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25.3:

受精

JoVE 核
生物学
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JoVE 核 生物学
Fertilization

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人体受精 与卵子和精子细胞结合,可能产生 一个新的个体。 在受精之前,一个单倍体卵, 被称为透明带的内部蛋白质外壳 和支持性卵丘细胞的 外部基质包围, 离开卵巢并迁移到输卵管。 同时,单倍体精子必须存在于 生殖道中,并且部分由于 子宫收缩,同样被 驱入输卵管。 在那里,它们进入称为获能的成熟过程, 其涉及将蛋融合蛋白质 运输到精子头部。 在这里,精子也开始表现出 增加的尾部或鞭毛运动。 这将细胞推向卵子, 它们通过感应化学信号定位, 像黄体酮一样,由积云蛋复合物渗出。 到达后,精子经历顶体反应, 在此过程中,在精子末端 含有消化酶的囊泡,即顶体, 将其内容物排出到细胞外空间, 使细胞穿过透明带。 一旦第一个精子完全穿透蛋白质外层, 它和卵细胞的膜结合在一起。 这会改变卵子,透明带变硬, 阻止其他细胞进入。 受精结束于精子将其内容物 释放到卵子中。 由此产生的二倍体结构,现在包含 父母的遗传物质,最终将产生 一个新的个体。

25.3:

受精

在受精过程中,卵子和精子细胞融合在一起,形成一个新的二倍体结构。在人类中,一旦卵子从卵巢中释放出来,该过程就会发生,并进入输卵管。该过程需要几个关键步骤:1)生殖道中存在的精子必须定位卵子; 2)一旦出现,精子需要释放酶,以帮助它们穿过卵子的保护性透明带; 3)单个精子细胞和卵子的膜必须融合,精子释放其内容物 – 包括其细胞核和中心体 – 进入卵子的细胞质。如果这些步骤成功,则雄性和雌性配子的遗传物质结合,并开始有丝分裂细胞分裂,从而产生二倍体胚胎。

钙信号转导与受精

精子与卵细胞的结合引起了各种变化,其中钙离子波 (Ca2+) 通过卵细胞产生。这种振荡是由精卵融合引起的,是由于卵细胞内质网中内源性 Ca2+ 的释放和吸收以及卵细胞外环境中内源性Ca2+的同时释放和吸收引起的。重要的是,钙信号通过引起位于卵细胞质膜正下方的称为皮质颗粒的囊泡,将其内容物释放到透明带下方的开放空间,来调节卵细胞。这些内容包括切割精子结合蛋白的酶,这种酶能改变透明带的表面,阻止额外的精子细胞进入;这一过程是一种由多个雄配子阻滞到多精子或受精的过程。

此外,Ca2+波也激活卵细胞。有趣的是,卵子在减数分裂时从卵巢中释放出来,然后在受精后才恢复这一过程。这种复苏的部分原因是受精诱导的 Ca2+ 信号,它激活了卵细胞中能够启动分裂的激酶。一旦减数分裂重新开始,卵子分裂成两个细胞:一个大的成熟卵子(也称卵子)包含大部分细胞质,一个较小的极体随后溶解。在减数分裂完成后,卵子包含一个细胞核,其中有一组不重叠的染色体,称为卵子原核。

原核连接

随着卵子原核的形成,精子的遗传物质也会发生变化。最初,精子的染色质紧密堆积;然而,一旦精子的细胞核进入卵细胞,其膜就会溶解,染色体开始解体。一个新的核膜建立在松散堆积的精子材料周围,产生精子原核。有趣的是,受精时精子的中心体也被导入卵细胞质,这种结构将在卵和精子原核之间定向,形成微管,将这些结构相互吸引。当它们相遇时,原核失去膜,染色体混合,有丝分裂过程开始。

Suggested Reading

Georgadaki, Katerina, Nikolas Khoury, Demetrios A. Spandidos, and Vasilis Zoumpourlis. “The Molecular Basis of Fertilization (Review).” International Journal of Molecular Medicine 38, no. 4 (October 2016): 979–86. [Source]

Miao, Yi-Liang, and Carmen J. Williams. “Calcium Signaling in Mammalian Egg Activation and Embryo Development: The Influence of Subcellular Localization.” Molecular Reproduction and Development 79, no. 11 (November 2012): 742–56. [Source]