第二章受精的机制
03第二章受精的机制.ppt.Convertor
第二章受精的机制第一节卵母细胞成熟第二节精子获能第三节精卵识别的分子基础第四节配子遗传物质的融合第五节卵的激活受精是两性细胞融合并创造出具备源自双亲遗传潜能的新个体的过程。
受精过程包括两种不同的活动：性活动(源自双亲基因的组合)和复制活动(新生物体的产生)。
受精的第一个功能是将双亲的基因传递给子代，第二个功能是在卵细胞质中激发一些确保发育正常进展的系列反应。
受精过程包含以下几个方面：卵母细胞成熟、精子获能、精卵间的接触和识别、精子入卵、卵的激活并开始发育。
第一节卵母细胞成熟动物的长足卵母细胞长期停顿于第一次减数分裂的双线期，在适当的信号刺激下可恢复减数分裂，直到第二次减数分裂中期，成为等待受精的成熟卵。
诱发卵母细胞恢复减数分裂的固有信号随不同动物而异，海星的为1-甲基腺嘌呤；鱼类为17 ,20 -二羟-4-孕烯-3-酮（17 ,20 - DHP）；两栖类为孕酮；哺乳动物为4,4-二甲基-5 -胆甾基-8,14,24-三烯-3 -酚(简写为FF-MAS)。
在外源信号刺激下, 卵母细胞趋于成熟，其主要形态学标志为：核膜破裂(又称发生泡破裂, 简称为GVBD), 染色体凝聚，纺锤体形成和第一极体排出。
在分子水平上的重要变化为：卵母细胞内cAMP浓度下降，Ca2+ 浓度上升，蛋白质合成增加，蛋白质去磷酸化或磷酸化, 促成熟因子(MPF)之类的生物活性物质出现。
G1(G0)---R---S---G2---M卵母细胞成熟分裂恢复启动的活动发生在细胞周期的晚G2期.在外源细胞信号刺激之前，卵母细胞被一种依赖cAMP的蛋白激酶A(PKA)磷酸化的蛋白质控制着，使之停顿在第一次减数分裂的双线期。
该蛋白去磷酸化后，卵内蛋白质合成增加。
在蛋白质合成产物中，最引人注目的是pp39mos。
在长足卵细胞中贮存着母型c-mos mRNA, 经外源信号刺激, 母型c-mos mRNA加poly(A)尾，翻译出分子质量为3.9×104的磷蛋白pp39mos。
受精fertilization的机制
受精fertilization的机制
• 定义：两性生殖细胞结合并创造出具备源自
双亲遗传潜力的新个体的过程
• 受精过程包括两种活动
性活动（双亲基因的组合，并传给后代） 复制活动（新生物体产生的过程，激发卵子发育）
• 受精功能
将父母的基因传递给子代 卵细胞质中激发一些确保发育正常进行的系统反应（卵
• 哺乳动物，卵表面存在多
种整联蛋白的亚单位
• 已知：β-fertilin是α-
6/β-1的配体
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
四、顶体反应的调控机制
1、顶体反应的分子机制（仓鼠）
• 受体结合使精子膜上的离子通道打开 • Ca++进入精子质膜与顶体外膜之间的空隙 • Ca++激活ATP酶，导致顶体增加摄入Ca++到顶体内 • Ca++使前顶体粒蛋白变为具有生物活性的顶体粒蛋白 • 顶体粒蛋白激活磷脂酶 • 磷脂酶使顶体外膜的卵磷脂分解为溶血卵磷脂和游离
脂肪酸
• 溶血卵磷质的增加可干扰顶体外膜脂类成分促使质膜、
顶体外膜溶解，发生胞吐作用
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
2、顶体反应的调控机制
• 离子调控
精子质膜上Ca2+泵、Na+/ Ca2+交换器和钙离子通道中的 Ca2+转换系统均参与调控细胞内的Ca2+浓度； K+、Mg2 + 、Cl+ 、H+等也参与顶体反应的调控
胶膜具有凝集精子和诱发顶
体反应的作用 • 胶膜中分离出精子激活肽，可刺激精
子的呼吸和游动
• 精子表面结合素（种特异）与卵膜上
受精机制
• 顶体反应：精子膜和顶体外膜发生一系列 顶体反应： 点状融合并释放顶体酶的过程。 点状融合并释放顶体酶的过程。顶体反应 既为精卵结合作准备， 既为精卵结合作准备，又是授精过程一部 分。
Acrosomal reaction in sea urchin sperm.
