Nel post precedente avevamo accennato ai vari meccanismi che nel riccio di mare e nei mammiferi determinano il riconoscimento e la fusione delle membrane dello spermatozoo e della cellula uovo. Una volta avvenuta la fecondazione, la propensione della cellula uovo ad essere fecondata diventa pericolosa. Con la fusione tra spermatozoo e cellula uovo e l'unione dei loro nuclei aploidi viene ripristinato il normale corredo cromosomico della specie. Ne consegue che fecondazioni secondarie porterebbero ad uno squilibrio nel numero di cromosomi, con effetti deleteri sullo sviluppo di un nuovo organismo. Infatti esiste un particolare processo che impedisce fecondazioni secondarie; ed è noto come inibizione della polispermia.
Inoltre lo spermatozoo oltre al nucleo aploide fornisce all'uovo anche il centriolo.
Nella normale monospermia, in cui nell'uovo penetra un solo spermatozoo, il centriolo fornito da quest'ultimo va incontro a divisione per formare i due poli del fuso mitotico di segmentazione.
Grazie ad esso la cellula si divide in due nella prima divisione mitotica che determina l'inizio della segmentazione.
L'ingresso di più spermatozooi è noto con il termine di polispermia e in genere ha conseguenze che, come accennato precedentemente, sono distratrose per lo sviluppo del nuovo organismo. Facciamo un esempio: supponiamo che siano due gli spermatozooi a fecondare una cellula uovo, ciò che ne deriva è un nucleo triploide, cioè ogni cromosoma risulta presente in triplice copia anzichè in due, inoltre saranno presenti due centrioli, e dopo che si saranno divisi ne saranno presenti 4; la cellula non contiente istruzioni che le permettano di risolvere questo genere di problemi, non esistono meccanismi che permetteranno una corretta segregazione dei cromosomi nelle cellule che si formeranno, ne nel numero e nel tipo corretto di cromosomi, ciò che ne deriva saranno cellule contenenti un eccesso di geni e cellule contenenti meno cromosomi del necessario.
Gli organismi hanno sviluppato svariate strategie per imperdire fecondazioni secondarie possiamo
Blocco rapido alla polispermia.
E' caratterizzato da un cambiamento nel potenziale di membrana che impedisce agli spermatozooi di interagire con la superficie dell'uovo. Prendiamo come punto di riferimento anche in questo caso il riccio di mare. Come accennato l'importante ruolo della membrana della cellula uovo è quella di mettere in relazione tale cellula con lambiente circostante, ciò fa si che la concentrazione degli ioni ella cellula uovo differisca enormemente da quella dell'ambiente circostante nel quale è immerso. Tale differenza è particolarmente significativa per quanto riguarda gli ioni sodio e potassio. La concentrazione dello ione sodio è di gran lunga più elevata nell'ambiente marino esterno che in quello cellulare, mentre per il potassio il discorso vale all'inverso. Tale condizione (non parleremo qua di quali meccanismi mantengono continuamente tale differenza di concentrazioni tra i due lati della membrana), viene mantenuta dalla membrana cellulare che continuamente impedisce l'ingresso degli ioni sodio e l'uscita del potassio. Se si inserisce un elettrodo all'interno dela cellula uovo e si colloca un secondo elettrodo al di fuori di esso si può misurare la differenza di potenziale tra i due lati che in genere ha un potenziale di -70mV; con l'interno della cellula più negativo rispetto all'esterno.
Dopo il legame con lo spermatozoo e la relativa fusione delle membrane delle cellule germinali, il potenziale di membrana si modifica assumendo un valore di circa + 20 mV circa. La variazione del potenziale di membrana è dovuta ad un ingresso di ioni sodio nell'uovo. E' stato osservato che gli spermatozooi sembrano essere in grado i legarsi alla membrana della cellula uovo quando essa presenta un potenziale d imembrana di -70 mV, mentre non sembrano in grado di legarsi a membrane delle cellule uovo che presentano un potenziale di riposo positivo. L'importanza degli ioni sodio e della loro influenza sull'entrata degli spermatozooiè stata ampiamente accertata attraverso vari esperimenti, e si è visto che il blocco rapido viene rimosso se nella soluzione in cui sono inseriti i ricci di mare la concentrazione degli ioni sodio viene ridotta notevolmente, anche mantenendo la membrana con un potenziale negativo non vi era blocco. Non si conoscono con precisione i meccanismi che impediscono algi spermatozooi di entrare in una cellula uov una volta che il suo potenziale di membrana è diventato positivo. Molto probabilmente la presenza di proteine con carica netta positiva a cui viene impedito il legame con componenti della cellula uovo.
Blocco lento alla polispermia.
Il blocco rapido alla polispermia non è eterno, la modificazione del potenziale di membrana dura per breve tempo. Entro un minuto infatti la membrana tende a tornare nuovamente al suo stato di riposo, ciò comporta un ritorno della membrana ad essere potenzialmente fecondata da altri spermatozooi, per evitare che questo avvenga e rimuovere eventuali spermatozooi che si legano nuovamente alla superficie, si innesca un secondo processo noto come blocco lento alla polispermia. Evento principale è l'esocitosi dei granuli corticali.
Come accennato nel post precedente nel riccio di mare i granuli corticali sono migliaia, possiedono enzimi, proteine ialine, mucopolisaccaridi ecc...
Viene definito blocco lento in quanto si instaura circa un minuto dopo l'avvenuta fusione dello spermatozoo con la cellula uovo. Quando lo spermatozoo entra questi granuli corticali si fondono con la membrana plasmatica dell'uovo e liberano il loro contenuto nello spazio compreso tra la membrana cellulare e la membrana vitellina. Sono diverse le proteine che vengono rilasciate, una di esse è la serinproteasi dei granuli corticali, un enzima simile alla tripsina. La sua funzionalità è quella di interrompere le connessioni proteiche esitenti tra la membrana cellulare e la membrana vitellina. consentendo in tal modo un distacco dei recettori della bindina con tutti gli spermatozooi ad essi associati. In secondo luogo i mucopolisaccaridi rilasciati dai dai granuli corticali determinano un gradiente osmotico che richiama acqua determinando un rigonfiamento nello spazio tra la membrana vitellina e quella cellulare facendo rigonfiare la membrana vitellina e iniziando in questo mo quel processo noto come formazione della membrana di fecondazione. Altre proteine rilasciate dai granuli corticali sono enzimi come la perossidasi che rende più resistente la membrana di fecondazione stabilndo legami crociati tra i residui di tirosina di proteine adiacenti. La membrana di fecondazione inizia a formarsi nel punto di ingresso dello spermatozoo e continua a formarsi avvolgendo l'intera cellula uovo, durante la sua formazione gli spermatozooi si distaccano dalla cellula. Le proteine ialine svolgono un altro ruolo importante in quanto forma un rivestimento attorno alla cellula uovo. Inoltre durante questo processo la cellula uovo emette lunghi microvilli che daranno sostegno alle future cellule durante il processo della segmentazione.
