《受精的机制》PPT课件

n精子的发现n 1678年 ， 荷 兰 显 微 镜 专 家 Anton van Leeuwenhoek发 现 了 精 子 ，Nicolas Hartsoeker（ the other co-discoverer of sperm） 描 绘 了 一 幅精 子 中 存 在 一 个 预 成 的 小 人 (a preformed human homunculus)的 画 面 。 n 17世 纪 末 ， 意 大利 的 博 物 学 家Lazzaro Spallanzani 发 现过 滤 去 除 精 子 之后 的 精 液 不 能 使蟾 蜍 的 卵 子 受 精（ filtered toad semen devoid of sperm would not fertilize eggs） 。 n In 1824, J. L. Prevost and J. B. Dumas （ French speaking） 发 现 只 有 性 成 熟 的 雄性 动 物 才 能 产 生 精 子 ， 而 未 成 熟 的 和 年 老的 动 物 体 内 都 没 有 精 子 产 生 ， 同 时 他 们 还注 意 到 骡 的 不 育 性 。 精 子 的 结 构 精 子 的 运 动 装 置 鞭 毛 的 超 微 结 构 ，示 微 管 排 列 的 “ 9 2”结 构 。 A. 精 子的 成 熟过 程B、 C分 别 为牛 和 小鼠 的 精子 。 卵 子 的 结 构 成 熟 卵 子 中 合 成 和 吸 收 了 大 量 的 物 质 ，包 括 大 量 的 蛋 白 质 、 核 糖 体 和 tRNA、mRNA、 形 态 发 生 因 子 （ morphogenetic factor） 以 及 保 护 性 化 学 物 质 （ 如 Ig） ， 为以 后 的 生 长 和 发 育 奠 定 了 基 础 。 海 胆 卵 子 的结 构 ， 示 精子 和 卵 子 的大 小 比 例 。 卵 质 外 是 质 膜 （ plasma membrane） ， 质 膜 外 是 卵黄 膜 （ vitelline envelope） 。质 膜 在 受 精 时 可 以 调 控 特 定 的 离 子 在 卵 子 内 外 的流 动 ， 且 能 与 精 子 质 膜 融 合 。 卵 黄 膜 能 识 别 同 一物 种 的 精 子 ， 对 受 精 的 物 种 特 异 性 有 非 常 重 要 的作 用 。 在 哺 乳 动 物 中 特 称 为 透 明 带 （ zona pellucida） ， 紧 靠 着 透 明 带 的 一 层 滤 泡 细 胞 称 为放 射 冠 （ corona radiata） 。 仓 鼠 卵 子 受 精 前 的 卵 子 被 包 裹 在 透 明 带 （ zona pellucida） 内 ， 透 明带 的 外 围 为 卵 丘 细 胞 （ cumulus cell） 层 所 包 围 。 n 皮 层 （ cortex） 是 质 膜 下 一 层 约 5um厚 的 胶状 胞 质 ， 比 内 部 的 胞 质 硬 ， 含 有 高 浓 度 的肌 动 蛋 白 分 子 ， 受 精 时 ， 聚 合 成 微 丝 ， 延伸 到 细 胞 表 面 形 成 微 绒 毛 （ microvilli） ， 帮助 精 子 进 入 卵 子 。n 皮 层 内 有 皮 层 颗 粒 （ cortical granule） ， 含消 化 酶 、 粘 多 糖 、 黏 性 糖 蛋 白 和 透 明 蛋 白 ，阻 止 多 精 入 卵 并 可 以 为 卵 裂 球 提 供 支 持 。 哺 乳 动 物 精子 的 获 能 ，牛 精 子 在 到达 输 卵 管 壶腹 部 之 前 与输 卵 管 上 皮细 胞 的 接 触 。 