第2章 受精的机制

第二章受精的机制

（一）本章重点

1．精卵的识别

2．精子穿过卵膜

（二）本章难点

1．精卵的识别

2．精子穿过卵膜

（三）本章考点

1．精卵的识别

2．精子穿过卵膜

3．精卵融合

（四）学习指导

1．精卵的识别在体外受精和体内受精的动物中有所不同，可适当了解其分子机制。

2．精子穿过卵膜是受精过程中最为重要的事件之一，不同的动物基本类似，主要把握顶体反应的过程和分子机制。

3．在精卵融合过程中，有一个重要问题值得注意，就是防止多精受精的机制，在海胆中可有快封闭反应和慢封闭反应两种。另外，对于精卵融合的过程也需掌握。

教学内容：

•在生物“性”进化的长河中，有性生殖是高于无性生殖繁衍后代的有效方式，哺乳动物的“受精”是使源于精子的父系单倍体和源于卵子的母系单倍体的遗传物质彼此精确有序地结合，使受精卵祖细胞的以二倍体新时代在双亲遗传信息的指令下，产生了新的生命体•从而可见，受精是雌雄配子向合子发育进展的枢纽和桥梁

受精——两性细胞（生殖细胞）融合并创造出具备源自双亲遗传潜能的新个体的过程。

受精过程完成两种不同的活动：性活动（源自双亲基因的组合）和复制活动（新生物体的产生）。

受精的功能：①将父母的基因遗传给子代；②在卵细胞质中激发一些确保发育正常进展的系列反应。

若射出的精子和排出的卵子，不彼此相遇、识别并发生融合而受精，他们会在几个或几十个小时内死亡。

•受精使它们被营救，而且卵子被激活启动了发育的新里程，两种配子融合形成了合子，完成了有性生殖过程

•无脊椎动物是体外受精，哺乳动物是体内受精，尽管方式不一样，但是受精过程发生的事件大体相似

受精的重大意义：

（１）激活卵子，使之进入旺盛代谢状态

（２）形成二倍体细胞，保证物种延续性

（３）决定了后代的性别

（４）使新生体有与双亲不同的基因组，增大了对环境的适应性

（５）合子核内双亲基因的不同印迹作用影响胚胎的发生和表型

第一节哺乳动物的受精

•哺乳动物的受精是在输卵管中进行的

其受精包括：卵母细胞成熟、精子获能、附着、精卵识别、精卵融合、卵的激活并开始发育

一、精子获能

•刚射出的形态和活力完全正常的精子不能受精，只有在雌性的生殖道内呆一段时间后才能具有使卵子受精的能力，这一过程称为精子获能，这种生理性获能主要的子宫和输卵管发生，由卵丘细胞诱导

•获能的主要变化是除去或改变精子质膜的稳定因子或保护物质，仿佛从一种“冷冻”

状态转化为“解冻”状态

•精子在获能期间，细胞膜发生了一系列变化，包括内膜分子重排、精子表面某些组

分移除。

•目前精子获能的分子生物学机制还不很清楚，原因在于：①配子相互作用和受精的时间很短，因此精子获能也是很短暂的；②几乎没有有效的方法在脊椎动物中观察到获能的过程。

一体内获能

１不同的精子获能位置

（１）精液储存在阴道中的物种（人和兔等），其获能常常从阴道开始，直到更高的区域。（２）精液储存于子宫中的物种（猪、狗和许多啮齿类动物），获能主要发生在输卵管。

２获能精子中蛋白激酶活性的改变影响获能

（１）PKA（依赖cAMP的激酶）

在小鼠精子获能期间，腺苷酸环化酶活性和cAMP（环腺苷酸）合成均增加。

PKA的抑制物可以抑制获能反应，获能反应也可被有生物活性的c AMP激动剂所诱发。

精子cAMP水平上升依赖于细胞外基质中Ca2+ 和HCO3-

（2）PKC（磷脂激活的蛋白激酶）

在哺乳动物中，PKC参与精子运动和顶体反应的调控，但对其作用目前研究还不透彻。（3）酪氨酸激酶

小鼠精子中有3种不同的磷酸化蛋白：52kDa、75kDa和95kDa蛋白，在所有实验条件下，95kDa蛋白的酪氨酸残基总被磷酸化，而52kDa和75kDa蛋白的酪氨酸残基只在获能精子中被磷酸化，故二者可视为获能专一的标记分子。

