生殖细胞与受精

重点1.精子和卵子的发生过程及二者的差异2.顶体反应第一节生殖细胞的起源与发生一、生殖细胞的起源二、精子的发生三、卵子的发生四、哺乳动物精子和卵子在发生上的差异生殖（reproduction）：生物产生幼小的个体以繁殖后代。是生命的基本特征之一，生命通过生殖得以延续、繁衍、进化并适应环境的变化。生物生殖方式：无性生殖原核生物，单细胞真核生物。有性生殖动物，植物。配子+配子合子生殖细胞的扫描电镜观察一、生殖细胞的起源精子和卵子的形成，常称配子发生（gametogenesis）：是指二倍体的生殖细胞发育成为单倍体的卵子（ovum，egg）或精子（sperm，spermatozoa），分别称为卵子发生（oogenesis）和精子发生（spermatogenesis）。受精卵→卵裂→桑葚胚→囊胚→原肠胚（三胚层）在三胚层形成之前，上胚层中的祖细胞群区域化，产生原始生殖细胞（primordialgermcell，PGC）。原始生殖细胞→生殖干细胞→精子（卵子）PGC的产生过程需要BMP4、BMP8b、BMP2、WNT3等TGFβ和Wnt信号转导家族成员的参与。PGC迁移到生殖嵴，并在此处分化成为能提供用于生殖配子的生殖干细胞（germstemcell，GSC）。性分化开始：SRY基因控制分化，XY生殖嵴分化成睾丸，XX生殖嵴分化成卵巢。原始生殖细胞及其迁移示意图二、精子的发生精子由精原细胞发育而来。精原细胞发育为精子的过程称为精子发生。精原细胞可以通过有丝分裂增殖，并通过减数分裂产生精细胞（spermatid）。分为增殖期、生长期、成熟期和变形期4个时期：1.增殖期为精原细胞的有丝分裂。2.生长期的本质是初级精母细胞的形成与发育。3.成熟期为精母细胞的减数分裂期。4.变形期的本质是精细胞特化为成熟的精子（1）顶体形成；（2）中心粒的变化；（3）线粒体改变；（4）细胞核的特化；（5）尾部形成。结果形成4个精子，细胞中染色体数目减少一半。顶体形成：高尔基复合体变化形成顶体囊泡，与核膜相粘，成帽状，套在核前2/3形成顶体（acrosome），含透明质酸酶、酸性磷酸酶、蛋白酶和多种蛋白等。细胞核的特化：组蛋白→组蛋白变异体→转变蛋白→精蛋白（protamine）→（受精后）组蛋白线粒体高尔基体A、顶体的发生发育中的顶体发育中的尾(中心体)B、尾的的发育C、精子头的出现D、细胞质浓缩E、精子的形成原生质滴尾线粒体鞘顶体小鼠精子结构示意图精子发生过程有丝分裂三、卵子的发生（一）卵子由卵原细胞发育而来、直至受精后才发育成熟卵子发生：卵原细胞（oogonium）发育为卵子的过程。可分为：增殖期、生长期、成熟期三个时期。增殖期生长期成熟期1.增殖期的特点：进行有丝分裂；卵原细胞的形成。5百万-7百万5万个。2.生长期是初级卵母细胞的再发育。初级卵母细胞（primaryoocyte）在原始卵泡和生长卵泡内进一步发育。3.成熟期的标志是次级卵母细胞的形成。在激素的影响下，细胞开始完成减数分裂I，形成一个极体（polarbody，即第一极体）和一个次级卵母细胞。在大多数脊椎动物，次级卵母细胞紧接着进入减数分裂II，并被阻断在减数分裂II的中期，只有在受精后才最终完成减数分裂。4.次级卵母细胞在受精后完成减数分裂II而形成成熟卵子。发育成熟的卵子细胞具有显著特征：①在其质膜外有一层卵外被（eggcoat）。②在其质膜下靠近胞质外侧的区域为皮层（cortex），内含皮层颗粒。③成熟卵子中合成了大量的蛋白质、核糖体，以及tRNA和mRNA等，某些mRNA和蛋白质为指导受精卵发育的形态发生因子（morphogeneticfactor）。