受精的机制

第二节、精子获能
精子获能（capacitation）:精子在生殖道获能因子的作 用下，精子膜发生一系列变化，产生生化和运动方式 的改变，具有穿过卵母细胞周围的滤泡细胞和透明带 的能力。
一、获能精子蛋白磷酸化和蛋白激酶活性的改变
主要为依赖cAMP的PKA、磷酸蛋白激酶（PKC）和酪 氨酸激酶
二、雄性生殖道的受精促进肽 受精促进肽（fertilization promoting peptide ,FPP）是一 种有前列腺分泌到精液中的三肽（pGlu-Glu-ProNH2）。 可能诱发与精子相关的生物学反应，可以最大限度保 持精子的受精能力。
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。）
第五节 卵的激活
概念 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，成熟卵从休眠状态进入活动状态，称 为卵激活。
精子诱导卵激活的两种假说
（1）受体假说：精卵相互作用活化 PLC，作用于PIP2， 使其水解为IP3和DAG。其中IP3与Ca2+贮存位点结合，促 使 Ca2+从内质网中释放；DAG则激活PKC，加速Na+的流 入和H+的流出，使卵内PH上升，从而诱导卵的激活。
胞质 Ca2+
第四节 配子遗传物质的融合
对于哺乳动物，精子进入卵母细胞后，卵 母细胞质中谷胱甘肽将雄原核 DNA周围的鱼 精蛋白的二硫键还原，使精子染色质凝聚。随 着卵母细胞完成第二次减数分裂，雄原核增大， 中心体装配成星体，并促使雌、雄原核朝彼此 的方向迁移，在迁移中复制各自的DNA。雌、 雄原核会合后，核膜崩解，染色质浓缩成染色 体，定位于有丝分裂纺锤体上，在两细胞期形 成真正的二倍体。
3.磷酸肌醇调控 多磷酸肌醇的产物是诱导顶体反应的第 二信使。
PLC(磷脂酶C)
PIP2(4,5-磷脂酰肌醇二磷酸)
DAG（二酰甘油）
IP3（1，4，5—三磷酸肌醇）
顶体反应的磷酸肌醇系统调控
DAG PKC* 激活 底物蛋白 磷酸化
精子质 膜与卵 ZP结合
G蛋白 激活
PLC激 活
PI2
顶体 反应
IP3 *为依赖Ca2+和DAG的蛋白激酶
大鼠 仓鼠 人
兔
A natural event: fertilization
三、参与配子间质膜相互作用的一些黏附作用 的分子 1.fertilin 2.cyritedtin 3.卵质膜上fertilin的受体—— integrin 4.参与精卵结合的其他分子 （1）DE （2）细胞外基质蛋白（3）补体成分 及他们的受体
（vitelline reaction） （二）卵子代谢的激活
• 皮质反应:当精子与卵质膜接触时,皮质颗粒在精子入卵 处与卵质膜相融合,并将颗粒内容物以胞吐方式排入卵 周隙内,这种胞吐现象逐渐向卵质膜的四周扩散直达整 个卵质膜。 • 透明带反应：在精子穿卵过程中，由于顶体酶的作用， 引起透明带发生一系列反应，阻止多精受精的现象。 • 精子穿卵过程中，由于精子顶体酶类和皮质反应引起的 皮质颗粒胞吐的蛋白水解酶类，作用于透明带上，引起 的透明带防止多精受精的现象。 • 卵质膜反应（卵黄膜反应）：在皮质反应后，卵质膜发 生一系列反应，防止多精受精的现象。 • 皮质反应后，皮质颗粒的胞吐物直接作用于卵周隙内的 多余精子及卵质膜引起质膜结构和性质发生变化，防止 多精入卵的现象。
小 鼠 精 子 与 卵 细 胞 透 明 带 结 合
受 精 后 多 余 精 子 的 剥 离
10s 混 合 海 胆 精 子 和 卵 子 观 察
25s
35s
受精膜完全形成，
受精前后海胆卵膜电位的变化
海胆卵细胞膜电位的失常 可造成多精受精现象
卵黄膜
卵质膜
微绒毛
受精卵皮质颗 粒成分的释放 与受精膜形成
皮质颗粒胞吐作用
皮层颗粒 结合在卵黄膜上的超数 精子
1 蛋白水解酶分离 卵黄膜与卵细胞膜 2 粘多糖吸水膨胀 3过氧化物酶催化蛋 白铰链作用硬化卵膜
微丝 受精膜
透明素 被释放的精子 微绒毛
透明层
细胞膜
四、顶体反应的调控机制
1.离子调控 Ca2+起主导作用（1） Ca2+的贮存区是顶体反 应的激烈区（2） Ca2+内流是早期顶体反应的关键 2.脂质调控 调控膜的流动性和钙泵的活性
