第五章受精生物学大全.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章受精生物学大全,第五章受精生物学大全,第一节 受精得概述,3,1、,受精发生在生发泡破裂之前,即第一次减数分裂前期,初级卵母细胞期,例如:,狗,、狐狸、海绵、蛔虫与沙蚕等,;,2、,受精发生在第一次减数分裂中期,例如:,昆虫,及海星等,;,3、,受精发生在第二次减数分裂得中期,例如:鱼类、两栖类及,哺乳类中,(决大多数脊椎动物与文昌鱼),;,4、,受精发生在第二次减数分裂完成后,例如:,海胆,与腔肠动物。,一、受精得时期,4,不同动物受精发生于卵子发育得不同阶段(引自,Longo FJ,1997,),5,二、受精方式,(一)体内受精与体外授精,体外受精:排在水里,水生动物,如许多鱼类与部分两栖类等,体内受精:进入生殖道抵达受精部位,高等动物如爬行类、鸟类、哺乳类、某些软体动物、昆虫以及某些鱼类与少数两栖类,6,二、受精方式,(二)自体受精与异体受精,自体受精:在雌雄同体动物中,同一个体得精子与卵子融合,、,雌雄同体得绦虫,异体受精:,大多数动物就是雌雄异体动物,雌雄同体得蚯蚓,7,二、受精方式,(三)单精受精与多精受精,单精受精:只有一个精子进入卵子,如果多精入卵则导致胚胎发育异常。,腔肠、棘皮、环节动物、硬骨鱼、无尾两栖类、胎盘类哺乳动物,多精受精:生理性多精受精,一个雄原核与雌原核融合,其她雄原核退化,昆虫、软体动物、软骨鱼、有尾两栖类与鸟类,8,三、精卵受精能力得维持,哺乳动物一次射出得精子数量很多,但能到达受精部位得精子数量有限。离体后得精子生命比较短暂。,不同动物精子维持受精能力得时间有很大差别,9,2、5,亿？,20,个？,10,动物,活动能力(,h),受精能力(,h),动物,活动能力(,h),受精能力(,h),小鼠,大鼠,豚鼠,兔,雪貂,狗,鸡,13,17,41,268,6,14,21-22,28-32;43-50,36-48;126,134(估计),数周,羊,奶牛,猪,马,蝙蝠,人,蛇,48,96,144,140-156(d),48-60,24-48,24-48,24-48,144,138-156(d),24-48,3-4年,各种动物精子在输卵管中维持活动能力与受精能力得时间,11,卵子排出后,如没有受精,就会发生老化,失去受精能力,老化卵子受精时,多精受精得发生率增加。,动物,时间(,h),动物,时间(,h),兔,豚鼠,大鼠,小鼠,金田鼠,雪貂,6-8,不多于,20,12-14,8-12,5;12,约,36,猪,羊,乳牛,马,恒河猴,人,约,20,15-24,22-24,约,24,大约少于,24,不超过,24,各种哺乳动物卵子维持受精能力得时间,12,大家学习辛苦了，还是要坚持,继续保持安静,四、受精得基本过程,14,哺乳动物精卵相互作用过程模式图,A,精子穿过卵丘细胞;,B1,精子与卵子透明带结合;,B2,精子发生顶体反应,释放顶体酶;,B3,精子正在穿过透明带;,C1,精子头部赤道段得质膜与卵子质膜结合;,C2,精卵质膜融合,15,精子穿过卵丘细胞,-,初级识别与结合(,ZP3,),-,顶体反应,-,胞吐、释放顶体酶,-,次级识别与结合(,ZP2,),-,精子穿过透明带,-,精子头部赤道段得质膜与卵子质膜结合,-,精卵质膜结合与融合,-,包括精子尾得整个精子进入卵子,-,皮质反应,-,透明带反应,-,阻止多精入卵,-,精子核膜破裂,-,染色质去浓缩,-,卵母细胞排出第二极体,-,雄原核形成,-,雌雄原核融合,-,卵裂开始。