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Fecondazione: quando la cellula spermatica e la cellula uovo si incontrano

Aggiornamento: 17 gen

La fecondazione è quando una cellula spermatica e una cellula uovo si uniscono per formare una singola cellula chiamata zigote.


Questo articolo aspetta una revisione medica.

Contributori

Scritto da Lea Dörner

Revisionato da Carolin Becker, Marjan Naghdi, Sophie Oppelt

Editato da Juliëtte Gossens

Tradotto da Alessandra Papitto

 

La fecondazione è quando una cellula spermatica e una cellula uovo si uniscono per formare una singola cellula chiamata zigote. Questa cellula contiene informazioni genetiche da entrambi i genitori. È il primo passo nello sviluppo di un embrione. Questo articolo fornirà una spiegazione dettagliata dei meccanismi coinvolti nella fecondazione.


Cosa stiamo trattando






 

Cos'è la fecondazione?

Abbiamo bisogno di due cellule per il processo di fecondazione. Abbiamo bisogno di una cellula spermatica dal sistema riproduttivo maschile, in particolare dai testicoli. Abbiamo anche bisogno di un uovo (chiamato ovulo) dal sistema riproduttivo femminile, in particolare dalle ovaie. Queste due cellule, lo spermatozoo e l'ovulo, si fondono e si uniscono per formare una singola cellula chiamata zigote. Questo zigote è la prima cellula che potrebbe crescere in un embrione (che diventa un bambino). Lo zigote contiene le informazioni genetiche sia dallo sperma che dall'uovo. (1, 2)

In questo articolo, spiegheremo il processo e i meccanismi di fertilizzazione in modo più dettagliato.


Gameti: cosa rende lo sperma e le uova così speciali?

Gli spermatozoi sono prodotti dal sistema riproduttivo maschile. Gli ovuli (la parola per il plurale di ovulo, noto anche come cellula uovo) sono prodotti dal sistema riproduttivo femminile. Queste cellule sono indicate come gameti. Sono altamente specializzati per la riproduzione, che è necessaria per creare un nuovo organismo (un nuovo essere umano!).


La cellula spermatica

Il sistema riproduttivo maschile produce spermatozoi nei testicoli. Queste cellule sono molto piccole e aerodinamiche. Hanno una lunga coda nota come flagello che li spinge in avanti. Questo li rende specializzati per viaggiare attraverso il tratto riproduttivo femminile per raggiungere la cellula uovo. Gli spermatozoi producono molta energia in modo che possano andare avanti. Il materiale genetico, necessario per la fecondazione, si trova solo nella testa dello sperma. Il resto dello sperma viene utilizzato per il movimento. (3, 4)


La cellula uovo

Le cellule uovo, note anche come ovuli, sono le cellule riproduttive femminili e sono progettate per lo sviluppo in un feto. Le cellule uovo sono immagazzinate nelle ovaie. Ogni mese, un uovo viene rilasciato in una delle tube di Falloppio durante l'ovulazione. Se vuoi saperne di più sul ciclo mestruale mensile, puoi leggerlo qui. Se vuoi saperne di più sulla biologia delle cellule uovo, puoi dare un'occhiata a questo articolo.

A differenza degli spermatozoi, l'ovulo è una grande cellula. In effetti, è il più grande del corpo umano! Questo è molto importante, perché l'uovo ha bisogno di immagazzinare molti dei nutrienti e delle proteine di cui un embrione in crescita ha bisogno. Inoltre, l'ovulo ovulato è circondato da uno strato protettivo chiamato zona pellucida. La zona pellucida impedisce a più spermatozoi di fecondare l'uovo. Si assicura che solo uno spermatozoo penetri nello strato e fertilizzi l'ovulo. (3, 4)


Cosa sono i gameti?

Anche se gli spermatozoi e le cellule uovo sembrano diversi, condividono una caratteristica molto importante che è essenziale per le loro capacità riproduttive. Sono entrambi gameti e contengono solo la metà della quantità di DNA rispetto ad altre cellule del corpo umano. Il nostro DNA è una molecola che contiene geni che trasportano le nostre informazioni genetiche. Il nostro corpo ha bisogno di queste informazioni per sapere cosa fare. Poiché i gameti contengono solo la metà della quantità di DNA, sono indicati come cellule aploidi. Le cellule che contengono la "quantità completa" di DNA sono indicate come cellule diploidi. Quasi tutte le cellule del tuo corpo che non sono gameti, sono cellule diploidi. (4, 5)


Mentre lo spermatozoo e la cellula uovo si fondono durante la fecondazione, lo zigote riceve metà del suo DNA dalla cellula uovo e metà dalla cellula spermatica. In questo modo, finisce con un insieme "completo" di DNA e diventa una cellula diploide. Questa caratteristica dei gameti e della fecondazione spiega perché i bambini ereditano le caratteristiche da entrambi i genitori. (4, 6)


