受精的细胞与分子机理
第五章受精的机理
用的分子
顶体反应的调控机理
表5.1
起受体作用的精子表面蛋白
受 动物种类 小鼠 β-1，4-半乳糖基转移酶 岩藻糖基转移酶 56-KDa半乳糖结合蛋白（SP56） α-D-甘露糖苷酶（115KDa，位于精子质膜上） 95-KDa 蛋白（精子质膜蛋白） 硫酸糖酯固定化蛋白 α-D-甘露糖苷酶 岩藻糖结合蛋白 PH-20 α-D-甘露糖苷酶 甘露糖结合蛋白 FA-1（受精抗原-1） 精子凝集抗原-1 RSA 精子蛋白17（SP17） PH-20 AM67 体
大鼠 仓鼠 人
兔 豚鼠
第四节 配子遗传物质的融合
精子入卵
精卵融合
精核解凝聚形成雄性原核
雌雄原核结合
第五节 卵的激活
受体假说
融合假说
第二篇 动物胚胎的早期发育
第五章 受精的机理
第一节 卵母细胞成熟
外源信号调控恢复减数分裂 卵母细胞成熟的形态学标志 第二节 精子获能
获能精子中蛋白激酶活性的改变影响获能 源于雄性生殖道的受精促进肽
第三节 精卵识别的分子基础
03第二章受精的机制.ppt.Convertor
第二章受精的机制第一节卵母细胞成熟第二节精子获能第三节精卵识别的分子基础第四节配子遗传物质的融合第五节卵的激活受精是两性细胞融合并创造出具备源自双亲遗传潜能的新个体的过程。
受精过程包括两种不同的活动：性活动(源自双亲基因的组合)和复制活动(新生物体的产生)。
受精的第一个功能是将双亲的基因传递给子代，第二个功能是在卵细胞质中激发一些确保发育正常进展的系列反应。
受精过程包含以下几个方面：卵母细胞成熟、精子获能、精卵间的接触和识别、精子入卵、卵的激活并开始发育。
第一节卵母细胞成熟动物的长足卵母细胞长期停顿于第一次减数分裂的双线期，在适当的信号刺激下可恢复减数分裂，直到第二次减数分裂中期，成为等待受精的成熟卵。
诱发卵母细胞恢复减数分裂的固有信号随不同动物而异，海星的为1-甲基腺嘌呤；鱼类为17 ,20 -二羟-4-孕烯-3-酮（17 ,20 - DHP）；两栖类为孕酮；哺乳动物为4,4-二甲基-5 -胆甾基-8,14,24-三烯-3 -酚(简写为FF-MAS)。
在外源信号刺激下, 卵母细胞趋于成熟，其主要形态学标志为：核膜破裂(又称发生泡破裂, 简称为GVBD), 染色体凝聚，纺锤体形成和第一极体排出。
在分子水平上的重要变化为：卵母细胞内cAMP浓度下降，Ca2+ 浓度上升，蛋白质合成增加，蛋白质去磷酸化或磷酸化, 促成熟因子(MPF)之类的生物活性物质出现。
G1(G0)---R---S---G2---M卵母细胞成熟分裂恢复启动的活动发生在细胞周期的晚G2期.在外源细胞信号刺激之前，卵母细胞被一种依赖cAMP的蛋白激酶A(PKA)磷酸化的蛋白质控制着，使之停顿在第一次减数分裂的双线期。
该蛋白去磷酸化后，卵内蛋白质合成增加。
在蛋白质合成产物中，最引人注目的是pp39mos。
在长足卵细胞中贮存着母型c-mos mRNA, 经外源信号刺激, 母型c-mos mRNA加poly(A)尾，翻译出分子质量为3.9×104的磷蛋白pp39mos。
受精过程中雄性生殖细胞发生的分子机理
受精过程中雄性生殖细胞发生的分子机理受精是生殖细胞分裂的最终结果，是新生命的起源。
在受精过程中，雄性生殖细胞需要经历一系列复杂的生物学反应，这些反应包括精子的产生、运动、结合以及卵子的吸收和受精。
这些过程都与分子机制密不可分。
因此，研究受精过程中雄性生殖细胞发生的分子机理，将有助于深入了解受精过程，并为生殖技术和疾病治疗提供重要的理论基础。
