Молекулярная биология клетки - Албертс Б.
ISBN 5-03-001985-5
Скачать (прямая ссылка):
клетку свое ядро. Если с яйцеклеткой сольются два или несколько спермиев
(это называют полиспермией), то будут формироваться добавочные
митотические веретена, что приведет к аномальному расхождению хромосом
при дроблении; в таких случаях образуются недиплоидные клетки и развитие
вскоре прекращается. Это означает, что яйцеклетки, окруженные большим
количеством сперматозоидов, после оплодотворения одним из них должны
каким-то образом быстро создать препятствие для проникновения
дополнительных спермиев. Механизм такой быстрой блокады полиспермии не у
всех одинаков.
У рыб в оболочках яиц имеется узкий канал, называемый микропиле, через
который спермии могут проходить лишь один за другим; прохождение одного
спермия стимулирует яйцо, вследствие чего содержимое кортикальных гранул
высвобождается и закупоривает отверстие, преграждая вход другим спермиям.
Однако у большинства организмов яйцеклетки не имеют микропиле и могут
сливаться со спермием в любом участке своей поверхности. У яйцеклеток
некоторых животных (таких, как морские ежи и амфибии) полиспермию
предотвращает быстрая деполяризация плазматической мембраны после слияния
с первым сперматозоидом. Мембранный потенциал яйца морского ежа
составляет примерно - 60 мВ. Через несколько секунд после контакта со
спермием мембранный потенциал резко падает и меняет знак, доходя
приблизительно до + 20 мВ, а затем спустя примерно минуту начинает
постепенно возвращаться к исходному уровню (рис. 15-45). Если
предотвратить деполяризацию мембраны (в основном обусловленную при-
47
Рис. 15-45. Изменение мембранного потенциала яйца морского ежа после
оплодотворения. Быстрая деполяризация каким-то образом препятствует
слиянию с яйцеклеткой других спермиев, что обеспечивает быструю блокаду
полиспермии.
током ионов Na+ в яйцеклетку после контакта со спермием), проводя
оплодотворение в среде с низкой концентрацией Na +, то частота случаев
полиспермии возрастает. Кроме того, если неоплодотворенную яйцеклетку
искусственно деполяризовать, пропуская через нее ток с помошью
микроэлектродов, то сперматозоиды будут способны прикрепляться к
яйцеклетке, но не смогут сливаться с ней; если же теперь реполяризовать
мембрану, прикрепившиеся спермии сольются с яйцеклеткой и проникнут в
нее. Хотя молекулярный механизм этого явления неизвестен, кажется
вероятным, что деполяризация мембраны, обычно происходящая при
оплодотворении, изменяет конформацию какого-то важного белка
плазматической мембраны яйца таким образом, что мембрана спермия уже не
может слиться с нею.
Мембранный потенциал яйцеклетки через несколько минут после
оплодотворения возвращается к норме: поэтому нужен еше какой-то механизм,
препятствующий полиспермии в течение более длительного времени. В
большинстве яйцеклеток (в том числе и в яйцеклетке млекопитающих) этот
барьер создают вещества, которые освобождаются из кортикальных гранул,
расположенных сразу под плазматической мембраной яйцеклетки.
15.4.5. За позднюю блокаду полиспермии ответственна кортикальная
реакция [23]
Кортикальные гранулы яйца морского ежа сливаются с плазматической
мембраной и высвобождают свое содержимое через 10-50 с после контакта
яйца со спермием. Кортикальная реакция запускается сильным повышением
концентрации свободных ионов Са2+ в цитозоле. У активированного яйца
морского ежа менее чем через минуту после присоединения спермия
концентрация Са2 + увеличивается примерно в сто раз, а затем спустя одну-
две минуты снова снижается до обычного уровня (рис. 15-46). Роль ионов
Са2+ в запуске кортикальной реакции можно прямо продемонстрировать в
опыте с изолированными плазматическими мембранами яиц морского ежа: к
внутренней поверхности таких мембран еше прикреплены кортикальные гранулы
и если добавить к этому препарату небольшое количество Са2 + , то через
несколько секунд происходит экзоцитоз.
В яйцах морского ежа кортикальная реакция приводит по меньшей мере к двум
независимым последствиям: 1) протеолитические ферменты, вышедшие из
кортикальных гранул, быстро разрушают рецепторы байндина вителлинового
слоя, ответственные за связывание спермиев. и 2) освобождаемое содержимое
кортикальных гранул вызывает отделение вителлинового слоя, ранее
примыкающего к плазматической мембране, от поверхности яйца, и в то же
время благодаря ферментам образуются поперечные сшивки между белками
этого слоя, что делает
1м**
Рис. 15-46. Кортикальные гранулы, прикрепленные к изолированной мембране
неоплодотворенной яйцеклетки морского ежа (микрофотография полученная с
помощью сканирующего электронного микроскопа). При добавлении к такому
препарату ионов Са2+ кортикальные гранулы сливаются с плазматической
мембраной и высвобождают свое содержимое путем экзоцитоза. Поскольку в
каждой клетке имеется около 15 ООО кортикальных гранул в результате
кортикальной реакции поверхность яйца менее чем за минуту увеличивается
более чем вдвое; часть дополнительного мембранного материала идет на
