Gametogénese

A gametogénese é o desenvolvimento de gâmetas a partir de células germinativas primordiais. Este processo difere entre os sexos. Nos homens, a espermatogénese produz espermatozoides. Nas mulheres, a oogénese resulta num óvulo. O processo começa com a migração de células germinativas primordiais do saco vitelino para a crista gonadal. A oogénese começa durante os períodos embrionário e fetal, enquanto que a espermatogénese começa na puberdade. No entanto, as fases da gametogénese são semelhantes, com as células germinativas a progredirem através da mitose, meiose I, meiose II e maturação. Este processo resulta em gâmetas haploides, com 23 cromossomas.

Last updated: May 3, 2022

Editorial responsibility: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

Descrição Geral

Emigração de células germinativas

  • As células germinativas primordiais ( PGCs PGCs Gametogenesis, pela sigla em inglês) originam-se da endoderme do saco vitelino.
  • Viajam ao longo do intestino posterior → alcançam a crista gonadal → células passam a denominar-se gametogónias
  • Ficam associadas aos cordões sexuais primordiais

Gametogénese

  • As gametogónias e a gametogénese diferem entre os sexos:
    • Mulheres: oogónia → oogénese
    • Homens: espermatogónia → espermatogénese
  • As células geralmente seguem as mesmas fases:
    • Mitose
    • Meiose I
    • Meiose II
    • Maturação/diferenciação
  • Estas fases conduzem as células através do seguinte desenvolvimento:
    • Gametogónia (diploide, 46 cromossomas)
    • Gametócito primário (diploide, 46 cromossomas)
    • Gametócito secundário (haploide, 23 cromossomas)
    • Gametídeo (haploide, 23 cromossomas)
    • Gâmeta (haploide, 23 cromossomas)
Gametogênese em machos e fêmeas

Gametogénese em homens e mulheres:
As gametogónias diploides sofrem mitose. Algumas células filhas permanecerão como gametogónias, enquanto outras se diferenciam em gametócitos primários. A partir daí, ocorre a meiose I, resultando em gametócitos secundários, que são haploides. A meiose II leva a gametídeos, com 1 fita representativa de DNA de cada cromossoma. Os gametídeos passam por um processo diferente de diferenciação/maturação para produzir gâmetas maduros.

Imagem por Lecturio.

Oogénese

A oogénese é o processo de produção de óvulos a partir de PGCs PGCs Gametogenesis.

Formação do óvulo

  • Fases da oogénese:
    • Mitose:
      • Oogónia → oócito primário
      • Ploidia: diploide
      • 46 cromossomas
    • Meiose I:
      • Oócito primário → oócito secundário e 1º corpo polar
      • Ploidia: diploide → haploide
      • 46 → 23 cromossomas
    • Meiose II:
      • Oócito secundário → oótida e 2º corpo polar
      • Ploidia: haploide
      • 23 cromossomas
    • Maturação: oótida → óvulo
  • Nota: Ao contrário da espermatogénese, a divisão celular é desigual na oogénese, resultando num único óvulo e corpo polar.
  • Linha temporal:
    • Iniciada nos períodos embrionário e fetal.
    • Para na prófase da meiose I
    • Retoma durante a puberdade
    • Ocorre uma segunda paragem na metáfase da meiose II.
    • Recomeça novamente após a fertilização
    • O processo continua mensalmente até à menopausa.

Desenvolvimento do folículo

A foliculogénese é um processo complexo em que um folículo ovárico, contendo um oócito, amadurece através de vários estágios.

  • Folículo primordial:
    • Desenvolve-se nos ovários durante o período fetal
    • As oogónias ficam cercadas por células epiteliais somáticas da crista genital.
  • Folículo primário:
    • Contém um oócito primário
    • É criada uma camada de glicoproteínas (zona pelúcida).
    • As células foliculares proliferam para se tornarem a camada de células da granulosa.
  • Folículo secundário:
    • Este estágio é responsivo às gonadotrofinas.
    • A camada de células da granulosa cresce.
    • Recrutamento de células tecais → membrana basal circundante
  • Folículo terciário:
    • As células da granulosa produzem:
      • Secreções → criam um antro
      • Estrogénio
    • As células da granulosa em redor do oócito tornam-se o cumulus oophorus.
    • As células tecais diferenciam-se em:
      • Teca interna: contém pequenos vasos e células glandulares; produzem testosterona → convertida em estrogénio pelas células da granulosa
      • Teca externa: estabiliza os folículos; derivada do tecido conjuntivo
  • Folículo maduro (graafiano):
    • Apenas 1 folículo atingirá este estágio a cada ciclo.
    • Oócito primário → oócito secundário imediatamente antes da ovulação
    • O antro aumenta (compõe a maior parte do folículo)
    • Camada mais MAIS Androgen Insensitivity Syndrome interna do cumulus oophorus → corona radiata
  • Corpo lúteo:
    • Formado após a libertação do oócito
    • O centro contém um coágulo de sangue formado após a ovulação.
    • As células da granulosa e da teca produzem progesterona.
    • Atrofia se a gravidez não ocorrer.
As fases da foliculogênese

As fases da foliculogénese:
Observar a progressão da proliferação de células foliculares, diferenciação de células tecais e aumento do antro.