1. 精子的产生精子是男性生殖细胞，由生殖间质细胞分化而来。
人类的精子发生在睾丸的精小管内。
精小管周围有大量的生殖细胞，在其内部分泌睾丸激素，促进生殖细胞的分裂和发育。
精子发生的过程比较复杂，主要分为两个阶段：精母细胞分裂阶段和精子发生阶段。
精母细胞分裂阶段是指生殖细胞在精小管内经过数次有丝分裂和减数分裂产生精子的过程。
在这个过程中，细胞会产生不同类型的精细胞。
有的进一步分化为形态和结构较特殊的精原细胞，有的则继续分化为原精细胞和精子母细胞。
精原细胞的特点是细胞核十分充实，细胞质则十分稀少。
这是为了便于细胞内产生生物大分子和复杂的细胞结构。
原精细胞则分为初级原精细胞和次级原精细胞。
这个阶段中，生殖细胞开始减数分裂产生精子，精子的产生需要核酸合成和蛋白质合成过程。
同时，细胞内各种分子参与精子的产生和发育。
包括细胞因子、信使、激素等分子，在细胞内发挥着重要作用。
其功能包括调节细胞分化、维持细胞内化学平衡、细胞内信号传导以及细胞凋亡等生物学过程。
2. 精子的运动和结合精子的运动是受精过程中非常重要的一步，这是精子能够运动到卵子附近进行受精的关键。
精子的运动方式是通过中心螺旋纤维和鞭毛等结构进行的。
这些结构支持精子的移动，使之能够顺利地到达卵子附近。
同时，精子也具有化学吸引力，能够吸引在卵子周围浮动的精子。
精子的结合过程也非常复杂。
它需要和卵母细胞表面的配合分子结合才能完成。
在精子运动中，外界环境中的化学物质、内部细胞分子和卵母细胞表面的配合分子之间发生了复杂的相互作用。
受精与胚胎发育的分子机制
受精与胚胎发育的分子机制人类的发育过程是一个非常复杂的过程，其中受精和胚胎发育是非常关键的环节。
这些过程涉及到很多分子机制，这些机制的研究对理解人类的生命过程和生殖健康具有重要的意义。
受精的分子机制受精是生殖细胞结合后形成的新生命开始的过程，它是一个复杂的过程，涉及到一系列的分子机制。
首先，在受精前，男性和女性生殖细胞都需要获得发育的能量，这个过程称为发育激素的信号传导。
在这个过程中，雄性生殖细胞和雌性生殖细胞都会释放不同的激素，这些激素可以促进精子和卵子的发育和成熟。
接下来，卵子被精子接触到，并触发了受精过程的开始。
受精需要一些特殊的蛋白质和酶来帮助精子穿透卵子的外层。
当外层被穿透后，精子就可以与卵子中的DNA结合。
最后，卵子和精子中的DNA将融合成一个新的细胞核，这个新的细胞核包括了父母双方的DNA信息，从而形成了新生命的基础。
胚胎发育的分子机制当受精完成后，卵子就开始了胚胎发育的过程。
胚胎发育是一个复杂的过程，涉及到各种分子机制的调节和控制。
在最初的几天，胚胎开始分裂成许多细胞。
这个过程叫做囊胚阶段，其中胚胎分裂的速度非常快。
在这个过程中，胚胎中的分子和蛋白质负责调节细胞的分裂和分化。
接下来，胚胎进入囊胚阶段，形成了一个液体填充的囊胚。
在这个过程中，胚胎的细胞开始分化成各种不同的组织，如神经组织、肌肉组织、器官等等。
胚胎细胞内的分子和蛋白质也在调节和控制着细胞的分化方向和速度。
最终，胚胎成长为一个完整的生物体，并在母体内发展成为一个健康的新生儿。
在这个过程中，分子机制和信号传导是关键的因素，它们不仅影响着胚胎发育的过程，也影响着新生儿日后的生长和发育。
总结受精和胚胎发育是人类生命的非常关键的阶段。
在这些过程中，分子机制和信号传导是起着重要作用的因素。
了解这些分子机制可以帮助我们更好地理解人类的生命过程，同时也能为人类提供更好的生殖健康照顾。
