細(xì)胞受精過程課件

第二章受精受精（fertilization）是兩性生殖細(xì)胞融合產(chǎn)生具備雙親遺傳潛能新個體的過程，是新個體的開始.1.將父母的基因傳給子代2.在卵母細(xì)胞質(zhì)中激發(fā)一系列確保發(fā)育正常進(jìn)行的反應(yīng)卵母細(xì)胞成熟，精子的獲能，精卵的識別，受精過程中的重要反應(yīng)，卵新陳代謝的激活第一節(jié)精子和卵子的結(jié)構(gòu)精子通常分頭部、頸部和尾部三部分.頭部：細(xì)胞核和頂體頸部：近端中心粒到遠(yuǎn)端中心粒尾部：分三部分1.中段：從基粒到環(huán)2.主段：最長，負(fù)責(zé)運動3.末段：5-7μm。卵子細(xì)胞質(zhì)內(nèi)物質(zhì)分布不均，卵黃小板在植物極聚集濃縮，糖原顆粒、核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和脂質(zhì)等移向動物極。細(xì)胞膜下高爾基復(fù)合體形成皮質(zhì)顆粒。卵子成熟的形態(tài)標(biāo)記是卵母細(xì)胞核膜破裂（又稱生發(fā)泡破裂;germinalvesiclebreakdown，GVBD）.長主卵母細(xì)胞由依賴cAMP的PKA磷酸化的蛋白質(zhì)控制（因外源信號能迅速導(dǎo)致卵母細(xì)胞cAMP含量下降），停頓在第一次減數(shù)分裂的雙線期。該蛋白去磷酸化之后，卵內(nèi)蛋白質(zhì)合成增加。啟動卵母細(xì)胞成熟分裂恢復(fù)的活動發(fā)生在細(xì)胞周期的晚G2相。由外源信號導(dǎo)致卵母細(xì)胞cAMP含量下降.在翻譯的蛋白合成產(chǎn)物中，最引人注目的是pp39mos和MPF。長足卵母細(xì)胞質(zhì)中貯存著母型c-mosmRNA，經(jīng)外源信號刺激，母型c-mosmRNA加poly(A)尾，由此翻譯出相對分子質(zhì)量3.9X104的磷蛋白pp39mos。該蛋白只在成熟過程中出現(xiàn)，受精后迅速降解.pp39mos具恢復(fù)卵減數(shù)分裂并使之停頓在第二次減數(shù)分裂的作用，但必須與Cdk2共同作用才能實現(xiàn)。細(xì)胞靜止因子(cytostaticfactor,CSF)

由pp39mos和Cdk2組成.MPF由調(diào)節(jié)亞基CyclinB與催化亞基p34cdc2組成，其活化不依賴卵母細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄水平的活動，依賴于翻譯水平的活動。CyclinB是一種周期性合成和降解的蛋白質(zhì)，對p34cdc2的去磷酸化和磷酸化具調(diào)節(jié)作用。CyclinB與預(yù)存在卵中無激酶活性的p34cdc2結(jié)合在一起，形成低活性的MPF前體。在磷酸酯酶(cdc25基因產(chǎn)物)作用下，MPF前體中p34cdc2的Thr一14和Tyr一15被去磷酸化,Thr-161保持原有被磷酸化的狀態(tài)，成為具激酶活性的MPF。活化的MPF具自我擴(kuò)增作用，即通過(間接)活化Cdc25進(jìn)一步使更多的MPF前體活化。在一定量的MPF作用下，細(xì)胞即可跨入M相.隨著受精，受精卵內(nèi)游離Ca2+增加，鈣調(diào)蛋白激活，使依賴鈣調(diào)蛋白的酪蛋白激酶II(CKII)活化。隨著CKll的活化，c-mos基因產(chǎn)物pp39mos降解，Cdc2激酶失活，導(dǎo)致CSF解體，受CSF保護(hù)的CyclinB降解，細(xì)胞周期就此由M相跨入G1相.不同動物卵子排出時的狀況：各種動物所排出的卵子的成熟階段不一致，大致有四種情況:①受精在生發(fā)泡破裂之前，即處于初級卵母細(xì)胞時期，精子入卵后才完成兩次減數(shù)分裂。如海綿、蛔蟲、沙蠶、箭蟲等.②受精在第一次減數(shù)分裂中期。例如貽貝、玻璃海鞘、毛翼蟲、蛤等。③受精在第二次減數(shù)分裂中期。如絕大多數(shù)脊椎動物和文昌魚④受精在已經(jīng)完成兩次減數(shù)分裂之后.例如海膽、腔腸動物等.有時把②③稱為中間型。另外，以上劃分并不十分嚴(yán)格，有許多例外，如海膽在受精過程中發(fā)現(xiàn)以上四種情況都有.源于雄性生殖道的受精促進(jìn)膚受精促進(jìn)膚(fertilizationpromotingpeptide,FPP)在精子獲能中起一定作用。FPP是前列腺分泌的三肽。將FPP加入到未獲能的小鼠和人精液中，可實現(xiàn)獲能反應(yīng)和提高受精/穿透能力。FPP尚可抑制精子頂體的丟失，使精子維持較高受精能力腺苷(adenosine)能調(diào)節(jié)腺苷酸環(huán)化酶的活性，對獲能和未獲能的兩種精子產(chǎn)生的作用與FPP的作用相似。FPP結(jié)構(gòu)上與促甲狀腺素釋放激素(thyrotrophin一releasinghormone,TRH)相似，與TRH抗體有交叉反應(yīng)。哺乳動物前列腺和精液中含TRH類似物，從兔前列腺中已分離出TRH類似物。FPP可以誘發(fā)與精子相關(guān)的生物學(xué)反應(yīng)，可以最大限度保持精子的受精能力。

