第二章 受精

第二章受精受精是个体发生的开始。受精作用：将精子和卵子携带的遗传物质结合在一起，染色体数目恢复成二倍体。发育的激活，包括合子中的一系列代谢活动和形态的变化，导致受精卵形成多细胞有机体。一般主要过程：精卵相遇和识别，保证受精在同种的配子之间进行。配子融合，精子入卵，保证只有一条精子与卵子结合。卵子激活。雌雄原核结合，遗传物质结合，受精卵代谢的激活，胚胎发育开始。第一节精卵相遇和识别精子与卵子之间的相互作用一般步骤：化学吸引顶体反应精子与卵膜结合精子穿过卵膜，与卵子的细胞膜融合。一、无脊椎动物的精卵相遇和识别1.趋化性及其控制机制趋化性（chemotaxis）：在有些动物中，成熟的卵子能分泌一种物质以吸引精子靠近的现象，称为趋化性。Eg.从海胆Arbaciapunctulata的卵胶膜中分离出来的一种呼吸活化肽，与同种类海胆精子细胞膜上的受体特异结合。使精子具有向卵子游动的能力。海胆卵胶膜中的呼吸活化肽对精子的作用（A.呼吸活化肽未进入海水；B-F.呼吸活化肽进入海水20,40,50,70,90秒后精子向呼吸活化肽注射处聚集）当精卵相遇时，精子的顶体发生的一系列变化，顶体膜和其外的质膜发生融合，并释放蛋白水解酶，消化卵膜，为精子进入卵子开道。精子的结构2.顶体反应（acrosomalreaction）例：海胆受精的顶体反应精子细胞膜球状肌动蛋白结合蛋白AB顶体膜(在精子细胞膜下)受精两膜融合CD顶体酶结合蛋白肌动蛋白微丝释放顶体突起继续向外突出例：海胆精子的顶体反应E顶体突起卵细胞微绒毛F卵细胞的卵黄膜精子顶体细胞核例：海胆受精的顶体反应二、哺乳动物的精卵相遇和识别1、精子获能哺乳动物精子进入雌性生殖道内以后获得受精能力称为“获能”（capacitation）。获能过程中的变化：质膜的改变膜通透性改变膜流动性增强物质代谢的改变意义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。2.精卵结合250kDa的精子蛋白起源于输卵管配体蛋白弱SED1透明带，使赤道段结合到透明带上。头部GalT透明带蛋白ZP3上N-乙酰葡糖胺残基牢固3.顶体反应哺乳动物顶体反应是精子穿过透明带，完成受精所必需的，也是精子与卵子融合所不可缺少的条件。哺乳动物的精卵识别是由于卵子的透明带中存在着精子受体，用于识别精子，而在精子表面也含有卵子结合蛋白。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两次结合：ZP3交联到精子细胞膜上的受体，又到了顶体反应的发生。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。第二节配子融合和卵子激活一、配子融合精子穿过卵黄膜的机制由于顶体凸起向前不断伸长，产生一种机械力，从而穿透卵黄膜。顶体突起的顶部带有消化酶，可消化卵黄膜，精子穿过卵黄膜之后，顶体突起与卵质膜相遇，在接触点附近的卵子微绒毛伸长并包绕精子，形成受精锥，顶体突起与卵子为绒毛顶端发生融合，受精锥中的微丝收缩将精子拖入卵内。海胆精卵质膜融合的方式不同哺乳动物精卵质膜融合哺乳动物精卵质膜融合二、卵子激活成熟的为受精卵的转录、蛋白质合成和细胞呼吸等活动处于或几乎处于零的水平、受精引起卵子的许多变化，这些受精后的反应总称为卵子激活（eggactivation）阻止多精受精代谢活动的激活细胞质重排（一）阻止多精受精阻止多精受的机制（海胆）初级、快速阻断，通过使卵子上的精子结合受体失活，从而阻止更多的精子黏附。次级、永久阻断，通过受精膜的迅速膨胀来实现。(一)快速阻止多精受精紫球海胆未受精卵的静息膜电位是：–60mv~–80mv(毫伏)精卵接触,卵质膜迅速去极化,膜电位上升到:–10mV~+10mv迅速去极化的卵子不能接受第二个精子.卵子膜电位的改变可快速阻止早期多精受精+10mv的膜电位维持约一分钟,又降回到–60mv,卵子又可恢复接受精子.如何再阻止多精受精?(卵子膜电位的改变)海胆卵受精前后的膜电位变化B：490nMNa＋C：120nMNa＋导致多精入卵的比率升高降低卵外Na＋浓度导致多精受精比率的升高(二)慢速阻扰多精受精(皮层反应)精子刺激,皮层颗粒破裂释放内含物,并波及全卵.