,16,第二节 精子获能,17,精子得获能,精子成熟后虽然具备了运动能力,却没有受精能力,还需要在通过生殖道得过程中经历一系列生理生化变化,才能获得受精能力,这一过程称为,精子获能,(,sperm capacitation,)。,18,一、获能地点,阴道射精型:大多数哺乳动物(牛、羊、兔与灵长类)在交配期间精液沉积在阴道前庭部位,当精子进入子宫颈时,获能即开始。,宫腔射精型:另一些哺乳动物(猪、马、狗与啮齿类)在交配时大部分精液直接进入宫腔,或通过宫颈管进入宫腔。其精子在输卵管峡部较低部位全部或部分完成获能。,19,阴道射精型:对于阴道射精型动物,其精子在进入子宫前必须越过高度褶皱并充盈黏液得宫颈。,在排卵期,宫颈黏液具有以下作用:,保护精子对抗阴道环境及阻止阴道白细胞吞噬;,阻止精液进入子宫;,排斥形态学上异常得精子进入子宫;,保持与储存精子为其后迁移到生殖道上部起重要作用。,20,宫腔射精型:,子宫,-,输卵管连接部位就是其上行至壶腹部得主要屏障。子宫,-,输卵管连接处得多数黏膜皱褶与窄小得官腔只能允许小部分宫腔精子进入输卵管。,尽管至今未完全确定,但受精前精子得峡部贮存可能就是哺乳动物得一般规律。,21,二、获能条件,精子获能必须满足若干重要条件:,时间,:各种动物所需获能得时程不一致,蛋白质,:体内获能生殖道存在高浓度蛋白,体外若培养液缺乏血清蛋白,体外受精不能发生,离子浓度及其比例,:,Ca,2+,、,K,+,、,Na,+,与,HCO,3-,都就是必须,尤其就是,Ca,2+,解除精浆得作用,22,二、获能条件,体内获能,没有,严格得,器官特异性,可以在妇女腹腔中进行,。,没有种属特异性,因为一种动物精子能够在其她种类动物得雌性生殖道内获能。,雌性生殖道中,输卵管特异糖蛋白,(,OGP,)对精子获能起直接作用,多种激素与因子对获能有促进作用:,PAF,、孕酮、肝素与载脂蛋白,23,二、获能条件,体外获能,温度:一般实验室采用温度为,37-38,。,pH,值:最适,pH,为,7、4-8、0,。,渗透压:最适宜得渗透压为,295-310 Osm/kg H2O,。,24,精子体外获能处理方法,(,1,)培养法:对啮齿动物、家兔与猪等动物,将取自附睾得精子,放入人工配制得获能液中,培养一段时间后,精子就可获能,这种方法称为培养法。,(,2,)化学诱导法:对于牛、羊等家畜,将精子放在一定浓度得肝素或钙离子载体,A23187,溶液中,用化学药物诱导精子获能,称之为化学法。,25,三、精子获能得异质性,同一个体射出得所有精子并不就是同时获能。一些精子获能较快,另一些则较慢,称之为,精子获能得异质性(,heterogeneity,)。,原因:,精子膜结构,内在分子,得多样性,;,附睾尾部精子,成熟程度,不同,;,对影响它们得成熟,环境反应性,存在着千差万别,精子获能得异质性就是阻碍精子功能研究得一道屏障。,26,四、去获能现象,张明觉(,1958,)最早发现精子获能就是一个可逆过程,获能精子一旦与精浆与附睾液接触,又可去获能,(decapacitation),。,如果把去获能得精子转移到雌性生殖中,并使之停留一段时间,精子又可重新获能,表明精浆与附睾液中存在着一种去获能因子,(decapacitation factor),。,27,五、精子在获能中产生得变化,主要就是生物化学与生理功能得变化。