受精專題知識講座

第一節(jié)精子和卵子結(jié)構(gòu)精子通常分頭部、頸部和尾部三部分.頭部：細(xì)胞核和頂體頸部：近端中心粒到遠(yuǎn)端中心粒尾部：分三部分1.中段：從基粒到環(huán)2.主段：最長，負(fù)責(zé)運動3.末段：5-7μm。受精專題知識講座第1頁卵子細(xì)胞質(zhì)內(nèi)物質(zhì)分布不均，卵黃小板在植物極聚集濃縮，糖原顆粒、核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和脂質(zhì)等移向動物極。在細(xì)胞膜下方由高爾基復(fù)合體形成皮質(zhì)顆粒。卵子成熟形態(tài)標(biāo)識是卵母細(xì)胞核膜破裂（又稱生發(fā)泡破裂;germinalvesiclebreakdown，GVBD）.受精專題知識講座第2頁第二節(jié)卵母細(xì)胞成熟和排放多數(shù)動物長足卵母細(xì)胞長久停頓于第一次減數(shù)分裂雙線期，在適當(dāng)信號刺激下恢復(fù)減數(shù)分裂，到第二次減數(shù)分裂中期停頓，成為等候受精成熟卵。卵母細(xì)胞成熟標(biāo)識是生發(fā)泡破裂，染色體聚集，紡錘體形成和第一極體排出。誘發(fā)卵母細(xì)胞恢復(fù)減數(shù)分裂信號因動物而異：海膽，1-甲基腺嘌呤；兩棲類，孕酮；哺乳類，4,4-二甲基-5α-膽甾基-8,14,24-三烯-3β-酚(簡稱FF-MAS)。在外源信號作用下卵母細(xì)胞成熟。在分子水平改變?yōu)椋杭?xì)胞內(nèi)cAMP濃度下降,Ca2+濃度上升,蛋白質(zhì)合成增加

(磷蛋白pp39mos,促成熟因子MPF)排卵(ovulation):在體內(nèi)外諸原因(環(huán)境,神經(jīng),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兩個過程，只有適當(dāng)成熟卵子才能受精.受精專題知識講座第3頁長足卵母細(xì)胞由依賴cAMPPKA磷酸化蛋白質(zhì)控制(因外源信號能快速造成卵母細(xì)胞cAMP含量下降)，停頓在第一次減數(shù)分裂雙線期。該蛋白去磷酸化之后，卵內(nèi)蛋白質(zhì)合成增加。開啟卵母細(xì)胞成熟分裂恢復(fù)活動發(fā)生在細(xì)胞周期晚G2相。由外源信號造成卵母細(xì)胞cAMP含量下降.在翻譯蛋白合成產(chǎn)物中，最引人注目標(biāo)是pp39mos和MPF。在長足卵母細(xì)胞質(zhì)中貯存著母型c-mosmRNA，經(jīng)外源信號刺激，母型c-mosmRNA加poly(A)尾，由此翻譯出相對分子質(zhì)量3.9X104磷蛋白pp39mos。該蛋白只在成熟過程中出現(xiàn)，受精后快速降解.受精專題知識講座第4頁普通認(rèn)為pp39mos具恢復(fù)卵減數(shù)分裂并使之停頓在第二次減數(shù)分裂作用，但必須與Cdk2共同作用才能實現(xiàn)。故推測所謂細(xì)胞靜止因子(cytostaticfactor,CSF)

