发育：受精

chap5受精：新生命的开始Fertilization: Beginning a New Organism

受精是两性性细胞（配子 gamete）融合到一起而创造遗传了父母双亲基因组的新生命个体的过程。

受精的功能：

第一个功能是将父母的基因传递到后代；

第二个功能是启动卵子细胞质的反应而使发育进行。

虽然受精的细节在不同种动物存在差异，但基本内容包括如下四个主要的事件：

1、精子与卵子的接触和识别。大多数情况下，这能保障受精的精子和卵子来自于同一个物种。

2、精子入卵的调节。最终只能有一个精子能与卵子受精。

3、卵子的激活和调整和个体发育的启动。

4、精子和卵子遗传物质的结合以形成合子。

第一节精子与卵子的识别

Recognition of Egg and Sperm

精子与卵子相互反应的基本过程包括5个步骤：

1、卵子通过分泌的可溶性趋化分子吸引精子；

2、精子的顶体通过胞吐作用释放顶体内的酶；

3、精子结合到卵子的外膜上，即卵黄膜或透明带上；

4、精子穿过卵子的外膜；

5、卵子和精子质膜的融合。

许多海洋生物将它们的配子释放到环境中,在同一个时期其它的

动物也在释放出它们的精子和卵子。这些动物动物面对两个问题：

1、在配子被如此稀释后的浓度下，精子和卵子如何才能相遇；

2、如何阻止精子与其它物种的卵子受精。

为解决这两个问题动物进化出了两种主要的机制：

1、物种特异性精子吸引(species-specific attraction of sperm);

2、物种特异性精子活化（species-specific sperm activation）。

精子吸引：远距离作用(Sperm attraction: action at a distance)在许多物种中，精子因趋化性（chemotaxis）而被吸向同种卵子，即精子跟随卵子所分泌的某种化学物质的浓度梯度而向卵子运动。腔肠动物 cnidarian 未完成减数第二次分裂的卵母细胞不能吸引精子，而当完成了第二次减数分裂，卵子已准备好受精时，则能吸引精子。

已经从海胆Arbacia punctulata的胶膜(egg ielly)中分离出来了一种趋化性分子，这是一种的含14个氨基酸的精子激活肽Resact。精子的质膜上有结合Rsact的跨膜蛋白受体，与Rsact结合后，所引起的反应可导致动力蛋白中的ATPase活化和激活线粒体的ATP生产装置，刺激精子的尾部摆动，使精子向Rsact浓度高的方向运动。A.未加Rsact，B-D. 加Rsact后20、40、90秒的图象。

海胆的顶体反应（The acrosome reaction in sea urchins）

包括两项内容：顶体泡与精子质膜的融合以及顶体突起的伸出。

海胆顶体反应是精子质膜与卵子胶膜接触而启动的；

胶膜中至少有三种成分在精子质膜顶体处有特异性受体； 胶膜成分与受体的结合开启了精子细胞质膜上的钙离子通道，允许环境中的钙离子进入精子的头部；

钙离子介导顶体膜与靠近的精子细胞膜融合而引起顶体泡的胞吐作用；

顶体泡的胞吐作用而使蛋白水解酶释放，蛋白水解酶在胶膜上产生出一个通向卵子表面的通道;

启动顶体反应的海胆胶膜因子通常有高度的物种特异性; 钙离子也能激活定位于海胆精子的顶体区域的RhoB蛋白； 这种GTP结合蛋白可使球状肌动蛋白分子聚合成肌动蛋白纤维制造顶体突起。

海胆受精的物种特异性识别

调节这种识别的海胆顶体蛋白称为结合素（bindin）

从S. purpuratus顶体中分离来的bindin结合到同种的去膜卵上，而不能结合到A. punctulata的去膜卵上。

别的位置处。

海胆卵子的卵黄膜或质膜上存在物种特异性的bindin受体，卵子的表面只有有限的精子结合位点（A）。

结合素受体被认为能在卵细胞表面聚集成复合体，可能需要

数百个这种复合体才能将精子束缚在卵子上（B）。

哺乳动物配子的结合和识别

Gamete binding and recognition in mammals

哺乳动物的受精是在输卵管中进行的。

哺乳动物的精子离开精巢时不具备使卵子受精的能力。 精子在雌性生殖道内获得受精能力的现象称为精子获能。

精子获能的过程可能分为两步：第一步去掉一些附着在精子表面的蛋白质; 第二步是使精子质膜表面的糖蛋白发生改变，从而为顶体反应做好准备。

精子获能可能与蛋白激酶A（PKA）等以及雌性生殖道内的受精促进肽等有关。

已经获能的精子用精液处理又可去获能，失去受精能力。

ZP3抑制实验

小鼠透明带上有精子结合蛋白ZP3，在受精过程中的两种主要作用是：1)、 与精子结合和在结合后启动精子的顶体反应。

2）、 ZP3的碳水化合物部分对精子附着于透明带是关键的。

A. 小鼠精子的ZP3结合蛋白定位于顶体外的质膜上（用红色荧光抗体标记）；

B. 同位素标记的ZP3结合在获能了的精子上；

而不是ZP1和ZP2。

当ZP3与精子细胞膜上的受体交联后就会诱导顶体反应。机制：交联的精子蛋白之一是半乳糖苷转移酶-I (galactosyl transferase-I)，这是一种膜内酶，其活性部位朝外并结合在ZP3的碳水化合物残基上。这种交联激活精子细胞膜上的特异性G蛋白，启动一个开启细胞膜上钙离子信道和引起钙离子介导的顶体泡胞吐作用的联级反应。

穿过透明带（travering the zona pellucida）

通过在透明带上进行顶体反应，小鼠精子能够直接在附着处集中蛋白水解酶并通过消化作用在这一细胞外膜上形成一个通道。

在顶体反应过程中，精子前端的细胞膜，即含有ZP3结合位点的区域，会从精子上脱落下来。

精子与透明带的第二次结合是由顶体内膜上一些能与ZP2糖蛋白特异性结合的蛋白质来完成。因此顶体完整的精子不能与ZP2结合，而发生了顶体反应的则可以。