哺 乳 动 物 精子 获 能 的 模型 海 胆 的 精 卵 识 别 是 由 特 异 性 结 合 蛋 白 （ Bindin） 所 介 导 的。 Bindin定 位 在 精 子 的 顶 体 突 起 上 ， 具 有 种 属 特 异 性 。 卵子 卵 黄 膜 上 存 在 Bindin的 受 体 ， 也 被 分 离 纯 化 出 来 。 海 胆 卵 子 表 面 的 Bindin受 体 哺乳动物的精卵识别哺 乳 动 物 精 卵 的 特 异 性 识 别 发 生 在 卵 细 胞 的 透 明带 （ zona pellucida） 部 分 。 小 鼠 透 明 带 中 含 有 ZP3 糖 蛋 白 ， 它 与 ZP1、 ZP2以 网 状 的 骨 架 结 构 存 在 于 透 明 带 中 。 ZP3能 结 合 精子 ， 并 引 发 顶 体 反 应 。 精 子 细 胞 膜 上 有 三 种 受 体 ：1. sp56（ 56kDa， 半 乳 糖 结 合 蛋 白 ） -可 与 ZP3分 子 上 的 半 乳 糖 端 部 相 结 合 。 如 果 ZP3的 一 个 半 乳 糖 基 发 生 丢 失 或 改 变， 精 子 将 无 法 与 卵 子 结 合 。2. 半 乳 糖 基 转 移 酶 (GalTase)可 与 ZP3分 子 上 的 N-乙 酰 葡 糖胺 结 合 ， 使 精 子 G蛋 白 激 活 并 诱 导 顶 体 反 应 。3. P95 （ ZP受 体 激 酶 ） (95kDa)一 种 跨 膜 蛋 白 ， 其 外 侧 部分 可 与 ZP3分 子 特 异 结 合 ， 而 内 侧 部 分 具 有 酪 氨 酸 激 酶 的 功能 。 该 酶 被 激 活 后 ， 导 致 顶 体 反 应 。 ZP3在 小 鼠精 子 与 透明 带 的 结合 中 的 作用 。 海 胆 双 精 受 精卵 （ dispermic egg） 第 一 次卵 裂 的 中 期 。 人 类 双 精受 精 卵 的第 一 次 有丝 分 裂 。 卵 膜 中 存 在 离 子 通 道 ， 卵 膜 的 快 速 阻 碍 多 精入 卵 作 用 是 通 过 改 变 自 身 膜 电 位 形 成 的 。精 子 进 入 卵 细 胞 触 发 细 胞 膜 静 息 电 位 迅 速去 极 化 ， 引 起 膜 外 精 子 与 卵 细 胞 识 别 和 融合 的 障 碍 。 如 人 为 维 持 原 有 的 膜 电 位 ， 可 诱 导 多 精 受 精现 象 发 生 ； 如 改 变 正 常 的 初 始 膜 电 位 ， 则会 阻 止 卵 细 胞 的 受 精 。 海 胆 卵 受 精 前 后 的 膜 电 位 变 化 海 胆 皮 层 颗 粒 反 应 示 意 图 皮质颗粒内含物中含有的蛋白质：1） . 蛋 白 水 解 酶 可 以 使 卵 黄 膜 与 质 膜 间 的 联 系 分 离； 剪 除 卵 膜 上 bindin的 受 体 及 与 之 结 合 的 精 子 。2） . 粘 多 糖 ： 进 入 卵 周 隙 吸 水 膨 胀 ， 使 卵 黄 层 向 外隆 起 ， 形 成 受 精 膜 （ fertilization envelope ） 举 起。 3） . 过 氧 化 物 酶 ： 皮 层 颗 粒 分 泌 的 过 氧 化 物 酶 通过 交 联 相 邻 蛋 白 质 的 酪 氨 酸 残 基 使 受 精 膜 变 硬 。 受 精 膜 最 先 在 精 子 入 卵 的 位 置 形 成 ， 并 向 外 扩 张至 整 个 卵 细 胞 ， 从 而 阻 止 多 精 入 卵 。4） . 透 明 质 素 （ hyalin） ： 在 卵 外 形 成 透 明 质 层(hyalin layer)， 它 与 卵 裂 中 对 分 裂 球 的 支 持 作 用有 关 。 卵 细 胞 质 膜 突 起 的 微 绒 毛 深 入 到 其 基 部 。 