第二章受精的机制.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,授精（,insemination,）：,精卵相遇，精卵质膜融合。,受精（,fertilization,)：,精子和卵子各自的单倍体基因组相融合形成二倍体合子的事件。,第二章 受精的机制,授精与受精的区别：,动物胚胎发育启动的两个主题,1 受精的完成,精子活化、趋向、穿卵膜、融合 受精的专一性与唯一性,2 胚胎期发育程序的启动,雌雄核融合、细胞质重组、受精卵代谢开始,受精胚胎发育的启动,精子和卵子的形态结构,第一节 精子获能与顶体反应,精子在受精前是不活动的，通过排放过程，它们开始获得活力精子游动及呼吸。,精子获得游动和呼吸能力是一种化学促活（chemokinesis)现象，它是由精子所处的液体环境决定的。这种环境是由精液或卵子发出的化学信号组成的.,一、精子的激活,趋化性（,chemotaxis,)是精子根据化学浓度直接向卵子运动的现象，与精子鞭毛的波状外形有关。,精子应答化学促活与趋化性因子被 认为是由受体调节的。,精子应答现象包括环核苷酸、胞内,Na,+,、,Ca,2+,的增加，,pH,值,增高和,H,+,、,K,+,外向通透性增加。,二、精子获能,（,capacitation,),1951年美籍华裔科学家,张明觉,（M.C.Chang),和,Austin,分别发现了这一生理现象，,1952,年,Austin,将这一现象称为精子获能。,精子获能：,人及哺乳动物精子在离开雄性生殖道时，还不能立即与卵子受精，它必须在雌性生殖道内接受雌性 分泌的物质,促使精子膜发生一系列变化，使精子产生生化和运动方向的改变，从而具备受精的能力。这种作用称为精子的获能。,三、顶体反应,（,acrosomal reaction,),顶体反应,：,当获能的精子与卵子相遇时，精子的顶体膜即与卵子表面融合，继而破裂形成许多小孔，顶体内含的酶（酸性水解酶）逐渐释放出来，通过酶解作用形成一个精子穿过的通道，精子顶体的这种变化称为顶体反应。是受精的开始.,（一）无脊椎动物的顶体反应,在大多数海产无脊椎动物中，顶体反应包括两个事件：,顶体膜发生融合,顶体突起,（acrosomal process),的形成,海胆精子的顶体反应,肌球蛋白,（,二）哺乳动物的顶体反应,顶体反应,是在,精子结合于卵,上之后才发生的。,结合蛋白,本身位于精子膜上，因而哺乳动物先进行配子识别，后发生顶体反应。,（三）精子的顶体酶及其穿透作用,精子的穿透作用是与顶体反应密切相关的。,通过顶体反应释放的物质中含有大量的水解酶。主要包括透明质酸酶、顶体素、蛋白酶和磷酸酶。其中以透明质酸酶和顶体素在受精中所起的作用最大，透明质酸酶能溶解卵泡细胞间的基质。,顶体酶的一个功能是在卵子的外围打一个洞，另外它与精卵的结合有关。,第二节 精卵结合与卵子的激活,一、配子识别与精卵的结合,距离识别：,见于体外受精的水生生物。,接触识别：,受精过程中，精子与滤泡细胞、透明带、卵质膜等在三个独立的水平上准确地相互作用。,（一）、海胆中精卵识别的特异性,海胆精子顶体中存在一种分子量为30,500Da的蛋白质结合素（bindin)。结合素定位在顶体突起上，它具有物种特异性，在卵黄膜上存在物种特异性的结合素受体。,海胆精子与卵子的特异性结合,哺乳动物精卵的特异性识别发生在卵细胞的透明带（,zone pellucida，ZP,)上。,ZP上具有物种特异的精子结合蛋白。称为ZP1、ZP2、,ZP3,。,1、透明带（ZP）的结构和性质,ZP2,ZP1,ZP2,=,ZP3,ZP3,（二）、哺乳动物的配子结合,2、精子膜上的ZP受体,半乳糖结合蛋白（,SP56,)：,Mr=56 kDa,，可以与,ZP3,蛋白的半乳糖基特异性结合。,半乳糖基转移酶,（GalTase)：,Mr=60 kDa，它可识别ZP3糖蛋白上的N-乙酰氨基葡萄糖，它镶嵌分布在顶体上方的精子细胞膜中，与N-乙酰氨基葡萄糖的结合位置暴露在膜外。