顶体反应的调控机制
• 离子调控
Ca2+内流是早期顶体反应的关键，主要依赖Na+／Ca2+交 Ca2+内流是早期顶体反应的关键，主要依赖Na+／Ca2+交 内流是早期顶体反应的关键 Na+ 换器。此外， Mg2+、C1- H+也对顶体反应起调控作用 换器。此外，K+ 、Mg2+、C1-、H+也对顶体反应起调控作用 Ca2+内流可导致H+外流 使精子内部pH升高， 内流可导致H+外流， pH升高 ，如Ca2+内流可导致H+外流，使精子内部pH升高，诱发顶体 反应。 反应。
二、卵母细胞成熟的分子机制
1. 卵母细胞恢复第一次减数分裂的分子机制
MPF
激酶： cdc 2 激酶：小亚基 P34 cyclinB（周期蛋白）：大亚基 cyclinB（周期蛋白）：大亚基 P56 ）：
恢复第1次成熟分裂的启动机制（ 恢复第1次成熟分裂的启动机制（1)
恢复第1次成熟分裂的启动机制（ 恢复第1次成熟分裂的启动机制（2)
其它动物顶体反应的诱发： 其它动物顶体反应的诱发： (1) (2) (3) 可溶性的卵胶膜成份 一些不同种卵的接触 人为增加海水中的Ca 的浓度来诱导。 人为增加海水中的Ca2+的浓度来诱导。
（3） 精子穿过卵质膜 ）
• 在精子质膜和卵质膜上均有一些具粘附作 用的分子参与的多步融合过程。 用的分子参与的多步融合过程。
发育生物学：第2章 受精的机制
卵膜包被的胶膜成分水解，精子穿越胶膜
精子顶体突与卵黄膜，进结合蛋白bindin
紫海胆红海胆
海胆受精膜的形成和多余精子的去除
一旦进入卵内，雄原核核膜裂解，染色
体暴露出来，其上的组蛋白成分被卵浆
中其他的蛋白取代，染色体转入去压缩
，将中心体调到雌
中心体发育成星状体，连接并牵动雌雄原核相互靠近，最后两核
两核靠近时各完成一次ＤＮＡ复制；合子核出现在两细胞期
雄原核形成新的完整
的核膜
雄原核
雌原核
A:精子入卵，雄原核膨大，精子的尾在卵中；
B:雌雄原核并排；C: 2细胞期，两个细胞中的核清晰可见。
哺乳动物精卵核在
功能上不是等效的
柄海鞘（Styela partita ）受精卵的细胞质重组
黄色皮层细胞质
灰色卵黄
卵母细胞核
黄色细胞质雄原核
来自雌原核的物质
黄色细胞质雄原核黄色新月
卵黄物质浆膜透明细胞质
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30º，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。
紫海胆。
受精的过程
精子的运动装臵— —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。
3.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。
海胆的顶体反应: 精子与卵子胶膜结合后， 可引起顶体反应。顶体发应包括两个主要的事件： 顶体膜与精子质膜发生融合以及顶体突起 （acrosomal process）的形成。
顶体突起
海胆精子的顶体反应过程
哺乳动物的顶体反应: 哺乳动物的顶体是一个 帽状结构，覆盖于精核的前端。顶体反应时，顶体 帽部分的质膜与顶体外膜在多处发生融合，使顶体 内的物质从融合处释放出来。
人类精子由头部、中部 （颈部）和尾部组成。
不同的动物以不同的形 式推动精子游动。大多
数动物的精子依靠尾部
或鞭毛波浪式的摆动，
推动精子在水或雌性动
物生殖道中移动。鞭毛 具有特殊的结构，轴纤 丝（axoneme）是鞭毛 中起推动作用的主要部
分，具有典型的“9＋2”
结构。
哺乳动物精子鞭毛的横切面，示中 央的轴纤丝（central axoneme）和 外围的纤丝（ external fibers）。
2. 精子的结构
精子头部由顶体囊泡和精核构成。大部分精子的细胞 质在精子成熟过程中被排除。顶体位于精核前端，由 高尔基体演化而来。顶体中含有多种水解酶，主要作 用是溶解卵子的外膜。有些动物的顶体中还有与精卵 识别有关的分子。整个精核是一致密结构，几乎看不 到染色质丝和核仁，精子中所有的基因都不表达。
第二章 受精的机制
卵母细胞成熟的标志
恢复减数分裂的信号:
海胆： 1-甲基腺,20βDHP)
哺乳类：4,4-二甲基-5α-胆甾基-8,14,24-三烯3β-酚(FF-MAS)
形态学标志为：生发泡破裂，染色体聚
集，纺锤体形成和第一极体排出。
受 精 卵 和 精 子
——
受精过程一般涉及以下几方面：
卵母细胞成熟 精子获能
精卵间的接触和识别
精子入卵（配子融合和遗传物质 卵的激活并开始发育
的融合）
