第七章 受精的机制

海胆卵受精前后的卵膜电位变化
皮层颗粒反应
多精受精快速阻碍机制中膜电位的变化时间非常短暂（1 min左右），
不足以永久实现阻碍多精入卵。
结合到卵黄膜的精子是通过皮层的小泡破裂，发生皮层反应被移除的；
否则将导致多精入卵。
皮层由皮层颗粒组成，通常分布在没有微绒毛结构的卵膜下方。当精 子进入卵子时，皮层颗粒与卵黄膜发生融合，颗粒内容物被释放到卵 黄膜和透明带之间的区域——卵黄周隙，这些释放物中有几种蛋白质 在皮层颗粒反应中发挥了重要的作用。
精卵识别有距离识别和接触识别之分，
具化学趋向性的距离识别效应
接触识别和顶体反应相关。这种特异性的原因在于
雌雄配子表面具有某些结构互补的特异分子，通过这 些特异分子之间的相互作用，保证了雌雄配子的正确 识别。
精子的趋化性
精子的趋化性：指精子根据化学浓度梯度直接向卵子运动
的现象。 现已在许多动物中发现，其卵母细胞完成第二次减数分裂 后，可以分泌具有物种特异性的的趋化因子如海胆的精子 激活肽resact，构成卵周特有的微环境。
小鼠精子顶体反应地点
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的 形成。
顶体突起
海胆精子的顶体反应过程
二次结合
在顶体反应期间，与ZP3结合的顶体前端发生胞吐作用，精子必须与透明带
结合才可以完成穿透作用，这种结合称为二次结合（secondary binding）。 二次结合是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。
精卵识别的特异性
海胆的精卵识别
海胆精子发生顶体反应后释放顶体酶，使卵细胞外的胶膜降解，精子穿越胶 膜，其突起与卵黄膜相互识别，与之融合，然后与卵细胞膜融合，导致精核
进入卵细胞中。
顶体反应
顶体反应：指受精前精子在同卵子接触时，精子顶体产生的一列变化。
具有顶体结构的无脊椎动物或脊椎动物中，只有发生顶体反应的精子才能进 入卵子并与卵子融合，也只有精子与卵子接触时才发生顶体反应。
海胆卵子的结构
卵黄膜 胶膜 精子 线粒体 核 质膜 卵黄颗粒 皮质颗粒
从外到内：胶膜 ；卵黄膜； 质膜； 皮层
海胆卵子的结构
皮层是质膜下一层约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，帮助精子进 入卵子。 皮层内有皮层颗粒，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。
精子顶体酶及其穿透作用
通过顶体反应释放的物质中含有大量的水解酶，因此顶体这一结构被认为具 有类似溶酶体的功能。
精子顶体酶的一个功能是在卵子外围打一个洞，另外顶体反应还与精卵结合 识别有关。
哺乳动物的顶体反应
哺乳动物的顶体是一个帽状结构，覆盖于精子的前端。 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。
知识点
受精的一般过程; 卵母细胞成熟的标志及机制; 精子获能; 精卵识别的分子基础; 配子遗传物质的融合; 卵的激活
受 精
受精（fertilization）是指两性生殖细胞融合并 形成具备双亲遗传潜能的新个体的过程。 受精作用是发育的开端。 受精作用的功能： 1、将父母的基因传递给子代 2、激发卵细胞中确保发育正常进展的一系列 反应。
精卵识别的特异性
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
①海胆卵子细胞膜去极化引起的快速的阻碍作用；
②卵子皮层颗粒的胞吐作用产生的一种较慢的阻碍作用； ③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
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。
1) 精子穿越放射冠和透明带 顶体反应使顶体内的酶释放出来并溶解放射冠内的 卵丘细胞。 透明带反应是防止多精入卵受精的第一道屏障 2)精子进入卵黄膜 卵黄膜封闭作用是防止多精入卵受精的第二道屏障
钙的作用
皮层颗粒反应的作用机制与顶体反应基本相似，Ca2＋作为细胞内信使
发挥了及其重要的作用。研究证明，启动皮层颗粒反应的钙主要储存 在卵细胞的内质网中，而不是卵外钙离子的内流。
概述
受精过程随动物品种而异，但其过程一般涉及以下几个主要方面
： 卵母细胞成熟； 精子获能； 精卵间的接触和识别(包括化学趋向性和顶体反应)；
精子入卵(配子融合和遗传物质的融合)；
卵的激活并开始发育。 整个过程实为激素调控下的级联反应。
精子的结构
人类精子由头部、中部（颈部）和尾部组成。
第二篇 动物胚胎发育
第七章 受精的机制
静静等待的卵子
卵子的外层 被一层透明的 薄膜保护着， 这使它看起来 像一个悬浮在 天体中的漂亮 的星球。
充满活力的精子
Who will be the winner?
