Capacitação espermática Trabalho completo Veterinária

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CAPACITAÇÃO ESPERMÁTICA
Gama, 17 de Novembro de 2017.
CAPACITAÇÃO ESPERMÁTICA
Ayala Jhulie Moreira Castro
Crisnária Luciano Teixeira
Derik Willian Fernandes Marinho
Karla Karolinny de Oliveira Barboza
Gama, 17 de Novembro de 2017.
RESUMO 
A capacitação espermática é um processo de suma importância para a reprodução, sem ela, os espermatozoides não estão aptos para fecundação, está diretamente relacionada as mudanças fisiológicas e bioquímicas que ocorrem na membrana espermática e são fundamentais para que ocorra interação entre eles e o oócito. As maiores alterações acontecerão na membrana plasmática, que irá desestabilizar a bicamada lipídica e consequentemente iniciará a reação acrossômica. O local que esse processo ocorre depende da espécie. É muito improvável que todos os espermatozoides reajam as estímulos indutores e aos desencadeadores da capacitação.
Palavras-chave: capacitação, espermatozoide, fecundação, acrossômica. 
INTRODUÇÃO 
O trato reprodutor do macho é composto basicamente por pênis, glândulas anexas, ducto deferente, epidídimo, testículo e bolsa escrotal. A bolsa escrotal tem a função de envolver os testículos, que estão suspensos pelo cordão espermático. Os túbulos seminíferos presentes no parênquima testicular têm o papel primordial de espermatogênese e produção de hormônios sexuais masculinos, principalmente testosterona. O epidídimo é divido em cabeça, corpo e a cauda, que proporciona um ambiente adequado para a maturação espermática, em bovinos esse processo leva cerca de 10 dias para acontecer. 
Os espermatozoides ficam armazenados na cauda do epidídimo até a ejaculação e aqueles que porventura ficarem, serão reabsorvidos e excretados pela urina. Após a ejaculação os espermatozoides não são capazes de fecundar o oócito, mesmo já apresentando motilidade e características normais, a sua maturação só acontece após a permanência no trato genital feminino por um determinado período de tempo, esse processo é denominado capacitação espermática (FLESCH & GADELLA, 2000). O local que essa capacitação se inicia e termina, dependerá necessariamente da espécie em questão, podendo ser intra- vaginal ou intra- uterina. Além disso, para que o processo ocorra são necessários alguns desencadeadores que são essenciais, como o bicarbonato, a albumina, os íons de Cálcio e os glicosaminoglicanos. A bomba Na+ /K+ ATPase e a despolarização do potencial da membrana plasmática, desempenham papeis importantes na capacitação, induzindo a despolarização da membrana plasmática, que por estar diretamente exposta ao ambiente de capacitação, é a estrutura que sofre mudanças mais significativas (FLESCH & GADELLA, 2000).
Devido à membrana plasmática estar diretamente exposta ao ambiente de capacitação, não é de se surpreender que as mudanças mais significativas ocorram nela durante o processo. Já foi constatado que a remoção ou qualquer alteração da “capa de cobertura” da superfície espermática era responsável por uma parte importante do processo de capacitação (FLESCH & GADELLA, 2000). Portanto tais processos são essenciais para a qualidade seminal e o sucesso da fertilização. O objetivo deste trabalho é revisar suscintamente os eventos que desencadeiam a capacitação dos espermatozoides para fecundação do ovócito. 
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
O corpo do espermatozoide é dividido em cabeça, corpo e cauda (Figura 4). A cabeça possui a região acrossomal e a região pós-acrossomal (Figura 5), que contém glicoproteínas (enzimas), como acrosina, hialuronidase e outras enzimas hidrolíticas, encarregadas de degradar a zona pelúcia do ovócito e cromatina altamente condensada, composta de ácido desoxirribonucleico (DNA) e protaminas espermáticas, que estabiliza o DNA por meio de ligações sulfídricas. A cauda é subdividida em colo – responsável por unir a cabeça com a cauda –, peça intermediária, onde estão presentes as mitocôndrias e o axonema, que se alonga até a extremidade para a motilidade espermática, principal e terminal. Quimicamente são compostos, principalmente, por ácidos nucleicos, proteínas e lipídios. Também são ricos em fósforo, nitrogênio e enxofre (COSTA, 2003; HAFEZ e HAFEZ, 2004). 
No processo de capacitação espermática acontecem mudanças bioquímicas e estruturais na membrana plasmática dos espermatozoides para que o metabolismo e a motilidade sejam propensos a sofrer a reação acrossômica e finalmente penetrar o ovócito (ASSUMPÇÃO et al. 2002), para isso, eles devem permanecer um tempo no trato reprodutivo da fêmea, mais precisamente no istmo do oviduto, pois as secreções cervicais desestabiliza a bicamada fosfolipídica da membrana plasmática dos espermatozoides para ativação do acrossomo, sob controle autônomo nervoso e hormonal (HAFEZ e HAFEZ, 2004).
