生物卵裂過程

1、第八章 卵裂 第一節(jié) 胚胎的卵裂方式 第二節(jié) 兩棲類的卵裂 第三節(jié) 哺乳動物的卵裂 第四節(jié) 斑馬魚的卵裂 第五節(jié) 果蠅的卵裂 第六節(jié) 卵裂機制第一節(jié) 胚胎的卵裂方式 1、完全卵裂：卵裂后受精卵分裂為單個的卵裂球，細胞分裂完全，見于少黃卵、均黃卵和中黃卵。主要有以下幾種： 1) 輻射對稱型：卵裂有規(guī)律的相互垂直，從動物極頂面看，卵裂球呈輻射狀排列，如棘皮動物和文昌魚(見下頁圖)。 第一節(jié) 胚胎的卵裂方式 1、完全卵裂 2) 螺旋型：前2次卵裂為經(jīng)裂，第三次卵裂時，紡錘體旋轉(zhuǎn)45o角，從動物極頂面看，動物極細胞位于植物極細胞之間，形成螺旋型，如軟體動物，環(huán)節(jié)動物，扁蟲和線蟲(見下頁圖)。 3) 兩

2、側(cè)對稱型：第一次卵裂面通過受精卵的對稱線，由此確定了動物的兩側(cè)對稱，如海鞘(見前頁圖)。 4) 旋轉(zhuǎn)型：從第二次卵裂開始，卵裂球一對排列在另一對的垂直面，如哺乳類(見前頁圖)。第一節(jié) 胚胎的卵裂方式 2、不完全卵裂：卵裂不完全，卵裂集中于卵黃較少的區(qū)域，如動物極和卵表面，見于端黃卵、中央卵黃卵。主要有： 1) 盤狀卵裂：卵裂局限于動物極，如鳥類、爬行類和魚卵(見下頁圖)。 2) 表面卵裂：卵裂局限于卵表面，如節(jié)肢動物 (見下頁圖) 。 雞胚的盤狀卵裂雞胚的盤狀卵裂第一節(jié) 胚胎的卵裂方式 3、卵裂方式的決定因素：卵黃含量及其分布決定 1) 卵裂發(fā)生的位置(盤狀卵裂發(fā)生在卵黃較少的動物極)。 2)

3、 卵裂球的大小(兩棲類動物極小卵裂球和植物極大卵裂球)。 3) 卵裂的速度(卵黃含量低，則卵裂速度快)。第二節(jié) 兩棲類的卵裂特點1、輻射對稱型卵裂。2、偏黃卵：卵黃集中于植物極。3、卵裂速度動物極快于植物極，卵裂球在植物極的大于在動物極的。4、1664細胞時期形成桑葚胚，128細胞時形成偏腔囊胚。5、囊胚中的腔為囊胚腔，囊胚腔的作用： 1) 在原腸形成過程中，囊胚腔利于細胞遷移，防止囊胚壁上下端細胞不成熟的過早接觸。 2) 有利于維護發(fā)育成皮膚和神經(jīng)組織的細胞完整性。6、囊胚細胞之間由大量細胞粘著分子(E-cadherin)結(jié)合于一起。第三節(jié)第三節(jié) 哺乳動物的卵裂特點哺乳動物的卵裂特點 1、哺

4、乳動物卵裂的一般特征 1) 卵裂速度緩慢，一般12-24小時完成一次卵裂。 2) 卵裂方式為旋轉(zhuǎn)型：第二次卵裂時，一個卵裂球為經(jīng)線裂，另一個卵裂球為緯線裂。 3) 早期卵裂不同步，卵裂球的數(shù)目通常是奇數(shù)。 4) 合子基因表達早：在早期卵裂過程中就開始表達。2、哺乳動物與其它動物卵裂不同的顯著特征 1) 緊密化現(xiàn)象及其形成的機制 緊密化現(xiàn)象：前兩次卵裂后，卵裂球呈松散狀態(tài)，第三次卵裂后，卵裂球突然擠在一起，卵裂球之間的接觸面積加大，形成一個緊密的細胞球體(圖3-2，3-3)。 緊密化的機制： 第一、卵裂球(8細胞)膜發(fā)生極化E-cadherin糖蛋白分子合成并分布于卵裂球之間的相互接觸面上 E-

5、cadherin蛋白糖基化并激活PKC使緊密化。 第二、肌動蛋白微絲解聚，相鄰細胞之間微絨毛縮短，使卵裂球緊密化。2) 內(nèi)細胞團與滋養(yǎng)層形成 內(nèi)細胞團與滋養(yǎng)層分離：緊密化形成16細胞的桑葚胚，在桑葚胚中有1-2個細胞位于內(nèi)部，將形成內(nèi)細胞團，發(fā)育為胚胎，其余15個細胞位于外層，將發(fā)育為滋養(yǎng)層細胞，參與形成絨毛膜及胎盤。 絨毛膜的功能： 第一：供應(yīng)胎兒O2和養(yǎng)料。 第二：分泌激素使胎盤維持胚胎生長。 第三：產(chǎn)生免疫調(diào)節(jié)因子，使胚胎免遭母體排斥。 胚泡(囊胚)形成：桑葚胚是實心，由于滋養(yǎng)層細胞向桑葚胚中分泌液體而產(chǎn)生囊胚腔，內(nèi)細胞團位于滋養(yǎng)層環(huán)的一側(cè)，形成胚泡。3)囊胚孵化與植入 囊胚孵化與植入：

6、囊胚從透明帶中脫出的過程為囊胚孵化。其機制如下： 囊胚腔膨大，腔內(nèi)液體增多，壓力增大：滋養(yǎng)層細胞膜上的Na+-K+泵向胚泡腔內(nèi)轉(zhuǎn)運離子，使腔內(nèi)離子濃度升高，腔內(nèi)晶體滲透壓加大，水分進入囊胚腔。 透明帶局部被消化，產(chǎn)生孵化小洞：滋養(yǎng)層細胞膜蛋白酶strypsin消化透明帶上的纖維基質(zhì)，使透明帶產(chǎn)生孵化小洞。3)胚泡孵化與植入 植入：囊胚植入指囊胚埋入子宮內(nèi)膜繼續(xù)發(fā)揚的過程。 第一 透明帶與滋養(yǎng)層接觸：透明帶孵化后，滋養(yǎng)層細胞膜上的整合蛋白與子宮內(nèi)膜上的膠原蛋白和透明膜糖蛋白結(jié)合，使胚泡與子宮內(nèi)膜表面接觸 第二 酶解進入內(nèi)膜：滋養(yǎng)層細胞合成硫酸己糖肝素蛋白聚酶，使胚泡植入子宮上皮組織中 第三 進入

7、子宮壁深層：胚泡釋放膠原酶、血纖維蛋白溶原酶活化因子和stromelysin等酶消化子宮內(nèi)膜組織胞外基質(zhì)使囊胚埋入子宮壁。胚泡桑椹胚4細胞 2細胞卵裂受精排卵胚蛻膜 3、雙胞胎和胚胎干細胞 1) 雙胞胎類型：同卵雙生和異卵雙生。 (1) 異卵雙生：兩卵分別受精產(chǎn)生的雙胞胎。 (2) 同卵雙生：同一卵受精后發(fā)育的胚胎早期卵裂球或內(nèi)細胞團一分為二形成的雙胞胎。同卵雙生與胚外膜的關(guān)系(p51圖3-4)： 兩個胚胎有各自的羊膜和絨毛膜：分離發(fā)生于滋養(yǎng)層形成之前。 兩個胚胎有各自的羊膜，但共用一個絨毛膜：分離發(fā)生于滋養(yǎng)層形成之后，羊膜形成之前。 兩個胚胎共用一個羊膜和一個絨毛膜：分裂發(fā)生于羊膜形成之后。

8、 滋養(yǎng)層形成之前羊膜形成之后滋養(yǎng)層形成之后羊膜形成之前3、雙胞胎和胚胎干細胞 2) 胚胎干細胞：早期胚胎細胞具有發(fā)育為機體任何細胞的潛能和無限自我更新能力，稱之為胚胎干細胞(embryonic stem cell)。 3) 嵌合體：將來自不同父母的同一種動物的早期胚胎細胞組合于一起形成囊胚，再將此囊胚植于同種同期假孕動物的子宮中發(fā)育，形成一個嵌合體(圖3-5)。第四節(jié) 斑馬魚的卵裂 1、斑馬魚作為模式動物的特點 1) 體外發(fā)育，胚胎透明，便于觀察。 2) 產(chǎn)卵次數(shù)多，可全年繁殖。 3) 發(fā)育很快，受精后24h已具備大部分組織和器官原基。 4) 易進行人工培養(yǎng)。2、斑馬魚盤狀卵裂形成三個細胞群

9、1) 卵黃合胞體群：第9-10次卵裂后，位于植物極邊緣的胚層細胞與其下層卵黃細胞融合，形成卵黃合胞體層(圖3-7) ，分為： 外部卵黃合胞體層( 胚層邊緣前部) 內(nèi)部卵黃合胞體層(位于胚層下)。 2) 包被層：位于胚層最外層的胚層細胞，將來形成表皮。 3) 深層細胞：位于包被層與內(nèi)部卵黃合胞體層之間，發(fā)育為胚胎主體。3、斑馬魚的命運圖譜(圖3-7)第五節(jié) 果蠅的卵裂 1、卵裂過程： 1) 合胞體細胞形成：卵黃和細胞核均位于受精卵中央，細胞核經(jīng)分裂多次，使果蠅的受精卵成為合胞體細胞； 2) 活質(zhì)體遷移形成表面囊胚：細胞核與周圍少量的細胞質(zhì)共同組成活質(zhì)體，之后活質(zhì)體遷移至卵皮質(zhì)部，形成表面囊胚。