Imagem por Lecturio.

Ovulação

  • Ocorre quando os níveis de hormona luteinizante ( LH LH A major gonadotropin secreted by the adenohypophysis. Luteinizing hormone regulates steroid production by the interstitial cells of the testis and the ovary. The preovulatory luteinizing hormone surge in females induces ovulation, and subsequent luteinization of the follicle. Luteinizing hormone consists of two noncovalently linked subunits, alpha and beta. Within a species, the alpha subunit is common in the three pituitary glycoprotein hormones (TSH, LH, and FSH), but the beta subunit is unique and confers its biological specificity. Menstrual Cycle, pela sigla em inglês) e de hormona folículo-estimulante ( FSH FSH A major gonadotropin secreted by the adenohypophysis. Follicle-stimulating hormone stimulates gametogenesis and the supporting cells such as the ovarian granulosa cells, the testicular sertoli cells, and leydig cells. Fsh consists of two noncovalently linked subunits, alpha and beta. Within a species, the alpha subunit is common in the three pituitary glycoprotein hormones (TSH, LH, and FSH), but the beta subunit is unique and confers its biological specificity. Menstrual Cycle, pela sigla em inglês) atingem o pico
  • As células do cumulus oophorus soltam-se → permite que o oócito e a corona radiata se desprendam do folículo
  • As enzimas proteolíticas enfraquecem a parede do folículo.
  • Rutura da parede folicular → libertação do oócito

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Espermatogénese

A espermatogénese é o processo de produção de espermatozoides a partir de PGCs PGCs Gametogenesis.

Localização

Descrição geral:

  • A espermatogénese ocorre nos túbulos seminíferos nos testículos.
  • Pré-puberdade, os túbulos seminíferos consistem em:

Células de Sertoli:

  • Controlam o ambiente dentro dos túbulos seminíferos
  • Ajuda a regular Regular Insulin a espermatogénese
  • Contêm FSH FSH A major gonadotropin secreted by the adenohypophysis. Follicle-stimulating hormone stimulates gametogenesis and the supporting cells such as the ovarian granulosa cells, the testicular sertoli cells, and leydig cells. Fsh consists of two noncovalently linked subunits, alpha and beta. Within a species, the alpha subunit is common in the three pituitary glycoprotein hormones (TSH, LH, and FSH), but the beta subunit is unique and confers its biological specificity. Menstrual Cycle e recetores androgénicos → necessários para estimular a espermatogénese
  • Secretam:
    • Hormona antimulleriana ( AMH AMH A glycoprotein that causes regression of mullerian ducts. It is produced by sertoli cells of the testes. In the absence of this hormone, the mullerian ducts develop into structures of the female reproductive tract. In males, defects of this hormone result in persistent mullerian duct, a form of male pseudohermaphroditism. Primary Amenorrhea, pela sigla em inglês) → regressão dos ductos mullerianos durante o desenvolvimento embrionário
    • Inibina B → inibe a secreção de FSH FSH A major gonadotropin secreted by the adenohypophysis. Follicle-stimulating hormone stimulates gametogenesis and the supporting cells such as the ovarian granulosa cells, the testicular sertoli cells, and leydig cells. Fsh consists of two noncovalently linked subunits, alpha and beta. Within a species, the alpha subunit is common in the three pituitary glycoprotein hormones (TSH, LH, and FSH), but the beta subunit is unique and confers its biological specificity. Menstrual Cycle → ajuda na regulação dos níveis hormonais
  • Forma a barreira hematotesticular → protege o desenvolvimento do esperma de:
    • Sistema imunológico
    • Outras substâncias no sangue (e.g., toxinas, hormonas)

Formação de espermatozoides

  • Início: puberdade
  • Induzida pela FSH FSH A major gonadotropin secreted by the adenohypophysis. Follicle-stimulating hormone stimulates gametogenesis and the supporting cells such as the ovarian granulosa cells, the testicular sertoli cells, and leydig cells. Fsh consists of two noncovalently linked subunits, alpha and beta. Within a species, the alpha subunit is common in the three pituitary glycoprotein hormones (TSH, LH, and FSH), but the beta subunit is unique and confers its biological specificity. Menstrual Cycle e pela testosterona (produzida pelas células de Leydig em resposta à LH LH A major gonadotropin secreted by the adenohypophysis. Luteinizing hormone regulates steroid production by the interstitial cells of the testis and the ovary. The preovulatory luteinizing hormone surge in females induces ovulation, and subsequent luteinization of the follicle. Luteinizing hormone consists of two noncovalently linked subunits, alpha and beta. Within a species, the alpha subunit is common in the three pituitary glycoprotein hormones (TSH, LH, and FSH), but the beta subunit is unique and confers its biological specificity. Menstrual Cycle)
  • Ocorre em fases:
    • Mitose:
      • Espermatogónia → espermatócito primário
      • Ploidia: diploide
      • 46 cromossomas
    • Meiose I:
      • Espermatócito primário → espermatócito secundário
      • Ploidia: diploide → haploide
      • 46 → 23 cromossomas
    • Meiose II:
      • Espermatócito secundário → espermátide
      • Ploidia: haploide
      • 23 cromossomas
    • Espermiogénese (maturação): espermátide → espermatozoide
  • Os espermatozoides maduros são libertados no lúmen dos túbulos seminíferos → armazenados no epidídimo
  • Todo o processo demora cerca de 2 meses
O processo de espermatogênese

Processo de espermatogénese à medida que as células progridem de espermatócitos primários, para espermatócitos secundários, para espermátides, para espermatozoides

Imagem: “Illustration from Anatomy & Physiology, Connexions” por OpenStax College. Licença: CC BY 4.0

Estrutura dos espermatozoides

A espermiogénese resulta em alterações morfológicas características associadas aos espermatozoides.