Este período compreende a perda de colesterol da superfície da célula espermática aumentando a fluidez e permeabilidade da membrana aos íons de bicarbonato e cálcio, hiperpolarização da membrana plasmática, mudanças na fosforilação de proteínas, pH intracelular e atividade da proteína quinase (ICKOWICZ et. al. 2012).
LOCAL DA CAPACITAÇÃO:
2.2 FATORES DESENCADEADORES DA CAPACITAÇÃO ESPERMÁTICA:
Para que a capacitação ocorra e o espermatozoide cumpra seu papel de fecundação, alguns fatores são importantes para o que chamamos de capacitação espermática. Esses fatores são o bicarbonato, albumina, íon cálcio e glicosaminoglicanos (FERRARI, 1997).
BICARBONATO
O bicarbonato ativa de forma direta um adenilato ciclase espermatozoide específico, que se liga a proteína quinase A que, via fosforilação proteica da tirosina, ativa de forma direta ou indiretamente o deslocamento de fosfolipideos de membrana celular. Dessa forma, a célula adquire uma assimetria, resultando em células espermáticas capacitadas. (FLESCH &GADELLA, 2000).
O deslocamento de fosfolipídeos de membrana é dose dependente de bicarbonato, sendo que na presença de fosfosdiesterase eles podem se movimentar. Essa fosfosdiesterase inibe a quebra do AMPc, ativam a PKA e inibe a fosfatase 1ª e 2ª pela adição de análogos do AMPc. (FLESCH & GADELLA, 2000).
A concentração de bicarbonato na cauda do epidídimo é baixa, e esse é o local de armazenamento dos espermatozoides. Quando essas células chegam ao trato genital feminino, encontram concentrações de bicarbonato muito mais elevadas. Os níveis intracelulares de bicarbonato também podem aumentar pela entrada do mesmo na célula, por via canais iônicos na membrana plasmática (Cl-/HCO3-, Na+/HCO3-). Na alternativa de explicar a entrada de bicarbonato, usa-se os níveis de CO2/HCO3- que estão em equilíbrio em compartimentos dentro e fora da célula pela difusão de gás através da membrana plasmática, sendo a anidrase carbônica, que está presente na cabeça do espermatozoide, envolvida na manutenção da alta concentração intracelular de bicarbonato pela conversão de CO2 difundido (FLESCH &GADELLA, 2000).
           
ALBUMINA:
A albumina está diretamente relacionada à extração do colesterol da membrana plasmática que irá ocorrer em áreas restritas da membrana, havendo, devido a isto, um deslocamento dos fosfolipídeos, levando a um arranjo de sua arquitetura molecular permitindo o aumento de sua fluidez (YANAGIMACHI, 1994). 
Nas espécies que a membrana plasmática é rica em colesterol (humano e bovino), tais eventos não são evidenciados na mesma velocidade como em espécies como caprinos e suinos que possuem menores quantidade de colesterol na membrana celular. Dito isto, o tempo de capacitação é variável, sendo que o tempo para espécies como bovinos e humanos é maior (FLESCH & GADELLA, 2000).
ÍON CÁLCIO:
O outro componente capacitante é o calcio extracelular, o seu papel direto sobre a fosforilação proteína tirosina é difícil de se avalir, pois vários processo necessitam dele e diferem entre as espécies (FLESCH& GADELLA, 2000). 
GLICOSAMINOGLICANOS:
Segundo Ferreira (1997) e Zúge (1999), esses glicosaminoglicanos poderiam atuar sobre a capacitação removendo os fatores decapacitantes ou por modificações direta na membrana plasmática, induzindo um aumento na captação de cálcio ou pela ativação da proteína Kinase dependente do AMPc.
ESPÉCIES REATIVAS DE OXIGÊNIO – ROS:
Por algum tempo, as espécies reativas de oxigênio foram indicadas como agentes tóxicos para o espermatozóide, mas evidências recentes sugerem que estas moléculas quando presente em baixa quantidade estarim também envolvidas em algumas funções fisiológicas. A adição de peróxido de hidrogênio em baixas quantidades faz a capacitação enquanto que a presença da catalase, a previne, sendo a produção de 02 um dos primeiro eventos da capacitação (BALDI et al., 2002.
EVENTOS QUE OCORREM NO ESPERMATOZÓIDE DURANTE A CAPACITAÇÃO:
Alguns eventos acontecem no interior dos espermatozoides, principalmente na fase de capacitação e esses eventos variam conforme a espécie. Mudanças em íons celulares existem mais potássio dentro da célula do que fora dela, e mais sódio fora da célula do que dentro e esse equilíbrio é mantido pela bomba de sódio e potássio ATPase dependente. 
