Презентация на тему: Оплодотворение

Оплодотворение лекция 3

Особенности процесса оплодотворения: Оплодотворение – слияние сперматозоида с яйцеклеткой, завершающе-еся объединением их ядер в единое ядро оплодотворенного яйца (зиготы).Готовность к оплодотворению определяется выделением направительных телец. Функции: половая (комбинирование генов двух родителей) – передача генов от родителей потомкам; репродуктивная (создание нового организма) – включает инициацию в цитоплазме яйца тех реакций, которые позволяют продолжать развитие. Роль спермия: активация яйца – побуждение яйцеклетки к началу развития; внесение в яйцеклетку генетического материала отца . по месту проникновения сперматозоида в яйцеклетку: наружное – во внешней среде; внесение – в половых путях самки. по количеству сперматозоидов, участвующих в оплодотворении: моноспермное – во внешней среде; полиспермное – в половых путях самки.

Стадии (фазы) оплодотворения: дистантные взаимодействия – осуществляются на некотором расстоянии, до соприкосновения гамет друг с другом; контактные взаимодействия – начинаются с момента контакта сперматозоида с третичной оболочкой яйцеклетки; проникновение спермия в яйцеклетку – в её основе лежит слияние плазматических мембран спермия и яйца; слияние генетического материала – приводит к формированию диплоидного ядра зиготы.

Дистантные взаимодействия гамет: Направлены на повышение вероятности встречи сперматозоидов и яйцеклетки.Характерны для водных организмов, с наружным типом оплодотворения. встреча спермиев и яиц при их низкой концентрации в среде; предотвращение оплодотворения яиц спермиями другого вида.Видоспецифичные привлечение спермиев и их активация (кишечнополостные, моллюски, иглокожие, первичнохордовые и т.п.)Хемотаксис – движение по градиенту концентрации какого-либо вещества.У морских ежей (пептиды студенистой оболочки яиц): сперакт (10 а.к.) резакт (14 а.к.)

Контактные взаимодействия гамет: акросомная реакция поступление Ca2+ в головку спермия экзоцитоз акросомного пузырька (выброс протеолитических ферментов) активация Na+/H+-обменника (защелачивание цитоплазмы) полимеризация глобулярного актина (образование акросомного выроста) активация динеиновой АТФ-азы (увеличение подвижности спермия) повышение осмотического давления (способствует удлинению акросомального выроста) 1 – акросомная мембрана; 2 – плазматическая мембрана спермия; 3 – глобулярный актин; 4 – акросомные ферменты; 5 – актиновые микрофиламенты; 6 – акросомный вырост

Контактные взаимодействия гамет: Узнавание спермия и яйцеклеткиМорские ежи:Видоспецифичное узнавание при помощи белка (биндина), расположенного на поверхности акросомного выроста.На желточной оболочке яйца находится гликопротеиновый комплекс (рецептор), способный образовывать связи с биндином. Локализация биндина на акросомном выросте (по Гилберту, 1993)ДАБ – диамино-бензидин.

Капацитация (1): Спермии млекопитающих после эякуляции не способны к акросомной реакции.Капацитация – приобретение спермием оплодотворяющей способностиПоловые пути самки принимают активное участие в процессе оплодотворения.Суть процесса капацитации: изменение структуры клеточной мембраны;Снижение соотношения холестерин : фосфолипиды в мембране спермия (молекулы альбумина половых путей самки отнимают холестерин у спермия) – дестабилизация мембраны акросомного пузырька – возможность осуществления акросомной реакции. удалении с поверхности спермия особых факторовоставаясь на поверхности спермия “coating factors”препятствуют оплодотворению

Капацитация (2):Поверхность спермия содержит гликозилтрансферазу (узнаёт концевые остатки N-ацетилглюкозамина на прозрачной оболочке яйцеклетки)В спермиях, не прошедших капацитации, активные центры фермента блокированы остатками N-ацетилглюкозамина (NАг) и галактозы (Гал). При капацитации углеводы отделяются от поверхности спермия, освобождая активные центры гликозилтрансфераз.Гликтозилтрансферазы узнают N-ацетилглюкозаминовые остатки в молекуле гликопротеина, расположенного на поверхности прозрачной оболочки (рецептор спермия).

