Replicación del ADN

Las dos cadenas de la doble hélice se mantienen juntas por medio de puentes de hidrógeno entre las bases. De manera individual, estos puentes de hidrógeno son débiles y pueden romperse con facilidad. Watson y Crick supusieron que la replicación ocurría por separación gradual de las cadenas de la doble hélice, algo muy semejante a la separación de las dos mitades de una cremallera. Debido a que las dos cadenas son complementarias la una de la otra, cada cadena contiene la información requerida para la construcción de la otra. Una vez que las cadenas se separan, cada una puede actuar como molde para dirigir la síntesis de la cadena complementaria y restaurar el estado de doble cadena. Existen tres modelos de replicación que son:

1. Replicación conservadora o conservativa: Las dos cadenas originales debían permanecer juntas (después de servir como moldes), así como también las dos cadenas sintetizadas de nuevo. Como resultado, una de las cadenas dúplex hijas debía contener sólo el ADN parental, mientras que las otras dúplex hijas, sólo el ADN resintetizado. Por lo que, durante este proceso, se produciría un ADN completamente nuevo durante la replicación.

 2. En la replicación semiconservadora o semiconservativa: Se originan dos moléculas de ADN, cada una de ellas compuesta de una hebra del ADN original y de una hebra complementaria nueva. En otras palabras el ADN se forma de una hebra vieja y otra nueva. Es decir que las hebras existentes sirven de molde complementario a las nuevas.

3. La replicación dispersadora o dispersiva: Las cadenas parentales deben cortarse en fragmentos y las nuevas cadenas sintetizarse en segmentos cortos. Por consiguiente, los fragmentos previos y los nuevos deben unirse para formar cadenas completas. Como resultado, los dúplex hijos contendrían cadenas constituidas por ADN nuevo y antiguo.

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Modelo del ADN

Los científicos en general, no aceptaron el ADN como el material genético hasta 1953, cuando el científico estadounidense James Watson y el científico británico Francis Crick, trabajando ambos en Inglaterra, propusieron un modelo para su estructura que tenía un poder explicativo extraordinario. La historia de cómo se descubrió la estructura del ADN es uno de los capítulos más notables de la historia de la biología moderna

En 1952, James Watson y Francis Crick formaban parte del pequeño grupo de científicos que estaban convencidos de que el ADN era el material genético y de que el conocimiento de su estructura tridimensional les proporcionaría pistas valiosas sobre cómo funcionaba. Trabajando en la Universidad de Cambridge, en Inglaterra, se aproximaron al rompecabezas construyendo modelos en alambre de estructuras posibles. Durante años, se pensaba que el ADN era un polímero largo con un esqueleto de azúcares repetidos (desoxiribosas) y unidades de fosfato y una base nitrogenada unida a cada azúcar. Para construir su modelo Watson y Crick se basaron en que a pH fisiológico las bases A, G, C y T existen en unas formas particulares que permiten la formación de puentes de hidrógeno específicos entre parejas.

Sin embargo, la evidencia experimental más importante, vino del patrón de difracción de rayos X del ADN obtenido por Rosalind Franklin, que estaba trabajando en el King’s College de Londres. La imagen de Franklin indicaba que el ADN era una estructura helicoidal, y basándose en la información proporcionada por esta imagen, Watson y Crick propusieron finalmente un modelo de ADN que consistía en dos hebras entrelazadas, una doble hélice.

En este sentido, en el modelo doble hélice de Watson y Crick, los esqueletos de azúcar fosfato de las dos hebras están en el exterior de la hélice, y las bases miran hacia el interior, hacia el centro de la hélice, formando los escalones de una escalera circular a la que se parece la estructura. La hélice es dextrógira, esto significa que la hélice se curva «hacia arriba» y hacia la derecha (fíjese en que esto es cierto, incluso si se pone el diagrama al revés). Además, contiene diez pares de nucleótidos por vuelta y avanza 0,34 nm por cada par de nucleótidos. Consecuentemente cada vuelta completa de la hélice añade 3,4 nm a la longitud de la molécula. El diámetro de la hélice es de 2 nm. Esta distancia es demasiado pequeña para dos purinas y demasiado grande para dos pirimidinas, pero se ajusta bien para una purina y una pirimidina, de acuerdo con las reglas de Chargaff.

En otras palabras, se necesita el par purina-pirimidina por consideraciones estéricas. Las dos hebras se sostienen por puentes de hidrógeno entre las bases de hebras opuestas. Además, los puentes de hidrógeno que mantienen juntas las dos hebras de la doble hélice sólo ajustan cuando se forman entre la base adenina (A) en una de las cadenas y timina (T) en la otra, o entre la base guanina (G) en una cadena y citosina (C) en la otra. Esto significa que la secuencia de bases en una cadena determina la secuencia de bases de la cadena opuesta; además, se dice que las dos cadenas de la doble hélice de ADN son complementarias. Ese modelo explica por qué Chargaff había observado que las moléculas de ADN contienen cantidades iguales de las bases A y T que de las bases G y C.

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ADN

Solomon, Berg y Martin (2013) mencionan que es un ácido nucleico de cadena doble; contiene información genética codificada en secuencias específicas de los nucleótidos que lo constituyen. Por otra parte, Becker, Kleinsmith y Hardin (2007) dicen que:

Es una macromolécula depositaria de la información genética; está formado por nucleótidos, a su vez formados, por desoxirribosas fosfato unidas a adenina, timina, citosina o guanina; forma una doble hélice mantenida por la complementariedad de bases entre adenina y timina y entre citosina y guanina.