第一节 卵母细胞成熟和排放
不同动物卵子排出时所处的成熟阶段不同
受精是在生发泡破裂之前, 即处于初级卵
母细胞时期, 精子入卵后才完成两次减数分裂。 如海绵、蛔虫、沙蚕、箭虫等。 玻璃海鞘、蛤等。
用佛波酯刺激PKC可加速精子获能，该反
应可被PKC的抑制物抑制。
PKC可能参与上皮生长因子诱发的获能反
十四烷酰佛波醇乙酯（PMA）和二酰甘油
应。
能刺激获能精子的顶体反应，说明PKC 参与 顶体反应。
3.PTK (protein tyrosine kinase,PTK )
用抗磷酸化酪氨酸的抗体，可从小鼠精子中鉴 别出3种不同的磷酸化蛋白：52kDa、75kDa和 95kDa蛋白。 52kDa、75kDa蛋白的酪氨酸残基只在获能精 子中被磷酸化，为获能专一的标记物。 用抗磷酸化酪氨酸的抗体和PTK抑制物孵育精 子，可以抑制精子穿过无透明带（ZP）的仓 鼠卵，阻止顶体反应和阻断受精。 获能精子的酪氨酸的磷酸化增加：尾→顶体区。
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。
受精过程中的分子生物学机制
受精过程中的分子生物学机制受精是生命的起源，在这一过程中，两个单细胞生物体-精子和卵子-结合并融合成一个新的单细胞生物体-受精卵。
这个过程涉及到复杂的细胞分子生物学机制。
精子及其运动方式精子是由男性生殖系统产生的生殖细胞，它们必须游向卵子才能有效地受精。
精子的运动是由鞭毛和细胞外膜的亚结构所控制。
游离在生殖道中的精子通过化学信号被吸引到靠近卵子的区域。
当到达卵子附近时，精子将利用两种运动方式：跃进运动和游泳运动。
跃进运动使精子能够从粘液中脱颖而出，然后游泳运动能够沿着生殖道充分获得能量，并最终在卵子外膜处捕获。
卵子的形成和特征卵子是由女性生殖系统产生的生殖细胞，与精子一样是体内的单细胞生物体。
卵子的体积是精子的数千倍，但它们不比精子更能活动。
它们具有多到数百个细胞的细胞外膜和一颗形状特殊的细胞核。
在卵子形成过程中，酪氨酸激酶（tyrosine kinase）是卵子中的一个关键蛋白质，它能够使卵子细胞外膜上的受体活性化并有效地参与胞质中的酶和其他生物化学过程。
受精过程中的细胞信号在受精过程中，卵子与精子之间的交互信息是通过细胞间信号传递的方式完成的。
在精子被卵子吸引之后，它们会释放一种酶以破坏卵子上的细胞外膜。
然后卵子会将另外一种酶永久性释放到外面，防止其他精子进入，同时使卵子发生一个方向性的变化，形成卵子-精子接头。
接着，可以分为两个部分：融合和发展。
在融合期间，两个细胞的细胞膜会互相接触并融合，将精子细胞膜上的蛋白质、受体和信号物转移到了卵子膜。
这些信号会通过细胞内的通路传递，并导致卵子第一次分裂。
发展阶段是一个复杂的过程，需要各种不同类型的基因表达进行调节，产生和调配不同的细胞和细胞组织。
同时，营养和其他类型的生物化学特征也要考虑到。
总之，在受精之后，卵子和精子的细胞生物学特征会发生巨大的变化，从而激活发展期间的生命过程。
现代分子和细胞生物学的技术正在帮助我们深入理解生殖细胞之间的信号交互，以及其它发、育相关的病理生理学基础。
受精的机制
概念 受精（fertilization）：两性细胞融合并创造出具备 源自双亲遗传潜能的新个体的过程。 受精过程活动（1）性活动（双亲基因的组合）
（2）复制活动（新生个体的产生） 受精的功能 (1) 将父母的基因传递给子代（2）确保卵子继续发育，保 证生命的延续
受精过程：包括卵母细胞成熟、精子获能、精卵间的接触 和识别、精子入卵、卵的激活并开始发育。（ 整个过 程实际上为激素调控下的级联反应。）
受精为雌雄配子间系列有序、相互协调且复杂的作 用过程。
第六节 精——卵相互激活作用
一 பைடு நூலகம்卵子对精子的激活
二、精子对卵子的激活
（一）多精入卵阻滞
1.皮质反应（cortical reaction）
2. 多精子入卵阻滞反应
（1）透明带反应（zona reaction）
(2) 卵质膜反应或卵黄膜反应
含物。
C,D图。顶体反应完成，精子向前运动，
囊状膜及释放的内含物一起留在精子后面。
顶体反应前的精子
哺乳动物精子发生顶体反应过程
棘皮动物精子的顶体反应
结合蛋白在顶体突上的定位
精子与卵的特异结合
小鼠精子sp56蛋白 与卵细胞透明带特异结合
A 1仅未受精卵 2与受精卵孵 育后除去多 余sp56 3二细胞期 4纯化sp56 B 正常卵细胞 C 用sp56封闭
Na+/H+交换
海胆受精过程的封闭反应 及卵细胞的活化路径
海 胆 受 精 过 程
