受精生物學(xué)大全

1、關(guān)于受精生物學(xué)大全第1頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四2受精：單倍體的精子和卵子相互結(jié)合核融合而形成雙倍體合子的過程，是有性生殖生物個體發(fā)育的起點(diǎn)。受精的生物學(xué)意義：保證了雙親的遺傳作用恢復(fù)了染色體雙倍體數(shù)目變異得到遺傳，保證了物種的多樣性。第2頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四3第一節(jié) 受精的概述第3頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四41.受精發(fā)生在生發(fā)泡破裂之前，即第一次減數(shù)分裂前期初級卵母細(xì)胞期，例如：狗、狐貍、海綿、蛔蟲和沙蠶等;2.受精發(fā)生在第一次減數(shù)分裂中期，例如：昆蟲及海星等;3.受精發(fā)生在第二次減數(shù)分裂的中期，

2、例如：魚類、兩棲類及哺乳類中（決大多數(shù)脊椎動物和文昌魚）；4. 受精發(fā)生在第二次減數(shù)分裂完成后，例如：海膽和腔腸動物。一、受精的時期第4頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四5不同動物受精發(fā)生于卵子發(fā)育的不同階段（引自Longo FJ，1997）第5頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四6二、受精方式（一）體內(nèi)受精和體外授精體外受精：排在水里水生動物，如許多魚類和部分兩棲類等體內(nèi)受精：進(jìn)入生殖道抵達(dá)受精部位高等動物如爬行類、鳥類、哺乳類、某些軟體動物、昆蟲以及某些魚類和少數(shù)兩棲類第6頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四7二、受精方式（二）

3、自體受精和異體受精自體受精：在雌雄同體動物中，同一個體的精子和卵子融合.雌雄同體的絳蟲異體受精：大多數(shù)動物是雌雄異體動物，雌雄同體的蚯蚓第7頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四8二、受精方式（三）單精受精和多精受精單精受精：只有一個精子進(jìn)入卵子，如果多精入卵則導(dǎo)致胚胎發(fā)育異常。腔腸、棘皮、環(huán)節(jié)動物、硬骨魚、無尾兩棲類、胎盤類哺乳動物多精受精：生理性多精受精，一個雄原核和雌原核融合，其他雄原核退化昆蟲、軟體動物、軟骨魚、有尾兩棲類和鳥類第8頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四9三、精卵受精能力的維持哺乳動物一次射出的精子數(shù)量很多，但能到達(dá)受精部位的精子數(shù)量

4、有限。離體后的精子生命比較短暫。不同動物精子維持受精能力的時間有很大差別第9頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四102.5億？20個？第10頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四11動物活動能力（h）受精能力（h）動物活動能力（h）受精能力（h）小鼠大鼠豚鼠兔雪貂狗雞13174126861421-2228-32；43-5036-48；126134（估計）數(shù)周羊奶牛豬馬蝙蝠人蛇4896144140-156（d）48-6024-4824-4824-48144138-156（d）24-483-4年各種動物精子在輸卵管中維持活動能力和受精能力的時間第11頁，共80

5、頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四12卵子排出后，如沒有受精，就會發(fā)生老化，失去受精能力老化卵子受精時，多精受精的發(fā)生率增加。動物時間（h）動物時間（h）兔豚鼠大鼠小鼠金田鼠雪貂6-8不多于2012-148-125；12約36豬羊乳牛馬恒河猴人約2015-2422-24約24大約少于24不超過24各種哺乳動物卵子維持受精能力的時間第12頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四13四、受精的基本過程第13頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四14哺乳動物精卵相互作用過程模式圖A 精子穿過卵丘細(xì)胞；B1 精子與卵子透明帶結(jié)合；B2 精子發(fā)生頂體反應(yīng)，釋