Se puede decir que, el ácido desoxirribonucleico (ADN) es una macromolécula que constan de dos cadenas de nucleótidos enrolladas sobre sí mismas, formando una doble hélice, y en la que se almacena y codifica la información genérica de cada organismo. Además, el orden y la posición de las bases nitrogenadas es lo que determinará los genes que se expresan en el individuo. Por esa razón, el análisis del ADN y sus partes sirve para identificar a qué individuo o ser pertenece.

Por otra parte, este se encuentra en la mayoría de las células, exceptuando algunas como los glóbulos rojos. No obstante, en las células procariotas se halla en el citoplasma, y en las eucariota está encerrado en el núcleo, las mitocondrias y los cloroplastos. Sin embargo, en algunos virus, como el de la hepatitis B, poseen también ADN como parte de su estructura.

Es de acotar, que el ADN es una molécula muy larga que se enrolla y empaqueta en estructuras llamadas cromosomas. Y cada ser vivo tiene un número determinado de cromosomas según su especie, por ejemplo, el ser humano tiene 46 cromosomas, el perro 78, y el arroz 24.

Composición

Se sabía que la unidad básica para construir ADN era un nucleótido, que consiste en un azúcar de cinco carbonos conocido como desoxirribosa, al cual se fijaba un fosfato esterificado en la posición 5′ del anillo de azúcar y una base nitrogenada en el sitio 1′. Existen dos tipos de bases nitrogenadas presentes en un ácido nucleico, las pirimidinas, que contienen un solo anillo, y las purinas, las cuales poseen dos anillos. El ADN contiene dos diferentes pirimidinas, la timina (T) y la citosina (C), y dos distintas purinas, guanina (G) y adenina (A). Se sabía que los nucleótidos estaban unidos de forma covalente el uno con el otro y formaban un polímero lineal o cadena, con un esqueleto compuesto de azúcares que se alternaban y grupos fosfato unidos por enlaces del tipo 3′-5′ fosfodiéster. Es de mencionar, que las 2 hebras o cadenas de nucleótidos que forman el ADN son complementarias, esto significa que las bases nitrogenadas de ambas cadenas se unen entre sí. Se sabía que los nucleótidos estaban unidos de forma covalente el uno con el otro y formaban un polímero lineal o cadena, con un esqueleto compuesto de azúcares que se alternaban y grupos fosfato unidos por enlaces del tipo 3′-5′ fosfodiéster. En este sentido, la adenina se une a la timina por dos puentes de hidrógeno, y la citosina y la guanina se unen por tres puentes de hidrógeno. Se presuponía que las bases unidas a cada azúcar se proyectaban desde el esqueleto y semejaban una columna de estructuras apiladas.

Funciones

Desde la primera vez que los biólogos consideraron al ADN como material genético, definieron tres funciones principales que debía cumplir:

1. Almacén de la información genética: Como material genético, el ADN debe contener un registro grabado de instrucciones que determina todas las características heredables que un organismo puede exhibir. En términos moleculares, el ADN debe contener la información para el orden específico de aminoácidos de todas las proteínas que sintetiza el organismo.

2. Replicación y herencia: El ADN debe contener la información para la síntesis de nuevas cadenas de ADN (replicación). Su replicación permite que las instrucciones genéticas se transmitan de una célula a sus células hijas y, de esta forma, de un individuo a su descendencia.

3. La expresión del mensaje genético: El ADN es más que un centro de almacenamiento; también funge como director de la actividad celular. Por consecuencia, la información codificada del ADN tiene que expresarse de alguna forma que tome parte en los sucesos internos de la célula. De manera más específica, la información en él debe usarse para dirigir el orden por medio del cual los aminoácidos específicos se incorporan dentro de una cadena polipeptídica.

Tipos

Además del ADN nuclear que da forma al individuo como tal, hay otros tipos de ADN que merecen mencionarse:

a) El Recombinante: En biología molecular, el ADN recombinante es un ADN construido con partes de ADN de diferentes especies biológicas.

b) El Mitocondrial: Las mitocondrias poseen su propio ADN con estructura circular. El material genético mitocondrial es heredado exclusivamente por la parte materna. Este fue descubierto por Margit M. K. Nass y Sylvan Nass empleando el microscopio electrónico y un marcador sensitivo al ADN mitocondrial.

c) El Cloroplástico: Los cloroplastos contiene también su propio ADN. Estos organelos son los encargados de llevar a cabo la fotosíntesis en las células vegetales.

d) Plásmido Bacteriano: Son pequeños fragmentos circulares de ADN que pueden ser transmitidos entre bacterias.

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  Replicación

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Diferencias entre Gametos Masculinos y Femeninos

Forma: El espermatozoide es alargado, con una cabeza redondeada, un cuello y una cola. Mientras que, el óvulo es redondo.

Tamaño: El espermatozoide es más pequeño que el óvulo.

Lugar de producción: Los espermatozoides se producen en los testículos y los óvulos se producen en los ovarios. Y el proceso de formación de gametos se llama gametogénesis, en los hombres se llama espermatogénesis y en las mujeres ovogénesis.

Producción

Los gametos masculinos son producidos desde la pubertad del hombre hasta el momento de su muerte, en grandes cantidades, por lo que a diferencia de la mujer, los hombres estarán en constante producción de gametos. En cambio, los gametos femeninos la ovogénesis comienza mucho antes del nacimiento, durante del desarrollo fetal temprano, células germinativas primordiales migran desde el saco vitelino hacia los ovarios. Una vez allí se diferencian en ovogonios, estas son células madres diploides (2n), que se dividen por mitosis para formar millones de células germinativas. Incluso antes del nacimiento, la mayor parte de estas células se degeneran por medio de un proceso conocido como atresia, que es la degeneración y reabsorción de un folículo ovárico antes de que termine la maduración y se rompa.