事件 精卵结合 膜电位升高(快封闭反应) 精卵细胞膜融合 初次检测到钙离子含量升高 皮质颗粒外排(慢封闭反应) NAD激酶被激活 NAD和NADH含量上升 耗氧量上升 精子进入 酸外排 pH值升高并保持 精子染色质解聚 雄原核向卵细胞中央迁移 雌原核向雄原核迁移 蛋白合成被激活 氨基酸转运被激活 DNA合成被激活 有丝分裂 第一次卵裂
第二章、受精的机制
第⼆章、受精的机制第⼆章受精的机制●受精的概念：两性细胞融合并创造出具备源⾃双亲遗传潜能的新个体的过程，包括性活动(源⾃双亲基因的组合)和复制活动(新⽣物体的产⽣)。
●受精的功能：①将⽗母的基因传递给⼦代；②在卵细胞质中激发⼀些确保发育正常进展的系列反应。
●受精的过程：①卵母细胞成熟；②精⼦获能；③精卵间的接触和识别（包括向化性的距离效应）；④精⼦⼊卵（配⼦融合和遗传物质的融合）；⑤卵的激活并开始发育。
全部过程均在激素调控下的级联反应。
第⼀节卵母细胞成熟⼀、刺激卵母细胞恢复减数分裂的固有信号：海星卵：1－甲基腺嘌呤；两栖类：孕酮；鱼类：17α，20β－⼆羟－4－孕烯－3－酮；哺乳动物：4，4－⼆甲基－5α－胆甾基－8，14，24－三烯－3β－酚⼆、卵母细胞成熟的形态学标志核膜破裂，染⾊体凝聚，纺锤体形成和第⼀极体排出；卵母细胞内cAMP浓度下降，Ca 2+浓度上升；蛋⽩质合成迅速增加，蛋⽩质去磷酸化或磷酸化，促成熟因⼦的⽣物活性物质出现；卵内PP 39mos 蛋⽩质含量增加。
与cdk2激酶共同作⽤，可恢复卵母细胞减数分裂。
促成熟因⼦(maturation promoting factor ）调节亚基cyclin B ＋催化亚基P 34cdc2图2.2 MPF 结构第⼆节精⼦获能精⼦获能：射出的精⼦在若⼲⽣殖道获能因⼦作⽤下，精⼦膜发⽣⼀系列变化(如吸附于精⼦膜表⾯精液蛋⽩的去除，膜表⾯蛋⽩的重组等)，进⽽产⽣⽣化和运动⽅式的改变。
获能后精⼦穿越卵母细胞周围的滤泡细胞和透明带的能⼒提⾼，是精⼦发⽣顶体反应的前提。
⼀、获能精⼦蛋⽩磷酸化和蛋⽩激酶活性的改变1. PKA⼩⿏精⼦获能期间，腺苷酸环化酶活性和cAMP合成均增加(依赖细胞外基质中Ca 2＋及HCO3－) 。
PKA的抑制物－PKI或PKA 的调节亚单位可抑制获能反应。
2. PKC在哺乳动物精⼦中，参与精⼦运动和顶体反应的调控。
3. 酪氨酸激酶（⼩⿏精⼦）磷酸化蛋⽩：52kDa -75kDa(Tyr残基在获能精⼦中被磷酸化，获能专⼀标记分⼦）95kDa蛋⽩(Tyr残基总被磷酸化)，⽆特异性获能精⼦酪氨酸的磷酸化(免疫荧光标记法)：①获能精⼦酪氨酸的磷酸化程度增加，尤其是头部顶体区发⽣磷酸化的精⼦数量增多。
发育生物学——受精的机制
受精时卵膜的变化阻止多精受精
The main block to polyspermy is brought into play as soon as the first sperm fuses with the plasma membrane, which stimulates the release of the cortical granules (contain enzymes that block further sperm form binding to the ZP). The cortical reaction at fertilization in the sea urchin
ZP3
通过
精子
表面
蛋白
诱发
顶体
反应
雌雄配子的融合 精子通过与透 明带的相互作 用，发生顶体 反应，使和精 子结合的透明 带被顶体反应 释放的水解酶 溶解，并在该 位置进行精卵 细胞膜的融合 。
雌雄配子的融合
The acrosomal also exposes proteins on the sperm surface that can bind to the egg membrane and are involved in the fusion of sperm and egg membranes, eg, fertilin, Cyritestin, 卵子质膜上Fertilin的受体 Integrin
出，停顿在MII中期。分子水平：促成熟因子
(MPF) 之类的生物活性物质出现。
促成熟因子的发现
孕酮
未成熟的 卵母细胞
成熟的 卵母细胞
在成熟的卵母细胞的细胞质中，必然有一种物质，可以诱导卵母 细胞成熟，这种物质被称为促成熟因子，即 MPF。须与Cdk2共 同发挥作用。
第二章 受精的机制-复习
此后不再表达。
ZP3的最主要功能：精子受体。 受体功能是由其肽链上O-连接的寡糖决定的。
Galactose Glu-NAc
