获能和顶体反应

Ca2+在AR过程中起着关键的作用, 大多数诱导剂诱导精 子发生AR时, Ca2+内流是早期的反应之一。
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1. 顶体反应的机制
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2.检测顶体反应的方法
电镜法 相差显微镜法 CTC法 Hoechst 33258法 考马氏亮蓝染色法
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(1.)电镜法
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(2.)相差显微镜法
该法适用于观
察顶体较大的动物精
C 发生了顶体反应的精子
(3.)精子穿卵试验(sperm penetration
of zona-free hamster egg assay) 将除去了透明带的仓鼠卵子与获能处 理后的精子混合培养,观察穿入卵子的精 子数目。
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(4.)CTC(chlortetracycline)法 CTC是一种抗菌素即金霉素。它可根据精子 不同的获能和AR阶段或精子表面差异进行染色。 它可将精子分为3种类型，即F、B和AR型。
了顶体反应的精子与ZP2相互作用，发生
次级识别和结合。
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1.精子与卵子透明带的初级识别和结合
ZP3与精子发生初级识别和结合。证据包括：
①纯化的mZP3仅能与顶体完整的精子头部质膜结合； ②精子能与共价附着mZP3的玻璃珠结合，也能与转入 mZP3基因后能够分泌mZP3的畸胎瘤细胞结合； ③纯化的mZP3能诱发精子顶体反应；
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思考题
1.简述获能期间精子出现的变化。
2.顶体反应的机制。 3.检测顶体反应的方法。
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实验证据表明，GalTase可能是精子上的初级
透明带结合蛋白。然而，来自GalTase基因敲除小 鼠的精子在体内仍具有受精能力。
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(2.)透明带受体激酶 是一种跨膜受体，具有酪氨酸激酶活 性，称为透明带受体激酶(zona receptor
kinase, ZRK)，又称p95。酪氨酸磷酸化是
精子受精所必需的，抑制酪氨酸蛋白激酶
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(2.)顶体反应(acrosome reaction ,AR) 获能后的精子在生理性诱导物如透 明带、孕酮,或非生理性诱导物如钙离 子载体A23187的诱导下,可发生顶体反
应, 即精子质膜与顶体外膜融合释放顶
体内容物。
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考 马 氏 亮 蓝 染 色 法
A 顶体完整的精子
B 正在发生顶体反应的精子
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三.
精子与透明带的识别和结合
透明带是一层包被在卵外的糖蛋白。
兔、大鼠和小鼠透明带都由ZP1、ZP2和 ZP3三种成分组成。
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ZP2和ZP3以异二聚体的形式存在，排列成细丝 状，细丝间由ZP1连接。
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精子与卵子ZP之间的初级识别是由
ZP3和精子质膜上的ZP3受体介导的；精
子与ZP3结合诱发顶体反应的发生；发生
(2.)胞内离子的改变
精子获能期间一些胞外Ca2+进入胞
内，胞内Ca2+逐步升高，并呈时间依赖
关系。 HCO3-浓度增加. Ca2+和HCO3-均
能刺激腺苷酸环化酶(adenylate cyclase AC)
合成cAMP，胞内cAMP升高进而促进精子
获能。
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(3.)活性氧
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(4.)磷酸化
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次级透明带结合蛋白位于顶体反应后的精子表 面，即顶体内膜上，它与ZP2相互作用，在精子 穿过ZP过程中，次级透明带结合蛋白始终使精 子与ZP结合。
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(1.)半乳糖苷转移酶(GalTase)
β- l，4半乳糖苷转移酶是最早报道的初级
透明带结合蛋白，它存在精子表面。 纯化的
GalTase及其抑制剂和它的抗体均可抑制精卵相互 作用。该酶可特异地作用于ZP3。
精子获能、顶体反应和与透明带的结合
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国家中长期科学和技术发展规划纲要
（2006-2020）
