Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

25.3: Döllenme
TABLE OF
CONTENTS

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Fertilization
 
TRANSCRIPT

25.3: Fertilization

25.3: Döllenme

During fertilization, an egg and sperm cell fuse to create a new diploid structure. In humans, the process occurs once the egg has been released from the ovary, and travels into the fallopian tubes. The process requires several key steps: 1) sperm present in the genital tract must locate the egg; 2) once there, sperm need to release enzymes to help them burrow through the protective zona pellucida of the egg; and 3) the membranes of a single sperm cell and egg must fuse, with the sperm releasing its contents—including its nucleus and centrosome—into the egg’s cytoplasm. If these steps are successful, the genetic material of the male and female gametes combine, and mitotic cell division commences, giving rise to a diploid embryo.

Calcium Signaling and Fertilization

The binding of the sperm and egg cell brings about various changes, among them the production of waves of calcium ions (Ca2+) pulsing through the egg cell. Such oscillations are initiated by sperm-egg fusion and result from both the release and uptake of endogenous Ca2+ in the endoplasmic reticulum of an egg cell and the simultaneous discharge and intake of such ions from the egg’s extracellular environment. Importantly, calcium signaling modifies the egg by causing vesicles, called cortical granules, that lay directly below its plasma membrane to release their contents into the open space beneath the zona pellucida. These contents include enzymes that cleave sperm-binding proteins, which change the surface of the zona pellucida, preventing additional sperm cells from entering; this process is a type of block to polyspermy, or fertilization by multiple male gametes.

In addition, Ca2+ waves also “activate” the egg cell. Interestingly, an egg is arrested in meiosis when it is released from the ovary, and only resumes the process upon fertilization. This revival is due, in part to fertilization-induced Ca2+ signaling, which activates kinases in the egg cell capable of jumpstarting division. Once meiosis restarts, the egg divides into two cells: a large mature egg (also called an ovum) containing most of the cytoplasm, and a smaller polar body that subsequently dissolves. Following the completion of meiosis, the egg contains a nucleus with one set of unduplicated chromosomes, termed the egg pronucleus.

Joining of the Pronuclei

As the egg’s pronucleus is forming, changes also occur in the genetic material of the sperm. Initially, the sperm’s chromatin is tightly packed; however, once the sperm’s nucleus enters the egg cell, its membrane dissolves, and the chromosomes begin to unravel. A new nuclear membrane is established around the loosely-packed sperm material, generating the sperm pronucleus. Interestingly, the sperm’s centrosome is also introduced into the egg cytoplasm upon fertilization, and this structure will become oriented between the egg and sperm pronuclei, forming microtubules that draw these structures towards one another. As they meet, the pronuclei lose their membranes, their chromosomes mingle, and the process of mitosis begins.

Döllenme sırasında, bir yumurta ve sperm hücresi yeni bir diploid yapı oluşturmak için sigorta. İnsanlarda, yumurta yumurtalıktan salındıktan sonra bu süreç gerçekleşir ve fallop tüplerine doğru ilerler. Süreç birkaç önemli adım gerektirir: 1) genital bölgede bulunan sperm yumurtayı bulmak zorundadır; 2) bir kez orada, sperm onları yumurtakoruyucu zona pellucida ile yuva yardımcı olmak için enzimler serbest bırakmak gerekir; ve 3) tek bir sperm hücresi ve yumurtanın zarları kaynaşmalı, sperm içeriğini -çekirdeği ve sentrozomu da dahil olmak üzere- yumurtanın sitoplazmasına salgılamalıdır. Bu adımlar başarılı olursa, erkek ve kadın gametlerin genetik materyali birleşir ve mitotik hücre bölünmesi başlar ve diploid embriyo ortaya çıkar.

Kalsiyum Sinyalizasyonu ve Gübreleme

Sperm ve yumurta hücresinin bağlanması, aralarında yumurta hücresi üzerinden pulsing kalsiyum iyonları (Ca2+) dalgalarının üretimi arasında çeşitli değişiklikler hakkında getiriyor. Bu salınımlar sperm-yumurta füzyonu ile başlatılır ve yumurta hücresinin endoplazmik retikulumda endojen Ca2+'nın salınımı ve alımı ve yumurtanın hücre dışı ortamından eşzamanlı olarak boşalma ve bu iyon alımı sonucu ortaya çıkar. Daha da önemlisi, kalsiyum sinyalizasyonu veziküller neden olarak yumurta değiştirir, kortikal granüller denilen, zona pellucida altında açık alana içeriğini serbest bırakmak için plazma zarının hemen altında yatıyordu. Bu içerikler, zona pellucida yüzeyini değiştiren, ek sperm hücrelerinin girmesini engelleyen sperm bağlayıcı proteinleri yarılayan enzimleri içerir; bu süreç polispermi blok bir türüdür, ya da birden fazla erkek gametler tarafından döllenme.

Buna ek olarak, Ca2 + dalgalar da yumurta hücresi "etkinleştirmek". İlginçtir, bir yumurta yumurta yumurtalıktan serbest bırakıldığında kızamık ta tutuklanıyor ve sadece döllenme üzerine süreci devam ettirer. Bu canlanma, kısmen döllenme kaynaklı Ca2+ sinyalizasyonundan kaynaklanmaktadır, bu da yumurta hücresindeki kinazları harekete geçirir. Bir kez mayoz yeniden başlar, yumurta iki hücreye ayrılır: büyük bir olgun yumurta (ayrıca bir ovum denir) sitoplazma en içeren, ve daha sonra çözülür daha küçük bir kutup vücut. Meyozisin tamamlanmasından sonra, yumurta, yumurta pronükleus olarak adlandırılan bir dizi çoğaltılmamış kromozomiçeren bir çekirdek içerir.

Pronuclei'nin birleştirilmesi

Yumurtanın pronükleusu oluşurken, spermin genetik materyalinde de değişiklikler meydana gelir. Başlangıçta, sperm kromatin sıkıca paketlenmiş; Ancak spermin çekirdeği yumurta hücresine girdiğinde zarı çözülür ve kromozomlar çözülmeye başlar. Yeni bir nükleer membran gevşek paketlenmiş sperm malzeme etrafında kurulur, sperm pronükleus üreten. İlginçtir, sperm centrozom da döllenme üzerine yumurta sitoplazmaiçine tanıtıldı, ve bu yapı yumurta ve sperm pronuclei arasında odaklı olacak, birbirlerine doğru bu yapıları çizerek mikrotübüller oluşturan. Onlar bir araya gelince, pronuclei membranlarını kaybeder, kromozomları karışır ve mitoz süreci başlar.


Suggested Reading

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter