LICEO SCIENTIFICO STATALE“LEONARDO da VINCI” di FIRENZE
CORSO SPERIMENTALE FDOCENTE Prof. Enrico Campolmi
APPARATO RIPRODUTTORE
La riproduzione asessuata e la riproduzione sessuata
La riproduzione asessuata avviene senza intervento di cellule specializzate (gameti) e la prole generata è identica al genitore
Vi sono diversi tipi di riproduzione asessuata, come ad esempio la gemmazione e la frammentazione
gemmazione
frammentazione
Essa consente agli animali che conducono vita fissa o isolata di moltiplicarsi senza trovare partner, generando una grande quantità di nuovi individui, con risparmio di tempo ed energia.
La riproduzione sessuata avviene invece tramite la fecondazione, ovvero la fusione di cellule aploidi (i gameti), che genera una nuova cellula diplodie detta zigote
Grazie alla meiosi ed alla fecondazione casuale la riproduzione sessuata aumenta enormemente la variabilità genetica, consentendo una maggiore adattabilità ai cambiamenti ambientali
Alcuni invertebrati possono riprodursi sia in modo asessuato, che sessuato, traendo vantaggio da entrambe le modalità
Gli ermafroditi hanno infine sia caratteri maschili,
che femminili
La riproduzione umana
22.2 Anatomia del sistema riproduttore femminile
In entrambi i sessi sono presenti:
• un paio di gonadi (ovaie o testicoli) per la produzione dei gameti;
ORGANI SESSUALI ACCESSORI
• un sistema di dotti che ospitano e trasportano i gameti;
• strutture che favoriscono l’accoppiamento.
OvidottoOvaie
Follicoli
Corpo luteoParete uterina Utero
Endometrio (rivestimentointerno dell’utero) Cervice (collo dell’utero))
Vagina
Figura 22.2A
La superficie delle ovaie presenta numerosi rigonfiamenti, i follicoli, ognuno costituito da una singola cellula uovo in fase di sviluppo, circondata da uno o più strati di cellule che la nutrono e la proteggono. I follicoli secernono estrogeni.
Oocita
Ovaia
LM 2
00
Figure 22.2B
Grazie alle ciglia che rivestono la sua superficie interna, l’ovidotto, chiamato anche tuba di Falloppio, convoglia l’oocita verso l’utero dove l’embrione si impianta e si sviluppa.
• L’apertura dell’utero è delimitata dalla cervice (o collo dell’utero) che si protende nella vagina.
• La vagina è un canale muscolare dalle pareti sottili ma robuste, attraverso il quale il neonato viene espulso al momento della nascita.
• La vagina ha anche la funzione di accogliere il pene e gli spermatozoi durante l’accoppiamento.
Ovidotto
Ovaia
Utero
Vescica (sistema escretore)
Osso pubico
Uretra (Sistema escretore)
Clitoride
Piccole labbra
Grandi labbraApertura della vagina
Ano (sistema digerente)
Vagina
Cervice
Retto (sistema digestivo)
Figura 22.2C
Il sistema riproduttore femminile comprende altre strutture: le piccole labbra, le grandi labbra, il clitoride.
22.3 Anatomia del sistema riproduttore maschile
Le gonadi maschili, i testicoli, producono sia gli spermatozoi si gli ormoni maschili chiamati nel loro complesso androgeni.
Retto (sistema digerente)
Vescicola seminale
Vaso deferenteDotto eiaculatore
Prostata
Ghiandola bulbouretaleVaso deferente
Epididimo Testicolo
Scroto
Vescica (sistema escretore)
Osso pubicoTessuto erettile del pene
Uretra (sistema escretore)
Glande
Prepuzio
Pene
Figura 22.3A
Vescica (sistema escretore)
Prostata
Ghiandola bulbouretrale
Tessuto erettile del pene
Vaso deferente
Epididimo
Testicolo
Vescicola seminale (dietro alla vescica)
Uretra
Scroto
Glande
Figura 22.3B
Tre tipi di ghiandole (le vescicole seminali, la prostata e le ghiandole bulbouretrali) producono un fluido acquoso che nutre e protegge gli spermatozoi.
Figura 22.3C
L’insieme degli spermatozoi e delle secrezioni ghiandolari forma un liquido chiamato sperma emesso dal pene durante l’eiaculazione.
Contrazione dello sfintere alla base della vescica
Vescica
Regione dell’uretra che aumenta di volume e si riempie di spermaContrazione del
vaso deferente
Contrazioni della prostata
Contrazioni della vescicola seminale
Contrazioni dello sfintere alla base dell’uretra
Contrazioni dell’epididimo
Primo stadio
Lo sfintere alla base della vescica rimane contratto
Contrazioni dei muscoli che circondano la base del pene
Lo sfintere alla base dell’uretra si rilassa
Contrazioni dell’uretra
Secondo stadioLo sperma viene espulso
22.4 La formazione degli spermatozoi e delle cellule uovo avviene tramite meiosi
• Nella specie umana la spermatogenesi, ossia la formazione degli spermatozoi, richiede circa 65-75 giorni.
• La formazione degli spermatozoi ha inizio da cellule diploidi che si trovano vicino alla parete esterna dei tubuli seminiferi.
Cellula diploide Nell’embrione2n
Differenziamento e inizio della meiosi I
Oocita primario
(in profase della meiosi I; in stato quiescente)
2n Presente alla nascita
Completamento della meiosi I e inizio della meiosi II
Oocita secondario(in metafase
della meiosi II)n n
Meiosi II (attivata dallo spermatozoo)
Cellula uovo(aploide) n n Secondo corpuscolo polare
Primo corpuscolo polare
Figura 22.4B
L’oogenesi è l’insieme dei processi che portano alla formazione di una cellula uovo. Dopo la pubertà, ogni mese un oocita primario prosegue le divisioni meiotiche e forma un oocita secondario, liberato dall’ovaia
durante l’ovulazione.
Corpo luteo
Copro luteo in fase degenerativa
Inizio: Oocita primario
(all’interno del follicolo)
Follicoli in crescita
Follicolo maturo
Ovaia
Follicolo scoppiatoOvulazione
Oocita secondario
Figura 22.4C
Lo sviluppo di un follicolo ovarico comprende molti processi differenti.
22.5 Gli ormoni regolano i cambiamenti ciclici che hanno luogo nelle ovaie e nell’utero
• Il ciclo ovarico è l’insieme degli eventi che avvengono ogni 28 giorni circa nelle ovaie delle donne.
• Gli ormoni sincronizzano il ciclo ovarico con una serie di eventi che avvengono a livello dell’utero e che costituiscono il ciclo mestruale.
Una visione d’insieme del ciclo ovarico e del ciclo mestruale
• Gli eventi del ciclo mestruale (o uterino) si susseguono in sincronia con quelli del ciclo ovarico.
• Per convenzione, il giorno in cui compare la mestruazione viene considerato il primo giorno del ciclo.
• La mestruazione, cioè la perdita di sangue dall’utero, normalmente dura dai tre ai cinque giorni.
• Durante la mestruazione l’endometrio, ossia il rivestimento interno dell’utero, si sfalda e viene espulso.
• Dopo la mestruazione l’endometrio si rigenera e continua a ispessirsi per tutto il tempo dell’ovulazione, raggiungendo il suo massimo spessore tra il 20° e il 25° giorno circa.
Tabella 25.5
Gli ormoni che controllano il ciclo ovarico e il ciclo mestruale:
Eventi ormonali pre-ovulatori
• Circa ogni 28 giorni, l’ormone ipotalamico di rilascio stimola la produzione di FSH e di LH da parte del lobo anteriore dell’ipofisi.
• Gli ormoni FSH e LH stimolano la crescita del follicolo.
• A mano a mano che cresce, il follicolo secerne sempre più estrogeni, i cui livelli crescenti esercitano un controllo a feedback negativo sull’ipofisi.
Eventi ormonali ovulatori e post-ovulatori
• Dopo l’ovulazione, dal follicolo scoppiato si sviluppa il corpo luteo.
• L’LH favorisce la secrezione di progesterone e di estrogeni da parte del copro luteo che esercitano un controllo a feedback negativo sull’ipotalamo e sull’ipofisi, determinando la caduta dei livelli di FSH e di LH.
• A mano a mano che le concentrazioni di questi ormoni diminuiscono nel sangue, l’ipotalamo può di nuovo stimolare la secrezione di FSH e LH da parte dell’ipofisi, dando inizio a un nuovo ciclo.
Controllo del ciclo mestruale
• Il ciclo mestruale è direttamente controllato solo dagli estrogeni e dal progesterone.
• Il ciclo ovarico e il ciclo mestruale si interrompono nel caso in cui abbiano luogo la fecondazione e la gravidanza.
• Nella prima fase della gravidanza, l’embrione in via di sviluppo secerne un ormone (HCG) che mantiene attivo il corpo luteo che, in tal modo, continua a produrre gli ormoni che evitano lo sfaldamento dell’endometrio.
Figura 22.5
A
B
Controllo ipotalamico
Ipotalamo Ormone di rilascio
Adenoipofisi
Inibito dalla combinazione di estrogeni e progesterone; stimolato da alti livelli emetici di estrogeni
FSH LH
Ormoni ipofisari nel sangue
LH
FSH
FSH LH
Il picco di LH induce l’ovulazione e la formazione del corpo luteo
Ciclo ovarico
Follicolo in crescita
Fase pre-ovulatoria
Follicolo maturo
OvulazioneCorpo luteo
Fase post-ovulatoria
Degenerazione del corpo luteo
Estrogeni Progesterone ed estrogeni
Ormoni ovarici nel sangue
Estrogeni
Progesterone
Estrogeni Progesterone ed estrogeni
C
D
E Ciclo mestruale
Endometrio
0 5 10 14 15 20 25 28
GiorniMestruazione
1
4
6
2
5
3
78
Ciclo ovarico e ciclo mestruale:
COLLEGAMENTI
22.7 Le malattie a trasmissione sessuale
• Esistono diverse malattie che si contraggono tramite i rapporti sessuali.
• Alcune (come l’AIDS e l’herpes genitale) non sono curabili; altre possono essere curate, soprattutto se diagnosticate precocemente.
Le malattie a trasmissione sessuale più diffuse:
Tabella 22.7
COLLEGAMENTI
22.8 La contraccezione previene le gravidanze indesiderate
La contraccezione è la prevenzione di una gravidanza non desiderata.
Tabella 22.8
Alcuni dispositivi anticoncezionali:
Cerotto
Diaframma
Spermicida
Profilattico
PillolaFigura 22.8
Lo sviluppo embrionale
22.9 La fecondazione produce uno zigote e dà il via allo sviluppo embrionale
Lo sviluppo embrionale ha inizio con la fecondazione, cioè con l’unione tra uno spermatozoo e un oocita, che dà origine a una cellula diploide chiamata zigote.
Le caratteristiche degli spermatozoi
Soltanto uno spermatozoo penetra nell’oocita e lo feconda; tutti gli altri sono destinati a morire.
Figura 22.9A
Membrana plasmatica Segmento intermedio TestaCollo
Mitocondrio (a forma di spirale)
Nucleo
Acrosoma
Coda
Figura 22.9B
Durante la fecondazione, l’acrosoma (una sacca situata all’estremità anteriore dello spermatozoo) libera enzimi litici che digeriscono lo strato gelatinoso che riveste l’oocita.
La fecondazione
• Quando lo spermatozoo raggiunge lo strato vitellino (lo strato intermedio che riveste l’oocita) si stabilisce un legame tra le proteine poste sulla superficie dello spermatozoo e i recettori proteici.
• Dopo che lo spermatozoo ha attraversato lo strato vitellino, la sua membrana plasmatica si fonde con quella dell’oocita e la fusione delle membrane consente l’entrata del nucleo dello spermatozoo nella cellula uovo.
• Dopo che è avvenuta la fusione, l’intera membrana dell’oocita diventa impenetrabile per gli altri spermatozoi.
• La cellula uovo fecondata va incontro a una notevole attività metabolica.
• I nuclei dello spermatozoo e dell’oocita si fondono producendo il nucleo diploide dello zigote.
Figura 22.9C
Nucleo
Acrosoma
Spermatozoo
Membrana plasmatica Enzimi
dell’acrosoma
Rivestimento gelatinoso
Strato vitellino
Membrana plasmatica
Recettori proteici
Nucleo dello spermatozooCitoplasma
Nucleo della cellula uovo
Cellula uovo
Nucleo dello zigote
Lo spermatozoo si avvicina all’oocita
1
Le proteine presenti sulla testa dello spermatozoo si legano con i recettori dell’oocita
3
Si fondono le membrane plasmatiche dello spermatozoo e dell’oocita
4
Il nucleo dello spermatozoo entra nel citoplasma dell’oocita
5
Si forma la membrana di fecondazione
6
Gli enzimi dell’acrosoma digeriscono il rivestimento gelatinoso
2
I nuclei dello spermatozoo e della cellula uovo si fondono
7
La fecondazione nel riccio di mare:
22.10 Nel corso della segmentazione lo zigote si trasforma in una sfera di cellule
• La segmentazione è una rapida successione di divisioni cellulari che, a partire dallo zigote, porta alla formazione di una massa sferica di cellule, cioè di un embrione pluricellulare.
• Al termine della segmentazione, l’embrione risulta formato da uno o più strati di cellule al cui interno si trova un’ampia cavità: questa sferula cava prende il nome di blastula.
Il processo di segmentazione nel ricco di mare:
Zigote 2 cellule
4 cellule
8 cellule
Molte cellule (sfera piena)
Blastula(sfera cava)
Sezione della blastula
Blastocele
Figura 22.10
22.11 La gastrulazione produce un embrione formato da tre strati di cellule
• La gastrulazione, la seconda delle fasi principali dello sviluppo, comporta un aumento numerico delle cellule embrionali e le organizza in tre strati distinti (gastrula).
• I tre strati che si formano nel corso della gastrulazione sono i tessuti (o foglietti) embrionali: ectoderma, endoderma e mesoderma.
Figura 22.11
Polo animale Blastocele
Polo vegetativo Blastula
La blastula
1
1
Gastrulazione
Blastoporo
Blastoporo
La formazione del blastoporo
2
2
ArchenteronLa migrazione delle cellule dà origine ai foglietti embrionali 3
Residuo del blastocele
3
Archenteron EctodermaMesoderma
Endoderma
Tappo vitellinoTappo vitellino
Gastrula
La gastrulazione giunge al termine
4
4
La gastrulazione di un embrione di rana:
Tabella 22.12
Principali organi e tessuti che, nella rana e negli altri vertebrati, si originano da ciascuno dei tre foglietti embrionali:
Lo sviluppo umano
22.16 L’embrione e la placenta si formano durante il primo mese di gravidanza
• La gravidanza, o gestazione, consiste nello sviluppo di un nuovo individuo all’interno del sistema riproduttore femminile.
• La gravidanza ha inizio con il concepimento, cioè con la fecondazione dell’oocita da parte di uno spermatozoo, e prosegue fino alla nascita.
Una panoramica sugli eventi dello sviluppo
Lo sviluppo embrionale umano inizia con la fecondazione che avviene nell’ovidotto.
Ha inizio la segmentazione
Fecondazione della cellula uovo
Ovidotto
Oocita secondario
Ovulazione
Ovaia
Blastocisti (impiantata)
Endometrio
Utero
Figura 22.16A
Endometrio
Massa cellulare interna
Cavità
Trofoblasto
Figura 22.16B
In seguito alla segmentazione l’embrione diventa una sfera cava chiamata blastocisti con uno strato esterno di cellule chiamato trofoblasto.
Il trofoblasto secerne enzimi che permettono l’impianto della blastocisti nell’endometrio, lo strato cellulare che riveste internamente la cavità uterina.
EndometrioFuturo embrione
Futuro sacco vitellino
Vaso sanguigno (materno)
Cellule del trofoblasto in divisione
Trofoblasto
Cavità uterina7 giorni dal concepimentoFigura 22.16C
Cavità amniotica Amnios
Cellule del mesoderma
Corion
Sacco vitellino
Corion
Amnios
Allantoide
Sacco vitellino
Villi coriali
Embrione:
Ectoderma
Mesoderma
Endoderma
Figure 27.16D, E
Si sviluppano quattro strutture con funzioni di supporto, definite membrane extraembrionali, alle quali è attaccato l’embrione: l’amnios, il sacco vitellino, il corion e l’allantoide.
9 giorni dal concepimento 16 giorni dal concepimento
Il ruolo delle membrane
Circa un mese dopo il concepimento le membrane extraembrionali sono completamente formate.
Vasi sanguigni materni
Allantoide
Sacco vitellino
Placenta
Cavità amniotica
Amnios
Embrione
Corion
Villi coriali
Figura 22.16F 31 giorni dal concepimento
• L’embrione si trova nella cavità amniotica, piena di liquido, circondato dall’amnios.
• Il corion, insieme a una porzione del mesoderma, costituisce il componente embrionale della placenta.
• L’allantoide forma parte del cordone ombelicale.
Il ruolo della placenta
• I villi coriali sono attraversati da vasi sanguigni embrionali che si sono formati dal mesoderma.
• L’ossigeno e le sostanze nutritive passano dal circolo materno ai vasi sanguigni fetali che attraversano i villi.
22.17 Nella specie umana lo sviluppo dal concepimento alla nascita viene suddiviso in tre trimestri
Per ragioni di praticità, la gravidanza (il periodo che intercorre tra il concepimento e la nascita) viene suddivisa in tre trimestri.
Durante il primo trimestre avvengono i cambiamenti più radicali.
Un embrione umano di circa nove settimane prende il nome di feto.
Figura 22.17C
I principali mutamenti che avvengono durante il secondo trimestre consistono in un aumento delle dimensioni e in un perfezionamento generale dei tratti umani.
Il terzo trimestre (il periodo cha va dalla ventiquattresima settimana fino alla nascita) è contraddistinto da una rapida crescita.
Figura 22.17E
I principali mutamenti che avvengono durante il secondo trimestre consistono in un aumento delle dimensioni e in un perfezionamento generale dei tratti umani.
22.18 Il parto è indotto da ormoni e avviene in tre fasi
• La nascita del bambino avviene in seguito a una serie di contrazioni forti e ritmiche dell’utero, che costituisce il travaglio.
• L’induzione del travaglio dipende da alcuni ormoni.
Estrogeni Ossitocina
Dalle ovaie
Dal feto e dall’ipofisi
Stimolano i recettori uterini per l’ossitocina
Stimola le contrazioni dell’utero
Stimola la placenta a produrre
Prostaglandine
Fanno aumentare le contrazioni uterine
Fe
ed
ba
ck p
osi
tivo
Figura 22.18A
Gli estrogeni rendono l’utero più sensibile all’azione di un altro ormone, l’ossitocina, che (insieme alle prostaglandine) provoca le contrazioni.
PlacentaCordone OmbelicaleUteroCervice
Utero
Placenta
Cordone ombelicale
Figura 22.18B
Fase di dilatazione della cervice1
Fase di espulsione del bambino (parto)2
Fase del secondamento: fuoriesce la placenta3
Il travaglio avviene in tre stadi: dilatazione, stadio espulsivo, secondamento.
COLLEGAMENTI
22.19 La tecnologia della fecondazione assistita aumenta la possibilità di procreare
Le tecniche di procreazione assistita possono risolvere un certo numero di problemi che causano la sterilità.
Figura 22.19A, B