第一节 卵母细胞成熟
形态标志：核膜破裂（GVBD）、染色体凝聚、 纺锤体形成和第一极体排出 分子变化：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。
pp39mos是一个重要的翻译蛋白产物。具恢复减 数分裂并使之停顿在第二次减数分裂的作用， 但是必须与cdk2激酶共同作用才能实现。 MPF也是很重要的成熟因子。在MPF作用下， 细胞通过G2/M进入M相。(机制见课本图2.1)
第三节 精卵识别的分子基础
精卵识别（1）距离识别（2）接触识别
发生的一个主要反应——顶体反应
顶体反应的重要作用在于释放顶体内的酶类和使精子膜成 分重新分配、暴露或被修饰。精卵不仅相互黏附，同时进 行膜融合，并诱导卵中的一系列信号转导、导致卵的激活 和随后的发育。
一、精子的向化性
现已在许多动物中发现，其卵母细胞在完成第二次减数分 裂后，可以分泌具有物种特异性的向化因子，构成卵周特 有的微环境，这种微环境不仅可以控制精子类型，而且可 以使其适时完成受精。
二、具受精功能的精子表面蛋白
表2.1 起受体作用的精子表面蛋白
动物种类
小鼠
受体
-1，4-半乳糖基转移酶 岩藻糖基转移酶 56kDa半乳糖结合蛋白（SP56） a-D-甘露糖苷酶(位于精子质膜上) 95kDa蛋白（精子质膜蛋白） 硫酸糖酯固定化蛋白 a-D-甘露糖苷酶 岩藻糖结合蛋白 PH-20 a-D-甘露糖苷酶 甘露糖结合蛋白 FA-1(受精抗原-1) 精子凝集抗原-1 RSA 精子蛋白17（SP17） PH-20 AM67
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 、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) பைடு நூலகம்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
1.精-卵质膜融合 2.原核形成与迁移
精子入 卵，未 有第二 极体排 除
69268271.jpg
退化的极体
受精分裂 的2细胞
核间桥
海胆雌雄原核 的迁移与融合
雄原核
雌原核
仓鼠原核的分裂与融合
A 精子进入 B 精卵原核并列 C 细胞分裂后融合
被囊动物受精卵的细胞质重组
A.受精前，黄色皮层细胞质包围着灰色卵黄细胞质。B.精子进入 后，黄色皮层细胞质和透明质从顶端的雌原核的区域向下流向 精子进入的区域。 C.伴随着雄原核向雌原核运动，黄色细胞质 和透明细胞质也随之继续向植物极运动。D.黄色细胞质和透明 细胞质到达它们的最终位置，它们将发育为间充质和肌细胞 （中胚层）
哺乳动物卵子激活的磷 酸肌醇系统调控 细胞外Ca2+ 精子膜与卵 子膜融合 IP3 钙库内 Ca2+释放
阻止多精受精
MPF和CSF失活
完成第二次 减数分裂 皮质反应
蛋白质合成
G蛋白 激活
PLC 激活
PIP2
代谢激活 DAG PKC 激活 PH升高
DNA复制
胞质内物质运动
注：CSF(cytostatic factor)细胞静止因子
（2）融合假说：伴随精子与卵质膜的融合，一种可溶性 精子因子入卵，激活卵子。
Ca2+和PKC是卵激活的主要因子
（1） Ca2+ 许多研究证明，精子诱发Ca2+含量的瞬 间上升在卵激活介导的皮质反应和减数分裂的恢复 中起重要作用。含量的上升足够诱导卵激活事件的 发生，如皮质反应、极体排出、原核形成、DNA 合成。 (2) PKC PKC是信号转导途径中一个重要的酶类。 现认为人卵PKC的调节子可能是信号效应子，而该 效应子是受源自ryanodine敏感的Ca2+贮存库的信号 作用。
时间 0秒 1秒内 6秒内 6秒 15-60秒 始于1分钟 始于1分钟 始于1分钟 1-2分钟 1-5分钟 1-5分钟 2-12分钟 2-12分钟 5-10分钟 始于5-10分钟 始于5-10分钟 20-40分钟 60-80分钟 85-95分钟
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