6、放頂體酶；B3 精子正在穿過透明帶；C1 精子頭部赤道段的質(zhì)膜與卵子質(zhì)膜結(jié)合；C2 精卵質(zhì)膜融合第14頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四15精子穿過卵丘細(xì)胞- 初級識別和結(jié)合（ZP3 ）- 頂體反應(yīng)-胞吐、釋放頂體酶-次級識別和結(jié)合（ZP2 ）- 精子穿過透明帶- 精子頭部赤道段的質(zhì)膜與卵子質(zhì)膜結(jié)合- 精卵質(zhì)膜結(jié)合和融合-包括精子尾的整個精子進(jìn)入卵子-皮質(zhì)反應(yīng)-透明帶反應(yīng)-阻止多精入卵-精子核膜破裂-染色質(zhì)去濃縮-卵母細(xì)胞排出第二極體-雄原核形成-雌雄原核融合-卵裂開始。第15頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四16第二節(jié) 精子獲能 第16頁，共80頁

7、，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四17精子的獲能精子成熟后雖然具備了運(yùn)動能力，卻沒有受精能力，還需要在通過生殖道的過程中經(jīng)歷一系列生理生化變化，才能獲得受精能力，這一過程稱為精子獲能（sperm capacitation）。第17頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四18一、獲能地點(diǎn)陰道射精型：大多數(shù)哺乳動物（牛、羊、兔和靈長類）在交配期間精液沉積在陰道前庭部位，當(dāng)精子進(jìn)入子宮頸時，獲能即開始。宮腔射精型：另一些哺乳動物（豬、馬、狗和嚙齒類）在交配時大部分精液直接進(jìn)入宮腔，或通過宮頸管進(jìn)入宮腔。其精子在輸卵管峽部較低部位全部或部分完成獲能。第18頁，共80頁，202

8、2年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四19陰道射精型：對于陰道射精型動物，其精子在進(jìn)入子宮前必須越過高度褶皺并充盈黏液的宮頸。在排卵期，宮頸黏液具有以下作用：保護(hù)精子對抗陰道環(huán)境及阻止陰道白細(xì)胞吞噬；阻止精液進(jìn)入子宮；排斥形態(tài)學(xué)上異常的精子進(jìn)入子宮；保持和儲存精子為其后遷移到生殖道上部起重要作用。第19頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四20宮腔射精型：子宮-輸卵管連接部位是其上行至壺腹部的主要屏障。子宮-輸卵管連接處的多數(shù)黏膜皺褶和窄小的官腔只能允許小部分宮腔精子進(jìn)入輸卵管。盡管至今未完全確定，但受精前精子的峽部貯存可能是哺乳動物的一般規(guī)律。第20頁，共80頁，2022年，

9、5月20日，7點(diǎn)10分，星期四21二、獲能條件精子獲能必須滿足若干重要條件：時間：各種動物所需獲能的時程不一致蛋白質(zhì)：體內(nèi)獲能生殖道存在高濃度蛋白，體外若培養(yǎng)液缺乏血清蛋白，體外受精不能發(fā)生離子濃度及其比例：Ca2+、K+ 、 Na+ 和 HCO3-都是必須，尤其是Ca2+解除精漿的作用第21頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四22二、獲能條件體內(nèi)獲能沒有嚴(yán)格的器官特異性，可以在婦女腹腔中進(jìn)行。沒有種屬特異性，因為一種動物精子能夠在其他種類動物的雌性生殖道內(nèi)獲能。雌性生殖道中輸卵管特異糖蛋白（OGP）對精子獲能起直接作用多種激素和因子對獲能有促進(jìn)作用：PAF、孕酮、肝素和載

10、脂蛋白第22頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四23二、獲能條件體外獲能溫度：一般實驗室采用溫度為37-38。pH值：最適pH為7.4-8.0。滲透壓：最適宜的滲透壓為295-310 Osm/kg H2O。第23頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四24精子體外獲能處理方法（1）培養(yǎng)法：對嚙齒動物、家兔和豬等動物，將取自附睪的精子，放入人工配制的獲能液中，培養(yǎng)一段時間后，精子就可獲能，這種方法稱為培養(yǎng)法。 （2）化學(xué)誘導(dǎo)法：對于牛、羊等家畜，將精子放在一定濃度的肝素或鈣離子載體A23187溶液中，用化學(xué)藥物誘導(dǎo)精子獲能，稱之為化學(xué)法。第24頁，共80頁，2