This image shows that the gametes, a sperm cell and an egg cell, meet and fuse to form a zygote. The middle image (b) shows that only a single sperm cell can penetrate the protective layer over the egg cell. The zygote contains all DNA from both the egg cell and the sperm cell.
Questa immagine mostra che i gameti (a), una cellula spermatica e una cellula uovo, si incontrano e si fondono (b) per formare uno zigote (c). L'immagine centrale (b) mostra che solo una singola cellula spermatica può penetrare nello strato protettivo sopra la cellula uovo. Lo zigote contiene tutto il DNA sia dalla cellula uovo che dalla cellula spermatica. Immagine di Lea Dörner.

Le fasi della fecondazione

Dopo aver appreso le caratteristiche uniche dello sperma e delle cellule uovo, discutiamo l'effettivo processo di fecondazione e cosa succede quando lo sperma e l'uovo "si incontrano".

La fecondazione può essere suddivisa in 3 fasi: capacitazione, reazione acrosomiale e fusione spermatozoo-uovo, che spiegheremo di seguito.

La capacitazione: preparazione degli spermatozoi

Durante il sesso non protetto tra qualcuno con una vagina e qualcuno con un pene, milioni di spermatozoi vengono rilasciati nella vagina. Da questo momento in poi, lo sperma intraprende un viaggio attraverso il tratto riproduttivo della persona con la vagina. Nuotano attraverso la cervice, verso l'utero e poi nelle tube di Falloppio. Una volta al mese, durante l'ovulazione, una cellula uovo viene rilasciata dalle ovaie in una delle tube di Falloppio (7).


L'uovo nella tuba di Falloppio è il "bersaglio" degli spermatozoi. Sono guidati a destinazione da molecole secrete dalla cellula uovo (8). Questo viaggio è necessario per la fecondazione. Solo la cellula spermatica più veloce può fecondare l'uovo. Ma subito dopo l'eiaculazione, lo sperma non può fecondare un uovo anche se lo ha raggiunto immediatamente. Durante il loro viaggio attraverso il tratto riproduttivo, gli spermatozoi vengono modificati dall'ambiente vaginale in molti modi. Questo è noto come capacitazione. Questo processo comporta cambiamenti chimici causati da piccole molecole, proteine e il livello di acido nella vagina. Il risultato finale è una cellula spermatica che può fecondare un uovo.


In sintesi, la capacitazione può essere descritta come l'attivazione degli spermatozoi da parte dell'ambiente vaginale. Successivamente, la cellula spermatica e la cellula uovo si incontrano. (1, 3)


La reazione dell'acrosomiato: interazione tra spermatozoi e ovuli

Solo circa 200 dei 300 milioni di spermatozoi eiaculati durante il sesso riescono a raggiungere la destinazione desiderata: l'ovulo (cellula uovo). Gli spermatozoi che sono riusciti a raggiungere l'ovulo ora devono sfondare lo strato protettivo chiamato zona pellucida, che circonda l'ovulo. La reazione con cui lo sperma sfonda questa barriera è chiamata reazione acrosomiale. Spiegheremo come funziona.


Quando uno spermatozoo incontra l'uovo, si lega alla sua superficie: la zona pellucida. La zona pellucida è uno strato protettivo che circonda la cellula uovo. È composto da proteine speciali. Questo strato è molto importante nel processo di fecondazione (9). For example, it serves as a barrier between different animal species. This means that a hamster's sperm can’t fertilize a human egg, for instance.


Quando una cellula spermatica raggiunge la zona pellucida, la testa dello sperma rilascia una sostanza chiamata acrosoma. Questa sostanza contiene enzimi (proteine speciali) che aiutano lo sperma a sfondare la zona pellucida per raggiungere l'uovo. L'acrosoma può essere pensato come una "chiave" per la "porta" che è la zona pellucida.


Una volta che uno spermatozoo ha reagito con la zona pellucida, lo strato "si blocca" per tutti gli altri spermatozoi che vengono dopo di esso. Ecco perché in genere solo il primo spermatozoo a raggiungere un uovo feconda l'uovo. Gli spermatozoi che non sono riusciti a fecondare l'uovo semplicemente si rompono. Alla fine, vengono espulsi naturalmente dal corpo. Ora, lo sperma più veloce è pronto a fondersi con l'uovo! (1, 2, 4, 9, 10)


