Fisiología del blastocisto
La transformación del ovocito fecundado en el blastocisto no sólo se caracteriza por importantes acontecimientos morfológicos, sino también por cambios drásticos en su fisiología, reflejados en cambios en la actividad relativa de las vías metabólicas que proporcionan no sólo energía sino también los intermediarios biosintéticos necesarios para apoyar la proliferación . La capacidad del embrión en fase de clivaje para reaccionar en el medio ambiente durante el clivaje temprano es limitada porque el embrión del genoma humano está todavía inactivo y el sistema que regula el equilibrio de la presión osmótica no es totalmente funcional.
La tendencia del metabolismo a producir energía desde los ovocitos pronucleados hasta la fase de blastocisto puede evaluarse a partir de las formas mitocondriales. En la etapa de ovocitos pronucleados y en la etapa de clivaje, su forma mitocondrial es todavía inmadura, y la producción de energía en los ovocitos suele ser baja y se incrementará enormemente desde la etapa de clivaje del embrión hasta la etapa de blastocisto. En la etapa de ovocitos pronucleados, el tipo de metabolismo es la fosforilación oxidativa (OXPHOST); luego en el embrión en etapa de clivaje, el metabolismo utiliza lactato, piruvato, aminoácidos específicos y ácidos grasos .
En el estadio de blastocisto, el metabolismo produce energía que depende principalmente del proceso de la glucólisis, con anabolizantes que se observan de forma dominante en las mitocondrias.
En el embrión en fase de clivaje, la captación de piruvato aumenta continuamente hasta el estadio de blastocisto. En la etapa de blastocisto, la captación de glucosa es mayor que la de piruvato, y el consumo de O2 aumentará en la etapa de desarrollo inicial antes de la compactación (precompactación). En la etapa de precompactación, podemos observar una baja actividad biosintética, bajo consumo de O2, y forma ovoide de las mitocondrias; la nutrición principal es el piruvato, con genoma materno dominante donde las células se dividen en la forma similar.
En la etapa de postcompactación, podemos observar una alta actividad biosintética, mayor consumo de oxígeno, y forma alargada de las mitocondrias; la nutrición principal es la glucosa, y con genoma embrionario humano dominante. En esta etapa, las células se diferenciarán en trofectodermo (TE) y masa celular interna (ICM).
Los aminoácidos en el metabolismo del blastocisto pueden ser utilizados como fuente de energía, y algunos aminoácidos como el aspartato a través de la lanzadera de malato aspartato entran en el ciclo del ácido tricarboxílico (TCA) para producir energía. Sin embargo, la glutamina también puede entrar como glutamato en el ciclo TCA para producir energía. Los aminoácidos en la etapa de blastocisto también juegan un papel en la regulación del tampón de pH intracelular, como proceso de desarrollo de materiales y como antioxidantes y quelantes.
Después de la compactación, el embrión muestra un aumento del consumo de O2 y de la capacidad de uso de la glucosa como fuente de energía. Este aumento del consumo de oxígeno muestra que la energía es necesaria para la formación y el mantenimiento de la blastocélula.
El aumento del metabolismo del blastocisto se produce debido a la mayor liberación de blastómeros a 150-200 células con la formación y el mantenimiento de la blastocélula a través de la actividad de la bomba Na+/K+ ATPasa que produce energía. La energía es necesaria para la degradación de la zona pelúcida con la enzima proteasa. El piruvato como fuente de reservas energéticas distintas a los carbohidratos también funciona como antioxidante.
El blastocisto humano utiliza aminoácidos como fuente de energía en el proceso de catabolismo y produce amonio 30 pmol/hora. El aminoácido más utilizado es el aspartato, además de consumir arginina, serina, metionina, valina y leucina .
El metabolismo del blastocisto ocurre en dos lugares diferentes: en las células del trofectodermo (TE) donde se produce el consumo de glucosa y la mitad se convierte en lactato, mientras que el proceso de glucólisis ocurre en la masa celular interna (MCI) (Figuras 1, 2, 3) .
Figura 1.
Ciclo del ácido tricarboxílico (TCA) o ciclo de Krebs. El ciclo del ácido cítrico comienza con una molécula de acetil-CoA que reacciona con una molécula de H2O, liberando un grupo coenzima-A, y donando los dos átomos de carbono restantes en forma de grupo acetilo al ácido oxaloacético que tiene moléculas con cuatro átomos de carbono, para producir ácido cítrico con seis átomos de carbono. Los productos resultantes de la primera vuelta del ciclo son un GTP (o ATP), tres NADH, un QH2 y dos CO2. Como se producen dos moléculas de acetil-CoA a partir de cada molécula de glucosa, se requieren dos ciclos por cada molécula de glucosa. Por lo tanto, al final de dos ciclos, los productos finales son dos GTP, seis NADH, dos QH2 y cuatro CO2.
Figura 2.
Vía de la glucólisis o vía de Embden-Meyerhof-Parnas (EMP). (1) En la primera etapa, la glucosa será convertida en glucosa 6-fosfato por la enzima hexoquinasa. Esta etapa requiere la energía del trifosfato de adenosina (ATP). El ATP que ha liberado la energía almacenada se transformará en ADP. (2) La glucosa 6-fosfato se convertirá en fructosa 6-fosfato, lo cual es catalizado por la enzima fosfoexosa isomerasa. (3) La fructosa 6-fosfato se convertirá en fructosa 1,6-bisfosfato; esta reacción es catalizada por la enzima fosfofructoquinasa. En esta reacción se necesita la energía del ATP. (4) La fructosa 1,6-bifosfato (6 átomos de C) se descompone en gliceraldehído 3-fosfato (3 átomos de C) y dihidroxiacetona fosfato (3 átomos de C). La reacción es catalizada por la enzima aldolasa. (5) Una molécula de dihidroxiacetona fosfato que se forma será convertida en gliceraldehído 3-fosfato por la enzima triosa fosfato isomerasa. La enzima trabaja en sentido inverso, lo que significa que también puede convertir el gliceraldehído 3-fosfato en dihidroxi acetona fosfato. (6) El gliceraldehído 3-fosfato será entonces convertido en 1,3-bifosfoglicerato por la enzima gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa. En esta reacción se formará NADH. (7) El 1,3-bifosfoglicerato será convertido en 3-fosfoglicerato por la enzima fosfoglicerato quinasa. Estas reacciones se liberarán como energía en forma de ATP. (8) El 3-fosfoglicerato será convertido en 2-fosfoglicerato por la enzima fosfoglicerato mutasa. (9) El 2-fosfoglicerato será convertido en fosfoenolpiruvato por la enzima enolasa. (10) El fosfoenolpiruvato se convertirá en piruvato que es catalizado por la enzima piruvato quinasa. En esta etapa también se produce energía en forma de ATP.
Figura 3.
Metabolismo del blastocisto. Tras la compactación, se produce un aumento del consumo de oxígeno y de la utilización de la glucosa como fuente de energía (glucólisis). El aumento del consumo de oxígeno refleja la considerable energía necesaria para la formación y el mantenimiento del blastocisto, pero el aumento de la utilización de la glucosa refleja una mayor demanda del proceso biosintético. En los ciclos TCA, se produce NADH, GTP, QH y CO2 y 34 ATP. PEP, fosfoenolpiruvato.