Así mismo, algunas se desarrollan para formar células de mayor tamaño, los ovocitos primarios, que entran en la profase de la meiosis I durante el desarrollo fetal, pero no completan esta fase sino hasta la pubertad. Por lo tanto, al momento del nacimiento, en cada ovario se encuentran de 200.000 a 2.000.000 de ovocitos primarios aproximadamente, de los cuales, aproximadamente 400.000 siguen presentes al alcanzar la pubertad y alrededor de 400 podrán madurar y ser ovulados durante la vida fértil de la mujer.

Senescencia

En los gametos masculinos la cifra de espermatozoides que expulsa el macho de una especie es una primera indicación de lo difícil que resulta alcanzar el óvulo. Hay otros factores que podrían influir en la suerte que corran los espermatozoides.

En un ser humano normal, una dosis normal de semen no contiene más de unos 180 millones de espermatozoides. Los mismos viven de medias 24 horas, aunque es posible que lleguen a fecundar el óvulo después de tres días. En los peces, los machos y las hembras no copulan sino que expulsan al agua los huevos y el esperma. En estos casos, el número de espermatozoides no supera en mucho al número de huevos. En los cerdos, la eyaculación es de unos 200 ml, con una concentración de 100.000 espermatozoides/mm³.

En el caso de las aves, el número de espermatozoides está directamente relacionado con lo libidinosa que sea la hembra, por efecto de lo que los biólogos denominan “competencia espermática”. Tal como suena: los espermatozoides de machos distintos compiten entre sí para fecundar los huevos. Ésa es la razón de que un pájaro no más grande que un puño necesita eyacular más de 8.000 millones de espermatozoides.

Entre los humanos, por ejemplo, solo sobrevive el 10 % de los espermatozoides antes de llegar a las trompas de Falopio, dado el ambiente ácido de la vagina. Tras introducirse en el cuerpo de la mujer, el esperma suele seguir siendo fértil entre 48 y 72 horas, pero sólo en las condiciones ideales, es decir, durante los días de la ovulación, que es cuando el pH vaginal está por encima de 6, que es el pH durante el resto de los días (el grado de acidez del ambiente ideal para un espermatozoide es de 7-7,5, y la temperatura: entre los 37 ºC y los 37,5 ºC.)

En los conejos, una hora después de la cópula se congrega en el cuello del útero un ingente ejército de leucocitos; en la mujer, el ejército se concentra en apenas quince minutos después de la cópula y a las cuatro horas suma una fuerza de más de mil millones de células. Para cuando los espermatozoides alcanzan las trompas de Falopio, que es el lugar donde pueden encontrarse con algún óvulo, su número ha quedado reducido de muchos millones a unos pocos centenares.

En cambio, en los gametos femeninos la supervivencia de los huevos no fecundados es siempre limitada, tanto si se trata de animales en los que la reproducción tiene lugar en el interior de las vías femeninas como en animales de fecundación externa. La supervivencia nunca es superior a algunos segundos o minutos en los animales acuáticos y llega a un máximo de 3-4 horas para el huevo de ascidia.

Una ligera disminución del pH o de la tasa de calcio en el agua, permite prolongar el periodo de fecundación de los huevos de animales marinos. En la estrella de mar los huevos no fecundados sobreviven 5 veces más de lo que le es normal, si son colocados en agua de mar esterilizada. La acción citolítica de las bacterias no se manifiesta si no después de haber transcurrido un cierto periodo de inmunidad; en efecto los huevos colocados en un medio rico en microorganismos sobreviven más tiempo que en condiciones normales.

Por otro lado, en los peces elasmobranquios, los reptiles y las aves en los cuales los espermatozoides deben ascender hasta la región superior de los oviductos, la fecundación debe consumarse en los minutos que siguen a la ovulación. En el salmón y en la mayoría de los peces el huevo no es fecundable más que los 15-20 minutos que siguen a su emisión en el agua. El ovulo de mamífero puede sobrevivir hasta un día entero después de la ovulación, pero no más de 4 horas en la coneja y la yegua, unas 10 horas en la rata, de 4-8 horas para el caso del ratón. La supervivencia del ovulo humano, no llega a sobrepasar un plazo de 24 horas o quizás meno después de la puesta ovárica. El óvulo de la perra conserva su fecundidad de 4-5 días y puede que incluso una semana.

Movilidad

En los gametos masculinos es la capacidad de los espermatozoides para moverse rápido y en línea recta. Para llegar hasta un óvulo y fertilizarlo, un espermatozoide debe serpentear y nadar. La movilidad espermática se clasifica de la siguiente manera: Tipo A movilidad progresiva, rápida y rectilínea; Tipo B movilidad progresiva, pero lenta; Tipo C los espermatozoides se mueven, pero no avanzan y Tipo D espermatozoides inmóviles.

No obstante, la forma de movimiento simétrico es solo una ilusión óptica que ha desenmascarado un equipo de investigadores, gracias a las matemáticas y la microscopía en 3D de alta precisión. La revista Science Advances acaba de publicar un estudio donde se comunica por primera vez, a diferencia de lo históricamente admitido científicamente, que el movimiento flagelar del espermatozoide humano es asimétrico cuando se observa en tres dimensiones.

Este estudio firmado por investigadores mexicanos del Instituto de Biotecnología de la UNAM y de la Universidad de Bristol en Reino Unido, se logró gracias al desarrollo de microscopía que obtiene datos en 3 dimensiones en el tiempo, incluida una cámara de súper alta velocidad que puede grabar más de 55.000 fotogramas por segundo. Esta tecnología permitió describir la forma del movimiento flagelar. Los investigadores descubrieron que el flagelo de los espermatozoides se encuentra “torcido” y solo se mueve de un lado, mientras que la cabeza del espermatozoide debe girar sobre sí misma para poder desplazarse recto. “La rotación de los espermatozoides es algo muy importante. Es algo que permite que los espermatozoides recuperen una simetría y realmente puedan ir en línea recta, han encontrado una forma inteligente de adaptarse” comentó  Hermes Gadelha, jefe del Polymaths Laboratory del departamento de ingeniería matemática de la Universidad de Bristol.

