1、第二章 受 精 受精（fertilization）是两性生殖细胞融合产生具备双亲遗传潜能新个体的过程，是新个体的开始。受精的第一个功能是将父母的基因传给子代；第二个功能在卵母细胞质中激发一系列确保发育正常进行的反应。,第一节 精子和卵子的结构,精子通常分头部、颈部和尾部三部分。 头部：细胞核和顶体 颈部：近端中心粒到远端中心粒 尾部：分三部分1. 中段：从基粒到环2. 主段：最长，负责运动3. 末段：5-7m。,卵子细胞质内物质分布不均，卵黄小板在植物极聚集浓缩，糖原颗粒、核糖体、内质网和脂质等移向动物极。在细胞膜下方由高尔基复合体形成皮质颗粒。 卵子成熟的形态标记是卵母细胞核膜破裂（又称生发
2、泡破裂；germinal vesicle breakdown，GVBD）。,第二节 卵母细胞成熟和排放,多数动物的长足卵母细胞长期停止于第一次减数分裂双线期，在适当信号刺激下恢复减数分裂，到第二次减数分裂中期停止，成为等待受精的成熟卵。诱发卵母细胞恢复减数分裂的信号因动物而异：海胆, 1-甲基腺嘌呤; 两栖类, 孕酮; 哺乳类, 4,4-二甲基-5-胆甾基-8,14,24-三烯-3-酚(简称FF-MAS)。在外源信号作用下卵母细胞成熟在分子水平变化为：细胞内cAMP浓度下降，Ca2+浓 度上升，蛋白质合成增加 (pp39mos, 促成熟因子)。排卵(ovulation):在体内外诸因素(环境,
3、 神经, 激素, 酶等)作用下卵子由卵巢排出。卵子的成熟和排放是互不依靠的两个过程，只有适当成熟的卵子才能受精。,不同动物卵子排出时的状况：,各种动物所排出的卵子的成熟阶段很不一致, 卵子在未受精前大致有以下四种情况: 受精是在生发泡破裂之前, 即处于初级卵母细胞时期, 精子入卵后才完成两次减数分裂。如海绵、蛔虫、沙蚕、箭虫等。 受精是在第一次减数分裂中期。例如贻贝、玻璃海鞘、毛翼虫、蛤等。 受精是在第二次减数分裂中期。如绝大多数脊椎动物和文昌鱼等。 受精是在已经完成两次减数分裂之后。例如海胆、腔肠动物等。有时把称为中间型。另外，以上划分并不十分严格，还有许多例外，例如海胆在受精过程中发现以上
4、四种情况都有。,第三节 精子的获能,哺乳动物新射出的精子不能受精卵子，必须经过获能（capacitation）。精子获能是指精子在若干生殖道获能因子作用下发生一系列变化获得受精能力的过程。其中研究最透彻的激酶(获能因子)有依赖 cAMP 的 PKA，磷脂激活的蛋白激酶（PKC）和酪氨酸激酶。1. PKA: 在获能期间PKA两种不同成分 PKI 和 PKA的调节亚单位可抑制获能反应。2. PKC：用phorbol ester 刺激PKC可加速精子获能。3. 酪氨酸激酶：用磷酸化酪氨酸抗体发现小鼠精子中3种不同是磷酸化蛋白：52kDa、75kDa和95kDa。后两种只在获能精子中磷酸化，为获能专一
5、的标记物。,第四节 精卵的识别,精卵识别有距离识别和接触识别，前者见于体外受精动物的向化性距离识别效应；在接触识别中精子与滤泡细胞、透明带（zone pellucida，ZP）和卵黄膜在三个独立的水平精确的相互作用，其中精子与透明带相互作用为专一的反应，可诱导顶体反应（acrosomal reaction）, 有种的特异性。一. 精子的向化性：许多动物卵母细胞在完成第二次减数分裂后释放物种特异的向化因子。海胆卵胶膜中分离出含14个氨基酸的精子激活肽resact，可吸引精子。二. 具受体功能的精子表面蛋白：已发现动物精子在与透明带糖蛋白结合中存在一些起受体作用的精子表面蛋白。研究较多的有以下三种
6、：,1. 半乳糖基转移酶(GalTase):精子和体细胞表面均表达，末端具有N-乙酰葡萄糖胺的寡糖苷配体的受体。活精子表面的Gal Tase能选择的与ZP3作用，将半乳糖特异的转移到ZP3, 诱导顶体反应。2. SP56（透明带附着分子，半乳糖结合蛋白）：位于顶体完整精子的头部，能与ZP3上寡糖的一种外源凝集素结合。它是一种睾丸独有的细胞膜蛋白。3. P95 ：第三种结合ZP3的分子是 p95，其特点是它的酪氨酸被磷酸化。小鼠 p95 与 ZP3 结合将导致顶体反应。精子与透明带的相互作用，诱导顶体反应，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。精卵不仅互相黏附，同时进行膜融合，并