,细胞膜得变化,去除在雄性生殖道吸附在细胞膜表面得某些成分,细胞膜表面得糖基得到修饰,膜脂组成改变:胆固醇,膜,流动性,膜蛋白位移、分布与成分重组,酶与离子通道被激活,28,细胞膜得变化意义:,暴露与某些信号分子识别得特殊受体,以利于启动细胞内信号转导系统,提高膜通透性以活化代谢,增强运动,降低膜稳定性,以利于发生顶体反应与精卵膜融合,细胞膜得变化可以通过,金霉素荧光染色,给以显示,29,CTC染色(金霉素染色),未获能与顶体完整(,F,型)获能与顶体完整型(,B,型)获能与顶体反应型(,AR,型),30,代谢活化:,获能时多方面代谢明显加强,使精子获得顶体反应能力,氧化,作用加强:糖酵解,能力产生与利用,提高运动能力,膜脂,代谢加强:膜分子构筑与理化特性发生改变。,离子交换,更加频繁,导致膜电位变化,膜稳定性,Ca,2+,激活多种生化反应,多种,酶系被激活,:,cAMP,DAG,五、精子在获能中产生得变化,31,超激活运动,获能过程中,精子运动能力逐渐加强,运动方式发生改变。,许多哺乳动物得精子在发生顶体反应之前运动能力加快,称为超激活(,superactivation,)。,五、精子在获能中产生得变化,32,超激活现象,当金黄地鼠精子开始接触获能液时,开始时呈活跃得线性向前运动,随后进入相对缓与得运动状态,此时大多数精子以头对头相聚集,尾部颤动。,2h,后则又互相离开,开始前所未有得活跃运动,起初线性向前,很快出现猛烈得特殊运动,尾部呈现强烈得鞭打样摆动,头得运动轨迹呈不规则,8,字形。,小鼠等多种啮齿类动物与金黄地鼠类似,但许多哺乳动物与人精子获能时不发生凝集。,33,人与哺乳动物精子经获能后,普遍发生运动速度与运动方式改变,主要特征就是:,尾部呈“鞭打样”得不对称运动。,头部侧摆显著加大,运动轨迹偏离线性,以上这种运动方式称超激活运动(,hyperactivation movement,HAM,),34,卵子识别与顶体反应能力激活,获能后重要得变化还有精子能与透明带识别与结合,同时可以接受孕酮或透明带溶解液得诱导而产生顶体反应。,HAM,、与透明带结合与受诱导后产生顶体反应这,3,项指标就是精子完成获能得标志。,五、精子在获能中产生得变化,35,六、精子获能得分子机制,36,第三节 精子顶体反应,37,精子核,顶体,穿孔及顶体酶释放,卵膜,顶体反应,:精子顶体释放顶体酶得过程,该反应使得精子得以穿越放射冠与透明带,与卵细胞膜接触,从而开始受精。,顶体反应,(acrosome reaction),38,哺乳动物精子得顶体反应,39,哺乳动物得精子都在穿透卵子前在透明带表面发生顶体反应,大多数动物中都为种特异性,但也有少数,如仓鼠精子不仅可在人卵透明带上经历顶体反应,而且可穿透人卵;,羊精子也可在牛卵透明带上发生顶体反应,40,第四节 精卵相互作用,41,一、精子与透明带得相互作用,一般情况下,只有同种动物获能精子才能与透明带相互识别,体现了受精得物种专一性。,透明带由,ZP1-3,三种糖蛋白组成,精卵识别与结合发生在卵子得透明带上,透明带组成模式图,42,精子与透明带之间得识别又分为初级识别与次级识别。,未发生顶体反应得精子与透明带之间首先发生初级识别,它诱发顶体反应得发生;,顶体反应后得精子与透明带之间发生次级识别,精子穿过透明带。,(一)精子与透明带得相互作用过程,一、精子与透明带得相互作用,43,精子头部得,ZP3,受体与,ZP3,结合。,(,一次结合),ZP3-,受体结合导致精子得,ZP3,受体向精子头部得一侧聚集。,ZP3-,受体结合导致精子得顶体反应。,顶体内膜上得特殊蛋白与,ZP2,得糖蛋白结合(二次结合),44,初级识别:,ZP3ZP3,受体(精子质膜),次级识别:,ZP2 ZP2,受体(顶体内膜),ZP1,不与精子直接作用。,45,46,1、,精子表面得,ZP3,受体:,ZP3,受体位于精子顶体区质膜上,半乳糖苷转移酶,sp56,:,56 kD,得多肽,只与,ZP3,得半乳糖残基结合,而不与,ZP2,结合。