（人类也有类似的酪氨酸磷酸化情况）

用免疫荧光标记磷酸化酪氨酸残基的方法检测出：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的数量增多。

通过体外实验显示出：小鼠附睾精子在获能时，其蛋白酪氨酸磷酸化增加依赖于培养基中的BSA、Ca2+ 和碳酸氢盐，这些因子诱发获能反应完全依赖于cAMP。

在人精液和卵泡液中检测到两种胸腺素肽Tα1和Tβ4。

Tα1科研提高人精子穿透仓鼠“裸露”卵的速率。

有正常生育能力的人的精液中Tα1的浓度要比无生育能力的高很多；相反，无生育能力人精液中含有更高浓度的Tβ4。

Tα1是通过增加激活于ZP的两种精子蛋白95kDa和52kDa的酪氨酸残基的磷酸化而提高获能。

3、源于胸腺生殖道的受精促进肽

受精促进肽（FPP）是一种由前列腺分泌到精液中的三肽。

将FPP加入到为获能的小鼠或人精子悬液中，可以实现获能反应和提高受精/穿透能力。

FPP可抑制精子顶体的丢失，使精子维持比较高的受精能力。

4. 精子获能调节因子

（１）ＧＡＢＡ（γ－氨基丁酸）

●GABA本来是一种经典作用于神经细胞突出间隙的一种神经递质，但在人和大鼠的输

卵管黏膜中含量比中枢高２倍

●GABA可促进人Ｂ型精子和顶体反应的数量明显增加，也能显著提高精子超激活运动

和顶体反应率

（２）OPG（输卵管特异糖蛋白）

●OPG对精子获能有直接作用。OPG存在可使精子获能提高两倍，并明显增加与同源卵

子的受精率

（３）５４kd 唾液酸识别蛋白（人子宫内膜分泌）

（４）Ca2+

●精子获能是一种Ca2+ 依赖性生理过程

二、体外获能

●体外获能是体外受精技术（试管婴儿）必要的前提条件

●体外获能的条件：

（１）保持稳定该种动物的体温温度，最适ＰＨ和最适渗透压

（２）精子活力因子：牛磺酸或亚牛碘酸（仓鼠）；肝素（牛）；咖啡因；ＡＭＰ

●不同的物种体外获能的情况有差异

大鼠、仓鼠、人等需要的条件简单，牛猪、兔等需要一些特殊的条件

●附：去获能因子

获能精子与未获能精子比较，最大的变化是原来覆盖在精子膜外面的蛋白质丢失或改变，通常把这些蛋白质叫“去获能因子”

（获能不只是质膜表面某些物质的去除，还存在其他物质加入质膜的情况）

●几种去获能因子

（１）精子素：是一种顶体稳定蛋白，分子量分别为15000、16000、23000的几种糖蛋白（２）分子量为5000~1000的caltrin

（３）分子量为6400的蛋白酶抑制剂类似物

三、精子的超激活运动（ＨＡＭ）

（一）超激活运动的一般特性

1. Y anagimachi（１９７首先在仓鼠精子获能时观察到一种现象：

仓鼠精子在附睾尾部和输精管中是不运动的或呈微运动。

但当它们一旦与获能培养基接触后，精子立即被激活，呈现爆发式的急剧运动。他将之成为激活运动（activation movement ＡＭ）

随后，精子进入一个相对静止期，大部分精子头对头或叠加在一起

一段时间后，集聚在一起的精子分散，解离出来的精子在培养基中自由的快速运动，这时的运动命名为超激活运动(ＨＡＭhypezctivate motility)

●精子的超激活运动发生在受精前的受精部位是精子上行穿过输卵管，克服输卵管上皮细

胞阻力的特殊运动方式，是判定精子获能状况的另一个标志

●一般认为精子获能是ＨＡＭ的前奏，只有获能才能发生ＨＡＭ

３ＨＡＭ的两种运动方式

①直线向前运动方式：

●头部侧摆幅度和频率快，并伴随飘忽不定的８字运动，尾部振幅加大，频率加快，呈有

力的鞭打样运动

②非向前运动

●如迪斯科舞蹈样运动，精子头部极易黏附于卵细胞或其他细胞表面，而尾部呈现鞭打运

动或呈快速旋转运动