Проникновение спермия у млекопитающих: Блестящая оболочка яйцеклетки– видоспецифичный барьер для связывания и проникновения спермиев собственного вида;Абсолютной (100 %) защиты от проникновения спермия другого вида не даёт (e.g. лошадь + осёл = мул), однако удаление блестящей оболочки позволяет оплодотворять яйцеклетку спермиями другого вида.Типы гликопротеинов (zona proteins, ZP):ZP1 – сшивает белки ZP2 и ZP3, находясь перпендикулярно по отношению к ним;ZP2 – расположен параллельно поверхности яйца. Взаимодействует с акрозином (протеолитический фермент акросомы), лизирующим блестящую оболочку;ZP3 – расположен параллельно поверхности яйца. Необходим для взаимодействия с рецепторами спермия: терминальной галактозой, N-ацетилглюкозамином, гликопротеином плазматической мембраны.

Проникновение спермия у млекопитающих: У млекопитающих активация сперматозоида не сопровождается ни образованием микроворсинок, ни образованием акросомного выроста. Акросомная реакция у млекопитающих: сперматозоид контактирует с яйцом не вершиной, а боком; диссоциация наружной мембраны головки сперматозоида и мембраны акросомы (на поверхности, расположенной вдоль головки сперматозоида); ферменты акросомы растворяют клетки лучистого венца; сперматозоид вступает в контакт с блестящей оболочкой Membrane cofactor protein (MCP; CD46) экспрессируется на внутренней мембране акросомы.

Проникновение спермия у млекопитающих: A – экзоцитоз акросомы (иммунофлуорестенция и электронная микроскопия): а – интактная акросома, b – связывание спермия и блестящей оболочки, с – проникновение спермия через блестящую оболочку;В – локализация протеасом у спермия, связанного с блестящей оболочкой яйцеклетки;С – локализация протеасом у спермия, проходящего через блестящую оболочку.PM – плазмалемма, IAM (OAM) – внутренняя (наружная) мембрана акросомы, АCMX – матрикс акросомы, содержащий протеасомы (зелёный цвет), ZPC – рецептор спермия (красный цвет, для части B), DNA – ДНК (синий цвет).по: Sutovsky P. Reproduction. 2011. 142:1-14

Проникновение сперматозоида в яйцо: Реакция активации сперматозоида заканчивается слипанием задней мембраны акросомы спермия и мембраны яйцеклетки, их разрывом и соединением свободных концов.Формируется единая наружная мембрана, ограничивающая канал, через который ядро и проксимальная центриоль сперматозоида проникают в яйцо. Контакт между сперматозоидом и яйцом вызывает полимеризацию актина и увеличение размеров микроворсинок яйца – формируется воспринимающий бугорок (гомологичен акросомному выросту). Проникновение спермия в яйцеклетку хомячка (по Yanagimachi, R. and Noda, Y.D. 1970. Electron microscope studies of sperm incorporation into the hamster egg. American Journal of Anatomy 138:429-462).

Быстрый блок полиспермии: Полиспермия (проникновение множества спермиев) приводит у большинства животных к гибельным последствиям.Возникает триплоидное ядро (каждая хромосома представлена тремя копиями).Полноценное распределение триплоидного набора между клетками невозможно.Одни клетки получают лишние копии некоторых хромосом, тогда как у других эти хромосомы отсутствуют (атипичное развитие и гибель эмбриона). Быстрый блок полиспермии (1 мин) достигает этой цели путем изменения электрического потенциала плазматической мембраны яйца.Открытие ионных каналов в яйце индуцируется прикреплением к нему спермия. Мембранный потенциал в яйце морского ежа до и после оплодотворения

Медленный блок полиспермии: Кортикальная реакция – действует через 1 мин после прикрепления спермия.В её основе Ca2+-зависимое слияние кортикальных гранул с плазмалеммой (выделение содержимого в область между плазмалеммой и желточной оболочкойУ млекопитающих кортикальная реакция не вызывает образования оболочки оплодотворения (реакция прозрачной оболочки или zona reaction) Схема оплодотворения у морского ежа(по Гилберту, 1993)