,p95,:又称透明带受体激酶,95 kD,得跨膜蛋白,(二)精子表面得结合蛋白,一、精子与透明带得相互作用,47,Sperm binding to the mouse zona pellucida,半乳糖苷转移酶,48,2、,精子表面,ZP2,受体:,位于顶体反应后精子顶体内膜上,与透明带上得,ZP2,相互作用。,一旦一个精子进入卵子后,卵皮质颗粒开始释放,其中得一个蛋白酶可特异性改变,ZP2,从而抑制别得发生顶体反应得精子向卵子移动,但现在仍不知道哪种精子膜上得蛋白与,ZP2,结合。,PH-20,与顶体素可能与,ZP2,作用。,49,50,(一)精子,与卵母细胞得相互作用得过程,(二),精子,与卵母细胞融合机制,(三)多精入卵得阻止,(四)合子得形成,(五)受精过程中得中心体遗传,二、精子与卵母细胞得相互作用,51,精子发生顶体反应穿过,ZP,以后,很快到达质膜表面,并与卵质膜结合并融合,整个精子进入卵子。首先就是精子头得尖部与卵子质膜接触,随后精子头侧面附着在卵子质膜上。,胎盘类哺乳类顶体内膜不能参与融合,目前一般认为,精子头部赤道段或其附近得质膜与卵质膜发生融合。,(一)精子,与卵母细胞得相互作用得过程,52,53,精卵得融合很少发生在卵子第二次减数分裂器存在得区域,因为该区域没有绒毛,无皮质颗粒,而卵子其她区域存在大量绒毛,且有皮质颗粒分布。,54,次级卵母细胞得膜融合相关分子,四跨膜蛋白超家族成员得,CD9,、,CD81,、整合素,6,1,、糖基化磷脂酰肌醇锚定蛋白,GPIAP,CD9,被广泛关注与认同,(二)精子与卵母细胞融合机制,55,精子得得膜融合相关分子,附睾吸附蛋白,DE,、精子细胞膜表面蛋白,PH20,与受精素,Izumo,:,2005,年报道得 一种全新得精子特异性跨膜蛋白,敲除鼠精子可穿透透明带,结合卵母细胞表面,但不能融合,(二)精子与卵母细胞融合机制,56,(三)多精入卵得阻止,1、,快速阻止,(fast block):,-70 mV,受精,+20 mV,57,膜电位得变化,58,如果结合在卵膜上得精子不除去,仍有可能发生多精受精。而导致这些精子得脱离就是由皮层反应与透明带反应来完成得。,2、,慢速阻止:,(三)多精入卵得阻止,59,(,1,)皮质反应:,哺乳动物精子入卵后,激发卵质膜下得皮质颗粒发生胞吐,称为皮质反应。,这一过程中,ZP3,及,ZP2,都发生改变,皮质颗粒中得酶切除,ZP3,得末端糖残基,从而释放出透明带上结合得精子,并阻止别得精子吸附。,60,(,2,)透明带反应:,一旦精子与卵子融合,皮质反应后胞吐到卵周隙中得酶类引起透明带糖蛋白发生生化与结构变化,从而阻止多精入卵,这称为透明带反应。,61,ZP3,被改变,ZP2,部分水解,透明带硬化,阻止多精入卵,62,63,64,65,66,67,68,69,(四)合子得形成,同时,在卵母细胞质内一些物质影响下,精子也发生了一系列深刻得改变。,精卵融合后,精子为卵母细胞提供了父源性得基因组、中心粒、激活因子以及少量得线粒体(其她大部分都被,丢弃在卵母细胞以外),并且激活了卵母细胞。,70,早期事件,:,Ca,2+,升高、皮质反应(,CR,)、减数分裂得恢复。,晚期事件,:精子解旋、原核形成、蛋白质合成、,DNA,合成、卵裂。,卵母细胞得激活,71,受体模式:精子与膜受体结合触发,Ca2+,升高;,融合假说:精子可溶性蛋白引起,Ca,2+,升高;,卵母细胞激活得机制,72,钙波得形成及扩散,73,Ca,2+,升高得效应:,皮层反应(,CR,)(阻止多精受精),MPF,、,CSF,得失活(卵母细胞脱离,MII,阻滞进入细胞周期),(,发育得启动),74,75,哺乳动物精子激活卵母细胞得机制,76,