  • Cabeça:
    • Núcleo:
      • Contém cromossomas
      • Condensado
    • Acrossoma:
      • Estrutura em forma de capa que cobre a região anterior da cabeça
      • Produzido pela transformação do aparelho de Golgi
      • Contém enzimas necessárias para a fertilização
  • Corpo (peça intermediária):
    • Contém mitocôndrias
    • Fornece ATP para o movimento do flagelo
  • Cauda (flagelo):
    • Fornece motilidade
    • Consiste em microtúbulos
Estrutura do esperma

Estrutura do esperma

Imagem: “Structure of Sperm: Sperm cells are divided into a head, containing DNA; a mid-piece, containing mitochondria; and a tail, providing motility. The acrosome is oval and somewhat flattened.” por OpenStax College. Licença: CC BY 4.0

Capacitação

  • Os espermatozoides são funcionalmente imaturos após a espermiogénese.
  • É necessário um processo final de maturação para:
    • Se tornarem metabolicamente ativos
    • Fertilizarem um óvulo
  • Processo:
    • Começa no epidídimo
    • Termina no trato reprodutor feminino
  • As alterações incluem:
    • Motilidade
    • Conteúdo enzimático do acrossoma
    • Proteínas de superfície celular

Relevância Clínica

  • Trissomia 21 (síndrome de Down): distúrbio cromossómico que pode resultar de um erro na meiose durante a gametogénese. Os indivíduos afetados têm características craniofaciais e musculoesqueléticas típicas, bem como múltiplas anomalias médicas a envolver os sistemas cardíaco, GI, ocular e auditivo. No final, o cariótipo confirma o diagnóstico no período pré-natal ou pós-natal. Não há cura para a síndrome de Down. O tratamento é baseado nas manifestações clínicas presentes.
  • Trissomia 18 (síndrome de Edwards): distúrbio cromossómico que pode resultar de um erro na meiose durante a gametogénese. A trissomia 18 é a 2ª trissomia mais MAIS Androgen Insensitivity Syndrome comum, com predominância em meninas. As características típicas incluem restrição do crescimento intrauterino, defeitos cardíacos, punhos cerrados com dedos sobrepostos e pé boto. O diagnóstico é feito pela análise do cariótipo. Não está disponível nenhum tratamento e a maioria dos indivíduos afetados não sobrevive além de 1 ano de vida.
  • Trissomia 13 (síndrome de Patau): distúrbio cromossómico que pode resultar de um erro na meiose durante a gametogénese. A trissomia 13 é a 3ª trissomia mais MAIS Androgen Insensitivity Syndrome comum. As características clínicas incluem malformações do cérebro e da medula espinhal, defeitos cardíacos, defeitos oculares, lábio leporino/fenda palatina e hipotonia. O diagnóstico é realizado pela análise do cariótipo. Não está disponível nenhum tratamento e a maioria dos indivíduos afetados não sobrevive além do 1º ano de vida.

Referências

  1. Gilbert, S.F. Spermatogenesis (2000). In Developmental Biology, 6th ed. Sunderland (MA): Sinauer Associates. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK10095/
  2. Matsumoto, A.M., Anawalt, B.D. (2020). Male reproductive physiology. UpToDate. Retrieved September 5, 2021, from https://www.uptodate.com/contents/male-reproductive-physiology
  3. Suede, S.H., Malik, A., Sapra, A. (2021). Histology, spermatogenesis. StatPearls. Retrieved September 5, 2021, from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK553142/
  4. Waters, M., Tadi, P. (2020). Genetics, female gametogenesis. StatPearls. Retrieved September 9, 2021, from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK555917/
  5. Holesh, J.E., Bass, A.N., Lord, M. (2021). Physiology, ovulation. StatPearls. Retrieved September 9, 2021, from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK441996/
  6. Desai, N., Ludgin, J., Sharma, R., Anirudh, R. K., & Aga, A. (2013). Female and male gametogenesis. In T. Falcone & W. W. Hurd (Eds.), Clinical reproductive medicine and surgery: A practical guide (pp. 43–65). Springer Science+Business Media. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-6837-0_3
  7. Swerdloff, R.S., Wang, C. (2020). The testis and male hypogonadism, infertility, and sexual dysfunction. In: Goldman, L., Schafer, A. I. (Eds.), Goldman-Cecil Medicine, 26th ed., pp. 1537–1547. Elsevier.

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