Em bovinos, na cauda do epidídimo essas concentrações de íons sódio e potássio são aproximadamente de 14 mM e 120 mM, respectivamente (YANAGIMACHI, 1994). As concentrações de íons mudam conforme o processo de capacitação. As concentrações de potássio reduzem no processo de incubação, já as concentrações de sódio aumentaram drasticamente por espermatozoide durante o mesmo período (YANAGIMACHI, 1994). Pouco se sabe sobre o que o íon de cálcio faz no processo de capacitação intracelular no espermatozoide, mas a concentração de cálcio é menor tanto na cabeça como na cauda do espermatozoide, os canais de cálcio existem na membrana do acrossoma, sugerindo que isso possa estar eliminando cálcio intracelular e por isso a concentração diminuída intracelular de cálcio no espermatozoide. Os espermatozoides necessitam do retículo endoplasmático como um reservatório para o Cálcio imobilizado. E também as mitocôndrias não estão localizadas na cabeça do espermatozoide, não influenciando os níveis de cálcio na região acrossomal (YANAGIMACHI, 1994, FLESCH & GADELLA, 2000).
Os níveis de Cálcio no citoplasma são mantidos baixos nos espermatozóides recém-ejaculados pela calmodulina sensível a Cálcio + ATPase que inibe a capacitação. A inibição da calmodulina ou da calmodulina sensível a Cálcio + ATPase leva ao aumento dos níveis de Cálcio + intracelular que são refletidos em uma maior proporção de células capacitadas. Isto sugere que a continua remoção do Ca2+ citoplasmático pelo Cálcio + ATPase está envolvida na capacitação prematura dos espermatozóides. Além disto, a inibição do trocador Na+/Ca2+ por um peptídeo do plasma seminal de 10 kDa, a caltrina, previne o aumento de Cálcio + nos espermatozóides recém ejaculados de bovinos. A proteína kinase C e os canais de Ca2+ voltagem dependente também estão envolvidos no aumento do Ca2+. A despolarização do potencial da membrana plasmática é um pré-requisito para a zona pelúcida induzir a reação acrossomal.
 A bomba Na+/K+ ATPase pode desempenhar um papel na capacitação induzindo a despolarização, pois a incubação de espermatozóides no meio de capacitação com baixos níveis de sódio (menos de 25mM) inibem a capacitação. Este fenômeno pode ser explicado pelo requerimento de sódio intracelular para ativar os trocadores de Na+/Ca2+, aumentando as concentrações de Ca2+ intracelular (FLESCH & GADELLA, 2000). 
Os espermatozóides aumentam o metabolismo intracelular como o aumento de consumo de oxigênio e atividade glicolítica após a incubação no trato genital feminino ou em meio capaz de induzir a capacitação,contudo consomem oxigênio na mesma proporção nos meios capacitante e não capacitante, concluindo que o aumento da respiração do espermatozóide em um meio capacitante é devido à presença de substâncias oxidáveis e assim é um evento secundário ao processo de capacitação antes de um fator desencadeador (YANAGIMACHI, 1994, ZÚGE, 1999).
Os espermatozóides na maioria das espécies começam a mover-se ativamente com o contato com o plasma seminal no momento da ejaculação. Entretanto, o espermatozóide “destinado” à fertilização pode temporariamente ter redução ou perca de sua motilidade, retomando esta movimentação de forma mais vigorosa ao final da capacitação (YANAGIMACHI, 1994). Este incremento na motilidade dos espermatozóides é denominado de hiperativação (KOFT et al., 1999).
Hiperativação são as mudanças no padrão do batimento flagelar que facilitam a penetração dos espermatozóides através dos diversos envoltórios dos oócitos. A ativação das proteínas quinase, dependentes de AMPc e a fosforilação de proteínas espermáticas exercem papel vital no início e manutenção da motilidade espermática. Segundo Yanagimachi (1994), há evidências do aumento da atividade da adenilato ciclase durante a capacitação espermática. Aumentando a adenilato ciclase provavelmente aumenta o AMPc disponível, podendo estimular a proteína quinase dependente de AMPc, e esta, quando estimulada, pode alterar a estrutura das proteínas espermáticas da membrana e/ou de movimentação pela fosforilação. 
Os núcleos dos espermatozoides maturos são estruturas bem estáveis devido a ligação das proteínas nucleares por extensas pontes de dissulfeto. Sua estabilidade é mantida por todo processo de capacitação. No plasma seminal, o íon zinco (Zn2+), de origem prostática, liga-se aos radicais sulfidrila (SH) livres das proteínas nucleares do espermatozóide após a ejaculação, causando uma temporária estabilização das proteínas nucleares. Durante a capacitação, o núcleo perde os íons Zn2+ e aumenta sua estabilidade, provavelmente pela oxidação da liberação dos radicais SH das pontes de dissulfeto (YANAGIMACHI, 1994).