10、3) 極細胞和生殖細胞形成：最早遷移至胚胎后極的活質(zhì)體與后極的極質(zhì)和極粒共同構(gòu)成極細胞，將來發(fā)育為生殖細胞。第五節(jié) 果蠅的卵裂 2、合胞體胚層的細胞化(圖3-10) 極細胞形成后，卵膜內(nèi)陷于活質(zhì)體或核之間將每個核分成單個的細胞，具體分為一、二期細胞化： 第一期細胞化：細胞膜內(nèi)陷及核間區(qū)的肌動蛋白網(wǎng)形成。 第二期細胞化：細胞膜及肌動蛋白向深部延伸包繞細胞核，且細胞膜及肌動蛋白在細胞末端處收縮。第六節(jié) 卵裂機制 一、卵裂周期調(diào)控 二、促成熟因子(maturation promoting factor, MPF) 三、cdc2激酶 四、細胞周期蛋白 五、cdc25磷酸酶 六、細胞分裂檢查點(chec

11、k point) 七、細胞靜止因子(cytostatic factor, CSF) 一、卵裂周期調(diào)控 1、體細胞的細胞周期調(diào)控 2、卵裂周期調(diào)控一、卵裂周期調(diào)控 1、體細胞的細胞周期調(diào)控(圖3-2.4A) 體細胞的細胞周期分為G1、S、G2和M四個階段，由周期蛋白cyclin與對應(yīng)激酶cdk結(jié)合調(diào)節(jié)細胞周期： 1) cyclinD與cdk4或cdk6結(jié)合調(diào)節(jié)G1時相的進程。 2) cyclinE與cdk2結(jié)合調(diào)節(jié)細胞進入S期。 3) cyclinA與cdk2結(jié)合調(diào)節(jié)S期的進程。 4) cyclinA和B與cdk1(cdc2)結(jié)合組成MPF激酶調(diào)節(jié)細胞進入M期。一、卵裂周期調(diào)控 2、卵裂周期調(diào)控

12、：早期卵裂周期由S期和M期組成，缺乏G1期和G2期。決定于卵質(zhì)，由MPF激酶及其調(diào)控因子cdc25磷酸酶來調(diào)控，如果蠅(圖3-12)。 1) 排卵時，貯存于卵中的MPF前體(pre-MPF) cdc2(cdk1)上的第14位蘇氨酸、15位酪氨酸被新合成的cdc25磷酸酶去磷酸化，MPF進入活性狀態(tài)；在卵受精后的前7次卵裂期，MPF活性保持穩(wěn)定，只要DNA復(fù)制完成，核分裂立即開始并隨之完成。一、卵裂周期調(diào)控 2、卵裂周期調(diào)控 2) 在8-13次卵裂期，周期蛋白在M相開始降解，MPF活性波動，母型string mRNA合成的周期蛋白限制卵裂的速度 3) 到第14次卵裂時，母型cdc25磷酸酶降解，

13、導(dǎo)致細胞分裂停滯于第14期中期，大量的MPF前體(pre-MPF)積累。 4) 合子合成合子型cdc25磷酸酶， MPF前體(pre-MPF) cdc2(cdk1)上的第14位蘇氨酸、15位酪氨酸去磷酸化，MPF具活性，細胞繼續(xù)分裂，核分裂由母型調(diào)控轉(zhuǎn)向合子調(diào)控。二、促成熟因子 促成熟因子(maturation promoting factor, MPF)由小催化亞基cdc2激酶與大調(diào)節(jié)亞基周期蛋白組成的磷蛋白分子，在孕酮的作用下誘導(dǎo)產(chǎn)生減數(shù)分裂恢復(fù)因子，恢復(fù)減數(shù)分裂，使細胞進入M相，核膜破裂，染色質(zhì)濃縮；MPF在M期最高，在S期無活性。 三、cdc2激酶 cdc2激酶是MPF的催化亞基，由c

14、dc2基因產(chǎn)生，簡稱P34， cdc2激酶 或P34以磷酸化和去磷酸化兩種形式存在，在其第14位蘇氨酸、第15位酪氨酸去磷酸化和第161位蘇氨酸磷酸化時才有活性使蛋白質(zhì)磷酸化： 1) 使組蛋白H1磷酸化，導(dǎo)致染色體濃縮。 2) 使核膜三種骨架蛋白磷酸化，核膜破裂。 3) RNA聚合酶磷酸化，使轉(zhuǎn)導(dǎo)受阻。 4) 肌動蛋白調(diào)節(jié)亞基磷酸化失去活性，不能行使ATPase的功能，保證使染色體分離后，再進行細胞分裂。四、細胞周期蛋白 細胞周期蛋白是調(diào)節(jié)細胞周期時相的蛋白質(zhì)，在S期合成，在M期降解，cyclinB與cdc2激酶結(jié)合組成MPF復(fù)合物，使cdc2激酶T-14(蘇aa)、Y-15(酪aa)去磷酸化和T161(蘇aa)磷酸化 。五、cdc25磷酸酶 cdc25磷酸酶在卵裂早期和晚期分別由母型(1-7,8-13次)和合子型(14次)的string mRNA合成， cdc25 使cdc2( P34)激酶T-14(蘇aa)和Y-15(酪aa)去磷酸化，使MPF具有活性，細胞分裂繼續(xù)進行。 六、細胞分