencadeado na maturação sexual, pela liberação no hipotálamo do hormônio GnRH que ativa a produção e o acúmulo das gonodotrofinas hipofisárias (LH, FSH e HCG).

As células de Sertoli sintetizam proteínas transportadoras de testosterona (ABP) pela estimulação do FSH e, juntamente com a testosterona liberada pelas células de Leydig (estimuladas pelo LH), garantem alta concentração desse hormônio nos túbulos seminíferos.

Nas células de Sertoli, o estradiol também é sintetizado, o qual está envolvido na regulação da atividade das células de Leydig.

Fertilização

O epidídimo se conecta com os canais deferentes que fluem para a uretra, permitindo finalmente a saída dos espermatozoides que mais tarde buscarão um óvulo para fertilizar, completando o ciclo da reprodução sexual.

Uma vez liberado, o esperma pode morrer em questão de minutos ou horas, tendo que encontrar um gameta feminino antes que isso aconteça.

Em humanos, cerca de 300 milhões de espermatozoides são liberados em cada ejaculação durante a relação sexual, mas apenas cerca de 200 sobrevivem até chegarem à região onde podem acasalar.

Os espermatozoides devem passar por um processo de treinamento no trato reprodutivo feminino onde adquirem maior mobilidade do flagelo e preparam a célula para a reação acrossômica. Essas características são necessárias para fertilizar os ovos.

Capacitação espermática

Dentre as alterações que os espermatozoides apresentam, destacam-se modificações bioquímicas e funcionais, como hiperpolarização da membrana plasmática, aumento do pH citosólico, alterações de lipídios e proteínas e ativação de receptores de membrana, permitindo que sejam reconhecidos pela zona pelúcida. para se juntar a isso.

Essa região funciona como uma barreira química para evitar o cruzamento entre as espécies, pois, por não reconhecer receptores específicos, não ocorre a fertilização.

Os ovos possuem uma camada de células granulares e são circundados por altas concentrações de ácido hialurônico que formam uma matriz extracelular. Para penetrar nesta camada de células, os espermatozoides possuem enzimas hialuronidase.

Ao entrar em contato com a zona pelúcida, é desencadeada a reação acrossômica, na qual o conteúdo da capa acrossomal é liberado (na forma de enzimas hidrolíticas), que auxiliam o espermatozoide a cruzar a região e se unir à membrana plasmática do óvulo, liberando dentro dele seu conteúdo citoplasmático, organelas e núcleo.

Reação cortical

Em alguns organismos, ocorre uma despolarização da membrana plasmática do óvulo quando ele entra em contato com um espermatozóide, evitando assim que mais de um o fertilize.

Outro mecanismo de prevenção da poliespermia é a reação cortical, onde são liberadas enzimas que alteram a estrutura da zona pelúcida, inibindo a glicoproteína ZP3 e ativando ZP2, tornando essa região impenetrável para outros espermatozoides.

Características do esperma

Os gametas masculinos têm características que os tornam muito diferentes dos gametas femininos e altamente adaptados para espalhar os genes individuais para as gerações subsequentes.

Ao contrário dos óvulos, os espermatozoides são as menores células presentes no corpo e apresentam um flagelo que lhes permite mover-se para chegar ao gameta feminino (que não tem essa mobilidade) para fertilizá-lo. Este flagelo consiste em um pescoço, região intermediária, região principal e região terminal.

No pescoço estão os centríolos, e na região intermediária estão as mitocôndrias, responsáveis por fornecer a energia necessária para sua mobilidade.

Em geral, a produção de espermatozoides é muito alta, sendo estes muito competitivos entre si, pois apenas cerca de 25% conseguem fertilizar um gameta feminino.

Diferenças entre espermatogênese e oogênese

A espermatogênese tem características que a diferenciam da oogênese:

-Células fazem meiose continuamente desde a maturação sexual do indivíduo, cada célula produzindo quatro gametas maduros em vez de um.

-O esperma amadurece após um processo complexo que começa após a meiose.

-Para a produção de um espermatozóide, ocorrem duas vezes mais divisões celulares do que na formação de um óvulo.

Referências

Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008).Biologia molecular da célula. Garland Science, Taylor and Francis Group.
Creighton, T. E. (1999). Encyclopedia of Molecular biology. John Wiley and Sons, Inc.
Hill, R. W., Wyse, G. A., & Anderson, M. (2012). Fisiologia Animal. Sinauer Associates, Inc. Publishers.
Kliman, R. M. (2016). Enciclopédia de Biologia Evolutiva. Academic Press.
Marina, S. (2003) Advances in the knowledge of Spermatogenesis, Clinical Implications. Revista Ibero-americana de Fertilidade. vinte(4), 213-225.
Ross, M. H., Pawlina, W. (2006). Histologia. Editorial Médica Panamericana.