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25.3: Befruchtung
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PROTOKOLLE

25.3: Befruchtung

Während der Befruchtung verschmelzen Ei -und Samenzelle zu einer neuen diploiden Struktur. Beim Menschen findet dieser Prozess statt, sobald die Eizelle aus dem Eierstock freigesetzt wurde und in die Eileiter gelangt. Der Prozess erfordert mehrere wichtige Schritte: 1) die im Genitaltrakt vorhandenen Spermien müssen die Eizelle lokalisieren; 2) sobald sie dort sind, müssen die Spermien Enzyme freisetzen, die ihnen helfen, sich durch die schützende zona pellucida der Eizelle zu bewegen; und 3) die Membranen einer einzelnen Spermazelle und der Eizelle müssen verschmelzen, wobei die Spermien ihren Inhalt, einschließlich ihres Nucleus und ihres Zentrosoms, in das Cytoplasma der Eizelle freisetzen. Wenn diese Schritte erfolgreich verlaufen, verbindet sich das genetische Material der männlichen und weiblichen Geschlechtszellen. Die mitotische Zellteilung beginnt, wodurch ein diploider Embryo entsteht.

Calcium-Signalisierung und die Befruchtung

Die Verbindung von Spermium und Eizelle bewirkt verschiedene Veränderungen, unter anderem die Produktion von Wellen von Kalziumionen (Ca2+), die durch die Eizelle pulsieren. Solche Schwingungen werden durch die Verschmelzung von Spermien und Eizellen ausgelöst und resultieren sowohl aus der Freisetzung und Aufnahme von endogenem Ca2+ im endoplasmatischen Retikulum einer Eizelle als auch aus der gleichzeitigen Abgabe und Aufnahme solcher Ionen aus der extrazellulären Umgebung der Eizelle. Wichtig ist, dass die Calcium-Signale die Eizelle modifizieren, indem sie Bläschen, so genannte kortikale Granula, die sich direkt unter der Plasmamembran der Eizelle befinden, dazu anregen, ihren Inhalt in den offenen Raum unter der Zona pellucida abzugeben. Zu diesen Inhaltsstoffen gehören Enzyme, die spermabindende Proteine spalten, welche die Oberfläche der Zona pellucida verändern und so das Eindringen zusätzlicher Spermien verhindern; dieser Prozess ist eine Art Blockierung der Polyspermie oder gleichzeitige Befruchtung durch mehrere männliche Gameten.

Zusätzlich aktivieren Ca2+ Wellen auch die Eizelle. Interessanterweise wird eine Eizelle in der Meiose aufgehalten, wenn sie aus dem Eierstock freigesetzt wird, und nimmt den Prozess erst nach der Befruchtung wieder auf. Diese Wiederaufnahme ist zum Teil auf die durch die Befruchtung induzierte Ca2+-Signalisierung zurückzuführen, die in der Eizelle Kinasen aktiviert, die zur sprunghaften Teilung fähig sind. Sobald die Meiose wiedereinsetzt, teilt sich die Eizelle in zwei Zellen: eine große reife Eizelle (auch Eizelle genannt), die den größten Teil des Cytoplasmas enthält, und einen kleineren Polkörper, der sich anschließend auflöst. Nach Abschluss der Meiose enthält die Eizelle einen Nucleus mit einem Satz nicht verdoppelter Chromosomen, den sogenannten Pronucleus.

Verbindung der Pronuclei

Bei der Bildung des Pronuclei treten auch Veränderungen im genetischen Material der Spermien auf. Zunächst ist das Chromatin der Spermien dicht gepackt. Sobald jedoch der Nucleus der Spermien in die Eizelle eintritt, löst sich ihre Membran auf, und die Chromosomen beginnen sich zu entflechten. Eine neue Kernmembran wird um das locker gepackte Spermienmaterial herum gebildet, wodurch der Spermien-Nucleus entsteht. Interessanterweise wird das Zentrosom der Spermien bei der Befruchtung auch in das Cytoplasma der Eizelle eingeführt, und diese Struktur wird sich zwischen der Eizelle und den Spermienvorkernen orientieren und Mikrotubuli bilden, die diese Strukturen aufeinander zu ziehen. Wenn sie sich treffen, verlieren die Pronuclei ihre Membranen, ihre Chromosomen vermischen sich, und der Prozess der Mitose beginnt.


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