第五讲+受精

4. 精卵识别的特异性（海胆）
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。
精子附着
(配体) (受体)
精子穿过卵黄膜
海胆
(1)顶体突起伸长的机械力; 两个因素: (2)突起顶部的消化酶解作用.
概述：精卵接近和彼此识别的机理
1.精卵接近
①趋化性, 卵子分泌趋化因子吸引精子;
接近因素: ②随机相遇, 靠巨大的精卵数量相遇.
2.精卵识别
同种精卵表面分别具有能相互识别的特异性表面蛋白 (1)精子表面蛋白 (卵子表面蛋白的配体) (抗受精素)
(2)卵子表面蛋白 (精子表面蛋白的受体） (受精素)
1. sp56（56kDa，半乳糖结合蛋白）---可与ZP3分子上的 半乳糖端部相结合。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。
第5讲 受精
概述
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。
概述
受精过程中几个重要的事件：
卵母细胞成熟 精子获能 精子与卵子的接触与识别 精子入卵 精子与卵子遗传物质的融合 卵子的激活和发育开始
4.受精前的准备：精子获能
精子获能（capacitation）：哺乳动物的精子需要在雌性 生殖道中停留一个特定的时期，以获得对卵子受精的能力。 普遍认为是指射出的精子在若干生殖道获能因子作用下， 精子膜发生一系列变化（如吸附于精子膜表面某些成分的 去除，膜表面蛋白的重组等），进而产生生化、代谢和运 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。 哺乳动物精子获能的位置随物种的不同有很大的差异，如， 许多啮齿类、猪和狗在输卵管获能。
人类受精地点：输卵管壶腹部
哺乳动物精 子的获能
牛精子在到达 输卵管壶腹部 之前与输卵管 上皮细胞的接 触
第2节 精子和卵子的接触和识别
概述
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。
造成这种特异性的原因：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。
受精既可以发生在体外，也可以在体内发生。
主要内容
1.成熟精子和卵子的结构 2.精子和卵子的接触和识别 3.精子入卵的调控 4.卵子代谢的激活 5.遗传物质的融合
第一节 成熟精子和卵子的结构
1.精子的结构
人类精子由头部、中部（颈部）和尾部组 成。
顶体囊泡
精核 头部
颈部 尾部
精子头部由顶体囊泡（acrosomal vesicle）和精核 构成。
不同动物精卵质膜融合的方式不同
海胆
哺乳动物
精卵质膜融合
金色仓鼠精子入卵过程 ： A，精卵融合的扫描电镜照片 B，精子与透明带的结合 C，精子头部穿过透明带。
顶体赤道段
D，精子与卵子质膜的融合 E，精子顶体与带有微绒毛的卵子质膜 融合的示意图
2.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（monospermy）。 多个精子入卵受精称为多精入卵 （polyspermy），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。
卵母细胞 精子原核
精子中心体
卵母细胞原核
原核融合
海胆双精受精卵
第一次卵裂
分化细胞， 胚胎死亡
海胆双精受精 卵（dispermic egg） 第一次卵裂的 中期。
人类双精 受精卵的 第一次有 丝分裂。
海胆阻碍多精入卵的作用方式
1.精子的趋化性：Action at a distance
精子的趋化性（chemotaxis） ：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，对精子有促活及趋 化作用。
初级卵母细胞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，直至次级卵母细胞第 二次减数分裂中期，成为等待受精的成熟卵。 未成熟卵停顿于第一次减数分裂双线期的机制可能依动物 不同而异； 但其减数分裂过程的恢复却是受外源信号的调控。 业已知诱发卵母细胞恢复减数分裂的固有信号随动物而异， 海星卵的为1-甲墓腺嘌呤，两栖类的为孕酮，鱼类的为 17α，20β-二羟-4-孕烯-3-酮(简写17α，20β-DHP)，哺乳类 动物的为4，4-二甲基-5α-胆甾基—8，14，24-三烯-3β-酚 (简写FF-MAS)。 意义？？？？
连接过氧化物酶的猪 抗兔免疫球蛋白
高密度沉淀 兔结合蛋白 抗体
顶体突
结合蛋白
海胆的精卵识别由特异性结合蛋白（Bindin）介导
Bindin定位在精子顶体的突起上，具有种属特异性。 卵子卵黄膜上存在Bindin的受体，也被分离纯化出来。
沉淀
卵黄膜
顶体
海胆精子顶体突起上Bindin的定位 B 顶体反应后结合蛋白在顶体突起上的定位，
哺乳动物精子的分化过程
线粒体
顶体泡 中心体 和颗粒
高尔基 体残迹
鞭毛
牛精子
轴丝
小鼠精子
顶体 中心体在精子后端长出一条长鞭毛，高 尔基体在精子前端形成顶体，线粒体集 中发布在精子的中段，剩余细胞质被丢 弃，细胞核浓缩
2.卵子的结构
成熟卵子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（morphogenetic factor） 保护性化学物质（如 Ig）， 为以后生长和发育奠定基础。
透明带
透明带上的精子结合蛋白
ZP3在小鼠精 子与透明带结 合中的作用：
ZP3结合3种精 子蛋白： Sp56（半乳糖结 合蛋白）,
顶体上的候选 带结合蛋白
乙酰氨基 葡萄糖
半乳糖
顶体
半乳糖基转移酶 交叉连接激活G蛋白 酪氨酸激 酶活化
p95（ZP受体激 酶）, 细胞表面半乳 糖基转移酶， 后通过激活钙 离子的流入诱 导顶体反应
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，精子中所有的基因都不表达。
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”微管结构。
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
动物类别不同,顶体形态结构不同,顶体反应 时形态变化差异很大。
哺乳动物精子顶体反应
顶体破裂、质膜囊泡化、顶体酶释放、精子核裸露。 哺乳类
赤道段 顶体后区
哺乳动物精子顶体反应
兔子
质膜和顶体外膜融合、囊泡化
两栖类精子顶体反应
减数分裂恢复
在上述固有外源信号的刺激下，高 等动物卵母细胞趋于成熟，其主要 形态学标志为：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 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。
蟾蜍
海胆精子顶体反应
海胆
质膜破裂 顶体酶放出
顶体微管的核心
是聚合肌动蛋白，
顶体突起生长 (顶体微管)
聚合肌动蛋白和 肌球蛋白, 形成收 缩系统促使精子入 卵.
