Gameto

Los gametos son células reproductoras haploides en organismos de reproducción sexual que se fusionan entre sí durante la fertilización. La fertilización produce una célula diploide que se somete a repetidas rondas de división celular para producir un nuevo individuo. Los gametos son los portadores físicos de información genética de una generación a la siguiente. Llevan cromosomas recombinantes producidos al final de la meiosis.

A menudo, las especies que se reproducen sexualmente tienen dos tipos de individuos morfológicamente distintos que producen gametos diferentes. El gameto más grande producido por la hembra generalmente se llama huevo u óvulo. El más pequeño es el esperma. También existen distinciones similares en el mundo vegetal, con el gameto femenino llamado óvulo y el gameto masculino con el nombre de polen.

Tipos de gametos

En muchas especies, hay dos tipos de gametos cuya forma y función son distintas entre sí. En los seres humanos y otros mamíferos, por ejemplo, el óvulo es mucho más grande que el esperma. El esperma también tiene una apariencia distintiva similar a un renacuajo con adaptaciones especiales para su función principal de viajar a través del tracto reproductivo femenino y fertilizar el óvulo. De manera similar, el óvulo tiene una serie de adaptaciones estructurales que ayudan al proceso de fertilización precisa y posterior implantación. Se dice que las especies que tienen diferencias obvias en la apariencia de los gametos muestran anisogamia .

Además, la mayoría de las especies también son heterogaméticas: contienen un conjunto diferente de cromosomas en cada tipo de gameto. En los mamíferos, el gameto femenino contiene un solo cromosoma X además de 22 cromosomas somáticos. Por otro lado, el gameto masculino, los espermatozoides, podría llevar a bien un X o un cromosoma Y como el 23 º cromosoma. Dependiendo del cromosoma presente en el esperma, el cigoto diploide resultante podría ser femenino (XX) o masculino (XY). En las aves, esta forma de heterogamia se invierte. Las hembras producen gametos que podrían contener el cromosoma W o Z y los machos producen un solo tipo de gameto.

Ejemplos de gametos

Los dos gametos más comunes son los espermatozoides y los óvulos. Estas dos células haploides pueden sufrir una fertilización interna o externa y pueden diferir entre sí en tamaño, forma y función. Algunas especies producen tanto espermatozoides como óvulos dentro del mismo organismo. Se les llama hermafroditas. Sin embargo, la mayoría de los organismos que se reproducen sexualmente tienen sexos distintos y cada uno produce un solo tipo de gameto.

Estructura y función de los espermatozoides

Los espermatozoides humanos son células altamente especializadas que han pasado por un extenso período de diferenciación.

Esperma que formará un gameto

Como se muestra en la imagen, los espermatozoides contienen cuatro regiones morfológicas: la cabeza , el cuello, la parte media y la cola. Estos términos genéricos de hecho se refieren a diferentes orgánulos subcelulares que se han adaptado para ayudar al esperma en su función.

La “cabeza”, por ejemplo, contiene el material genético. El ADN de un espermatozoide maduro está muy compactado, tiene una actividad transcripcional casi inexistente y todos los cromosomas están estrechamente condensados. Incluso tienen proteínas especiales llamadas protaminas para empaquetar el ADN de manera más estrecha que las histonas. La cabeza también está rodeada por una estructura en forma de gorra que contiene enzimas hidrolíticas llamadas acrosoma. Las enzimas acrosomales actúan sobre las membranas externas del óvulo, permitiendo que el ADN del esperma acceda a la membrana plasmática del óvulo.

El cuello de los espermatozoides está formado por un par de centriolos. El centríolo proximal ingresa al ovocito durante la fertilización e incluso se duplica dentro del cigoto. El centríolo distal da lugar a estructuras filamentosas que forman la cola de los espermatozoides.

La cola está hecha de flagelos que permiten que esta célula viaje a lo largo del tracto reproductivo femenino, desde el cuello uterino, a través del útero hacia las trompas de Falopio, donde puede ocurrir la fertilización. Esta motilidad es incluso necesaria para especies que se someten a fertilización externa. Los flagelos de esperma contienen un filamento axonemal del citoesqueleto central que está rodeado por 2 vainas fibrosas. El axonema tiene un par de microtúbulos extendidos que median el movimiento a través de proteínas motoras llamadas dineína.

La energía para el movimiento flagelar es proporcionada por mitocondrias dispuestas en espiral en la pieza intermedia tubular. Parte de la energía también se deriva de la glucólisis que se produce en las vainas fibrosas del flagelo. Los carbohidratos necesarios para la glucólisis, la respiración aeróbica y la fosforilación oxidativa se transportan al esperma desde el semen o las membranas mucosas del tracto genital femenino.

El esperma no tiene muchos orgánulos que se ven comúnmente en la mayoría de las células. Por ejemplo, los espermatozoides no tienen un retículo endoplásmico ni ribosomas, ya que la mayor parte de la síntesis de proteínas y lípidos se completa durante la espermatogénesis. Sin embargo, incluso después de un extenso período de diferenciación, los espermatozoides deben someterse a otro proceso llamado capacitación después de la eyaculación, antes de que sean completamente funcionales. Esto generalmente implica cambios en la membrana, activación (y desactivación) de algunas enzimas y modificaciones de proteínas.