O-连接寡糖集中分布于肽链的特定区域,不同物种 中在进化上差异显著。
生命体发展了多种机制防止多倍的染色体组 融合，最普通的办法是阻碍多精入卵。
海胆阻碍多精入卵的作用方式
海胆卵子细胞膜去极化——快速的阻碍作用. 卵子皮层颗粒的胞吐作用——较慢的阻碍作用 卵子细胞质降解额外精子的核酸或排出包含有额 外精子核酸的细胞质。
快速阻碍多精入卵—改变自身膜电位
海水中Na+>>卵子，而K+的浓度<<卵子。 精卵结合使得顶体的某种蛋白质激活，从而打开 卵膜上的Na+通道，导致Na+的内流，进一步导致 膜电位的上升。
ZP3基因外显子7编码的一段肽链上聚集的5个丝氨酸残
基的糖基化与精卵特异结合密切相关。
受精后，失去结合精子的能力。但可诱发皮层反应， 阻断多精入卵。
精子细胞膜上的三种受体： 精子细胞膜上的三种受体：
半乳糖结合蛋白sp56（56kDa）
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。
试管婴儿技术： 超数排卵 精子体外获能 体外受精（10万活动 精子，1～3个卵子） 胚胎移植
第三代试管受精技术
第一代：较为简单的体 外受精、培养 第二代：采用了胞质内 单精子注射
（ICSI，借助显微操作 系统将一个正常精子直 接注射到成熟的卵细胞 浆内），大大提高了成 功率。
人教生物必修2第2章1.2受精作用(共27张PPT)
一个精原细胞如果有两对染色体产生配子？ 2种配子
四个精子中，两两相同
一个雄性动物如果有两对染色体产生?4种精子 （22）
请推断：
一个精原细胞含有n对同源染色体经 减数分裂产生的精子类型有 2 种。
一个含有n对同源染色体的雄性个体， 经减数分裂产生的精子类型，理论上 有 种2。n
一个卵原细胞无论有多少对染色体产生 1 种卵细胞 一个雌性动物有n对染色体,理论上产生 理论上有2n 种
减
(雄性)生物体(雌性）
减
数 分
细胞分化 有丝分裂
数
分
裂
受精卵 2n
裂
受精作用
精子 n 卵细胞 n
例3：动物的受精过程包括下列基本步骤，其受精
作用的实质在于（ D ）
A.精子卵细胞相互识别 B.精子头部进入体细胞内 C.卵细胞形成受精膜 D.精子与卵细胞的细胞核相互融合
例列哪4：些同生种理生过物程的决染定色的体（是c相）对恒定的，这是由下
受精作用
一、配子中染色体组合的多样性 本节要点
二、受精作用
一、配子中染色体组合的多样性
为什么会有“一母生九子，九子各不同”的现象？
父亲体内所有的精原细胞，染色体组成并无差 别；母亲体内的卵原细胞也是如此。 同样的精（卵）原细胞会产生不同的配子吗？
一个精原细胞如果只有一对染色体产生配子？ 2种配子
3.1过程（阅读P24最后一段，回答下列问题）：
精子的 进入卵细胞， 留在外面；
卵细胞的 进入；
会发生复杂的生理反应，以阻止 的
精子的 与卵细胞的 汇合在一起。
相融合，使彼此的染色体
受精卵
2 1´ 1 2´
3.2受精作用实质： 的细胞核与 的细 胞核融合，使彼此的染色体会合在一起。
完整版第二章 受精.ppt
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。
赤道段 顶体后区
阿gh，
两次结合：
ZP3交联到精子细胞膜上的受体，又到 了顶体反应的发生。
通过顶体内膜上的特殊蛋白与透明带 中的ZP2糖蛋白结合的。
阿gh，
第二节 配子融合和卵子激活
一、配子融合 精子穿过卵黄膜的机制
由于顶体凸起向前不断伸长，产生一种机 械力，从而穿透卵黄膜。
顶体突起的顶部带有消化酶，可消化卵黄 膜，精子穿过卵黄膜之后，顶体突起与卵 质膜相遇，在接触点附近的卵子微绒毛伸 长并包绕精子，形成受精锥，顶体突起与 卵子为绒毛顶端发生融合，受精锥中的微 丝收缩将精子拖入卵内。
阿gh，
动画自精子入卵点（右上角）起，卵子表面受精膜膜膨起，并波及全卵。
阿gh，
（二）代谢活动的激活
早期应答
皮质反应出现的 数秒钟之内
晚期应答
受精的数分钟之后
阿gh，
早期应答，由钙离子作用引发的受精卵的一系 列变化过程（皮质颗粒的释放、精核的解凝聚、 细胞的分裂等活动）。
晚期应答，指伴随Ca2+浓度增加后，细胞内 pH很快提高而带来的一系列变化。在精子进 入卵细胞数分钟以后，卵细胞很快出现蛋白质 合成的高峰，它们对于胚胎的早期发育，包括 体轴形成和体制建立有着重要的作用。
阿gh，
阿gh，
海胆卵发育的启动机制
受精
Ca++
第二章受精的机制
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 10s
