《發(fā)育生物學(xué)》課件第四章 受精

1、第四章 受精（fertilization)受精的概念受精（fertilization）：是指來自父本的精子和來自母本的卵子相互作用產(chǎn)生合子的過程。卵子受精后開始了發(fā)育過程。授精（insemination）：使得精卵相遇，精卵質(zhì)膜融合。受精的兩個重要作用精子和卵子攜帶的遺傳物質(zhì)結(jié)合，染色體數(shù)目恢復(fù)成二倍體。發(fā)育的激活，包括合子中的一系列代謝活動和形態(tài)的變化，導(dǎo)致受精卵分裂形成多細(xì)胞有機(jī)體。受精過程中發(fā)生的重要事件卵母細(xì)胞成熟；精子獲能；精卵間的接觸和識別；精子入卵；卵子的激活和發(fā)育。（一）、卵母細(xì)胞成熟卵母細(xì)胞成熟的主要形態(tài)學(xué)標(biāo)志：核膜破裂（又稱生發(fā)泡破裂，germinal vesicle br

2、eakdown），染色體凝集，紡錘體形成和第一極體排出。Germinal Vesicle Break Down, GVBD, 生發(fā)泡破裂精子獲能 ：精子質(zhì)膜表面在雌性生殖道里被改變的過程，因此獲得了受精的能力。精子的超激活運(yùn)動表現(xiàn)為精子頭部擺動加劇，鞭毛震動的振幅和頻率加大。（二）、精子獲能 (capacitaion)公牛的精子在進(jìn)入輸卵管壺腹部之前黏附在輸卵管上皮哺乳動物精子獲能機(jī)制（三）、受精的專一性動物的受精有著嚴(yán)格的物種特異性，這是保證其個體發(fā)育正常進(jìn)行的基本條件，也是進(jìn)化中生存選擇的必然結(jié)果。受精過程中海膽卵的結(jié)構(gòu)顯示精子和卵子體積的差異海膽受精專一性的分子基礎(chǔ)介導(dǎo)這一特異性識別的成

3、分成為結(jié)合素（Bindin），Bindin定位在精子頂體的突起上，Bindin和卵細(xì)胞表面Bindin受體的結(jié)合具有高度的種間特異性，卵細(xì)胞表面Bindin受體的分布也是有一定的局限的，就是說精子并不可以結(jié)合在卵細(xì)胞的任意部位上。結(jié)合蛋白在頂體突起上的定位海膽的bindin與卵結(jié)合的種的特異性哺乳動物精卵的特異性識別在哺乳動物中精子與卵細(xì)胞特異識別發(fā)生在卵細(xì)胞的透明帶部位。倉鼠的卵細(xì)胞小鼠透明帶纖維結(jié)構(gòu)模式圖透明帶主鏈由ZP2和ZP3蛋白重復(fù)二聚體組成，鏈與鏈間由zp1交聯(lián)。具受體功能的精子表面蛋白半乳糖基轉(zhuǎn)移酶半乳糖結(jié)合蛋白（SP56）透明帶受體激酶（p95）人的精子與倉鼠卵的接觸倉鼠卵的透

4、明帶用酶消化去掉，人的精子可以鉆入，以此來檢驗(yàn)精子的受精活性。頂體反應(yīng)（acrosomal reaction）精卵識別之后發(fā)生頂體反應(yīng)，是精卵相互作用的第二步。頂體反應(yīng)：精子與卵膜相接觸，引起精子的頂體膜與質(zhì)膜相融合，釋放其內(nèi)容物的過程。頂體（acrosome）：膜圍的囊泡，內(nèi)含大量的水解酶。頂體突：一些無脊椎動物（如棘皮動物）受精過程中產(chǎn)生的一種結(jié)構(gòu)，由肌動蛋白單體組裝成的微絲束構(gòu)成。棘皮動物精子的頂體反應(yīng)海膽頂體反應(yīng)哺乳類精子使卵受精時的頂體反應(yīng)倉鼠頂體反應(yīng)海膽和小鼠精卵質(zhì)膜融合過程的總結(jié)、比較（四）、受精的唯一性一般受精時只允許一個精子進(jìn)入卵中（少數(shù)除外，如鳥類）。多精受精由于引入了多余