六、基础研究 4.重大科学研究计划 （4）发育与生殖研究
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一. 精子获能
哺乳动物精子在离开
雄性生殖道时，还不能立
即与卵子受精。它必须在
雌性生殖道内经历一段成
熟过程，才获得受精能力。
这一现象称为获能
张民觉 (1908～1991)
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ZP1的作用
小鼠卵子的ZPl主要发挥结构支撑功能，
它把ZP2、ZP3细丝横向连接起来，构成透
明带三维构象。然而，在其他动物，例如
猪和兔的研究表明，ZPl也可能是精子的次
级受体，在精卵结合中发挥作用。
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3. 精子表面的透明带结合蛋白
初级透明带结合蛋白位于精子顶体区质膜
上。它与ZP3相互作用，诱发顶体反应的发生。
获能精子一旦与精浆和附睾液接触， 又可去获能(decapacitation)。
精浆和附睾液中存在着一种去获能因 子(decapacitation factor，DF), DF参与获 能的调节,一般认为DF是一种糖蛋白。
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6.获能期间精子出现的各种变化
(1.)精子质膜胆固醇外流
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获能期间精子出现的各种变化
pH: 7. 4 — 8.0
渗透压: 295～310 mOsm／kgH2O
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3.获能的种间差异 小鼠: 0.5- 1h 兔及人:7～8h
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4.精子获能的异质性 从同一个体射出的所有精子并不是 同时发生获能。一些精子获能较快，另 一些则较慢，称为获能的“异质性”或
非均一性。
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5.精子获能的可逆性
(capacitation)（1951年
张民觉和Austin）。
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2010年，英国生理学家罗伯特· 爱德华兹因为在试管婴 儿方面的研究获得2010年诺贝尔生理学或医学奖。
1978年7月25日， 世界上首个试管婴儿诞生。
1. 体外获能
研究精子获能一般采用体外获能的方法。
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2.影响获能的因素 温度: 37℃
④抗ZP3多肽的抗体能阻止精卵结合。
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2.精子与透明带的次级识别和结合
顶体反应发生后，精子质膜脱落，精子表面与
ZP3结合的受体也随之丢失。此时，精子与ZP间发生
次级识别。ZP中负责与精子发生次级识别的是ZP2。 mZP2能与顶体反应后的精子结合。mZP2的抗体能抑制 顶体反应后的精子与ZP的次级结合，而对顶体反应前 顶体完整的精子与ZP间初级识别和结合没有影响。
7.检测精子获能的方法 超激活运动
顶体反应
精子穿卵试验 CTC法
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(1.)超激活运动(hyperactivated motility, HAM )
精子一旦获能,其运动类型
发生显著改变,精子头部侧摆
幅度和频率明显增加,而尾部 振幅加大,频率加快,呈现一种 特殊的超激活运动或鞭打样运 动(whiplash motility)。
子, 如豚鼠、仓鼠、
麝。
顶体较小的精子
不能用该法观察。如
小鼠、大鼠、兔。
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(3.)Hoechst 33258法 Hoechst 33258是一种可结合DNA的 荧光染料 . 精子先在含Hoechst 33258的培养 基中预培养。只有死精子的核才能吸取 这种染料，而具有完整质膜的活精子则 不能吸收。然后固定精子，再以亲顶体 的凝集素染色或用抗顶体内含物的抗体 染色。
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二.
顶体反应 (acrosome reaction ,AR) 当获能的精子接近或进入卵丘细胞或与卵
透明带结合时被激活，其头部发生顶体反应或 称胞吐作用(exocytosis)。顶体反应使精子顶 体内所含的顶体酶释放出来，支持精子穿过卵 透明带，从而导致精卵融合即受精。
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AR时细胞内Ca2+浓度的增加
活性即可阻止顶体反应，从而阻断受精。
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(3.)sp56 sp56是小鼠精子表面的一种分子量为56 kDa的外周膜蛋白。它仅存在于顶体完整的精 子头部表面。 纯化的sp56可与小鼠卵结合， 并在体外抑制精卵结合。sp56存在于小鼠和 仓鼠精子表面。所以,小鼠和仓鼠的精子都能 与小鼠卵透明带结合。人和豚鼠精子不含 sp56，因此不能与小鼠卵透明带结台。