在以后的研究中，我们需要更深入地研究这些分子机制的细节，以发现更多的实现生命科学的可能性。
受精的机理
美籍华人科学家张民觉与试管婴儿
张民觉 Min-Chueh Chang (1908～1991) 出生于山西省。1933年毕业于中国清华大学心理系 1938年赴英国剑桥大学主攻动物育种和人工授精 1941年获博士学位。1945年在美国乌斯特生物研究所工作 1961年兼任美国波士顿大学教授 1951年发现“精子获能”的生理现象，为哺乳类卵子体外受精成功 奠定了理论基础，“张-奥原理”声名大噪，两人成为好友 1978年7月25日晚，英国女婴在曼彻斯特呱呱坠地 这位女婴名叫路易斯· 布朗 张民觉博士成了新闻人物。采访他的电话接连不断，报纸以醒目 的标题《张民觉的女儿》报道了试管婴儿诞生的经过 张民觉一共发表了300篇余研究论文。他的研究不仅十分严谨， 而且注重实用性 曾三次被提名为诺贝尔奖候选人，1989和1900年，他先后当选为 第三世界科学院院士和美国科学院院士 获得多个国际奖项：美国生殖学会的哈特曼奖（1970）；美国艺术 与科学研究院的福兰斯奖（1975）；国际胚胎移植学会的先驱奖 （1983）；国际体外受精及胚胎移植大会的奥尔索奖（1987）
Nuclear protein
Primary Spermatocytes
Histone（组蛋白）
Secondary Spermatocytes
early stage Spermatids elongating
Protamine（精核蛋白）
Sperm
核蛋白转型
转型的意义
精子代谢变化
合成蛋白质的程度 出现乳酸脱氢酶（LDH-X） 生理学意义
优势卵泡的选择：每个月经周期，仅一个卵泡发育到排卵
卵子第一次成熟分裂中止（前期）：时间长，为的是有更多数量的DNA用 于RNA及蛋白质的合成，为受精作准备
受精与胚胎发育的分子机制
受精与胚胎发育的分子机制近年来，随着科技的飞速发展，人们对于生命科学的研究也日益深入。
其中，受精和胚胎发育是生命科学中一个重要的研究领域。
在这个过程中，分子机制发挥着至关重要的作用，本文将从分子机制的角度探究受精和胚胎发育的关键步骤。
一、受精的分子机制受精是指精子和卵细胞结合并融合成一个受精卵的过程。
在受精过程中，大量的分子机制起到关键作用，尤其是在精子与卵细胞膜结合时。
1. 精子的膜结合蛋白在精子膜结合卵细胞膜的过程中，主要是由精子表面的膜结合蛋白与卵细胞的识别分子发挥作用。
最为重要的是，精子表面的膜结合蛋白有alpha6beta1整合素、CD9蛋白等。
这些蛋白质分子可以结合到卵细胞膜上的受精蛋白与卵膜上的受精卵子刺激蛋白等相关蛋白质上。
2. 细胞外基质除了精子本身的膜结合蛋白，细胞外基质也对受精具有关键性作用。
卵子颈部分泌的细胞外基质中有GPI锚定蛋白和受精卵子刺激蛋白等，这些蛋白质与精子的膜结合蛋白之间有重要的相互作用。
3. 钙离子信号传导受精还涉及到钙离子信号传导。
在精子进入卵子后，卵子细胞质中的游离钙离子浓度迅速上升，导致蛋白磷酸酶的激活，从而通过链式反应信号调节受精过程。
二、胚胎发育的分子机制1. 胚胎囊胚形成过程胚胎囊胚是早期胚胎发育阶段的一种形态。
它的形成过程中，初始单倍体细胞形成原始结构(PS)，之后分为外细胞团(TS)和内细胞团(ICM)(胚胎干细胞的前身)。
形成的过程中有一些关键的基因和分子机制起到了重要作用。
2. 基因调控机制内细胞团和外细胞团的分离依靠细胞间的黏附性分子，而不是胚胎细胞间的细胞间连接。
