25.3
Zapłodnienie
Podczas zapłodnienia komórka jajowa i plemnik łączą się, tworząc nową strukturę diploidalną. U ludzi proces ten zachodzi po uwolnieniu komórki jajowej…
Zapłodnienie u ludzi łączy się z komórkami jajowymi i plemnikami, potencjalnie dając nowego osobnika.
Przed zapłodnieniem haploidalne jajo, otoczone wewnętrznym płaszczem białkowym zwanym osłoną przejrzystą i zewnętrzną macierzą podporowych komórek wzgórka, opuszcza jajnik i migruje do jajowodu.
Jednocześnie plemniki haploidalne muszą być obecne w drogach rodnych i częściowo z powodu skurczów macicy są w podobny sposób wprowadzane do jajowodów. Tam wchodzą w proces dojrzewania zwany kapacytacją, który polega na transporcie białek łączących się z jajami do główki plemnika.
Tutaj plemniki zaczynają również wykazywać zwiększone ruchy ogona lub wici. To kieruje komórki w kierunku komórki jajowej, którą lokalizują, wyczuwając sygnały chemiczne, takie jak progesteron, wydzielany przez kompleks jaj wzgórka.
Po przybyciu plemniki przechodzą reakcję akrosomową, podczas której pęcherzyk zawierający enzymy trawienne w końcówce plemnika, akrosom, wydala swoją zawartość do przestrzeni zewnątrzkomórkowej, umożliwiając komórkom zakopanie się w osłonie przejrzystej.
Gdy pierwszy plemnik w pełni wniknie w płaszcz białkowy, jego i błona komórki jajowej łączą się. To zmienia jajo, a osłonka przejrzysta twardnieje, co blokuje inne komórki przed wejściem.
Zapłodnienie kończy się uwolnieniem zawartości plemnika do komórki jajowej. Powstała w ten sposób diploidalna struktura, zawierająca obecnie materiał genetyczny obojga rodziców, ostatecznie doprowadzi do powstania nowego osobnika.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What happens to sperm cells before they can fertilize an egg?
Sperm undergo capacitation, a maturation process where egg-fusing proteins transport to the sperm head and flagellum movements increase. Sperm then locate the egg by sensing chemical signals like progesterone released by cumulus cells. Finally, they undergo the acrosome reaction, expelling digestive enzymes that allow them to burrow through the zona pellucida surrounding the egg.
Q2: How does the zona pellucida prevent multiple sperm from entering the egg?
After the first sperm penetrates the zona pellucida and fuses with the egg, calcium signaling triggers cortical granules beneath the egg's membrane to release enzymes. These enzymes cleave sperm-binding proteins on the zona pellucida's surface, hardening it and blocking additional sperm entry. This polyspermy block ensures only one sperm fertilizes the egg.
Q3: What role does calcium signaling play in egg activation after fertilization?
Sperm-egg fusion initiates calcium ion waves pulsing through the egg cytoplasm. These Ca2+ oscillations activate kinases in the egg that restart meiosis, which was arrested when the egg was released from the ovary. Calcium signaling essentially awakens the egg, allowing it to resume division and prepare for embryonic development.
Q4: What happens to the egg's chromosomes during meiosis completion after fertilization?
After fertilization triggers meiosis resumption, the egg divides into a large mature ovum containing most cytoplasm and a smaller polar body that dissolves. The mature egg's nucleus, called the egg pronucleus, contains one set of unduplicated chromosomes. This haploid nucleus will soon fuse with the sperm pronucleus to form a diploid embryo.
Q5: How do the sperm and egg pronuclei combine to form a diploid nucleus?
When the sperm nucleus enters the egg, its membrane dissolves and chromosomes unpack. A new nuclear membrane forms around the loosened sperm material, creating the sperm pronucleus. The sperm's centrosome orients between both pronuclei, forming microtubules that draw them together. Their membranes dissolve, chromosomes mingle, and mitosis begins, combining both parents' genetic material.
Q6: What structures guide sperm toward the egg in the fallopian tube?
Sperm are driven into the fallopian tubes partly by uterine contractions. Once there, they sense chemical signals like progesterone released by the cumulus cell complex surrounding the egg. These chemical cues guide sperm toward the egg, enabling them to locate and approach it for fertilization.
Q7: What happens after the sperm and egg membranes fuse during fertilization?
Once sperm and egg membranes fuse, the sperm releases its contents—including its nucleus and centrosome—into the egg's cytoplasm. The zona pellucida hardens, blocking other sperm from entering. The diploid structure now contains genetic material from both parents and will undergo embryogenesis cleavage and blastulation to eventually generate a new individual.