1.半乳糖基轉(zhuǎn)移酶(GalTase)：精子和體細(xì)胞均表達(dá)，是細(xì)胞表面的，末端具有N-乙酰葡萄糖胺的寡糖苷配體的受體。活精子表面的GalTase能選擇的與ZP3(精子結(jié)合蛋白)作用，將半乳糖特異的轉(zhuǎn)移到ZP3。GalTase與其配體結(jié)合，能激活精子的G蛋白并誘導(dǎo)頂體反應(yīng)2.SP56（透明帶附著分子，半乳糖結(jié)合蛋白）：位于頂體完整精子的頭部，能與ZP3結(jié)合，可能結(jié)合ZP3上寡糖的一種外源凝集素.是一種睪丸獨有的細(xì)胞膜蛋白.3.P95：能與ZP3結(jié)合，特點是它的酪氨酸被磷酸化。小鼠p95與ZP3結(jié)合將激活p95中酪氨酸激酶活性啟動一連串信號，導(dǎo)致頂體反應(yīng)。精子與透明帶的相互作用，誘導(dǎo)頂體反應(yīng)，釋放頂體內(nèi)的酶類和使精子膜成分重新分配、暴露或被修飾。精卵不僅互相黏附，同時進(jìn)行膜融合，并引發(fā)卵內(nèi)一系列反應(yīng)，使卵被激活.第五節(jié)

受精過程中的重要反應(yīng)一.頂體反應(yīng)(acrosomalreaction)精子與卵子表面接觸或與卵膜分泌的物質(zhì)相遇后精子頂體發(fā)生一系列變化，即頂體反應(yīng)頂體反應(yīng)先從頂體排出內(nèi)含物，然后伸出長短不一的頂體絲(acrosmalfilament)與卵膜接觸，釋放內(nèi)含物溶解周圍卵膜，形成一通道.1.精子與透明帶的初級結(jié)合已獲能精子可穿過卵丘層到達(dá)透明帶與之結(jié)合發(fā)生頂體反應(yīng)。從小鼠透明帶中分離出一種83kDa的糖蛋白（ZP3),