11、022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四25三、精子獲能的異質(zhì)性同一個體射出的所有精子并不是同時獲能。一些精子獲能較快，另一些則較慢，稱之為精子獲能的異質(zhì)性（heterogeneity）。原因：精子膜結(jié)構(gòu)內(nèi)在分子的多樣性; 附睪尾部精子成熟程度不同; 對影響它們的成熟環(huán)境反應(yīng)性存在著千差萬別精子獲能的異質(zhì)性是阻礙精子功能研究的一道屏障。第25頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四26四、去獲能現(xiàn)象張明覺（1958）最早發(fā)現(xiàn)精子獲能是一個可逆過程，獲能精子一旦與精漿和附睪液接觸，又可去獲能(decapacitation)。如果把去獲能的精子轉(zhuǎn)移到雌性生殖中，并使之停留一段時間，

12、精子又可重新獲能，表明精漿和附睪液中存在著一種去獲能因子(decapacitation factor)。第26頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四27五、精子在獲能中產(chǎn)生的變化主要是生物化學(xué)和生理功能的變化。細(xì)胞膜的變化去除在雄性生殖道吸附在細(xì)胞膜表面的某些成分，細(xì)胞膜表面的糖基得到修飾膜脂組成改變：膽固醇膜流動性膜蛋白位移、分布和成分重組，酶和離子通道被激活第27頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四28細(xì)胞膜的變化意義：暴露與某些信號分子識別的特殊受體，以利于啟動細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)提高膜通透性以活化代謝，增強(qiáng)運(yùn)動降低膜穩(wěn)定性，以利于發(fā)生頂體反應(yīng)和精卵膜

13、融合細(xì)胞膜的變化可以通過金霉素?zé)晒馊旧o以顯示第28頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四29CTC染色(金霉素染色)未獲能和頂體完整（F型）獲能和頂體完整型（B型）獲能和頂體反應(yīng)型（AR型） 第29頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四30代謝活化：獲能時多方面代謝明顯加強(qiáng)，使精子獲得頂體反應(yīng)能力氧化作用加強(qiáng)：糖酵解 能力產(chǎn)生和利用，提高運(yùn)動能力膜脂代謝加強(qiáng)：膜分子構(gòu)筑和理化特性發(fā)生改變。離子交換更加頻繁，導(dǎo)致膜電位變化，膜穩(wěn)定性，Ca2+ ，激活多種生化反應(yīng)多種酶系被激活：cAMP DAG 五、精子在獲能中產(chǎn)生的變化第30頁，共80頁，2022年，5月2

14、0日，7點(diǎn)10分，星期四31超激活運(yùn)動獲能過程中，精子運(yùn)動能力逐漸加強(qiáng)，運(yùn)動方式發(fā)生改變。許多哺乳動物的精子在發(fā)生頂體反應(yīng)之前運(yùn)動能力加快，稱為超激活（superactivation）。五、精子在獲能中產(chǎn)生的變化第31頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四32超激活現(xiàn)象當(dāng)金黃地鼠精子開始接觸獲能液時，開始時呈活躍的線性向前運(yùn)動，隨后進(jìn)入相對緩和的運(yùn)動狀態(tài)，此時大多數(shù)精子以頭對頭相聚集，尾部顫動。2h后則又互相離開，開始前所未有的活躍運(yùn)動，起初線性向前，很快出現(xiàn)猛烈的特殊運(yùn)動，尾部呈現(xiàn)強(qiáng)烈的鞭打樣擺動，頭的運(yùn)動軌跡呈不規(guī)則8字形。小鼠等多種嚙齒類動物和金黃地鼠類似，但許多哺乳動

