第5章 受精的机制

第五章修改机制动物受精研究内容：精子获能与正常体反应、卵子激活的卵子融合，引起受精后的生化变化动物受精方法受精：是指男女生殖细胞融合，形成具有双亲遗传潜力的新个体的过程。受精是发育的开始。新的生命开始了。修正的功能1、将父母的基因传递给子代2、刺激卵子中保证发育正常进行的一系列反应。在受精过程中，几个重要事件精子和卵子的接触和认识，精子进入卵子，精子和卵子遗传物质的融合，卵子的激活和发育开始。受精可以发生在体外，也可以发生在体内。1.成熟精子和卵子的结构精子和卵子的接触和认识3.精子入卵调节4.卵子代谢的激活5.遗传物质的融合1、成熟精子和卵子的结精子的头部由顶囊(acrosomal vesicle)和顶核组成。从固体演化而来的位于细胞核前部的上半身。胃里含有多种水解酶，主要是溶解卵子的外膜。有些动物的顶部还有与愤怒识别相关的分子。整个细胞核是染色质丝或细胞核人几乎看不见的致密结构，精子的所有基因都没有表达。其他动物以不同的形式在精子中游动。大部分动物的精子依靠尾巴或鞭毛波的摆动，使精子在水或雌性动物的生殖器官中移动。鞭毛具有特殊的结构，轴向纤维(axoneme)是鞭毛起推进作用的主要部分，具有典型的“92”结构。哺乳动物精子鞭毛的部分，显示中央的轴纤维和周围的纤维(external fibers)。精子运动组织鞭毛的显微结构显示了排列在微管上的“92”结构。蛋的外面是原生质膜，原生质膜外面是卵黄膜(vitelline envelope)。质膜在受精时可以调节某些离子的卵子内部和外部流动，与精子质膜融合。卵黄膜对识别和修正同种精子的物种特异性起着非常重要的作用。在哺乳动物中，特别称为透明带(zona pellucida)，靠近透明带的滤泡细胞称为辐射管。皮质是细胞膜上约5um厚的胶质细胞质，比内部细胞质坚硬，包含高浓度的肌动蛋白分子，修改时聚合成微丝，在细胞表面形成微小的绒毛(microvilli)，有助于精子进入卵子。皮质有包含消化酶、粘多糖、粘性糖蛋白和透明蛋白的皮质颗粒，可以阻止卵的富集，支持分裂球。精子和卵子的接触和认识在受精过程中，正卵的认识具有绝对特异性，即给定物种的卵子识别和结合同源者。产生这种特异性的原因是雌雄配子表面具有特定结构的互补特定分子通过这些特定分子之间的相互作用来确保雌雄配子的正确识别。精子和卵子的相互作用大致分为五个阶段：1.精子的趋化性(chemotaxis)精子顶体反应，水解酶释放。3.精子与卵子周围的卵黄膜(透明带)结合4.精子通过卵子外部的结构精子细胞质膜融合1、精子的化学显性精子的化学性是指精子根据化学浓度梯度直接向卵子移动的现象。很多动物已经发现，卵母细胞完成第二次减数分裂后，可以分泌海胆的精子激活肽resact等种别的趋化因子，构成兰州特有的微环境。2、精子受体哺乳动物的精子为了获得卵子受精的能力，必须在雌性生殖器官上停留一段特定的时间，这个过程称为精子水星(capacitation)。在有效期内，精子的细胞膜发生了一系列变化，包括内膜分子重排、精子表面特定成分的去除，但分子机制尚不明确。哺乳动物精子的效用，牛精子在到达输卵管腹部之前与输卵管上皮细胞接触。3.塔反应上体反应是指受精前精子与卵子接触时精子船体产生的一系列变化。具有上半身结构的无脊椎动物或脊椎动物中，只有发生上半身反应的精子才能进入卵子，与卵子融合，精子与卵子接触时，才会发生上半身反应。塔反应是修正的前提上部含有透明质酸酶、放射冠分散酶、队长等顶体酶系统。顶部的连接蛋白识别了保证精子和卵的物种特异性结合的特定糖体序列。诱导上体反应的条件：卵丘细胞、透明带、离子：Ca 2，Na，k海胆的塔反应精子和卵子膜结合会引起塔反应。