卵周隙变宽,释放物吸水膨胀使卵黄膜举起形成受精膜.受精膜可阻扰多精入卵开始受精动画海胆受精皮层反应皮层颗粒中主要物质:①蛋白水解酶②粘多糖③过氧化物酶④透明质素1蛋白水解酶可以使卵黄膜与质膜间的联系分离；剪除卵膜上bindin的受体及与之结合的精子。2粘多糖：进入卵周隙吸水膨胀，使卵黄层向外隆起，形成受精膜（fertilizationenvelope）举起。3过氧化物酶：皮层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膜变硬。受精膜最先在精子入卵的位置形成，并向外扩张至整个卵细胞，从而阻止多精入卵。4透明质素（hyalin）：在卵外形成透明质层(hyalinlayer)，它与卵裂中对分裂球的支持作用有关。卵细胞质膜突起的微绒毛深入到其基部。海胆受精膜的形成及多余精子的移除哺乳动物不形成受精膜，但皮质颗粒中释放的酶对透明带中的精子受体分子进行修饰，使之丧失与精子结合的能力，因此，称为透明带反应。(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。卵激活时皮质颗粒释放出来的N-乙酰葡糖酶能对ZP3上的GalTase结合位点进行修饰，由此阻断透明带外围的精子与受精卵结合）动画自精子入卵点（右上角）起，卵子表面受精膜膜膨起，并波及全卵。（二）代谢活动的激活早期应答皮质反应出现的数秒钟之内晚期应答受精的数分钟之后早期应答，由钙离子作用引发的受精卵的一系列变化过程（皮质颗粒的释放、精核的解凝聚、细胞的分裂等活动）。晚期应答，指伴随Ca2+浓度增加后，细胞内pH很快提高而带来的一系列变化。在精子进入卵细胞数分钟以后，卵细胞很快出现蛋白质合成的高峰，它们对于胚胎的早期发育，包括体轴形成和体制建立有着重要的作用。海胆卵发育的启动机制Ca++pH值升高代谢活动增强发育启动膜电位改变–60mV~–80mV–10mV~+10mVCa++自由Ca++分离释放激活H+H+Na+Na+Na+--H+交换受精酸PH皮层反应皮层颗粒破裂释放内含物激活受精（三）卵细胞质成分的重排卵细胞质中的形态决定因子，通过卵裂被分配到特定细胞中，这些因子最终能激活或引起特定基因的表达，这就决定了细胞的分化方向。精子入卵后，皮层向精子进入的方向旋转大约30º，在动物极皮层含大量色素而内层含有少量色素的物种中，这一胞质不同层次的相对运动形成了一个在精子进入点对面的新月形的灰色区域，称为灰色新月。两栖类的灰色新月第三节雌雄原核结合两性结合、受精，最终在于两性配子细胞核的结合，在于两性个体遗传物质的结合和分配，而产生新个体.雄原核形成雌原核形成第二次减数分裂后形成的卵子核原核结合后既进入卵裂(有丝分裂),分裂前进行染色体复制,不同动物染色体复制的时期各有不同.海胆昆虫两栖类哺乳类等染色体复制卵裂核融合后复制核融合前复制图：海胆卵受精过程中雌、雄原核的迁移与融合雌原核雄原核雄原核雌原核核间桥仓鼠原核的运动A:精子入卵，雄原核膨大，精子的尾在卵中；B:雌雄原核并排；C:2细胞期，两个细胞中的核清晰可见。第四节单性生殖单性动物的3种生殖方式：孤雌生殖、雌核生殖、杂种生殖。一、孤雌生殖不需要精子，仅靠自身的卵子能繁殖后代。如何将卵激活？如何保证染色体数量？黄蜂卵子接受产卵器的机械刺激激活卵子。蜥蜴生殖细胞染色体先加倍再进行减数分裂。有的生物，减数分裂得到的2个卵细胞进行核融合得双倍体。二、雌核生殖两性亲缘种精子刺激，使未减数的卵子活化，导致卵子发育的生殖方式。银鲫鱼异体受精时，精子核呈浓缩状态，不与雌核融合，后代像谁？母本三、杂种生殖Poeciliopsis属鱼类单倍体卵子两性亲缘种精子合子两原核融合雌性个体(父母本基因都表达)发育卵子(只具有母本基因组，即只有母本的单倍体基因型能够世代相传。)欧洲食蛙卵子只有池蛙基因组的精子，占2/3。只有湖蛙基因组的精子，占1/3。杂种生殖两性亲缘种精子雌性二倍体杂种生殖雄性二倍体两性亲缘种湖蛙精子杂种生殖后代有雌有雄，且80%的为三倍体，仍为杂种生殖。与有性亲缘种隔离杂种生殖