受精专题知识讲座VIP

第一节精子和卵子结构精子通常分头部、颈部和尾部三部分.头部：细胞核和顶体颈部：近端中心粒到远端中心粒尾部：分三部分1.中段：从基粒到环2.主段：最长，负责运动3.末段：5-7μm。受精专题知识讲座第1页卵子细胞质内物质分布不均，卵黄小板在植物极聚集浓缩，糖原颗粒、核糖体、内质网和脂质等移向动物极。在细胞膜下方由高尔基复合体形成皮质颗粒。卵子成熟形态标识是卵母细胞核膜破裂（又称生发泡破裂;germinalvesiclebreakdown，GVBD）.受精专题知识讲座第2页第二节卵母细胞成熟和排放多数动物长足卵母细胞长久停顿于第一次减数分裂双线期，在适当信号刺激下恢复减数分裂，到第二次减数分裂中期停顿，成为等候受精成熟卵。卵母细胞成熟标识是生发泡破裂，染色体聚集，纺锤体形成和第一极体排出。诱发卵母细胞恢复减数分裂信号因动物而异：海胆，1-甲基腺嘌呤；两栖类，孕酮；哺乳类，4,4-二甲基-5α-胆甾基-8,14,24-三烯-3β-酚(简称FF-MAS)。在外源信号作用下卵母细胞成熟。在分子水平改变为：细胞内cAMP浓度下降,Ca2+浓度上升,蛋白质合成增加

(磷蛋白pp39mos,促成熟因子MPF)排卵(ovulation):在体内外诸原因(环境,神经,激素,酶等)作用下卵子由卵巢排出.卵子成熟和排放是互不依靠两个过程，只有适当成熟卵子才能受精.受精专题知识讲座第3页长足卵母细胞由依赖cAMPPKA磷酸化蛋白质控制(因外源信号能快速造成卵母细胞cAMP含量下降)，停顿在第一次减数分裂双线期。该蛋白去磷酸化之后，卵内蛋白质合成增加。开启卵母细胞成熟分裂恢复活动发生在细胞周期晚G2相。由外源信号造成卵母细胞cAMP含量下降.在翻译蛋白合成产物中，最引人注目标是pp39mos和MPF。在长足卵母细胞质中贮存着母型c-mosmRNA，经外源信号刺激，母型c-mosmRNA加poly(A)尾，由此翻译出相对分子质量3.9X104磷蛋白pp39mos。该蛋白只在成熟过程中出现，受精后快速降解.受精专题知识讲座第4页普通认为pp39mos具恢复卵减数分裂并使之停顿在第二次减数分裂作用，但必须与Cdk2共同作用才能实现。故推测所谓细胞静止因子(cytostaticfactor,CSF)