由pp39mos和Cdk2組成.MPF是由調(diào)整亞基CyclinB與催化亞基p34cdc2組成，其活化不依賴于卵母細(xì)胞轉(zhuǎn)錄水平活動，卻依賴于翻譯水平活動。CyclinB是一個周期性合成和降解蛋白質(zhì)，對p34cdc2去磷酸化和磷酸化具調(diào)整作用。CyclinB與預(yù)存在卵中但尚無激酶活性p34cdc2結(jié)合在一起，形成低活性MPF前體。在磷酸酯酶(cdc25基因產(chǎn)物)作用下，MPF前體中p34cdc2Thr一14和Tyr一15被去磷酸化,Thr-161保持原有被磷酸化狀態(tài)，成為具激酶活性MPF?；罨疢PF具自我擴(kuò)增作用，即經(jīng)過(間接)活化Cdc25深入使更多MPF前體活化.在一定量MPF作用下，細(xì)胞即可跨入M相.受精專題知識講座第5頁伴隨受精，受精卵內(nèi)游離Ca2+增加，鈣調(diào)蛋白激活，并深入使依賴鈣調(diào)蛋白酪蛋白激酶II(CKII)活化。伴隨CKll活化，c-mos基因產(chǎn)物pp39mos降解，Cdc2激酶失活，從而造成CSF解體，受CSF保護(hù)CyclinB降解，細(xì)胞周期就此由M相跨入G1相.受精專題知識講座第6頁不一樣動物卵子排出時情況：各種動物所排出卵子成熟階段很不一致,卵子在未受精前大致有以下四種情況:①受精是在生發(fā)泡破裂之前，即處于初級卵母細(xì)胞時期，精子入卵后才完成兩次減數(shù)分裂。如海綿、蛔蟲、沙蠶、箭蟲等.②受精是在第一次減數(shù)分裂中期。比如貽貝、玻璃海鞘、毛翼蟲、蛤等。③受精是在第二次減數(shù)分裂中期.如絕大多數(shù)脊椎動物和文昌魚④受精是在已經(jīng)完成兩次減數(shù)分裂之后.比如海膽、腔腸動物等.有時把②③稱為中間型。另外，以上劃分并不十分嚴(yán)格，還有許多例外，比如海膽在受精過程中發(fā)覺以上四種情況都有.受精專題知識講座第7頁第三節(jié)精子獲能哺乳動物新射出精子不能受精卵子，必須經(jīng)過獲能(capacitation).精子獲能是指精子在若干生殖道獲能因子作用下發(fā)生一系列改變?nèi)〉檬芫芰^程。其中研究最透徹激酶(獲能因子)有依賴cAMPPKA，磷脂激活蛋白激酶（PKC）和酪氨酸激酶。1.PKA:在小鼠精子獲能期間，腺苷酸環(huán)化酶活性和cAMP合成均增加，PKA兩種不一樣成份PKI和PKA調(diào)整亞單位可抑制獲能反應(yīng)。2.PKC：PKC參加精子運動和頂體反應(yīng)，用phorbolester(佛波酯)刺激PKC可加速精子獲能。3.酪氨酸激酶：用磷酸化酪氨酸抗體發(fā)覺小鼠精子中3種不一樣磷酸化蛋白：52kDa、75kDa和95kDa。后兩種只在獲能精子中磷酸化，為獲能專一標(biāo)識物.受精專題知識講座第8頁第四節(jié)精卵識別精卵識別有距離識別和接觸識別前者見于體外受精動物向化性距離識別效應(yīng)；在接觸識別中精子與濾泡細(xì)胞、透明帶(zonepellucida，ZP)和卵黃膜在三個獨立水平準(zhǔn)確相互作用，其中精子與透明帶相互作用為專一反應(yīng),可誘導(dǎo)頂體反應(yīng)(acrosomalreaction).頂體反應(yīng)主要作用在于釋放頂體內(nèi)酶和使精子膜成份重新分配、暴露或被修飾。精卵不但相互粘附，同時進(jìn)行融合,并誘發(fā)卵中一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，造成生物學(xué)事件發(fā)生.一.精子向化性：許多動物卵母細(xì)胞在完成第二次減數(shù)分裂后釋放物種特異向化因子。海膽卵膠膜中分離出含14個氨基酸精子激活肽resact，可吸引精子.二.具受體功效精子表面蛋白：已發(fā)覺動物精子在與透明帶糖蛋白結(jié)合中存在一些起受體作用精子表面蛋白。研究較多有以下三種：受精專題知識講座第9頁1.半乳糖基轉(zhuǎn)移酶(GalTase)：精子和體細(xì)胞均表示，是細(xì)胞表面，末端含有N-乙酰葡萄糖胺寡糖苷配體受體。