Медленный блок полиспермии: вителлиновая деламиназа: отделяет желточную оболочку от цитоплазматической мембраны яйцеклетки; сперморецепторная гидролаза: освобождает поверхность яйца от осевших на желточной оболочке сперматозоидов, лизируя сайты их соединения; мукополисахариды: создают осмотический градиент, обусловливающий поступление воды из цитоплазмы яйца в пространство между желточной оболочкой и плазматической мембраной (перивителлиновое пространство); пероксидаза: вызывает затвердевание оболочки оплодотворения (образова-ние поперечных связей между остатками тирозина соседствующих белков); гиалин: поддерживает бластомеры в период дробления.

Механизм кортикальной реакции: прикрепление спермия к рецептору плазматической мембране яйца активация G-белка стимуляция активности фосфолипазы С – расщепляет фосфатидилинозитол-4,5-бифосфат (PIP2) на диацилглицерол – DAG (связан с мембраной) и инозитолтрифосфат – IP3 (диффундирует в цитоплазму). активация Na+/H+-антипортера (DAG, посредством протеинкиназы С) – усиление белкового синтеза, репликации ДНК, перемещения морфогенетических детерминант в цитоплазме. высвобождение Ca2+ (из внутриклеточных депо) – посредством IP3 , что приводит к экзоцитозу кортикальных гранул (медленный блок полиспермии), а также активация НАД-киназы (синтез липидных компонентов мембраны de novo).

Слияние генетического материала (1): Митохондрии спермия и жгутик разрушаются и в цитоплазме развивающихся взрослых организмов не обнаруживаются (митохондрии передаются от материнского организма, а центриоли от отцовского, хотя в яйцеклетках млекопитающих они изначально присутствуют в яйцеклетке).Ядро яйца преобразуется в женский пронуклеус, а сперматическое ядро в мужской пронуклеус.После проникновения в цитоплазму мужской пронуклеус поворачивается на 180о (центриоль спермия оказывается располагается между мужским и женским пронуклеусом). Ее микротрубочки удлиняются, вступая в контакт с женским пронуклеусом, после чего пронуклеусы перемещаются навстречу друг другу.

Слияние генетического материала (2): У млекопитающих процесс сближения пронуклеусов продолжается около 12 часов (у морского ежа – всего 1 час).Контакт пронуклеусов приходит к разрушению их ядерных оболочек, конденсации хроматина и образованию видимых хромосом (располагаются на общем митотическом веретене первого деления дробления ).У млекопитающих истинно диплоидное ядро появляется у 2-х клеточного эмбриона. Схема процесса оплодотворения у хомячка (по Гилберту, 1993):А – спермий прикрепляется к яйцу; Б – прикрепление спермия к яйцу и взмахи его хвоста вызывают вращение яйца;В – плазматические мембраны спермия и яйца сливаются;Г – формируются пронуклеусы;Д – начинается первое деление дробления; Е – двух клеточный зародыш

Ооплазматическая сегрегация: После оплодотворения скорость метаболизма увеличивается в 70–80 раз.Слои цитоплазмы яйцеклеток интенсивно перемещаются друг относительно друга.Ооплазматическая сегрегация – расслоение (отмешивание) различных частей цитоплазмы яйцеклетки (зиготы).Ооплазматическая сегрегация влияет не на конечную дифференцировку клеток, а на ближайшие этапы развития – дробление и гаструляцию (проморфогенез). Развитие, происходящее без оплодотворения (участия сперматозоида).Естественный партеногенез: осы, пчелы, ряда чешуекрылых, виды ящериц и змей, типичен для летних поколений ряда ракообразных и коловраток. Различают гиногенез и андрогенез;Искусственный партеногенезу: стимуляция развитие неоплодотворенных яиц тутового шелкопряда (Тихомиров, 1886). У млекопитающих партеногенетическое развитие останавливается на ранних стадиях. В женских хромосомах заблокированы участки ДНК, присутствующие в активной форме в мужских хромосомах (у млекопитающих между пронуклеусами имеются функциональные различия).