海胆精子顶体反应
海胆
海胆
海胆精子顶体反应 顶体突起
精子核
海胆精子顶体反应及入卵动画
海胆
动画 海胆受精
顶体反应的生物学功能
（1）释放顶体酶（含有大量的水解酶），使精子 通过卵外的各种结构； （2）诱发赤道段或（和）顶体后区的质膜发生生 理变化，以便赤道段随后与卵质膜发生融合。
C 精卵结合时，结合蛋白在顶体突起上的定位
海胆卵子表面的Bindin受体
4. 精卵识别的特异性（哺乳动物）
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
海胆卵子的结构示精子和卵子的大小比例
卵黄膜 胶膜 精子 质膜
卵黄颗粒
皮质颗粒
线粒体
核
微绒毛
卵黄膜
皮质颗粒
3.受精前的准备：卵子排出时的状况
不同动物的卵子，从卵巢中排出时，所处的细胞 时期是不同、受精时期也不同。可分为四种情况：
卵子排出 时的状况
第一类 第二类 第三类 第四类
四 种 情 况wenku.baidu.com
卵母细胞成熟（长足动物）
A
B
C
D
加入10 nM精子激活肽（resact）1 nL后，海胆精子的聚集。 A、B、C、D 示加入呼吸活化肽1、20、40、90 s后的观察结果
2.精子获能
3. 顶体反应（acrosomal reaction）
顶体反应：是精卵相遇时，精子顶体破裂， 释放出顶体酶的过程。 具有顶体结构的无脊椎动物或脊椎动物中：
(1)精子表面的酸性蛋白(抗受精素):与同种卵结合.
(2)卵胶膜中的糖蛋白(受精素):活化、凝集同种精子.
(配体)
(受体)
配体
精子表面蛋白
中间结合蛋白
受体
卵子表面蛋白
概述
精子和卵的相互作用主要分为5个步骤
1. 精子的趋化性（chemotaxis） 2. 精子的顶体反应，释放水解酶。 3. 精子与卵子外围的卵黄膜（透明带）结合 4. 精子穿过卵外的结构 5. 精卵细胞质膜的融合
卵质外是质膜（plasma membrane），质膜外是卵 黄膜（vitelline envelope）。 质膜在受精时调控特定的 离子在卵子内外的流动， 且能与精子质膜融合。 卵黄膜能识别同一物种的 精子，对受精的物种特异 性有非常重要的作用。 在哺乳动物中特称为透明 带（zona pellucida），紧 靠着透明带的一层滤泡细 胞称为放射冠（corona radiata）。
卵黄膜: 卵质膜外的特有结构层 (非哺乳动物). 透明带: 哺乳动物卵质膜外的特有结构层.
卵黄膜
透明带
卵丘 细胞层
卵子
透明带
受精前的仓鼠卵子被包裹在透明带内 透明带的外围为卵丘细胞层所包围
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。
精子穿过透明带
两个因素: ①精子的急剧运动,靠机械作用力; ②顶体酶的软化和溶解作用.
第3节 精子入卵的调控
1.雌雄配子的融合：精卵质膜的融合
精子通过与卵黄膜或透明带的相互作用， 发生顶体反应，使和精子结合的卵黄膜或 透明带被顶体反应释放的水解酶溶解，并 在该位置进行精卵细胞膜的融合。
精卵质膜的融合大多被限定在特定的区域 （受精孔附近）内。
激活顶体膜上 的IP3合成
调节离子通道 或IP3合成
顶体反应
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。