兔卵巢内初级卵母细胞的电镜观察卵子模式图（二）卵母细胞减数分裂的调控卵母细胞减数分裂的第一个调控位点在第一次减数分裂双线期。卵母细胞的减数分裂是由Cdk1/cyclinB复合物的活性调控的--MPF。在卵母细胞减数分裂过程中，Cdk1独特的调控是导致减数分裂从第一次分裂进入第二次分裂并停止在Ⅱ中期的原因。激素刺激停滞在减数分裂Ⅱ中期直到受精第一次减数分裂双线期细胞不对称分裂次级卵母细胞极体卵母细胞卵细胞减数分裂中Cdk1/cyclinB的活性Cdk1/cyclinB的活性通过Mos蛋白激酶维持卵细胞在减数分裂Ⅱ中期阻止是由卵细胞中的细胞静止因子（cytostaticfactor,CSF）引起的。四、哺乳动物的精子和卵子在发生上的差异精子（A)和卵子（B)发生的比较第二节受精与医学一、受精的条件二、受精过程三、辅助生殖技术受精（fertilization）：是精子与卵子融合形成受精卵的过程。一、受精的条件成熟的精子在睾丸内产生的精子在附睾内受其分泌的甘油磷酸胆碱、内毒碱、唾液酸糖蛋白等作用下，才能逐渐达到功能上的成熟。成熟的卵子精子获能一般认为它是由射精后精子所处的雌性生殖管道的液体环境所决定的。精子的质量与数量异常精子形态二、受精过程（一）精子识别卵细胞并穿过卵外被1.精子-卵子识别诱发顶体反应顶体是精子头部前端的用于胞吐的膜泡，包含数个蛋白酶酶原、蛋白酶抑制剂、ZP结合蛋白和配体结合蛋白。透明带：由卵母细胞产生；主要由ZP1、ZP2和ZP3三种糖蛋白质组成，ZP3是精子与透明带结合的主要受体，可以诱导顶体反应；是受精的种属屏障。顶体反应（acrosomereaction）：1）过程：一种特殊的细胞胞吐过程。获能的精子首先与卵子周围的放射冠接触，顶体内含的酶逐渐释放，解离放射冠的卵泡细胞，继而分解透明带，形成一个精子穿过的通道。什么是顶体？2）机制：瞬时钙内流导致磷脂酶PLC活化，活化的PLC产生IP3和DAG。IP3介导胞内储存库中钙的释放，DAG活化PKC，PKC磷酸化底物蛋白。TRPC离子通道也诱导钙内流，并最终诱导了完整的顶体反应。2.精子穿过透明带抵达卵细胞膜精子与卵子细胞膜的直接接触，标志受精的开始。（二）精-卵融合1.精-卵质膜融合、精子细胞核等成分进入卵细胞2.次级卵母细胞完成减数分裂过程精子进入卵子后，激发次级卵母细胞迅速完成第二次减数分裂，形成一个成熟的卵子和一个第二极体。3.精-卵膜融合后发生皮层反应阻止多精入卵阻止多精入卵的两个调控机制：卵子质膜的快速去极化--快速的早期阻止多精入卵的机制。卵子的皮层反应（corticalreaction）--作用时间长的机制：卵子通过胞吐作用将其皮质颗粒释放出来，改变卵外被结构。（三）精-卵核融合完成受精过程精子进入卵子后，精子核和卵子核分别形成雄原核和雌原核。在细胞骨架的作用下，两个原核互相靠拢，最终融合为一个新的二倍体细胞核，卵子变成受精卵。受精的意义：①受精使卵子的缓慢代谢转入代谢旺盛期，从而启动细胞不断地分裂；②精子与卵子的结合，恢复了二倍体，维持物种的稳定性；③受精决定性别；④受精的染色体来自父母双方，并发生染色体联会和片断交换，使遗传物质重新组合，使新个体具有与亲代不完全相同的性状。哺乳动物受精过程a.Activationofthespermandtheacrosomereaction三、辅助生殖技术辅助生殖技术是指应用现代生物医学知识、技术及方法对配子、合子及胚胎进行人工操作，代替人类自然生殖过程中的某些步骤，以达到受孕目的的一项技术。