15、物和人精子獲能時不發(fā)生凝集。第32頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四33人和哺乳動物精子經(jīng)獲能后，普遍發(fā)生運(yùn)動速度和運(yùn)動方式改變，主要特征是：尾部呈“鞭打樣”的不對稱運(yùn)動。頭部側(cè)擺顯著加大運(yùn)動軌跡偏離線性以上這種運(yùn)動方式稱超激活運(yùn)動（hyperactivation movement, HAM）第33頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四34卵子識別與頂體反應(yīng)能力激活獲能后重要的變化還有精子能與透明帶識別和結(jié)合，同時可以接受孕酮或透明帶溶解液的誘導(dǎo)而產(chǎn)生頂體反應(yīng)。HAM、與透明帶結(jié)合和受誘導(dǎo)后產(chǎn)生頂體反應(yīng)這3項指標(biāo)是精子完成獲能的標(biāo)志。五、精子在獲能中產(chǎn)生

16、的變化第34頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四35六、精子獲能的分子機(jī)制第35頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四36第三節(jié) 精子頂體反應(yīng)第36頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四37精子核頂體穿孔及頂體酶釋放卵膜頂體反應(yīng)：精子頂體釋放頂體酶的過程，該反應(yīng)使得精子得以穿越放射冠和透明帶，和卵細(xì)胞膜接觸，從而開始受精。 頂體反應(yīng) (acrosome reaction)第37頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四38哺乳動物精子的頂體反應(yīng)第38頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四39哺乳動物的精子都

17、在穿透卵子前在透明帶表面發(fā)生頂體反應(yīng)，大多數(shù)動物中都為種特異性，但也有少數(shù)，如倉鼠精子不僅可在人卵透明帶上經(jīng)歷頂體反應(yīng)，而且可穿透人卵；羊精子也可在牛卵透明帶上發(fā)生頂體反應(yīng)第39頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四40第四節(jié) 精卵相互作用第40頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四41一、精子與透明帶的相互作用一般情況下，只有同種動物獲能精子才能與透明帶相互識別，體現(xiàn)了受精的物種專一性。透明帶由ZP1-3三種糖蛋白組成，精卵識別和結(jié)合發(fā)生在卵子的透明帶上透明帶組成模式圖第41頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四42精子與透明帶之間的識別

18、又分為初級識別和次級識別。未發(fā)生頂體反應(yīng)的精子與透明帶之間首先發(fā)生初級識別，它誘發(fā)頂體反應(yīng)的發(fā)生；頂體反應(yīng)后的精子與透明帶之間發(fā)生次級識別，精子穿過透明帶。（一）精子與透明帶的相互作用過程一、精子與透明帶的相互作用第42頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四43 精子頭部的ZP3受體與ZP3結(jié)合。(一次結(jié)合） ZP3-受體結(jié)合導(dǎo)致精子的ZP3受體向精子頭部的一側(cè)聚集。 ZP3-受體結(jié)合導(dǎo)致精子的頂體反應(yīng)。頂體內(nèi)膜上的特殊蛋白與ZP2的糖蛋白結(jié)合（二次結(jié)合）第43頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四44初級識別：ZP3ZP3受體（精子質(zhì)膜）次級識別：ZP2

19、ZP2受體（頂體內(nèi)膜）ZP1不與精子直接作用。第44頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四45第45頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四461.精子表面的ZP3受體：ZP3受體位于精子頂體區(qū)質(zhì)膜上半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶 sp56：56 kD的多肽，只與ZP3的半乳糖殘基結(jié)合，而不與ZP2結(jié)合。p95：又稱透明帶受體激酶，95 kD的跨膜蛋白 （二）精子表面的結(jié)合蛋白一、精子與透明帶的相互作用第46頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四47Sperm binding to the mouse zona pellucida半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶第47頁，共8

20、0頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四482.精子表面ZP2受體：位于頂體反應(yīng)后精子頂體內(nèi)膜上，與透明帶上的ZP2相互作用。一旦一個精子進(jìn)入卵子后，卵皮質(zhì)顆粒開始釋放，其中的一個蛋白酶可特異性改變ZP2，從而抑制別的發(fā)生頂體反應(yīng)的精子向卵子移動，但現(xiàn)在仍不知道哪種精子膜上的蛋白與ZP2結(jié)合。PH-20和頂體素可能與ZP2作用。第48頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四49第49頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四50（一）精子與卵母細(xì)胞的相互作用的過程（二）精子與卵母細(xì)胞融合機(jī)制（三）多精入卵的阻止（四）合子的形成（五）受精過程中的中心體遺傳二