2.4 REAÇÃO ACROSSÔMICA:
	O Acrossoma localiza-se na cabeça do espermatozoide e recobre essa região em até dois terços da porção anterior, sendo caracterizado como uma vesícula repleta de enzimas hidrolíticas derivadas a partir do Complexo de Golgi, dentre elas a Hialuronidase e acrosina (JOHNSON, 1994). Considerado uma estrutura de extrema importância na reprodução, pois auxilia a penetração do espermatozoide no ovócito e atua, também, na capacitação dos espermatozoides (BARTH e OKO, 1989).
Durante a reação acrossomica, a membrana acrossomal externa e a membrana plasmática se fundem e formam vesículas, liberando o conteúdo acrossomal, persistindo até a fusão do espermatozoide com o ovócito (FLESCH e GADELLA, 2000).
As enzimas hidrolíticas dissolvem a zona pelúcida envolta do espermatozoide penetrante e permite que o gameta entre no espaço perivitelínico (YANAGIMASHI, 1994). A penetração do espermatozoide ativa o ovócito e provoca exocitose dos grânulos corticais bloqueando a penetração de dois ou mais espermatozoides no ovócito e garantindo um desenvolvimento embrionário normal (GABALDI et al., 2002).
	A membrana plasmática é de extrema importância nessa fase de reação acrossomica. É formada por uma bicamada lipídica, no qual exerce um papel fundamental na sobrevivência do espermatozoide, pois atua no equilíbrio osmótico e exerce a função de barreira seletiva, facilitando o transporte de glicose e frutose para o espermatozoide, sendo fontes energéticas indispensáveis (CELEGHINI, 2005).
	Outro fator essencial se dá pela ZP, caracterizada por ser uma camada extracelular, constituída de glicoproteínas sulfatadas, de diferentes pesos moleculares, tais como ZP1, ZP2 e ZP3, no qual são sintetizadas pelo ovócito em crescimento (PETERSEN et.,al 2000). Os espermatozoides capacitados se ligam a ZP3, provocando uma série de eventos, aumentando a quantidade intracelular de Ca2+ e agindo nos fosfolipídios da membrana plasmática, facilitando a fusão do espermatozoide (YANAGIMACHI, 1994).
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Mesmo após 50 anos terem se passados desde a descoberta da existênciado fenômeno da capacitação espermática, as bases moleculares ainda não são completamente elucidadas. 
Porem, devido aos avanços nas pesquisas e trabalhos realizados nas áreas de biotecnologia da reprodução, juntamente com a evolução das técnicas de avaliação dos espermatozoides é muito provável a elucidação de pelo menos parte destes pontos em questão, visando não somente melhores resultados na fertilização, mas também na melhor compreensão dos processos fisiológicos, bioquímicos e moleculares da capacitação espermática.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1- Espermatozoide.
Fonte Google
Fonte: HAFEZ e HAFEZ, 2004.
Figura 2 – Corte sagital da cabeça do espermatozoide. 
 
Fonte: HAFEZ e HAFEZ, 2004
Figura 3- Seqüência da capacitação espermática.
 (A) Bicarbonato pode entrar na célula espermática através dos canais iônicos. O bicarbonato intracelular estimula a AC e a simultânea produção de AMPc ativa a PKA. O efluxo de colesterol pode aumentar a entrada de bicarbonato e afetar a AC. (B) A PKA induz a fosforilação da tirosina (Y) em vários substratos (S). (C) As proteínas espermáticas de ligação à zona pelúcida (ZP) se tornam fosforiladas. (D) PLC do citosol é fosforilada e translocada para a membrana plasmática. (E) Ativação da PKA promove redistribuição e translocação de fosfolipídios. (F) O efluxo de colesterol está envolvido com as mudanças da membrana. (G) A entrada de pequenas quantidades de cálcio nas células espermáticas tem uma função importante na capacitação. (H) Fatores decapacitantes (DF) são removidos da superfície da célula espermática, expondo os receptores de progesterona (Flesch e Gadella, 2000).
Figura 4- Organização da membrana plasmática; modelo “mosaico fluido” (Zafian, 1984).
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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FERRARI, S. Meios de capacitação espermática na espécie ovina (Ovis áries, Linnaeus, 1758): reação acrossômica e penetração in vitro em oócitos zona-free de hamster. Tese (Doutorado em Medicina Veterinária), Faculdade de Medicina Veterinária e Zootecnia, Universidade de São Paulo, 1997. 71p.
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