由pp39mos和Cdk2组成.MPF是由调整亚基CyclinB与催化亚基p34cdc2组成，其活化不依赖于卵母细胞转录水平活动，却依赖于翻译水平活动。CyclinB是一个周期性合成和降解蛋白质，对p34cdc2去磷酸化和磷酸化具调整作用。CyclinB与预存在卵中但尚无激酶活性p34cdc2结合在一起，形成低活性MPF前体。在磷酸酯酶(cdc25基因产物)作用下，MPF前体中p34cdc2Thr一14和Tyr一15被去磷酸化,Thr-161保持原有被磷酸化状态，成为具激酶活性MPF。活化MPF具自我扩增作用，即经过(间接)活化Cdc25深入使更多MPF前体活化.在一定量MPF作用下，细胞即可跨入M相.受精专题知识讲座第5页伴随受精，受精卵内游离Ca2+增加，钙调蛋白激活，并深入使依赖钙调蛋白酪蛋白激酶II(CKII)活化。伴随CKll活化，c-mos基因产物pp39mos降解，Cdc2激酶失活，从而造成CSF解体，受CSF保护CyclinB降解，细胞周期就此由M相跨入G1相.受精专题知识讲座第6页不一样动物卵子排出时情况：各种动物所排出卵子成熟阶段很不一致,卵子在未受精前大致有以下四种情况:①受精是在生发泡破裂之前，即处于初级卵母细胞时期，精子入卵后才完成两次减数分裂。如海绵、蛔虫、沙蚕、箭虫等.②受精是在第一次减数分裂中期。比如贻贝、玻璃海鞘、毛翼虫、蛤等。③受精是在第二次减数分裂中期.如绝大多数脊椎动物和文昌鱼④受精是在已经完成两次减数分裂之后.比如海胆、腔肠动物等.有时把②③称为中间型。另外，以上划分并不十分严格，还有许多例外，比如海胆在受精过程中发觉以上四种情况都有.受精专题知识讲座第7页第三节精子获能哺乳动物新射出精子不能受精卵子，必须经过获能(capacitation).精子获能是指精子在若干生殖道获能因子作用下发生一系列改变取得受精能力过程。其中研究最透彻激酶(获能因子)有依赖cAMPPKA，磷脂激活蛋白激酶（PKC）和酪氨酸激酶。1.PKA:在小鼠精子获能期间，腺苷酸环化酶活性和cAMP合成均增加，PKA两种不一样成份PKI和PKA调整亚单位可抑制获能反应。2.PKC：PKC参加精子运动和顶体反应，用phorbolester(佛波酯)刺激PKC可加速精子获能。3.酪氨酸激酶：用磷酸化酪氨酸抗体发觉小鼠精子中3种不一样磷酸化蛋白：52kDa、75kDa和95kDa。后两种只在获能精子中磷酸化，为获能专一标识物.受精专题知识讲座第8页第四节精卵识别精卵识别有距离识别和接触识别前者见于体外受精动物向化性距离识别效应；在接触识别中精子与滤泡细胞、透明带(zonepellucida，ZP)和卵黄膜在三个独立水平准确相互作用，其中精子与透明带相互作用为专一反应,可诱导顶体反应(acrosomalreaction).顶体反应主要作用在于释放顶体内酶和使精子膜成份重新分配、暴露或被修饰。精卵不但相互粘附，同时进行融合,并诱发卵中一系列信号转导，造成生物学事件发生.一.精子向化性：许多动物卵母细胞在完成第二次减数分裂后释放物种特异向化因子。海胆卵胶膜中分离出含14个氨基酸精子激活肽resact，可吸引精子.二.具受体功效精子表面蛋白：已发觉动物精子在与透明带糖蛋白结合中存在一些起受体作用精子表面蛋白。研究较多有以下三种：受精专题知识讲座第9页1.半乳糖基转移酶(GalTase)：精子和体细胞均表示，是细胞表面，末端含有N-乙酰葡萄糖胺寡糖苷配体受体。活精子表面GalTase能选择与ZP3(精子结合蛋白)作用，将半乳糖特异转移到ZP3。精子表面GalTase与其配体结合,能激活精子G蛋白并诱导顶体反应。2.SP56（透明带附着分子，半乳糖结合蛋白）:位于顶体完整精子头部，能与ZP3结合，可能结合ZP3上寡糖一个外源凝集素.它是一个睾丸独有细胞膜蛋白.3.P95：能与ZP3结合，其特点是它酪氨酸被磷酸化。小鼠p95与ZP3结合将激活p95中酪氨酸激酶活性开启一连串信号，造成顶体反应。精子与透明带相互作用，诱导顶体反应，释放顶体内酶类和使精子膜成份重新分配、暴露或被修饰。精卵不但相互黏附，同时进行膜融合，并引发卵内一系列反应,使卵被激活.受精专题知识讲座第10页第五节