经过种种障碍的精子终于与卵子相遇
精子试图进入卵子
此时, 精子的头已经钻进去了, 我们还可以看到它的 中部和尾部，它就像一个不断旋转的钻头，在尾巴拍打 的驱动下，努力进入卵子。
发生一系列变化（如吸附于精子膜表面精清蛋白的去除，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
顶体反应的前奏。
第三节 精卵识别的分子基础 受精过程中，精卵的识别具有种属特异性，即给定物 种的卵子对同源精子的识别与结合具有绝对的特异性。
哺乳阻碍多精入卵的作用方式
Baidu Nhomakorabea
哺乳动物不形成受精膜，但皮质颗粒中释放的酶对透明带中的精子受 体分子进行修饰，使之丧失与精子结合的能力，因此，称为透明带反 应。
在卵子外围集聚有几十个精子， 它们首先穿过放射冠
穿过透明带
几个精子同时分解透明带，但只有一个 精子能穿过透明带进入卵子内，当第一个精 子进入后，透明带的穿透性就立即发生变化， 从而阻止其他精子穿越透明带。
二次减数分裂中期。 在分子水平上，经外源信号处理后相继发生的重要变化为： 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。
第二节 精子获能
哺乳动物的精子未经获能是不能使卵受精的。
为了获得受精的能力，射出的精子必须获能。 精子获能：普遍认为是指射出的精子在若干生殖道获能因子作用下，精子膜
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。
海胆精子结合于卵上
海胆受精膜的形成及多余精子的移除
精子的结构
精子头部由顶体囊泡（acrosomal vesicle）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。
四、精子入卵的调控
多精受精阻断的机制与皮层反应
许多精子都可以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，称为单精入卵。 多个精子入卵受精称为多精入卵，将导致死亡或不正常的发育。 生命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
一、受体假说
精子与特异性受体(G蛋白偶联的受体或酪氨酸激酶偶联的受体)结合，引发信
号转导和相应的生物学效应。
具体的过程为：精卵相互作用活化PLC，作用于PIP2，使其水解为IP3和DAG。
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。
皮质颗粒内含物中含有的蛋白质：
3）过氧化物酶：皮层颗粒分泌的过氧化物酶通过交
哺乳动物精卵的特异性识别发生在卵细胞的透明带部分。
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。
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。
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。
精子的结构
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。
精子的运动装臵— —鞭毛的超微结构， 示微管排列的“9 ＋2”结构。
第一节 卵母细胞成熟
高等动物卵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以恢复减数分裂，直至第二次减 数分裂中期，成为等待受精的成熟卵
减数分裂恢复
在固有外源信号的刺激下， 母细胞趋于成熟， 要形态学标志为：
高等动物卵 其主
核膜破裂又称生发泡破裂(GVBD)，染色体凝聚，纺锤体形成和第一极体排出，停顿在第
形成受精卵
精子进入卵子后, 其细胞核变大到和卵 子细胞核相似,精子 细胞核(雄原核)和卵 子细胞核(雌原核)同 时向细胞中部靠拢, 并相互融合成一个细 胞核,这时称受精卵。
这是个重要的起点, 是个体新生命开始的起点!
思考几个问题
精子是如何找到卵子的？ 精子是怎样进入卵子的？
谁是赢家？为什么通常只有一个成功的精子？
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。
哺乳动物卵子的结构
卵质外是卵黄膜，卵黄膜外是透明带
卵黄膜：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。 透明带（ZP）：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。 紧靠着透明带的一层卵丘细胞（滤泡细 胞）称为放射冠。
卵细胞内的信号分子三磷酸肌醇IP3激活Ca2＋的释放，而IP3的产生是
与GTP结合蛋白或酪氨酸激酶相关的。
第四节 卵的激活
成熟的卵母细胞处于休眠状态，表现为代谢降低，蛋白和核酸的合成大幅度 降低，其中DNA的合成完全停止。
经精子刺激，成熟卵从体眠状态进入活动状态，显示出的最早系列事件总称 为“卵激活”，包括皮质反应、减数分裂恢复、第二极体排出、DNA复制和 第一次卵裂。 启动卵激活的信号是卵胞质溶胶中游离Ca2+浓度的瞬间增加，这些Ca2+主要 源自内质网。 Ca2+瞬间增加的模式因动物品种而异。 例如，哺乳动物、纽形动物和环形动物卵受精时激起重复的Ca2+瞬间增加现 象，被称为Ca2+振荡。 相反，海胆和蛙受精卵后只出现单个Ca2+瞬间增加。 目前有两种阐明精子诱导卵激活的假说：