Este descubrimiento echa por tierra, más de 300 años después, las observaciones de Antonie van Leeuwenhoek, quien usó uno de los primeros microscopios para describir el esperma humano como si tuviera una “cola que, al nadar, se mueve como una serpiente, como las anguilas en el agua”.

En otro orden de ideas, para la correcta evaluación de la movilidad, el espermograma debe haber sido hecho en las primeras 2 h de haberse producido el eyaculado, a un mayor intervalo de tiempo desde la eyaculación se hallará un menor porcentaje de espermatozoides móviles. Se considera normal cuando el 50 % de los espermatozoides o más presentan una movilidad progresiva rápida (categoría a). La disminución de la movilidad se denomina astenozoospermia, puede ser un hallazgo aislado en el espermograma o acompañarse de alteraciones en la concentración y morfología normal de los espermatozoides (que es lo más común), en este último caso indica un daño global de la espermatogénesis.

La disminución de la movilidad espermática tiene múltiples causas que no son posibles diagnosticar por el simple análisis seminal y en la mayoría de los casos tampoco es posible establecer un pronóstico por este examen. Una excepción a lo dicho anteriormente es el hallazgo de una movilidad menor del 5 % o incluso nula por completo, asociada a densidad, morfología y viabilidad espermática normal o muy cercanas a lo normal, en este caso es muy probable se trate de un síndrome de cilias inmóviles, trastorno de causa genética que es irreversible y que por tanto hasta el presente los pacientes son definitivamente estériles; el diagnóstico de certeza se realiza por medio de la microscopia electrónica.

Sin embargo, en los gametos femeninos los óvulos no tienen movilidad propia, pero se desplazan por las trompas de Falopio hasta el útero gracias a las contracciones y dilataciones del útero. Asimismo,  el transporte de los óvulos se produce gracias a el movimiento de los cilios epiteliales del oviducto y a la contracción de las células musculares del oviducto. Es de acotar, que ambos movimientos dependen de la presencia de estrógenos y progesterona.

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Características de ciertos Espermatozoides

El aspecto general descrito en la publicación de Partes del Espermatozoide, se refiere a los espermatozoides de mamíferos, en ellos y en particular en el caso del hombre, la base de la cabeza espermática aparece más oscura. Esta zona denominada cofia posterior o cofia lipídica por oposición a la cofia acrosómica anterior, reacciona fuertemente a la impregnación argéntica; parece estar constituida por una doble membrana aplicada contra el núcleo. Mucho más resistente a la torsión que el acrosoma, presenta un límite superior que lo separa de éste, señalado por un anillo que queda en medio de la cabeza espermática y que se colorea con una intensidad variable. La cofia posterior se originaría de los gránulos argentófilos que nacen al nivel de acrosoma y se distribuirían a continuación hasta el límite posterior del núcleo.

Estos espermatozoides poseen a menudo una gotita citoplasmática localizada en la zona del cuello o de la pieza intermedia. Esta formación denominada a menudo equilibrador, provendría, o bien del citoplasma de la espermátida o bien de las células de Sertoli; esta gotita contiene una pequeña cantidad de ARN y de elementos golgianos.

En otro orden de ideas, existe una enorme diversidad en la forma de los espermatozoides en el reino animal; como por ejemplo, los espermatozoides gigantes, incluso más largos que el propio animal, como se observa en la mosca de la fruta; donde la mosca mide solo medio centímetro de largo y su esperma puede alcanzar los 6 centímetros de longitud.

No obstante, los espermatozoides de muchos anfibios presentan una membrana ondulante a todo lo largo del flagelo; esta membrana debe aumentar la superficie de la cola y por tanto incrementar su eficacia. Al microscopio electrónico las imágenes muestran la estructura clásica de un flagelo con los nueve pares de filamentos envolviendo el doble filamento axil. En el plano de este último se proyecta un material muy denso, incluido en la membrana flagelar, que corresponde a la membrana ondulante. 

En este sentido, la presencia de espermatozoides multiflagelados y espermatozoides que carecen completamente de flagelos es otra forma de diversidad. Parece que potencialmente un espermatozoide flagelado puede producirse en mayor número y es menos costoso de producir, tanto en términos de energía como de tiempo en comparación con los espermatozoides multiflagelados. Además, la selección puede, por lo tanto, favorecer a los espermatozoides que perdieron el flagelo en taxones monándricos, donde un solo macho está disponible para un grupo de hembras, por lo tanto, la competencia por los espermatozoides estaba ausente y donde la selección sexual no es un factor.

En cuanto a los espermatozoides de los mamíferos, que son característicamente diminutos, pero varían en longitud, desde 28 μm en el puercoespín hasta 349 μm en la zarigüeya de miel, y la longitud promedio de los espermatozoides en humanos, monos y ratas es de 60 μm, 70 μm y 160 μm, respectivamente. El amplio espectro de variación en tamaño y número muestra una leve relación con la presencia o ausencia de selección sexual para especies determinadas.

Por lo tanto, explicar estas diversidades morfológicas en los espermatozoides es una cuestión difícil y parece que los biólogos evolutivos sólo recientemente se han dedicado a explorar sus vínculos y patrones. De la literatura parece que no hay una relación causal entre el tamaño de los espermatozoides y el tamaño de los testículos, sin embargo, el conocimiento acumulado indica que la evolución de la morfología de los espermatozoides a través de las especies tiene algunas asociaciones con el tracto reproductivo femenino, la competencia espermática y el tamaño y número de los espermatozoides.