而在分化过程中，一些蛋白质激酶和磷酸酶扮演着重要的角色，在外层细胞的黏附连接失去时，干扰素同时会抑制外层细胞的细胞增殖和转化。
3. 调控信号通路在胚胎发育过程中，给营养的介质中的分子信号通过细胞表面的受体进入胚胎细胞内部，经过种种信号通路的网状结构调节胚胎囊胚的发育，其中是关键的有Wnt, TGF-β, Notch和Hedgehog等。
受精过程的分子机制和调控
受精过程的分子机制和调控受精是生命基本过程之一，它发生在两个细胞之间：精子和卵子。
它是生殖细胞的合并，从而产生一个受精卵和幸存的个体。
受精是一个复杂和精密的过程，涉及到许多细胞和分子机制的调控。
受精的过程可以分为三个主要阶段：精子体结合、融合和受精卵形成。
在第一阶段，精子的头部会通过一些特殊的蛋白质，称为受体蛋白，与卵子上的结合受体结合。
当头部与结合受体结合时，它会释放出一些物质，使卵子皮层发生改变，从而使其他精子无法穿透卵子。
这个过程被称为刷膜反应。
在第二阶段，卵子和精子的细胞膜会相互接触，并融合形成一个叫作合子的细胞。
这个过程需要一些特殊的融合蛋白质的存在，这些蛋白质被称为融合蛋白质。
这些蛋白质会在融合时与对应的蛋白质结合，从而促进细胞融合。
这使得精子和卵子的遗传物质可以结合，从而形成一个新的细胞，叫作受精卵。
第三阶段是受精卵的形成。
当精子和卵子融合之后，形成的受精卵经过一系列的细胞分裂和增殖，最终形成一个成熟的胚胎。
整个受精的过程是非常复杂的，其中涉及了许多分子机制的调控。
这些分子机制包括信号传导、基因调节、代谢调节等。
其中一个最重要的分子是细胞质骨架的蛋白质微管。
微管在受精过程中发挥着重要的作用，它们的组装和解组装可以直接影响精子的运动、细胞的融合和受精卵的形成等关键步骤。
另外，许多激素和细胞因子也可以参与受精过程的调控。
这些分子可以影响细胞膜的特性、信号传导等多个方面，从而直接或间接地影响受精的过程。
总之，受精是生命过程中最为基本和重要的过程之一。
它涉及到许多分子机制的调控，其中微管的作用特别重要。
虽然我们已经对受精的过程有了越来越深入的了解，但仍有许多问题有待解决。
随着生物技术的发展和科学技术的进步，我们相信在未来能够对受精过程及其分子机制的了解将达到一个更深入和全面的层面。
精子与卵子结合后胚胎发育的分子机制
精子与卵子结合后胚胎发育的分子机制胚胎发育是生命诞生的起点，而精子与卵子的结合则是胚胎发育的第一步。
在这个过程中，精子和卵子的结合触发了一系列复杂的分子机制，引导着胚胎的成长和发育。
首先，精子与卵子的结合开始于受精过程。
当精子穿过卵子外层的透明带(fertilin)和杂交蛋白结合到卵子的细胞膜上时，卵子的细胞膜会经历一系列的变化，阻止其他精子进入。
这一阻止多精子进入的机制是通过细胞膜上的受精膜蛋白(fertilizin)来调控的。
精子与卵子结合后，精子的线粒体会迅速进入卵子，提供能量支持胚胎发育的开始。
同时，卵子的细胞膜会发生剧烈的平面剪切弯曲，形成孵化溶泡(cortical vesicles)。
孵化溶泡会释放出孵化因子(cortical granule contents)，这些因子会引起卵子外层的透明带和卵黄的物质外泌，形成受精膜的屏障。
这种屏障会阻止多精子进入以及保证碎片精子等异常发育的精子无法参与进一步的胚胎发育。
一旦受精膜形成，精子的DNA和卵子的细胞质开始融合。
这是精子与卵子结合后最为重要的步骤之一，也是胚胎发育的基础。
