高中生物疑難問題集萃

【疑問1】為什么次級卵母細胞的分裂會停滯在MⅡ中期？

【釋疑】在分子生物學水平上，細胞靜止因子（cells station factor，CSF）的存在是卵子停滯在MⅡ 期的關(guān)鍵。CSF可以穩(wěn)定成熟促進因子（maturation promote factor，MPF）的活性，MPF穩(wěn)定存在使卵子停滯在MⅡ中期。目前，CSF的具體成分尚不清楚。MPF是由周期依賴性蛋白激酶-1（CDK1）和周期蛋白B（cyclin B）亞基組成的一個異源二聚體。MPF具有絲氨酸/蘇氨酸激酶作用，它可以參與核孔蛋白（nucleoporin）、核小體連接組蛋白H1、核纖層蛋白（lamin）、RNA 聚合酶（RNA polymerase）、濃縮素（condensin）復合體、細胞質(zhì)內(nèi)的肌球蛋白（cytoplasmic myosin）等底物的磷酸化過程[1]。濃縮素復合體的磷酸化促使了染色體濃縮狀態(tài)的形成，RNA聚合酶的磷酸化使卵子的轉(zhuǎn)錄過程進入靜止狀態(tài)，肌球蛋白的磷酸化使MⅡ中期的紡錘體肌球蛋白的活動進入靜止狀態(tài)，從而阻止染色體的變化與分離，使染色體變化停滯在MⅡ中期，最終促使卵子停留在MⅡ中期。

【疑問2】為什么卵子達到MⅡ中期才具備與精子受精的能力？

【釋疑】精子在受精過程中，從細胞水平上講有兩個重要的變化過程，第一是精子入卵子后的去濃縮過程，第二是精子雄原核的形成。這兩個變化過程的實質(zhì)就是精子核被卵細胞質(zhì)重塑的過程。而處于MⅡ中期的卵子具有促使這兩個變化過程的物質(zhì)，即MPF和促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）。卵子胞質(zhì)內(nèi)高活性的MPF有利于重構(gòu)胚中體細胞核的去分化[1]，而卵子和精子都是高度分化的細胞，達到MⅡ中期的卵子具有激發(fā)受精卵全能性的作用，有利于新個體的發(fā)育。

【疑問3】為什么精子進入卵子后，卵子會完成第二次分裂？

【釋疑】精子進入卵子后，可誘發(fā)卵細胞內(nèi)持續(xù)的鈣離子波動，從而激活鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ（CaMKⅡ）。CaMKⅡ可通過特定的信號途徑來激活后期驅(qū)動復合體（anaphase promoting factor／complex，APC/C）。APC/C是一種泛素化作用復合體，即含有多個亞單元的E3泛素連接酶。它可以對蛋白質(zhì)進行泛素化標記及對蛋白質(zhì)進行降解，從而實現(xiàn)對蛋白質(zhì)功能的調(diào)控作用。APC/C活化后，可降解與卵子靜止緊密相關(guān)的兩個分子，即染色體禁錮因子（securine）和周期蛋白B，使卵子內(nèi)MPF的活性下降或消失，從而使參與的核孔蛋白、核小體連接組蛋白H1、核纖層蛋白、RNA 聚合酶、濃縮素復合體、細胞質(zhì)內(nèi)的肌球蛋白等底物發(fā)生去磷酸化過程，使卵子繼續(xù)進入分裂狀態(tài)，這就是卵子完成第二次減數(shù)分裂過程的分子生物學機制。

【疑問4】為什么精子入卵后，精子原有的核膜先破裂，隨后又形成比原來精子核大的雄原核？

【釋疑】1.精子原有的核膜破裂的原因

核纖層蛋白組成核纖層，核纖層的作用是使核膜保持穩(wěn)定。精子入卵后，精子在卵子內(nèi)高活性MPF的作用下，核孔蛋白、核小體連接組蛋白H1、核纖層蛋白發(fā)生磷酸化。核纖層蛋白發(fā)生磷酸化，導致核纖層結(jié)構(gòu)解體，解體后有兩種存在形式，即核纖層結(jié)構(gòu)的組成成分核纖層蛋白A和C隨著核纖層結(jié)構(gòu)的解體而以可溶性狀態(tài)存在，而核纖層蛋白B則仍然以核膜破裂成大小不等的封閉小泡（即膜泡）[2]的狀態(tài)存在。

2.雄原核比原來精子核大的原因

雄原核比原來精子核大的原因有兩個：其一，精子致密的核進入卵子細胞質(zhì)后，在MPF和卵內(nèi)特定的分子伴侶核漿素（nucleoplasmin）的作用下，精子染色體上的魚精蛋白（類組蛋白）便快速地被卵子細胞質(zhì)內(nèi)特異性的組蛋白Hlfoo等所置換，該過程會使精子染色體的結(jié)構(gòu)變得疏松，精子核整體上會顯現(xiàn)膨脹狀態(tài)，在形態(tài)學上，表現(xiàn)為精子核去濃縮。這種置換可能有利于打開精子致密的染色體結(jié)構(gòu)，從而使卵子內(nèi)的各類生物分子接近精子核。其二，精子核入卵子胞質(zhì)后，卵細胞內(nèi)持續(xù)的鈣離子波動，卵子胞質(zhì)中的MPF活性快速下降，使?jié)饪s素復合體去磷酸化，這也使染色體的結(jié)構(gòu)逐漸變得松散。

隨著受精后成熟促進因子（MPF）活性的持續(xù)下降，核孔蛋白、核纖層蛋白、核小體連接組蛋白H1及濃縮素復合體等這些底物的磷酸化狀態(tài)不能繼續(xù)維持,從而使這些底物發(fā)生去磷酸化作用，這一變化過程使微膜泡在核纖層蛋白與核孔復合體的組織下重新形成核膜結(jié)構(gòu)，這樣就形成了比原來精子核大的雄原核。