5、的染色體和中心體，以后的分裂不能正常進(jìn)行，胚胎發(fā)育停止、死亡。多精受精（polyspermy）多個精子入卵受精稱為多精受精，將導(dǎo)致胚胎發(fā)育異?；蛩劳?。這也是染色體與發(fā)育關(guān)系的首次證明。保證受精唯一性的機(jī)制就海膽而言，研究發(fā)現(xiàn)有兩種機(jī)制來保證其受精的唯一性： 1. 快速的膜電位的變化（快封閉反應(yīng)）； 2. 稍后發(fā)生的受精膜的形成（慢封閉反應(yīng)）受精前后海膽卵的膜電位（快封閉反應(yīng)）電勢改變產(chǎn)生的快速阻止：海膽的第一個精子與卵質(zhì)膜結(jié)合后的13秒內(nèi)，因鈉離子的流入而導(dǎo)致膜電位的迅速升高，從而阻止其它精子與卵膜的結(jié)合。慢封閉反應(yīng)形成受精膜的慢速阻止：海膽卵受精后2060秒內(nèi)，質(zhì)膜下的皮質(zhì)顆粒與質(zhì)膜融合，釋

6、放其內(nèi)含物形成受精膜，阻止其它精子的進(jìn)入。受精膜的形成和多余精子的去除A.在含有卵子的海水中添加精子，10s后，卵子表面布滿精子；B.25s后，受精膜開始形成；C.35s后，大部分受精膜形成；D.受精膜完全形成，所有多余的精子從卵子表面脫落。皮質(zhì)顆粒的分泌皮質(zhì)顆粒反應(yīng)：當(dāng)精卵質(zhì)膜融合時卵子被激活，皮質(zhì)顆粒膜與其外的卵質(zhì)膜發(fā)生融合，導(dǎo)致皮質(zhì)顆粒的胞吐作用，這種現(xiàn)象稱為皮質(zhì)顆粒反應(yīng)。是阻止多精入卵的慢速機(jī)制。皮質(zhì)顆粒的組成蛋白水解酶 裂解卵黃膜蛋白與細(xì)胞膜之間的連接蛋白粘多糖 形成滲透梯度，導(dǎo)致水進(jìn)入卵周隙過氧化物酶 受精膜硬化透明質(zhì)酸 在卵細(xì)胞外形成一層透明層哺乳動物受精唯一性的機(jī)制透明帶反應(yīng)在

7、哺乳動物中，皮質(zhì)顆粒釋放不形成受精膜，釋放的酶對透明帶中的精子受體分子進(jìn)行修飾（剝離ZP3分子上的糖基），使之喪失與精子結(jié)合的能力，稱為透明帶反應(yīng)。小鼠卵的透明帶反應(yīng)如何防止其他的精子再次進(jìn)入卵：皮層顆粒的釋放既可以去除ZP3上的糖基使失去與精子質(zhì)膜結(jié)合的能力，又可以部分水解ZP2，使透明帶變硬。（五）、遺傳物質(zhì)的融合雄原核：單倍性精原核在進(jìn)入卵細(xì)胞時呈高度濃縮的狀態(tài)，稱為雄原核（male pronucleus）雌原核：與之對應(yīng)的卵細(xì)胞的單倍性的核稱為雌原核（female pronucleus）合子核：雌原核和雄原核相互靠近，最后兩核融合形成合子核（zygote nucleus）精子內(nèi)的細(xì)胞核

8、、線粒體和中心體進(jìn)入卵內(nèi)，線粒體與鞭毛在卵內(nèi)降解。線粒體基因一般認(rèn)為是母性遺傳，受精卵中控制細(xì)胞分裂的中心體都是父源的。一旦精核進(jìn)入卵細(xì)胞，精核解凝，精核染色質(zhì)與特異組蛋白去組裝，然后與卵質(zhì)內(nèi)的組蛋白重新組合，DNA開始復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。海膽卵受精過程中雌、雄原核的遷移與融合哺乳類受精后精原核、卵原核相互融合的過程體外受精過程中，人雌、雄原核融合過程卵質(zhì)的重組卵細(xì)胞受精后引起卵細(xì)胞質(zhì)成分的重新排布和分配，稱為卵細(xì)胞質(zhì)重組。在卵細(xì)胞質(zhì)中往往存在大量稱為形態(tài)發(fā)生原的物質(zhì)，它們的分布和濃度對于未來胚胎的發(fā)育至關(guān)重要。卵質(zhì)重組的實(shí)現(xiàn)有賴于微管動態(tài)構(gòu)建和鈣離子的作用。受精蛙卵細(xì)胞質(zhì)的重組受精蛙卵細(xì)胞質(zhì)的重組精子進(jìn)入卵細(xì)胞后，皮層向精子進(jìn)入方向旋轉(zhuǎn)約30，使精子進(jìn)入點(diǎn)對側(cè)的卵表面形成“新月形”的灰色區(qū)域，稱為灰色新月區(qū)?；疑略聟^(qū)的出現(xiàn)確定了未來原腸形成部位和胚胎的體軸走向。（六）、卵子活化精卵膜融合以后，精子核進(jìn)入卵子，解除卵細(xì)胞代謝抑制狀態(tài)，使卵細(xì)胞活化，重新進(jìn)入