Pero, la interpretación de estos resultados para correlaciones filogenéticas debe abordarse con cautela. Estudios adicionales con un enfoque multidisciplinario arrojarían más luz sobre esta ciencia. La adaptabilidad evolutiva colectiva de los gametos masculinos en un organismo determina la supervivencia de las especies y luego se lanzan a una lucha entre sí para lograr un coito exitoso.

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Partes del Espermatozoide

Tortora y Derrickson (2013) dividen al espermatozoide en dos partes cabeza y cola, la cual ésta a su vez se divide en cuatro partes: cuello, pieza intermedia, pieza principal y pieza terminal.

Sin embargo, Espejo, Barranquero, Azaña, y Salvador (2024) mencionan que consta en tres partes: cabeza, pieza intermedia y cola.

Por otro lado, Sánchez (2022) describe que se compone en tres partes que son: axonema, cabeza y flagelo que se puede dividir en tres piezas que son: media, principal y final.

En relación a lo mencionado, se estructura el espermatozoide en 4 partes que son:

1. Cabeza: Es alargada, aplanada y ovalada, se ensancha en su parte posterior, por lo que presenta una forma piriforme o de espátula. Posee una longitud de 465 milésimas de milímetro, es decir, mide de 4 a 5 micras de largo. En ella se pueden diferenciar las siguientes partes:

a) Acrosoma: Es una estructura membranosa derivada del aparato de Golgi; es una vacuola o vesícula, la cual contiene enzimas hidrolíticas (acrosina y hialuronidasa, principalmente), tiene forma de capuchón o sombrero que ocupa los dos primeros tercios del volumen total y se encuentra en el extremo del espermatozoide. Contiene enzimas proteolíticas que ayudan a deshacer la zona pelúcida del óvulo para poder penetrar en su interior sin problemas y así lograr la fecundación. 

b) Núcleo: A menudo es alargado y de aspecto compacto a consecuencia del extraordinario desarrollo alcanzado por los acrosomas. En él es donde se lleva la mitad de la información genética del futuro embrión; este material genético está en forma de cromosomas repleto de ADN; el cual los 23 cromosomas permanecen muy condensados. No obstante, esta parte es la única que entra dentro del óvulo y, por ello, es la más importante del espermatozoide. Su función es fusionarse con el núcleo del óvulo para completar la dotación genética del nuevo ser y determinar el sexo de la descendencia.

c) Membrana plasmática: Es la que rodea al acromosoma y al núcleo para separarlos del resto de cuerpo del espermatozoide. En su interior se encuentra una pequeña cantidad de citoplasma con altos niveles de ácidos grasos polinsaturados.

2. Cuello: Es la región estrecha inmediatamente posterior a la cabeza que contiene los centriolos; éstos forman los microtúbulos, que van a conformar las porciones restantes de la cola. Asimismo, esta está constituida por una pequeña cantidad de citoplasma y el centrosoma, que está situado cerca del núcleo. Su longitud es de pocas milésimas de milímetros. Representa la parte fundamental del citoplasma, que en la fecundación es transferida al óvulo junto con la cabeza del espermatozoide.

3. Pieza o Porción Intermedia: Mide entre 6 y 12 micras, es un poco más larga que la cabeza y su grosor apenas es visible al microscopio. En su interior existen miles de mitocondrias que se encargan de proveer la energía (ATP) necesaria para producir el movimiento flagelar que permite la locomoción del espermatozoide hacia el sitio de fecundación y el metabolismo celular. A este nivel las mitocondrias se encuentran en espiral alrededor del filamento axial, uniendo el centriolo distal al anillo de Jensen.

4. Cola o Flagelo: Es una estructura delgada y larga, que está formada por el filamento axial, que parte del centrosoma, llamado también apéndice caudal o protoplasma. Su cuya función principal es permitir la movilidad espermática mediante su movimiento ondeante o serpenteante; su movimiento es estimulado por la acción de un líquido segregado por la próstata; y su longitud es de 50 micras aproximadamente, lo cual permite una velocidad de nado de alrededor de 3 milímetros por minuto o 60 micras por segundo.

Es de mencionar, que la estructura central y motora que propicia el movimiento del flagelo, es el axonema, el cual se extiende desde la pieza de conexión hasta la pieza terminal; su composición está dada por microtúbulos, los cuales están constituidos por proteínas llamadas tubulinas. Es una estructura conformada por nueve pares de microtúbulos (A y B) que rodean a un par central en estructura 9x2. 

Cada par de microtúbulos se une entre sí, anclándose a cada microtúbulo A, a partir de una proteína que le proporciona soporte y elasticidad llamada nexina Otros componentes que brindan soporte al axonema son los brazos radiales, los cuales son puentes en forma de “T” que están unidos al microtúbulo A en cada par; apuntan hacia el par central del axonema, anclándose en la vaina proteica que lo rodea.

Asimismo, la estructura del axonema tiene un complejo de 10 cadenas de proteínas, de las cuales se diferencian un brazo de dineína externo y un brazo de dineína interno. La dineína se encuentra anclada en los microtúbulos A; la dineína externa se encarga de determinar la velocidad máxima de desplazamiento, mientras que la interna proporciona la forma de la onda flagelar, regula la simetría y, además, aporta la fuerza adicional para mantener la velocidad del espermatozoide.

Por lo tanto, la dineína tiene un papel fundamental en el movimiento flagelar, puesto que es la responsable de la conversión de energía química (ATP) en mecánica para la movilidad. El axonema está rodeado por unas proteínas llamadas fibras densas externas y por la vaina fibrosa; sin embargo, no cubren al axonema en todo el flagelo, sino que se limitan a determinadas regiones, por lo que la pieza final carece tanto de fibras densas externas como de vaina fibrosa.