活精子表面GalTase能選擇與ZP3(精子結(jié)合蛋白)作用，將半乳糖特異轉(zhuǎn)移到ZP3。精子表面GalTase與其配體結(jié)合,能激活精子G蛋白并誘導(dǎo)頂體反應(yīng)。2.SP56（透明帶附著分子，半乳糖結(jié)合蛋白）:位于頂體完整精子頭部，能與ZP3結(jié)合，可能結(jié)合ZP3上寡糖一個外源凝集素.它是一個睪丸獨有細(xì)胞膜蛋白.3.P95：能與ZP3結(jié)合，其特點是它酪氨酸被磷酸化。小鼠p95與ZP3結(jié)合將激活p95中酪氨酸激酶活性開啟一連串信號，造成頂體反應(yīng)。精子與透明帶相互作用，誘導(dǎo)頂體反應(yīng)，釋放頂體內(nèi)酶類和使精子膜成份重新分配、暴露或被修飾。精卵不但相互黏附，同時進(jìn)行膜融合，并引發(fā)卵內(nèi)一系列反應(yīng),使卵被激活.受精專題知識講座第10頁第五節(jié)

受精過程中主要反應(yīng)一.頂體反應(yīng)(acrosomalreaction)許多動物精子與卵子表面接觸或與卵膜分泌物質(zhì)相遇后精子頂體發(fā)生一系列改變，即為頂體反應(yīng)。頂體反應(yīng)是從頂體排出內(nèi)含物，然后伸出長短不一頂體絲(acrosmalfilament)與卵膜接觸，釋放內(nèi)含物溶解周圍卵膜，形成一通道.受精專題知識講座第11頁1.哺乳動物精子與透明帶初級結(jié)合:已獲能精子可穿過卵丘層抵達(dá)透明帶與之結(jié)合發(fā)生頂體反應(yīng)。已從小鼠透明帶中分離出一個83kDa糖蛋白（ZP3),當(dāng)精子與其孵育后可抑制它與透明帶結(jié)合，另外兩種糖蛋白ZP1和ZP2并不抑制這種結(jié)合（下列圖)?，F(xiàn)已證實精子和透明帶結(jié)合關(guān)鍵是ZP3糖蛋白上終端半乳糖.精子表面含有三種結(jié)合透明帶蛋白質(zhì)：結(jié)合ZP3半乳糖殘基56kDa蛋白質(zhì)、精子蛋白(一個糖基轉(zhuǎn)移酶)和一個精子蛋白酶。受精專題知識講座第12頁2.精子與透明帶次級結(jié)合在頂體反應(yīng)期間精子前部細(xì)胞質(zhì)膜從精子中放出,這是與ZP3結(jié)合蛋白質(zhì)位點。精子必須保持與透明帶結(jié)合方便溶解出一條穿過通道.小鼠精子次級結(jié)合透明帶是由位于內(nèi)頂體膜上蛋白質(zhì)完成，它特異地結(jié)合于ZP2，頂體完整精子不能結(jié)合ZP2。(透明帶結(jié)構(gòu)是由重復(fù)ZP2和ZP3單位組成,偶然有一個ZP1插入)(右圖)。顯然，頂體反應(yīng)過精子與透明帶結(jié)合從ZP3轉(zhuǎn)移到相鄰ZP2分子上.在豬中結(jié)合于ZP2好象是由原頂體粒蛋白(proacrosin)調(diào)整，它結(jié)合于透明帶。今后它變成一個蛋白酶——頂體粒蛋白(acrosin),可局部消化透明帶.受精專題知識講座第13頁二.皮層反應(yīng)(corticalreaction)精子一旦與卵子接觸,卵子就開始發(fā)生一系列深刻改變，為卵子激動(activation),首先是皮層改變,即皮層反應(yīng).皮層反應(yīng)從精子入卵點開始，然后涉及整個皮層.許多動物卵子皮層內(nèi)含皮層顆粒,在精卵接觸點皮層顆粒首先破裂,顆粒內(nèi)含物（糖蛋白類）排出,一部分與卵外卵黃膜形成受精膜,其余保留在受精膜和卵子之間卵周隙中,吸收水分使受精膜舉起,這是受精一個主要標(biāo)志。