细胞膜融合将精子和卵子的细胞质合二为一，使父母的遗传信息结合在一起。
同时，结合后的细胞会触发细胞周期的重启，从而开始胚胎分裂。
在胚胎分裂过程中，精子和卵子的染色体会在每一次分裂中被复制并平均分配到新形成的两个细胞中。
这个过程称为有丝分裂。
有丝分裂是高度调控的，涉及大量的分子机制，包括细胞周期蛋白和丝裂原活化蛋白等。
这些蛋白会在特定时机被激活和降解，以确保染色体的准确分离和细胞的平衡发展。
随着细胞的分裂，胚胎逐渐形成多细胞胚胎。
在这个过程中，细胞被分化为不同的类型，形成心脏、肺、肌肉等器官和组织。
这个过程称为细胞分化，它的发生涉及一系列的基因表达调控机制。
细胞分化的关键是启动和关闭特定基因的表达，这个过程由转录因子和其他调控蛋白控制。
这些蛋白通过与染色体上特定的DNA序列结合，激活或抑制基因的表达。
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附睾管腔HCO3-的重吸收
精子成熟
生理学意义
▪ 使精子获得前向运动能力 ▪ 掩盖精-卵相互作用的膜结构，该遮盖蛋白又称去能因子
减数分裂，形成两个次级精母细胞
3. 次级精母细胞（secondary spermatocyte）：
位置近腔面，圆形，直径约12 m
核圆形，染色较深，核型23，X或23，Y(2n DNA )
次级精母细胞不进行DNA复制，迅速进入第2次减数 分裂，形成两个精子细胞，核型23，X或23，Y(1n DNA )。生精小管中不常见到次级精母细胞
细密，染色浅。是干细胞，能够不断分裂增殖， 一部分子代继续作为干细胞，一部分分化为B型 B型：核圆形，核周边有较粗的染色质颗粒。 B型 精原细胞经过数次分裂后，分化为初级精母细胞
2. 初级精母细胞（primary spermatocyte）： 位于精原细胞近腔侧，圆形，体积较大，直径约18 m 核大而圆，核型46，XY 初级精母细胞经过DNA复制后（4n DNA），进行第1次
乳 酸(女性生殖道) LDH-X 丙酮酸(提供能量)
精子的成熟 (maturation)
▪ 部位：附 睾 ▪ 成熟过程的一系列变化 ▪ 生理学意义
男性不育的常见原因包括精子活动力差或精子与卵子的 相互作用障碍
精子在附睾获得运动和受精等关键功能
人、大鼠、小鼠的附睾分段
附睾上皮的各种细胞类型
受精的细胞与分子机理
Cellular and Molecular Mechanisms of Fertilization
人类的受精与 胚胎发育过程
伦纳特•尼尔松 [美国] 1965
4.5M
8d
6W
11W
一、两性配子在受精前的准备
（一）精子的准备
▪ 精子的发生 —— 睾丸 ▪ 精子的成熟 —— 附睾 ▪ 精子的获能 —— 女性体内
精 子 发 生
精子形成
精 子 发 生
精 子 形 成 及 精 子 结 构
由一个精原细胞增殖分 化所产生的各级生精细 胞，其胞质并未完全分 开，有胞质桥 （intercellular cytoplasmic bridge）连 接，形成同步发育的细 胞群，称同源细胞群 （isogeneous group）
高尔基体
Acrosome
顶体
Centrioles
中心粒
Flagenum
鞭毛
Mitochondrion
Helix
线粒体
螺旋鞘
Cytoplasm
细胞质
Residual body
残余体
形态变化
精子发生过程中核型的改变
Germ cell
Spermatogonia
Nuclear protein
核蛋白变化