Es de acotar, que la dineína es la proteína motora principal que compone al axonema; sin embargo también existen moléculas chaperonas, proteínas fijadoras de Ca2+ y proteínas cinasas/fosfatasas. Desde el cuello hasta la pieza principal del espermatozoide, el axonema se encuentra rodeado por las fibras densas externas y a nivel de la pieza final, únicamente prevalece el axonema. Las fibras densas externas se encuentran rodeadas por las mitocondrias en la pieza media y rodeada por la vaina fibrosa en la pieza principal las cuales contribuyen al movimiento del flagelo.

En otro orden de ideas, el flagelo comprende dos regiones:

a) La parte principal anterior: Es el segmento más largo y está envuelto por una débil membrana citoplasmática, así mismo, se encuentra íntimamente relacionada con el batido flagelar. Dentro de la pieza principal, se pueden distinguir dos estructuras:

*Ánulo o anillo de Jensen: Es la estructura interna que divide a la pieza media y a la pieza principal.

*Vaina fibrosa: Es una estructura del citoesqueleto que se encuentra rodeando al axonema y a las fibras densas externas. Se trata de dos columnas longitudinales que se ensamblan a lo largo de la espermiogénsis. La vaina fibrosa influye en el grado de flexibilidad, el movimiento flagelar y la forma del batido flagelar de los espermatozoides.

b) La parte terminal posterior: Es la porción final donde se estrecha, y está desprovista totalmente de película citoplasmática, por lo que la única estructura que permanece es el axonema. Es de señalar, que se considera a la cola como la única región ondulante responsable de los desplazamientos del espermatozoide. Y, cualquier alteración ella que impida el movimiento progresivo de los espermatozoides será motivo de infertilidad masculina.

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Espermatozoide

Espejo, Barranquero, Azaña, y Salvador (2024) dicen que es la célula sexual masculina que se produce en los testículos del hombre a través del proceso conocido como espermatogénesis. Por otra parte, Zimmermann (1997) menciona que es una pequeña célula delgada, cuya forma recuerda a la de un renacuajo. Su aspecto es más o menos alargado. Aguilera, Zarzuelo y otros (2006) mencionan que son células muy diferenciadas. Su característica más llamativa es el gran flagelo que emplean para desplazarse. Son mucho más pequeños que el óvulo y constan de tres partes: cabeza, cuello y cola.

En este sentido, los espermatozoides también son conocidos con el nombre de gameto masculino, y son aquellas células sexuales haploide portadoras de material genético paterno, son tan diminutos que no pueden verse sin un microscopio, su tamaño es alrededor de 50 a 60 micras de largo y contiene distintas estructuras específicamente adaptadas para poder alcanzar y penetrar a un ovocito secundario.

Es de acotar, que si se compara con las células somáticas, es mucho más pequeño que éstas, es por esta razón por la que al espermatozoide se le conoce también por el nombre de microgameto. Comparado con el óvulo, el espermatozoide es unas veinte veces más pequeño que éste.

Por otro lado, se desplaza a una gran velocidad, relativa a su tamaño, mediante rápidas vibraciones de una especie de látigo llamado flagelo. Si se les observa al microscopio se descubre que nadan apretadamente, agitándose mucho. Además, se originan en los testículos a partir de la pubertad de manera continua, hasta aproximadamente los sesenta o setenta años.

Asimismo, se sitúan en el escroto a una temperatura ligeramente inferior a la del cuerpo, y si la temperatura es superior se puede interrumpir la producción de espermatozoides o éstos pueden degenerarse.

Por otra parte, cada emisión de semen o eyaculación suele contener entre 20 y 600 millones de espermatozoides. La eliminación, así como la producción de estas células, es continua (aunque no cíclica como ocurre en el ciclo fisiológico sexual femenino). Se calcula que un hombre, a lo largo de su vida, produce un billón de espermatozoides.

Tiempo de Vida

Los espermatozoides pueden vivir durante varios meses dentro de los testículos, pero fuera del cuerpo, la tasa de supervivencia es mucho menor y depende de ciertas condiciones y circunstancias.

En este sentido, en los testículos la formación de los espermatozoides tarda entre 64 a 75 días, y cuando termina dicho proceso estos gametos permanecen en las gónadas durante unas semanas. Y si no se eyaculan, los espermatozoides mueren y el cuerpo los reabsorbe.

Por otro lado, dentro del cuerpo de una mujer, los espermatozoides pueden vivir en el aparato reproductor femenino hasta cinco días. Aunque esto depende de las condiciones apropiadas. Cerca del pico de fertilidad, el cuerpo femenino puede potenciar la supervivencia de los espermatozoides al producir un tipo de moco cervical que los protege y facilita su ingreso a las trompas de Falopio, donde tiene lugar la fecundación. En relación a lo mencionado, entorno al momento de la ovulación, el pH vaginal aumenta hasta llegar a 7-7.5 que es neutro, por lo que los espermatozoides depositados en esta etapa, pueden llegar a vivir de 2 a 5 días en su interior, pero fuera del período ovulatorio, mueren pasados unos 20-30 minutos, debido a que el pH vaginal está por debajo de 6 que es ácido, lo que provoca su destrucción.

Por otra parte, fuera del cuerpo los espermatozoides no pueden sobrevivir durante mucho tiempo sin calor ni humedad, por lo que, suelen morir pocos minutos después de exponerse al aire o quedar sobre una superficie seca o la piel. Asimismo, los espermatozoides tampoco sobreviven en el agua. Si se tiene relaciones sexuales sin protección en el agua, hay riesgo de embarazo, pero un mujer no puede quedar embarazada solo por estar sumergida en una piscina o jacuzzi, porque los espermatozoides se esparcirán en el agua y se separarán de los fluidos que los protegen y, además, cualquier jabón o producto químico que esté en el agua los matará rápidamente.