受精膜形成和卵周隙出現(xiàn)可預(yù)防后到精子進(jìn)入,初步預(yù)防多精受精.受精專題知識講座第14頁海膽和小鼠精子和卵子質(zhì)膜融合受精專題知識講座第15頁三.多精受精快阻斷是由卵膜電改變引發(fā),反應(yīng)快.海膽卵在海水中，細(xì)胞外含有尤其高鈉離子濃度,細(xì)胞質(zhì)含有相對少游離鈉,鉀離子情況正相反。假如將一個微電極插入細(xì)胞內(nèi),另一個放到細(xì)胞外,靜止膜電位(restingmembranepotential)為—70mV.當(dāng)?shù)谝粋€精子結(jié)合后1-3秒，鈉離子內(nèi)流，膜電位變成+20mV。此時精子再不能與卵子結(jié)合，阻斷第二次受精，此為多精受精快阻斷。這種阻止多精受精過程是暫時，而且這種簡短電位改變可能不足以最終地阻止多精受精。受精專題知識講座第16頁四.多精受精慢阻斷在海膽多精受精快阻斷只連續(xù)1分鐘.必須除去附著在卵子表面多出精子,這是由皮質(zhì)顆粒反應(yīng)(corticalgranulereaction)完成.這是一個慢、機(jī)械、在精卵接觸后1分鐘變活躍多精受精阻斷反應(yīng)。在海膽卵膜下面有15000個直徑1μm皮質(zhì)顆粒，內(nèi)含透明素、蛋白酶、過氧化物酶和粘多糖類。在精子入卵處皮質(zhì)顆粒首先破裂，并向周圍擴(kuò)展引發(fā)更多皮質(zhì)顆粒破裂，釋放內(nèi)含物到卵質(zhì)膜和卵黃膜之間區(qū)域中，連接于二者間蛋白質(zhì)被蛋白酶溶解。粘多糖吸水使卵黃膜舉起成為受精膜(fertilizationenvolpe).蛋白酶修飾或完全除去結(jié)合蛋白受體以及與其接觸精子。過氧化物酶使受精膜變硬。同時卵內(nèi)儲存鈣釋放，鈣離子直接負(fù)責(zé)皮層反應(yīng)擴(kuò)展。由以上反應(yīng)完全預(yù)防多精受精.受精專題知識講座第17頁第六節(jié)遺傳物質(zhì)融合精子與卵子膜融合，精子核和中心粒與線粒體和鞭毛脫離并入卵,精子核解濃縮成雄原核(malepronucleus).卵核變?yōu)閱伪扼w即稱雌原核(femalepronucleus).雄原核入卵后旋轉(zhuǎn)180°，中心粒位于雌雄原核之間,兩個原核彼此相向運動,融合形成二倍體合子核。受精專題知識講座第18頁人類受精過程中雌雄原核運動受精專題知識講座第19頁即使哺乳動物雌雄原核在遺傳上被認(rèn)為是相等，但研究提醒它們在功效上可能是不一樣(右下列圖)。

如子宮瘤(水皰狀胎塊)被認(rèn)為是單倍體精子受精缺乏雌原核卵形成。一樣孤雌生殖或卵二倍體形成胚胎含有脊髓、肌肉、骨骼和器官，包含跳動心臟.但在11-12天(小鼠妊娠期二分之一)停頓發(fā)育.受精專題知識講座第20頁第七節(jié)卵新陳代謝激活成熟卵在代謝上是一個惰性細(xì)胞,它被精子入卵重新激活.開啟一系列預(yù)定代謝事件,如海膽:精卵結(jié)合0秒受精卵電位升高3秒以前精-卵膜融合30秒以前第一次鈣離子增加30秒皮質(zhì)泡泡吐作用30-60秒NAD酶激活開始于1分鐘NADH和NADPH增加開始于1分鐘精子進(jìn)入1-2分鐘H+離子流出pH升高1-5分鐘精子染色質(zhì)解濃縮2-12分鐘精子核移向卵中央2-12分鐘卵核移向精子核5-10分鐘激活蛋白質(zhì)合成開始于5-10分鐘激活氨基酸運輸開始于5-10分鐘起始DNA合成20-40分鐘有絲分裂60-80分鐘第一次卵裂85-90分鐘受精專題知識講座第21頁受精后卵內(nèi)細(xì)胞質(zhì)重排倉鼠受精過程圖解受