受精过程中主要反应一.顶体反应(acrosomalreaction)许多动物精子与卵子表面接触或与卵膜分泌物质相遇后精子顶体发生一系列改变，即为顶体反应。顶体反应是从顶体排出内含物，然后伸出长短不一顶体丝(acrosmalfilament)与卵膜接触，释放内含物溶解周围卵膜，形成一通道.受精专题知识讲座第11页1.哺乳动物精子与透明带初级结合:已获能精子可穿过卵丘层抵达透明带与之结合发生顶体反应。已从小鼠透明带中分离出一个83kDa糖蛋白（ZP3),当精子与其孵育后可抑制它与透明带结合，另外两种糖蛋白ZP1和ZP2并不抑制这种结合（下列图)。现已证实精子和透明带结合关键是ZP3糖蛋白上终端半乳糖.精子表面含有三种结合透明带蛋白质：结合ZP3半乳糖残基56kDa蛋白质、精子蛋白(一个糖基转移酶)和一个精子蛋白酶。受精专题知识讲座第12页2.精子与透明带次级结合在顶体反应期间精子前部细胞质膜从精子中放出,这是与ZP3结合蛋白质位点。精子必须保持与透明带结合方便溶解出一条穿过通道.小鼠精子次级结合透明带是由位于内顶体膜上蛋白质完成，它特异地结合于ZP2，顶体完整精子不能结合ZP2。(透明带结构是由重复ZP2和ZP3单位组成,偶然有一个ZP1插入)(右图)。显然，顶体反应过精子与透明带结合从ZP3转移到相邻ZP2分子上.在猪中结合于ZP2好象是由原顶体粒蛋白(proacrosin)调整，它结合于透明带。今后它变成一个蛋白酶——顶体粒蛋白(acrosin),可局部消化透明带.受精专题知识讲座第13页二.皮层反应(corticalreaction)精子一旦与卵子接触,卵子就开始发生一系列深刻改变，为卵子激动(activation),首先是皮层改变,即皮层反应.皮层反应从精子入卵点开始，然后涉及整个皮层.许多动物卵子皮层内含皮层颗粒,在精卵接触点皮层颗粒首先破裂,颗粒内含物（糖蛋白类）排出,一部分与卵外卵黄膜形成受精膜,其余保留在受精膜和卵子之间卵周隙中,吸收水分使受精膜举起,这是受精一个主要标志。受精膜形成和卵周隙出现可预防后到精子进入,初步预防多精受精.受精专题知识讲座第14页海胆和小鼠精子和卵子质膜融合受精专题知识讲座第15页三.多精受精快阻断是由卵膜电改变引发,反应快.海胆卵在海水中，细胞外含有尤其高钠离子浓度,细胞质含有相对少游离钠,钾离子情况正相反。假如将一个微电极插入细胞内,另一个放到细胞外,静止膜电位(restingmembranepotential)为—70mV.当第一个精子结合后1-3秒，钠离子内流，膜电位变成+20mV。此时精子再不能与卵子结合，阻断第二次受精，此为多精受精快阻断。这种阻止多精受精过程是暂时，而且这种简短电位改变可能不足以最终地阻止多精受精。受精专题知识讲座第16页四.多精受精慢阻断在海胆多精受精快阻断只连续1分钟.必须除去附着在卵子表面多出精子,这是由皮质颗粒反应(corticalgranulereaction)完成.这是一个慢、机械、在精卵接触后1分钟变活跃多精受精阻断反应。在海胆卵膜下面有15000个直径1μm皮质颗粒，内含透明素、蛋白酶、过氧化物酶和粘多糖类。在精子入卵处皮质颗粒首先破裂，并向周围扩展引发更多皮质颗粒破裂，释放内含物到卵质膜和卵黄膜之间区域中，连接于二者间蛋白质被蛋白酶溶解。粘多糖吸水使卵黄膜举起成为受精膜(fertilizationenvolpe).蛋白酶修饰或完全除去结合蛋白受体以及与其接触精子。过氧化物酶使受精膜变硬。同时卵内储存钙释放，钙离子直接负责皮层反应扩展。由以上反应完全预防多精受精.受精专题知识讲座第17页第六节遗传物质融合精子与卵子膜融合，精子核和中心粒与线粒体和鞭毛脱离并入卵,精子核解浓缩成雄原核(malepronucleus).卵核变为单倍体即称雌原核(femalepronucleus).雄原核入卵后旋转180°，中心粒位于雌雄原核之间,两个原核彼此相向运动,融合形成二倍体合子核。受精专题知识讲座第18页人类受精过程中雌雄原核运动受精专题知识讲座第19页即使哺乳动物雌雄原核在遗传上被认为是相等，但研究提醒它们在功效上可能是不一样(右下列图)。

如子宫瘤(水疱状胎块)被认为是单倍体精子受精缺乏雌原核卵形成。一样孤雌生殖或卵二倍体形成胚胎含有脊髓、肌肉、骨骼和器官，包含跳动心脏.但在11-12天(小鼠妊娠期二分之一)停顿发育.受精专题知识讲座第20页第七节卵新陈代谢激活成熟卵在代谢上是一个惰性细胞,它被精子入卵重新激活.开启一系列预定代谢事件,如海胆:精卵结合0秒受精卵电位升高3秒以前精-卵膜融合30秒以前第一次钙离子增加30秒皮质泡泡吐作用30-60秒NAD酶激活开始于1分钟NADH和NADPH增加开始于1分钟精子进入1-2分钟H+离子流出pH升高1-5分钟精子染色质解浓缩2-12分钟精子核移向卵中央2-12分钟卵核移向精子核5-10分钟激活蛋白质合成开始于5-10分钟激活氨基酸运输开始于5-10分钟起始DNA合成20-40分钟有丝分裂60-80分钟第一次卵裂85-90分钟受精专题知识讲座第21页受精后卵内细胞质重排仓鼠受精过程图解受