上体反应包括两个主要事件：上体膜和精子质膜的融合和上体突起的形成海胆精子的顶体反应过程哺乳动物的塔反应哺乳动物的顶部是覆盖细胞核前部的帽状结构。当顶体反应时，顶体帽部分的圆膜和顶体膜在很多地方融合，使顶体内的物质从融合中释放出来。精子顶体及其渗透效果通过上半身反应释放的物质中含有很多水解酶，所以上半身这个结构被认为具有与溶酶体类似的功能。精子丙烯酰胺酶的一个功能是在卵子周围打孔，其他精子体反应也与精子的结合有关。4、精子识别特异性海胆的精子识别海胆精子发生顶反应后，释放顶酶使卵变细细胞外膜分解，精子交叉膜，突起和蛋黄膜相互识别，融合，与卵细胞膜融合诱导精子核进入卵子。海胆精子顶突和卵子微绒毛接触海胆的卵被Bindin(特定的结合蛋白)介导。Bindin位于精子的顶端，具有物种特异性。卵黄膜上存在Bindin的受体，并进行了分离纯化。Bindin在海胆精子顶突中的位置哺乳动物的精子识别哺乳动物卵的特异性识别发生在卵细胞的透明带部分。鼠标透明带包含ZP3 glycoprotein，它以ZP1、ZP2和网格骨骼结构存在于透明带中。ZP3能结合精子，引起塔反应。精子细胞膜上有三种受体：1.sp56(56kDa，半乳糖结合蛋白)-可以与ZP3分子的半乳糖末端结合。如果ZP3中的一个半乳糖丢失或改变，精子就不能与卵子结合。2.与半乳糖转移酶(galta se)-ZP3分子中的N- acetylsglumine相结合，精子g蛋白能够激活并诱导塔反应。3.P95 (ZP受体激酶)-(95 kda)外部分可与ZP3分子特异性结合，内部分是具有酪氨酸激酶功能的膜蛋白。酶激活后引起塔反应。二次合并在上半身反应过程中，与ZP3相结合的上半身前端发生细胞土，精子只有与透明带相结合才能完成渗透，这种结合被称为辅助绑定(secondary binding，secondary binding)。二次结合由顶体膜的特殊蛋白质和透明带的ZP2糖蛋白结合。3、精子卵调节1、雌雄配偶的融合精子通过与卵黄膜或透明带的相互作用，与精子结合的卵黄膜或透明带被胃反应释放的水解酶溶解，当场形成定向细胞膜的融合。雌雄配偶的融合大部分仅限于特定地区。2、多受精阻断机制和皮质反应很多精子到达卵子的表面，可以吸附，但通常只有一个精子完成受精，这叫断晶。多精子被称为卵子受精，被称为多情粒度，会导致死亡或异常发育。生命发展多种机制，防止多倍染色体融合的最常见方法是阻止多能的卵子。海胆妨碍了卵的作用海胆卵细胞膜脱极化引起的快速干扰效果；卵子皮质粒子的细胞呕吐效果产生的缓慢干扰效果；卵子细胞质排出分解额外精子的核酸或包含额外精子核酸的细胞质。(1)快速干扰多形性的卵卵膜中存在离子通道，卵膜的快速干扰物是通过改变自身膜电位形成的。精子进入卵子，迅速脱极化细胞膜休息电位，引起膜外精子和卵子识别及融合的障碍。人保持原膜电位，可以诱导多晶的发生；改变正常的早期膜电位，可以防止卵细胞的受精。(2)皮层粒子反应在复数修正的快速干扰机制中，膜电位的变化是很短的时间(1分钟左右)，永远干扰多数定义的卵子是不够的。结合在卵黄膜上的精子通过皮质的小气泡破裂，皮质反应被消除；否则蛋会进得更好。皮层由皮质粒子组成，通常分布在没有微绒毛结构的卵膜下。精子进入卵子后，皮层颗粒与卵膜融合，颗粒内容物释放到卵膜和卵黄膜之间的区域卵黄周间隔，在新皮层颗粒反应中，几种蛋白质起着重要作用。皮质粒子内容物中包含的蛋白质：1)。蛋白质水解酶可以分离蛋黄和原生质膜之间的连接。切断精子与卵膜中bindin的受体结合。