精子是如何打败其它数亿精子最终与卵子结合的?

作者: Frions

来源: 中科院物理所

发布日期: 2024-04-12 12:15:27

本文详细描述了精子如何通过一系列生理过程最终与卵子结合,以及卵子如何通过透明带硬化机制拒绝其他精子。

精子与卵子结合前要打败其他数亿精子,卵子为此也要拒绝其他精子。这个过程是怎么发生的呢?

受精过程就是精子克服万难与卵子结合,从而诞生新生命的过程。交配完成后,有大概3亿精子进入阴道,其中会有数百万的精子逃离阴道或死于酸性环境中,剩余的精子会在弱碱性的精液保护下存活。精子要通过宫颈进入子宫。

宫颈通常为关闭状态,只有在排卵期间才会打开(在之后的过程中也有大量质量差、活性低的精子,会因为存活时间短被淘汰)。剩余的顺利通过宫颈,向子宫游动过程中,数百万精子会陷入宫颈的褶皱(卒)。到达子宫在子宫肌收缩的帮助下游向卵子,该过程精子会遭到女性体内免疫细胞的攻击,会有一部分精子死亡(上万)。

之后一半精子游向空的输卵管,另一半游向有卵子的,至此就剩下几千个精子,在输卵管内,微小的纤毛将卵子推向子宫,同时精子要克服纤毛的阻拦继续向里运动。生殖道内的化学物质引起精子头部膜结构发生改变,当精子到达卵子时三亿就只剩下几十个了,卵子被一层放射冠细胞包裹,精子穿过这些细胞就接触到卵子的外层—透明带。

精子接触到透明带会马上与上面的受体结合,触发精子顶体释放消化酶,让精子钻入卵子内,透明袋里面就是充满液体的狭窄空间,即卵细胞的外侧。第一个接触到卵细胞的精子会令其受精,精子与卵子的外膜会在几分钟内融合,并将精子推向卵子内部。之后卵膜发生皮层反应,防止其他精子进入,卵子同时释放化学物质隔离外面的精子形成受精膜,透明带硬化(透明带反应),进一步阻止正在穿过透明带的精子和隔离外面的精子。

卵子是如何拒绝额外的精子的呢?cell期刊的一篇文章(文底附上)表示,透明带硬化的过程就与一种名为ZP2的蛋白脱不开关系,在单个精子使卵子受精后,透明带会发生硬化,从而阻断多精子进入(这个过程可是不可逆滴)。透明带硬化是一种整体物理化学变化,这与糖蛋白ZP2的N端区域(NTR)的切割有关,ZP2是组成透明带的四种糖蛋白(ZP1、ZP2、ZP3和ZP4)之一。

人ZP2 NTR的切割触发其同源二聚化ZP2的切割触发了它的寡聚化(即单个化合物之间形成二、三聚体或者长链分子的过程),或者理解为这些蛋白生物大分子是以非共价键形成的。由I型(ZP3)和II型(ZP1/ZP2/ZP4)组成的两个原纤维相互连接成一个左旋双螺旋,II型亚基的NTR区域就会从中突出,其中就会包括ZP2蛋白的N端。

而ZP2的切割使其NTR区域发生寡聚化,这样就可以大量地交联ZP蛋白,使透明带硬化,从而在物理上阻断其他精子的进入。

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