La fusione di spermatozoi e ovuli

Una volta che uno spermatozoo ha subito la reazione acrosomia ed è penetrato nella zona pellucida, può fondersi con l'uovo. Entrambe le cellule sono circondate da un sottile strato di proteine chiamato membrana. Queste membrane si aprono un po 'per consentire al contenuto della cellula spermatica e della cellula uovo di mescolarsi. Durante il processo di fusione, l'intero contenuto dello sperma viene aspirato nell'uovo. Le due cellule si fondono per formare una singola cellula, chiamata zigote. Questo zigote contiene il DNA combinato (geni) dello sperma e della cellula uovo ed è la prima cellula dell'embrione in via di sviluppo. Dopo la fecondazione, lo zigote viaggia lungo la tuba di Falloppio e inizia a dividersi e moltiplicarsi, per impiantarsi infine nella parete dell'utero. È qui che l'embrione può crescere sempre più grande fino a quando non nasce come un bambino. (4, 11)

Tempi di fecondazione

La tempistica è un fattore importante quando si tratta di fecondazione. La finestra fertile, o il lasso di tempo in cui una persona con un utero può rimanere incinta, è limitata a pochi giorni durante ogni ciclo mestruale. Questo perché quando un uovo viene rilasciato durante l'ovulazione, ha una vita breve ed è destinato a morire entro ore o giorni se non fecondato.


D'altra parte, lo sperma può sopravvivere all'interno del sistema riproduttivo femminile per un massimo di cinque giorni. Ciò significa che se qualcuno ovula entro cinque giorni dall'avere rapporti sessuali vaginali non protetti con un uomo o qualcuno con un pene, lo sperma è in grado di fecondare l'uovo e causare una gravidanza (4, 12).


Ricorda che chiunque abbia le parti giuste può rimanere incinta! Se hai testicoli e un pene, puoi mettere incinta qualcuno che ha una vagina, utero e ovaie, anche se stanno assumendo ormoni che affermano il genere come il testosterone, per esempio.


 

In sintesi, gli spermatozoi devono viaggiare a lungo e subire molti cambiamenti prima di poter fecondare una cellula uovo. La cellula uovo è protetta da tutti questi spermatozoi da uno strato speciale. Solo la cellula spermatica più veloce che può sfondare questo strato può fondersi con la cellula uovo. Il risultato è una cellula, lo zigote, che contiene tutti i nutrienti e le informazioni genetiche che la cellula spermatica e la cellula uovo trasportavano. La meraviglia della vita inizia in piccolo!


Da lì, lo zigote può crescere in un embrione, poi in un feto, e infine nasce come un bambino.

 

Referenze


  1. Gupta SK. Role of zona pellucida glycoproteins during fertilization in humans. Journal of Reproductive Immunology. 2015;108:90-7. DOI: 10.1016/j.jri.2014.08.006

  2. Georgadaki K, Khoury N, Spandidos DA, Zoumpourlis V. The molecular basis of fertilization (Review). International Journal of Molecular Medicine. 2016;38(4):979-86. DOI: 10.3892/ijmm.2016.2723

  3. Georgadaki K, Khoury N, Spandidos DA, Zoumpourlis V. The molecular basis of fertilization (Review). International Journal of Molecular Medicine. 2016;38(4):979-86. DOI: 10.3892/ijmm.2016.2723

  4. Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K and Walter P. Molecular biology of the cell. 4th ed. Oxford University Press; 2003.

  5. Jacobs PA. The chromosome complement of human gametes. Oxford reviews of reproductive biology. 1992;14:47-72.

  6. Tosti E, Boni R. Electrical events during gamete maturation and fertilization in animals and humans. Human Reproduction Update. 2004;10(1):53-65. DOI: 10.1093/humupd/dmh006

  7. Holesh JE, Bass AN, Lord M. Physiology, Ovulation. In: StatPearls. StatPearls Publishing, Treasure Island (FL); 2022.

  8. Contreras HR, Llanos MN. Detection of progesterone receptors in human spermatozoa and their correlation with morphological and functional properties. International Journal of Andrology. 2001;24(4):246-52. DOI: 10.1046/j.1365-2605.2001.00294.x

  9. Green DP. Three-dimensional structure of the zona pellucida. Reviews of Reproduction. 1997;2:147-56. DOI: 10.1530/revreprod/2.3.147

  10. Evans JP. The molecular basis of sperm–oocyte membrane interactions during mammalian fertilization. Human Reproduction Update. 2002;8(4):297-311. DOI: 10.1093/humupd/8.4.297

  11. Deneke VE, Pauli A. The fertilization enigma: How sperm and egg fuse. Annual review of cell and developmental biology. 2021;37:391-414. DOI: 10.1146/annurev-cellbio-120219-021751

  12. Wilcox AJ, Dunson D, Baird DD. The timing of the “fertile window” in the menstrual cycle: day specific estimates from a prospective study. BMJ. 2000;321(7271):1259-62. DOI: 10.1136/bmj.321.7271.1259


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