No obstante, cuando el esperma se almacena en un criobanco a una temperatura permanente de menos 196 grados centígrados, este puede sobrevivir durante tiempo indeterminado. En los Estados Unidos y el Reino Unido, los bancos de esperma suelen permitir que los donantes almacenen semen congelado durante un período de hasta 50 años.

Descubrimiento

Anton van Leeuwenhoek fue la primera persona que describió el espermatozoide en el año 1677. Leeuwenhoek observó los espermatozoides en su propia eyaculación y quedó impactado por los “animálculos” que vio retorciéndose.

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  Partes

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  Funciones

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  Producción

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  Recorrido

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  Otras Características

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Estructuras del Óvulo

a) Núcleo: También llamado vesícula germinativa o de Purkinje. Contiene la herencia que la madre aportará al hijo. Un óvulo humano, al igual que un espermatozoide humano, encierra 23 cromosomas, es decir, la mitad de los elementos necesarios para la formación de una célula humana. Habitualmente ocupa una posición excéntrica dentro del conjunto del óvulo. Los núcleos que poseen se conocen con el nombre de manchas germinativas.

b) Citoplasma: Contiene sustancias nutritivas, también se le llama vitelo o protoplasma celular. La distribución de los granos de vitelo en el citoplasma nunca es totalmente homogénea. Alrededor del núcleo escasea. Por ello, a esta zona se le llama citoplasma puro, mientras que el resto se llama deutoplasma. Existen dos tipos de vitelo:

*Vitelo activo o formativo: Este tipo se segmenta y da lugar a la formación de otro ser al juntarse el gameto masculino y el femenino.

*Vitelo alimenticio: Es utilizado por las primeras células que se forman como material nutritivo. Gracias a él el óvulo se alimenta durante las horas siguientes a su salida del ovario. En la especie humana, en comparación con otros animales, el óvulo contiene poco vitelo, ya que éste, que es la reserva nutritiva del futuro embrión, no resulta necesario al ser humano, pues el alimento le llega al feto a través de la circulación placentaria.

c) Capas: Posee 3 capas celulares protectoras, la cuales son sobrepasadas por los espermatozoides durante la fecundación.

1. La corona radiada: Es la más externa formada por células que nutren al ovocito. Consiste en dos o tres capas de células foliculares unidas a la capa protectora más externa del óvulo, la zona pelúcida. Su propósito principal es proveer de proteínas a la célula huevo. La corona radiada aparece durante la ovulación, pero puede desaparecer después de la fertilización. 

2. La zona pelúcida: Es la capa intermedia, formada por proteínas encargadas de reconocer a los espermatozoides, su espesor es de aproximadamente unas doce micras y está compuesta por una mucoproteína ácida de pH 3 - 5. Está no es de origen ovular, sino que está formada por células, llamadas foliculares, que rodean al óvulo separándolo del espacio peri-vitelino. Está compuesta por varias glicoproteínas agrupadas en tres familias: ZP1, ZP2 y ZP3, según sus propiedades inmunológicas y funcionales. La zona pelúcida se encarga de la protección del Ovocito y pre-embrión en sus primeros días de desarrollo, confinándolo en un volumen pequeño. Nuevas investigaciones llevadas a cabo demuestran que las glicoproteínas que la forman poseen receptores para los espermatozoides facilitando la fecundación. También tienen un papel en la reacción acrosómica induciendo la misma. El endurecimiento posterior a la entrada del espermatozoide debido a una segunda despolarización de la membrana (provocada por iones de calcio) es fundamental para el bloqueo poli espermático.

3. La membrana plasmática: La cual es sobrepasada solamente por un espermatozoide. Es transparente y elástica, llamada también membrana vitelina.

Es de mencionar, que los óvulos del grupo de los poríferos poseen únicamente la membrana plasmática, mientras que en los mamíferos aparece la pelúcida. En algunas ocasiones existe una membrana terciaria llamada albúmina, que corresponde a la cáscara de los huevos de los reptiles y las aves.

d) Gránulos Corticales: Son orgánulos esféricos de pequeño tamaño (entre 100 y 200 nm de diámetro) que están presentes en el citoplasma de los gametos femeninos. Están delimitados por una membrana simple y en su interior se almacenan sustancias de carácter glicoproteico, entre las que se encuentran fundamentalmente enzimas hidrolíticas y sacáridos.

Una vez que el ovocito ha sido penetrado por un espermatozoide se produce la reacción cortical, que consiste en la exocitosis de los gránulos corticales, los cuales se encuentran justo debajo de la membrana plasmática del óvulo. Cuando el espermatozoide fertilizador entra en contacto con la membrana plasmática del óvulo, hace que el calcio se libere de los sitios de almacenamiento en el óvulo, lo cual ocasiona el aumento de la concentración intracelular de calcio libre. Esto desencadena la fusión de las membranas de gránulos corticales con la membrana plasmática del óvulo, liberando el contenido de los gránulos en el espacio extracelular. Este proceso tiene dos efectos principales: 

*Previene la poliespermia, debido a que el contenido de los gránulos corticales modifica la zona pelúcida, haciéndola impermeable a otros espermatozoides.

*Activa el óvulo, puesto que la liberación de enzimas desencadena la división celular y la formación del embrión.

e) Mitocondrias: Las mitocondrias generan energía para la célula. Los óvulos contienen una gran cantidad de mitocondrias, que son heredadas exclusivamente de la madre.

f) Corpúsculo Polar: Es una célula pequeña no funcional que se produce durante la meiosis de los ovocitos y que contiene el material genético sobrante, otras características pueden ser: 

*Es un subproducto de la ovogénesis.