21、、精子與卵母細(xì)胞的相互作用第50頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四51精子發(fā)生頂體反應(yīng)穿過ZP以后，很快到達(dá)質(zhì)膜表面，并與卵質(zhì)膜結(jié)合并融合，整個精子進(jìn)入卵子。首先是精子頭的尖部與卵子質(zhì)膜接觸，隨后精子頭側(cè)面附著在卵子質(zhì)膜上。胎盤類哺乳類頂體內(nèi)膜不能參與融合，目前一般認(rèn)為，精子頭部赤道段或其附近的質(zhì)膜與卵質(zhì)膜發(fā)生融合。（一）精子與卵母細(xì)胞的相互作用的過程第51頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四52第52頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四53精卵的融合很少發(fā)生在卵子第二次減數(shù)分裂器存在的區(qū)域，因為該區(qū)域沒有絨毛，無皮質(zhì)顆粒，而卵子其

22、他區(qū)域存在大量絨毛，且有皮質(zhì)顆粒分布。第53頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四54次級卵母細(xì)胞的膜融合相關(guān)分子四跨膜蛋白超家族成員的CD9、CD81、整合素61、糖基化磷脂酰肌醇錨定蛋白GPIAP，CD9被廣泛關(guān)注和認(rèn)同（二）精子與卵母細(xì)胞融合機(jī)制第54頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四55精子的的膜融合相關(guān)分子附睪吸附蛋白DE、精子細(xì)胞膜表面蛋白PH20和受精素Izumo：2005年報道的 一種全新的精子特異性跨膜蛋白，敲除鼠精子可穿透透明帶，結(jié)合卵母細(xì)胞表面，但不能融合（二）精子與卵母細(xì)胞融合機(jī)制第55頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)1

23、0分，星期四56（三）多精入卵的阻止1.快速阻止(fast block): -70 mV 受精 + 20 mV第56頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四57膜電位的變化第57頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四58如果結(jié)合在卵膜上的精子不除去，仍有可能發(fā)生多精受精。而導(dǎo)致這些精子的脫離是由皮層反應(yīng)和透明帶反應(yīng)來完成的。2. 慢速阻止：（三）多精入卵的阻止第58頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四59（1）皮質(zhì)反應(yīng)：哺乳動物精子入卵后，激發(fā)卵質(zhì)膜下的皮質(zhì)顆粒發(fā)生胞吐，稱為皮質(zhì)反應(yīng)。這一過程中ZP3及ZP2都發(fā)生改變，皮質(zhì)顆粒中的酶切除Z

24、P3的末端糖殘基，從而釋放出透明帶上結(jié)合的精子，并阻止別的精子吸附。第59頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四60（2）透明帶反應(yīng)：一旦精子與卵子融合，皮質(zhì)反應(yīng)后胞吐到卵周隙中的酶類引起透明帶糖蛋白發(fā)生生化和結(jié)構(gòu)變化，從而阻止多精入卵，這稱為透明帶反應(yīng)。第60頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四61ZP3被改變，ZP2部分水解，透明帶硬化，阻止多精入卵第61頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四62第62頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四63第63頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四64第64頁

25、，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四65第65頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四66第66頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四67第67頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四68第68頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四69（四）合子的形成同時，在卵母細(xì)胞質(zhì)內(nèi)一些物質(zhì)影響下，精子也發(fā)生了一系列深刻的改變。精卵融合后，精子為卵母細(xì)胞提供了父源性的基因組、中心粒、激活因子以及少量的線粒體（其他大部分都被丟棄在卵母細(xì)胞以外），并且激活了卵母細(xì)胞。第69頁，共80頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)10分，星期四70早期事件： Ca2+升高 、皮質(zhì)反應(yīng)（CR）、 減數(shù)分裂的恢復(fù)。晚期事件：精子解旋、原核形成、蛋白質(zhì)合成、DNA合成、卵裂。卵母細(xì)胞的激活第70頁，共80頁，2022年，5月2