海胆卵受精时释放的钙波从精子入卵点开始跨越整个卵 卵 子 激 活 的 可 能 机 制 2 受 精 后 利 用 卵 细 胞 质 中 储 存 的 mRNA迅 速 合 成 大 量 的 蛋 白 质 第五节、遗传物质的融合5。1 雌雄原核的形成及融合单 倍 体 的 精 子 核 进 入 卵 细 胞 后 ， 解 凝 聚 形 成 雄 原 核 （male pronucleus） ， 卵 细 胞 核 则 形 成 雌 原 核 （ female pronucleus） 。 精 核 形 成 雄 性 原 核 的 过 程 受 到 卵 子 的 严格 控 制 。 精 子 入 卵 时 线 粒 体 与 鞭 毛 在 卵 细 胞 内 降 解 ，因 此 线 粒 体 基 因 一 般 认 为 是 母 源 性 的 ； 但 中 心 体 是 父源 性 的 。 海胆雌雄原核的融合 海 胆 雄 原 核 形 成 后 旋 转 180， 其 中 心 体 位 于雌 、 雄 原 核 之 间 ， 装 配 成 星 体 ， 连 接 并 牵动 雄 原 核 与 雌 原 核 相 互 靠 近 ， 最 后 融 合 形成 合 子 核 （ zygote nucleus） 。 海 胆 雌 雄 原 核 的 迁 移 中 心 体发 出 的微 管 形成 星 光 ，连 接 并牵 动 雄原 核 与雌 原 核相 互 靠近 人 类 受 精 过 程 中 雌 雄 原 核 的 运 动 Imprinting 基 因 : 在 卵 子 发 生 或 精 子 发 生 过 程 中 被 打上 了 不 同 印 记 的 基 因 。 由 于 印 记 不 同 ， 来 源 于 雌 核和 雄 核 基 因 的 表 达 模 式 也 不 同 ， 即 在 胚 胎 发 育 过 程中 ， 有 些 基 因 仅 来 自 于 雄 性 的 表 达 ， 而 另 一 些 基 因仅 来 自 于 雌 性 的 表 达 。因 此 只 有 来 自 于 精 子 和 卵 子 的 二 倍 体 才 能 正 常 发 育 ，而 仅 来 自 于 雌 核 或 雄 核 的 二 倍 体 胚 胎 则 要 在 发 育 过程 中 夭 亡 。 正 常 对 照 （ 左 ） 和 两 个 雌 原 核 发 育 成 的 胚 胎 （ 右 ） 5.3. 细胞质成分在受精后的的重组 卵 细 胞 受 精 后 引 起 卵 细 胞 成 分 的 重 新 排 比 和 分 配称 为 卵 细 胞 质 重 排 ， 这 种 重 排 对 于 以 后 发 育 过 程中 细 胞 的 分 化 至 关 重 要 。 在 卵 裂 过 程 中 ， 胞 质 中 含 有 的 形 态 形 成 决 定 子被 分 配 到 特 定 的 细 胞 中 去 ， 最 终 导 致 特 定 的 基 因被 激 活 ， 从 而 使 不 同 的 细 胞 获 得 不 同 的 特 性 。 背 囊 动 物 Styela partite减 数 分 裂 中 ， 核 破 裂 释 放 出 一 种 清亮 物 质 ， 集 中 在 动 物 极 。 受 精 5min后 ， 清 亮 层 与 黄 色 皮质 层 (含 脂 肪 )向 植 物 极 迁 移 。 随 着 雄 原 核 向 赤 道 方 向 迁 移， 脂 包 涵 体 和 清 亮 物 质 也 随 之 迁 移 。 清 亮 和 黄 色 胞 质 的最 终 位 置 将 分 别 形 成 间 充 质 和 中 胚 层 。 两栖类的灰色新月 精 子 入 卵 后 ， 皮 层 向 精 子 进 入 的 方 向 旋 转 大 约 30， 在 动物 极 皮 层 含 大 量 色 素 而 内 层 含 有 少 量 色 素 的 物 种 中 ， 这 一 胞 质 不 同 层 次 的 相对 运 动 形 成 了 一 个 在 精 子 进 入 点 对 面 的 新 月 形 的 灰 色 区 域 ， 称 为 灰 色 新 月 。