Espermatogénesis

Una de las principales diferencias entre los gametos masculinos y femeninos, especialmente en humanos, es su forma de producirse en el cuerpo. La espermatogénesis comienza después de la pubertad en los testículos y puede continuar durante el resto de la vida del individuo, en ausencia de cualquier enfermedad o trastorno. Las ‘células madre’ de los espermatozoides, también conocidas como espermatogonias, pueden dividirse continuamente a través de la mitosis y generar células que se diferencian en espermatozoides maduros después de la meiosis. Cada espermatocito diploide puede resultar en 2 células haploides que portan un cromosoma X y 2 células haploides que contienen un cromosoma Y. Todos estos 4 núcleos permanecen conectados entre sí a través de puentes citoplasmáticos de modo que incluso las espermátidas que tienen un cromosoma Y pueden beneficiarse de las proteínas producidas a partir de la expresión del gen del cromosoma X.

Óvulo

El óvulo (óvulo, plural: óvulos ) es el gameto femenino. Suele ser una célula inmóvil. En aves, reptiles, anfibios e invertebrados, el huevo se fertiliza externamente o se pone antes de que surja un nuevo organismo. En los mamíferos, tanto la fertilización como el desarrollo embrionario ocurren dentro de la hembra.

El óvulo se produce a partir de ovogonias o “células madre” del óvulo a través de un proceso llamado ovogénesis en el ovario. El óvulo no solo se encuentra entre las células más grandes del cuerpo, sino que también está especializado para garantizar una fertilización precisa por exactamente un espermatozoide. El huevo también contiene nutrientes que inicialmente sostienen un cigoto en crecimiento. En muchos organismos, estos nutrientes se ven como una yema grasa y una albúmina rica en proteínas. En los mamíferos, sin embargo, el óvulo se implanta en el útero y obtiene nutrientes directamente del cuerpo de la madre después de las primeras rondas de replicación mitótica.

Membranas protectoras del óvulo

El huevo en los seres humanos contiene dos capas protectoras principales: la corona radiata que contiene células foliculares y la zona pelúcida. La corona radiada puede estar formada por 2 o 3 capas de células, mientras que la zona pelúcida es una membrana clara y gruesa formada por glicoproteínas. La corona radiata debe ser superada enzimáticamente por los espermatozoides antes de llegar a la zona pelúcida. La unión de los espermatozoides a esta membrana de glucoproteína interna induce la liberación de enzimas hidrolíticas del acrosoma. Esto media la fusión de la membrana espermática con la membrana plasmática del óvulo, facilitando la fertilización de los dos núcleos haploides. La liberación de enzimas digestivas y los pasos posteriores se denominan reacción acrosómica y también provoca una respuesta de las membranas del huevo. El óvulo forma una membrana vitelina que evita la entrada de otros espermatozoides.

Determinación del sexo en las aves

En las aves (así como en algunos peces), la hembra produce dos tipos diferentes de huevos, ya que son del sexo heterogamético. Esto significa que una célula somática diploide en aves hembras adultas tiene dos tipos diferentes de cromosomas sexuales. Estos dos cromosomas se denominan cromosomas Z y W para distinguirlos del sistema de determinación del sexo XY. Los machos tienen dos cromosomas Z y, por lo tanto, producen espermatozoides, todos los cuales contienen solo un cromosoma Z. En esencia, es la composición genética del huevo la que determina el sexo de la descendencia, en contraste directo con la genética de los humanos y muchos otros animales.

Aneuploidía

Cada gameto haploide debe tener exactamente la mitad del número de cromosomas de una célula diploide somática. Sin embargo, los errores durante la meiosis pueden resultar en gametos que tienen un número mayor o menor de cromosomas. Cuando tales gametos participan en la fertilización, el cigoto resultante es aneuploide. Muchos cigotos aneuploides no son viables. Es decir, no completan el desarrollo embrionario y resultan en abortos espontáneos. Sin embargo, a veces la aneuploidía puede provocar trastornos que se manifiestan solo después del nacimiento. La más común de ellas es la trisomía 21, también conocida como síndrome de Down. Surge cuando un gameto haploide lleva 2 copias del cromosoma 21, ya sea la molécula de ADN completa o grandes extensiones de ella.

Cuando ocurre la aneuploidía de los cromosomas sexuales, puede resultar en que el individuo tenga más de 2 cromosomas sexuales. A veces, también puede resultar en que una persona tenga solo un cromosoma X en todas sus células. Estos individuos suelen ser estériles y sus características sexuales externas a menudo difieren de su composición genética interna.

  • Axonema : hebra central de filamentos citoplasmáticos que se ven en orgánulos como cilios o flagelos, generalmente formados por microtúbulos.
  • Células foliculares : también conocidas como células de la granulosa, estas células rodean el ovocito en crecimiento dentro del ovario y están pensadas para ayudar al ovocito a responder a las señales hormonales del cuerpo.
  • Espermátidas : células haploides que se forman a partir de espermatocitos a través de la meiosis. Las espermátidas experimentan una mayor diferenciación antes de convertirse en espermatozoides maduros.
  • Cigoto : una célula diploide eucariota formada por la fusión de dos gametos haploides.

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