25s
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， 35s
阻止其它精
子的进入。
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。
? 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。
海胆精子与卵子的特异性结合
（二）、哺乳动物的配子结合
1、透明带（ZP）的结构和性质
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。
ZP2
ZP3
ZP2 =ZP3
ZP1
2、精子膜上的ZP受体
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.
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获能的主要事件：
除去或改变精子质膜的稳定因子或 保护物质，使精子质膜对特殊的受 精环境非常敏感。
精子获能期间细胞内离子、新陈代 谢、腺苷酸环化酶、顶体等均会发 生变化。
从同一个体排出的精子并不 是同时获能，原因在于： 精子膜结构内存在分子的多样性
附睾尾部的精子年龄不同
对影响它们成熟的环境反应性存 在差异
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.
精子为受精提供单倍体染色体和中 心粒。
Hale Waihona Puke 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
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。
海 胆 形 成 受 精 膜 的 慢 封 闭 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。
二、配子融合与阻止多精入卵
（一）配子融合 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。
（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。
（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。
第二章 受精的机制
授精与受精的区别：
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。
受精—胚胎发育的启动
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
小
鼠
精
子
与
N-乙酰葡糖胺
卵
半乳糖基
细
胞 透
半乳糖基 转移酶
半乳糖结 合蛋白
透明带受 体激酶
明
带
结
合
哺乳动物的精卵结合过程
哺乳动物和海胆受精过程的比较
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。
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
精子和卵子的形态结构
第一节 精子获能与顶体反应
一、精子的激活
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.
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。
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+、Ca2+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。
海胆精子与卵子的特异性结合
（二）、哺乳动物的配子结合
1、透明带（ZP）的结构和性质
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。
ZP2
ZP3
ZP2=ZP3
ZP1
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。
2、慢封闭反应（皮层反应）
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。
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