7、引发卵内一系列反应，使卵被激活。,第五节 受精过程中的重要反应,一. 顶体反应(acrosomal reaction):许多动物精子与卵子表面接触或与卵膜分泌的物质相遇后精子顶体发生的一系列变化，即为顶体应。顶体反应是从顶体排出内含物，然后伸出长短不一的顶体丝(acrosmal filament)与卵膜接触，释放内含物溶解卵膜形成通道。,顶体反应,1. 哺乳动物精子与透明带的初级结合: 已获能的精子可穿过卵丘层到达透明带与之结合发生顶体反应。已从小鼠透明带中分离出一种83kDa的糖蛋白（ZP3), 当精子与其孵育后可抑制它与透明带的结合，另外两种糖蛋白ZP1和ZP2并不抑制这种结合。现已证明精
8、子和透明带结合的关键是ZP3糖蛋白上的终端半乳糖。,2. 精子与透明带的次级结合：在顶体反应期间精子前部的细胞质膜露出, 这是ZP3结合的蛋白质位点。小鼠精子次级结合透明带是由内顶体膜上的蛋白质完成的，它特异地结合于ZP2，顶体完整的精子不能结合ZP2。 (右图)。显然，顶体反应过的精子与透明带的结合从ZP3转移到相邻的ZP2 分子上。在猪中结合于ZP2的是由原顶体粒蛋白 (proacrosin) 调节的，它结合于透明带。此后它变成一种蛋白酶顶体粒蛋白(acrosin), 可局部消化透明带。,二. 皮层反应(cortical reaction),精子一旦与卵子接触,卵子就开始发生一系列深刻的变
9、化，为卵子激动（activation), 首先是皮层的变化, 即皮层反应。皮层反应从精子入卵点开始，然后波及整个皮层。颗粒内含物（糖蛋白类）排出，一部分与卵外卵黄膜形成受精膜，其余保留在受精膜和卵子之间的卵周隙，吸水使受精膜举起，这是受精的一个重要标志。这初步防止多精受精。 。,海胆和小鼠精子和卵子质膜的融合,皮层反应,三. 多精受精的快阻断,海胆卵在海水中细胞外具有特别高的钠离子浓度, 细胞质含有相对少的游离钠, 钾离子情况正相反。如果将一个微电极插入细胞内，另一个放到细胞外静止膜电位为 -70 mV。当第一个精子结合后1-3秒，钠离子内流，膜电位变成+20mV。此时精子再不能与卵子结合，此
10、为多精受精的快阻断。这种阻止多精受精的过程是暂时的，还不足以最终阻止多精受精。,四. 多精受精的慢阻断,在海胆多精受精的快阻断只持续1分钟。皮质颗粒反应(cortical granule reaction) 是一种慢的、机械的、在精卵接触后1分钟变活跃的多精受精阻断反应。在海胆卵膜下面有15000个直径1m的皮质颗粒，内含透明素、蛋白酶、过氧化物酶和粘多糖类。在精子入卵后皮质颗粒破裂，释放内含物。粘多糖吸水使卵黄膜举起，成为受精膜(fertilization envolpe) 。过氧化物酶使受精膜变硬。同时卵内储存钙释放，它直接负责皮层反应扩展。以上反应完全 防止多精受精。,第六节 遗传物质的
11、融合,精子与卵子的膜融合，精子的核和中心粒与线粒体和鞭毛脱离, 精子核解浓 缩成雄原核(male pronucleus)。卵核变为雌原核(female pronucleus)。在卵细胞质中雄原核入卵后旋转 180, 中心粒位于雌雄原核之间, 两个原核相向运动, 融合形成二倍体的合子核。,人类受精过程中雌雄原核的运动,虽然哺乳动物的雌雄原核在遗传上被认为是相等的，但研究提示它 们在功能上可能是不同的(右下图)。如子宫瘤(水疱状胎块)被认为是单倍体精子受精缺少雌原核的卵形成的。同样孤雌生殖或卵二倍体形成的胚胎具有脊 髓、肌肉、骨骼和器官，包括跳动的心脏。但在11-12天(小鼠妊娠期的一半)停止发育
12、。,第七节 卵新陈代谢的激活,成熟的卵在代谢上是一个惰性的细胞, 它被精子入卵重新激活。启动一系列预定的代谢事件，以海胆为例：,受精后卵内的细胞质重排,仓鼠的受精过程图解,受精的条件和因素,1. 精子的活动和受精力: 精子缺乏大量的细胞质和营养物质, 但却是很活跃的细胞(人精子每秒运动35-50m; 牛精子120 m/秒; 大鼠精子70 m/秒), 因此生命比较短暂(几分钟-几天), 即使有活动能力 (人精子48-60小时; 牛精子96小时; 大鼠精子17小时), 但已丧失了受精能力(人和牛精子保持24-48小时; 大鼠14小时)。 2. 精子和卵子合适的成熟度。 3. 精子和卵子释放的物质: 精子和卵子释放具有明显效应的物质相互吸引, 通常具种的特异性。 4. 精子的数量: 羊20-100亿; 牛40-100亿; 猪200-800亿; 人2-3亿。但到达受精地点输卵管的精子数量有限, 如羊仅有数百个。体外实验证明, 小鼠精子密度与受精率正相关。统计资料显示: 50年来(1940-1990)受环境等因素影响，人类每次射精容积由3.4ml下降到2.75ml; 浓度由1.13亿/ml下降到6600万/ml, 总数减少53%. 5. 环境温度, pH, 离子等均能影响受精的正常进行。,