*Se produce en número variable.

*Contiene núcleo, pero su citoplasma es escaso.

* Es una imagen especular del ovocito desde el punto de vista cromosómico. 

*Cualquier anormalidad numérica cromosómica del corpúsculo polar también está reflejada en el ovocito.

*La aparición del primer corpúsculo polar indica que el óvulo está maduro y es apto para fecundar.

*Se produce durante la división celular de la meiosis, que reduce a la mitad el material genético del ovocito. 

*Aparece después de la primera fase de la meiosis ovocitaria. 

*Un óvulo maduro solo puede tener un corpúsculo polar. 

*Un óvulo fecundado por un espermatozoide presenta dos corpúsculos polares.

*Los corpúsculos polares pueden presentar alteraciones, como ser dobles, fragmentados o amorfos. Estas alteraciones se conocen como dismorfismos ovocitarios.

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Óvulo

Tortora y Derrickson (2013) dicen que es la célula germinal o reproductora femenina. Se origina cuando un ovocito secundario completa la meiosis después de ser penetrado por un espermatozoide. Aguilera, Zarzuelo y otros (2006) dicen que:

Es una célula de gran tamaño e inmóvil, está rodeado por la capa pelúcida, que tiene función protectora, por fuera lo recubre la corona radiada, una cubierta constituida por células foliculares que acompañan al óvulo. Junto con el óvulo se encuentran a veces uno o varios corpúsculos polares... En el interior del óvulo se encuentra el núcleo, que, tras la meiosis, es haploide… Contiene abundantes sustancias de reserva, que constituyen el vitelo. También contiene los gránulos corticales, con una función importante en la fecundación.

En este sentido, los óvulos también se les llaman gametos femeninos, y son aquellas células sexuales haploide portadoras de material genético materno, son producidos en el ovario, carece de movilidad propia, es decir, se desplaza en función de los movimientos de contracción y dilatación de los oviductos y útero. Además, los oviductos poseen pequeños cilios en sus paredes, los cuales facilitan la movilidad de esta célula. Tienen gran tamaño, respecto a otras células y a su homólogo masculino (espermatozoide).

Asimismo, un óvulo es una de las células más grandes del cuerpo humano mide aproximadamente 130 micrómetros de diámetro y se puede ver a simple vista. A causa de su tamaño se les denomina también macrogametos. Su tamaño se debe a que tiene que poseer una estructura celular relativamente complicada que sirve de base para el desarrollo del animal que se forma a partir de la unión del óvulo y el espermatozoide.

No obstante, en las distintas especies animales, el tamaño del óvulo aumenta en función de la existencia de sustancias de reserva, destinadas a la nutrición del embrión mientras éste no puede alimentarse por sí mismo. Los óvulos mayores los poseen las aves y reptiles, es decir, aquellos grupos de animales que ponen los huevos antes de desarrollarse.

En cambio, el óvulo humano pesa aproximadamente una millonésima de gramo. Es redondo y está rodeado de una cápsula delgada que le protege. Esta es perforada por un espermatozoide en el momento de la concepción. El óvulo, una vez que abandona el ovario, tiene un período de supervivencia máximo de unas 24 horas.

Por otro lado, la mayoría de los vertebrados producen óvulos sólo durante el período anual de celo, pero en algunos mamíferos, como por ejemplo los primates antropoideos, los óvulos se producen a lo largo de todo el año, y en las mujeres, una vez al mes madura un óvulo en el ovario, el cual es expulsado. Es de acotar, que el desarrollo y maduración de éstos está bajo control hormonal.

Aproximadamente, una mujer produce alrededor de 400 óvulos en el período comprendido entre la pubertad y la menopausia. Las trompas de Falopio recogen los óvulos y los transportan lentamente (de 8 a 12 centímetros en tres días). Estos pueden o no ser fecundados. Si no lo son, serán eliminados.

En otro orden de ideas, el Diccionario de la Real Academia Española (DRAE), esta palabra tiene su origen en ovŭlum, un vocablo latino que servía como diminutivo de ovum que se traduce al español como “huevo” y se pueden distinguir cuatro tipos de huevos en función de mayor o menor cantidad de vitelo.

1. Huevos Oligocitos: Contienen poco vitelo repartido por todo el citoplasma en forma de pequeñas granulaciones. El núcleo está ligeramente descentrado, dirigido hacia el hemisferio animal. Estos huevos tienen un diámetro del orden de una décima de milímetro y se encuentran en los equinodermos y en Amphioxus.

2. Huevos Heterolecitos: El vitelo es más abundante y se reparte heterogéneamente en forma de plaquetas, tiende a concentrarse en el polo inferior, a consecuencia de su densidad. Poseen este tipo de huevos los moluscos y los anélidos; su diámetro es del orden de un milímetro.

3. Huevos Telolecitos: EL vitelo muy abundante, se encuentra relegado al polo superior, con el núcleo. Propio de aves, reptiles y muchos peces.

4. Huevos Centrolecitos: Tipo de huevo cuya distribución del vitelo se encuentra concentrada en el centro. Son ricos en vitelo, el cual se localiza en la periferia del huevo y el núcleo y el citoplasma quedan en el centro. Durante la segmentación hay una migración del vitelo al centro del huevo, como los de los reptiles. Estos son casos de huevos de artrópodos.

Descubrimiento

El óvulo fue descubierto en 1827 por el biólogo ruso Karl Ernst von Baer, mediante la observación microscópica de los folículos ováricos de perros. Von Baer es considerado el padre de la embriología y su descubrimiento fue fundamental para entender la reproducción humana. Es de acotar, que anteriormente el holandés Reiner Graaf había descrito los folículos producidos por los ovarios, pero fue Von Baer quien descubrió su núcleo.

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