當(dāng)精子與其孵育后可抑制它與透明帶的結(jié)合，另外兩種糖蛋白ZP1和ZP2并不抑制這種結(jié)合?，F(xiàn)已證明精子和透明帶結(jié)合的關(guān)鍵是ZP3糖蛋白上的終端半乳糖。精子表面具有三種結(jié)合透明帶的蛋白質(zhì)：結(jié)合ZP3半乳糖殘基的56kDa的蛋白質(zhì)、精子蛋白(一種糖基轉(zhuǎn)移酶)和一種精子蛋白酶。2.精子與透明帶的次級結(jié)合頂體反應(yīng)期間精子前部的細(xì)胞質(zhì)膜從精子中放出,這是與ZP3結(jié)合的蛋白質(zhì)位點。精子保持與透明帶結(jié)合以便溶解出一條穿過的通道.小鼠精子次級結(jié)合透明帶由內(nèi)頂體膜上的蛋白質(zhì)完成，它特異地結(jié)合于ZP2，頂體完整的精子不能結(jié)合ZP2。(透明帶的結(jié)構(gòu)是由重復(fù)的ZP2和ZP3單位組成，偶爾有一個ZP1插入)(右圖)。頂體反應(yīng)過的精子與透明帶的結(jié)合從ZP3轉(zhuǎn)移到相鄰的ZP2分子上.豬中結(jié)合于ZP2的好象由原頂體粒蛋白(proacrosin)調(diào)節(jié)，它結(jié)合于透明帶，此后變成一種蛋白酶——頂體粒蛋白(acrosin)，可局部消化透明帶.3.頂體反應(yīng)的調(diào)控機(jī)制1)離子調(diào)控Ca2+起主導(dǎo)地位。哺乳動物精子中，鈣主要分布于頂體區(qū)、頂體后區(qū)的頂體外膜表面，及精子質(zhì)膜內(nèi)表面，Ca2+貯存區(qū)是頂體反應(yīng)的激烈區(qū)。膜上有Ca2+泵、Na+/Ca2+交換器和鈣離子通道3個Ca2+轉(zhuǎn)移系統(tǒng)參與調(diào)控細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度。Ca2+內(nèi)流是早期頂體反應(yīng)的關(guān)鍵，在小鼠、豬、牛、豹中已獲證實。Ca2+內(nèi)流依賴于Na+/Ca2+交換。除Ca2+的調(diào)控以外，K+、Mg2+、CI-、H+也對頂體反應(yīng)起調(diào)控作用Ca2+內(nèi)流可導(dǎo)致H+外流，使精子內(nèi)部pH升高，誘發(fā)頂體反應(yīng)2)脂質(zhì)調(diào)控脂質(zhì)在精子頂體反應(yīng)中調(diào)控膜的流動性和“鈣泵”的活性。牛和豚鼠精獲能后，頂體外膜和精子質(zhì)膜上的溶血卵磷脂含量下降，而卵磷脂含量升高。卵磷脂是由溶血卵磷脂酸產(chǎn)生，并依賴于Ca2+和磷脂酶A2作用產(chǎn)生溶血化合物，導(dǎo)致脂膜溶解，并發(fā)生胞吐作用。3)磷酸肌醇調(diào)控多磷酸肌醇的產(chǎn)物是誘發(fā)頂體反應(yīng)的第二信使多磷酸肌醇在磷脂酶C(PLC)的作用下，產(chǎn)生4,5-磷酯酰肌醇二磷酸(PIP2)。PIP2被PLC水解，產(chǎn)生二酰甘油(DAG)和1,4,5一三磷酸肌醇(IP3)在IP3作用下，細(xì)胞內(nèi)非線粒體貯存的Ca2+釋放，細(xì)胞內(nèi)Ca2+的水平提高，激活頂體反應(yīng)所需的關(guān)鍵酶；第二信使DAG，它活化PKC，后者使蛋白磷酸化，誘導(dǎo)頂體反應(yīng)海膽和小鼠精子和卵子質(zhì)膜的融合三.多精受精的快阻斷由卵膜的電變化引起，反應(yīng)快.海膽卵在海水中，細(xì)胞外具有特高的鈉離子,細(xì)胞質(zhì)含有相對少的游離鈉，鉀離子情況正相反。靜止膜電位(restingmembranepotential)為—70mV.當(dāng)?shù)谝粋€精子結(jié)合后1-3秒，鈉離子內(nèi)流，膜電位變成+20mV。此時精子再不能與卵子結(jié)合，阻斷第二次受精，此為多精受精的快阻斷。這種阻止多精受精過程短，且簡短的電位變化不足以最終阻止多精受精第六節(jié)遺傳物質(zhì)的融合精與卵膜融合：精子核和中心粒與線粒體和鞭毛脫離并入卵，精子核解濃縮成雄原核(malepronucleus)。卵核變?yōu)閱伪扼w雌原核(femalepronucleus).雄原核入卵后旋轉(zhuǎn)180°，中心粒位于雌雄原核之間,兩個原核彼此相向運動，融合形成二倍體的合子核。人類受精過程中雌雄原核的運動第七節(jié)卵新陳代謝的激活成熟卵在代謝上是一個惰性的細(xì)胞，被精子入卵重新激活.啟動一系列預(yù)定的代謝事件，如海膽：精卵結(jié)合0秒受精卵電位升高3秒以前精-卵膜融合30秒以前第一次鈣離子增加30秒皮質(zhì)泡的泡吐作用30-60秒NAD酶激活開始于1分鐘NADH和NADPH增加開始于1分鐘精子進(jìn)入1-2分鐘H+離子流出pH升高1-5分鐘精子染色質(zhì)解濃縮2-12分鐘精子核移向卵中央2-12分鐘卵核移向精子核5-10分鐘激活蛋白質(zhì)合成開始于5-10分鐘激活氨基酸運輸開始于5-10分鐘起始DNA合成20-40分鐘有絲分裂60-80分鐘第一次卵裂85-90分鐘受精后卵內(nèi)的細(xì)胞質(zhì)重排倉鼠的受精過程圖解