Primary Spermatocytes Secondary Spermatocytes
Histone（组蛋白）
Spermatids
early stage elongating
Sperm
Protamine（精核蛋白）
▪ 核蛋白转型 ▪ 转型的意义
精子代谢变化
▪ 合成蛋白质的程度 ▪ 出现乳酸脱氢酶（LDH-X） ▪ 生理学意义
MTA1 和ER在成年大鼠附睾的分布
MTA1
ER
Caput
MTA1
Corpus
ER
Cauda Control
MTA1 ER
精子成熟
在附睾中的变化
胆固醇被转运入精子膜 膜抗原：出现与消失 附睾酸性环境 膜负电荷增加，等电点降低 膜结合的ATP酶活性下降 凝集素(WGA, RCA)引起的精子凝集度下降 二硫键形成：精子膜、核膜、线粒体膜结构更稳定 顶体后区膜内蛋白颗粒(IMP)数量明显增多 PH-20:由整个头部移向头部后区
减数分裂仅见于生殖细胞发生过程
4. 精子细胞（spermatide）： 位于近腔面，直径约8 m 核圆，染色质密 经过精子形成（spermiogenesis），由圆形变为蝌蚪形
的精子—— 核浓缩，成为精子头部的主要结构 高尔基复合体形成顶体（acrosome），位于核的一端 中心粒迁移到顶体对侧，微管延长，形成轴丝，成为
尾部（鞭毛）的主要结构
线粒体聚集，包绕轴丝近端，形成线粒体鞘 多余的胞质汇聚在尾侧，称残余体，后脱落
5. 精子（spermatozoon）： 人精子蝌蚪状，长约60 m；分为头、尾两部
头部嵌入支持细胞的顶部胞质中，尾部游离于生精 小管内
头部正面观呈梨形，长4-5 m 头内有高度浓缩的核，核的前2/3有顶体覆盖 顶体含有溶酶体酶：顶体素、透明质酸酶等
（二）卵子的准备
二、受精的细胞与分子机理
（一）顶体反应 （二）精子与卵子(透明带)的识别 （三）精子与卵子膜的融合 （四）卵子的活化、两性原核的形成与融合
一、两性配子在受精前的准备
（一）精子的准备
▪ 精子的发生 —— 睾丸（72天） ▪ 精子的成熟 —— 附睾（14天） ▪ 精子的获能 —— 女性体内（5-6小时）
精子的使命:(1) 运动到达输卵管壶腹部；(2) 将携带的DNA送入卵子； 卵子：等待于输卵管壶腹部
睾丸
卵巢
精
卵子
子
精子的发生 (spermatogenesis)
▪ 部位：睾 丸 ▪ 形态上的变化 ▪ 核蛋白的变化 ▪ 精子代谢的变化
形态变化
（一）生精细胞
1. 精原细胞（spermatogonia）： 紧贴基膜，圆形或卵圆形，直径约12 m 分为A、B两型精原细胞 A型：核卵圆形，染色质细小，染色深；或染色质
尾部是运动装置，可分为颈段、中段、主段和末段
尾内部全长是轴丝，由9+2排列的微管组成；中段的 轴丝外有9根纵行外周致密纤维，外侧再包有一层线 粒体鞘；主段最长，外周有纤维鞘；末段仅有轴丝
人精子发生（spermatogenesis）644.5天
A型
精原细胞：A型
B型
初级精母细胞：46，XY 次级精母细胞: 23, X/ 23, Y 精子细胞: 23, X/ 23, Y 精子: 23, X/ 23, Y
Spermatogonia 精原细胞 Primary Spermatocytes 初级精母细胞 Secondary Spermatocytes 次级精母细胞
Spermatids 精子细胞 Sperm 精 子
形态变化
形态变化
spermiogenesis
Nucleus 核
Head 头
Golgi complex