,透明带受体激酶（ZRK/p95)：,Mr=95 kDa,的跨膜蛋白，它有,2,个功能域。在细胞外的区域可以与,ZP3,发生特异识别结合，细胞内区域具有酪氨酸蛋白激酶活性。,小鼠精子与卵细胞透明带结合,N-乙酰葡糖胺,半乳糖基,透明带受体激酶,半乳糖结合蛋白,半乳糖基转移酶,哺乳动物的精卵结合过程,海胆,的精子先进行,acrosome reaction,，释放出大量的,酶,，,结合卵黄包被层，再进行识别,。而哺乳动物的次序则相反，是先,识别,，再发生顶体反应。,哺乳动物和海胆受精过程的比较,二、配子融合与,阻止多精入卵,配子的融合是指精卵细胞膜的融合。,雌雄配子的融合在大多数卵子中被限定在特定的区域中。,融合是活动过程，需要许多融合蛋白的调节。,（,一）配子融合,（二）阻碍多精入卵的机制,许多精子都可到达卵子的表面并与之吸附，但是通常只有一个精子能完成受精。,多精入卵受精将导致死亡和不正常发育。,精子为受精提供单倍体染色体和中心粒。,1、快速封闭反应,（以海胆为例）,电位势改变产生快速阻止：海胆的第一个精子与卵质膜结合后的1-3s内，因钠离子的内流导致膜电位的迅速升高，使卵子上的精子结合蛋白失活，从而阻止其它精子与卵膜的结合。快速关闭反应维持时间大约1min。,海胆卵细胞膜电位的失常可造成多精受精现象,2、慢封闭反应,（皮层反应）,皮质颗粒内含物：,蛋白水解酶：,分离卵黄膜与卵细胞膜,粘多糖：,吸水膨胀,过氧化物酶：,催化蛋白铰链作用使受精 膜硬化,通过受精膜的迅速膨胀来实现的永久性阻碍多精入卵机制。随着精子入卵，卵膜内的皮层颗粒与卵膜发生融合，即而发生胞吐作用，将内含物释放入卵黄周隙中使卵黄膜膨胀，此时的卵黄膜称为受精膜。,海胆形成受精膜的慢封闭反应,形成受精膜的慢速阻止：海胆卵受精后20-60s内，质膜下的皮质颗粒与质膜融合，释放其内含物形成受精膜，阻止其它精子的进入。,10s,25s,35s,三、卵子的激活,未受精的卵子是惰性的，细胞的呼吸活动、RNA的转录和蛋白质的合成几乎都停止。,当精膜与卵膜融合后，经精子刺激，成熟卵从休眠状态进入活性状态，称为卵子的激活。通过信号转导激活了卵子的发育。,海胆受精过程的封闭反应及卵细胞的活化路径,精卵质膜,的结合,快封闭,反应,Ca,2+,释放,细胞内,pH升高,卵子激活（蛋白,质合成、DNA,复制、胞质重排,慢封闭反应,形成受精膜,第三节 遗传物质的融合与卵质重排,一、遗传物质的融合,线粒体基因一般认为是母性遗传的。,分裂所需的中心体来源于精子的中心粒。,海胆受精过程中雌雄核的融合现象：,哺乳动物的遗传物质融合与海胆的不同：,雌雄核靠近时，各自完成一次,DNA,复制。,两者接触后并不发生真正的融合，而是在受精卵细胞发生一次分裂后相互之间的融合才实现。,二、哺乳动物雌雄原核的不均等性,在哺乳动物中，雌、雄原核在功能上并不是等同的，它们之间的互补作用是实现胚胎发育的必要条件。,合子类型 移植例数 存活例数,双雌原核,339,0,双雄原核,328 0,雌雄异核,348 18,三、卵质的重排,卵质重排：卵细胞受精后引起卵细胞质成分的重新排布和分配。,在卵细胞质中往往存在大量的成形素因子（,morphogenetic determinant,)，它们的分布和浓度对未来的胚胎发育有重要的影响。,被囊动物受精卵的细胞质重组,肌肉,内胚层,Grey crescent,蛙受精卵细胞质内外层的相对旋转,习 题,一.名词,1.顶体反应 2.皮层反应 3.精子获能,二.问答,1.精子入卵后,卵子如何启动相应的机制阻止多余的精子进入以保证受精的唯一性(以海胆为例)?,2.比较海胆和哺乳动物顶体反应发生的过程.,三、填空：,1.海胆的顶体反应包括2个变化：,和,的形成。,2.海胆的精子接触到卵子的,时会诱发顶体反应。,3.皮层反应的发生是由于,离子浓度的升高引起的。,4.精子膜上的ZP受体有,、,和,。,