2)无孔涤纶：进入兰州缝隙，使蛋黄层向外隆起，吸收吸收膨胀，形成水晶膜，提起(fertilization envelope)。3)。过氧化物酶：皮质颗粒分泌的过氧化物酶，通过交联相邻蛋白质的酪氨酸残基，使受精卵变硬。水晶膜最先在精子进入卵的位置形成，向外延伸到整个卵细胞，防止卵子的流入。4)。透明质(hyalin):在卵外形成透明质层，与分裂过程中对分裂区的支持作用有关。卵膜突起的微绒毛深入基底。哺乳动物不形成水晶膜，但皮质颗粒释放的酶失去了修改透明带的精子受体分子与精子结合的能力，称为透明带反应。与半乳糖转移酶(galta se)-ZP3分子中的N-乙酰gluxamine相结合，可以激活精子g蛋白，诱导前体反应。卵激活时皮质颗粒释放的N-乙酰glutanase可以改变ZP3的GalTase结合部位，阻止透明带周围精子和受精卵的结合。)，以获取详细信息3，钙的作用皮层粒子反应的作用机制基本上作为细胞内信使起到了Ca2+及其重要作用。激活大脑皮层粒子反应的钙主要存储在卵细胞的内质网中，不是卵外钙离子的内部流动。卵细胞内的信号分子肌醇三磷酸激活ca的释放，IP3的生成与GTP结合蛋白或酪氨酸激酶有关。钙离子的作用：传导神经信号：促进神经递质分泌让心脏跳动：使细胞内外电位发生发出敌人的信号：钙离子介导的信号传递途径开始，使免疫细胞分化和生长调节酶活性：钙调节蛋白和钙离子形成复合物调节生殖细胞的成熟和受精细胞内质网正常释放钙离子的机制：内质网释放出钙离子后，内部的负电荷会增加，阻止钙离子继续释放，然后外部带正电荷的物质进入内质网，中和负电荷，从而使钙离子的释放保持正常内质网的膜上有“TRIC”通道。带正电荷的钾离子可以通过这个通道进入内质网，内质网可以正常释放钙离子。四、卵子激活机制未受精的卵子处于不活动状态，细胞的呼吸活动、RNA转录及蛋白质的合成几乎为零水平或接近零水平。只有晶体的刺激才能唤醒其代谢活性。此激活过程分为两个步骤。第一，早期反应(反应):是指在蛋中发生皮层反应的几秒钟内发生的事件。第二，后期反应(回答):修改开始后几分钟内发生的事件。五、遗传物质的融合1.男女原核形成和融合反水体的精子核侵入卵细胞，形成男性原核，卵细胞核形成女性原核，细胞核形成男性原核的过程受到卵子的严格控制。精子进入卵子时，线粒体和鞭毛在卵细胞内分解，因此线粒体基因一般被认为是母体。但是中心是父源。海胆男性和女性的原核融合海胆雄性的原核形成，旋转180度，其核心位于雌、雄原核之间，雄性和原核生物相互连接，相互靠近，最终形成合子核(学名zygote nucleus)哺乳动物男女原核融合哺乳动物精子进入卵，卵母细胞细胞质中谷胱甘肽的作用凝聚了精子染色体水解。卵母细胞形成第二次减数分裂，雄性的原核增加，中心产生星光，向雌性和成核的方向移动。雌雄的原核相互靠近，在移动过程中复制DNA。两个原核相遇后，核膜分解，染色质浓缩成染色体，位于纺锤上。因此，在连接体中不能观察到实际的二倍体核，只能在二倍体期间看到。哺乳动物中男性和女性原核生物的异质性形成合子的雌雄原核拥有的单倍体基因组并不相同。目前还不知道的生物学过程，父本或母体的来源对立基因印迹选择性地保持沉默。目前有60多种哺乳动物的印迹基因被克隆，这些基因在发育过程中起着重要作用。排尿父亲的基因组保持沉默，只表达来自母本的基因。例如：慢性进行性舞蹈病患者的发病年龄通常为30-50岁，但5-10%在20岁之前发病，状态严重，这些患者的致病基因都由父亲遗传。母亲遗传子女的发病年龄在40-50岁以上。这种现象很难用经典孟德尔定律来解释，也不能用性连锁基因、线粒体遗传、多基因遗传来回答。受精后细胞质成分的重组卵子受精后卵细胞成分