高中生物疑难问题集萃

【疑问1】为什么次级卵母细胞的分裂会停滞在MⅡ中期？

【释疑】在分子生物学水平上，细胞静止因子（cells station factor，CSF）的存在是卵子停滞在MⅡ 期的关键。CSF可以稳定成熟促进因子（maturation promote factor，MPF）的活性，MPF稳定存在使卵子停滞在MⅡ中期。目前，CSF的具体成分尚不清楚。MPF是由周期依赖性蛋白激酶-1（CDK1）和周期蛋白B（cyclin B）亚基组成的一个异源二聚体。MPF具有丝氨酸/苏氨酸激酶作用，它可以参与核孔蛋白（nucleoporin）、核小体连接组蛋白H1、核纤层蛋白（lamin）、RNA 聚合酶（RNA polymerase）、浓缩素（condensin）复合体、细胞质内的肌球蛋白（cytoplasmic myosin）等底物的磷酸化过程[1]。浓缩素复合体的磷酸化促使了染色体浓缩状态的形成，RNA聚合酶的磷酸化使卵子的转录过程进入静止状态，肌球蛋白的磷酸化使MⅡ中期的纺锤体肌球蛋白的活动进入静止状态，从而阻止染色体的变化与分离，使染色体变化停滞在MⅡ中期，最终促使卵子停留在MⅡ中期。

【疑问2】为什么卵子达到MⅡ中期才具备与精子受精的能力？

【释疑】精子在受精过程中，从细胞水平上讲有两个重要的变化过程，第一是精子入卵子后的去浓缩过程，第二是精子雄原核的形成。这两个变化过程的实质就是精子核被卵细胞质重塑的过程。而处于MⅡ中期的卵子具有促使这两个变化过程的物质，即MPF和促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）。卵子胞质内高活性的MPF有利于重构胚中体细胞核的去分化[1]，而卵子和精子都是高度分化的细胞，达到MⅡ中期的卵子具有激发受精卵全能性的作用，有利于新个体的发育。

【疑问3】为什么精子进入卵子后，卵子会完成第二次分裂？

【释疑】精子进入卵子后，可诱发卵细胞内持续的钙离子波动，从而激活钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ（CaMKⅡ）。CaMKⅡ可通过特定的信号途径来激活后期驱动复合体（anaphase promoting factor／complex，APC/C）。APC/C是一种泛素化作用复合体，即含有多个亚单元的E3泛素连接酶。它可以对蛋白质进行泛素化标记及对蛋白质进行降解，从而实现对蛋白质功能的调控作用。APC/C活化后，可降解与卵子静止紧密相关的两个分子，即染色体禁锢因子（securine）和周期蛋白B，使卵子内MPF的活性下降或消失，从而使参与的核孔蛋白、核小体连接组蛋白H1、核纤层蛋白、RNA 聚合酶、浓缩素复合体、细胞质内的肌球蛋白等底物发生去磷酸化过程，使卵子继续进入分裂状态，这就是卵子完成第二次减数分裂过程的分子生物学机制。

【疑问4】为什么精子入卵后，精子原有的核膜先破裂，随后又形成比原来精子核大的雄原核？

【释疑】1.精子原有的核膜破裂的原因

核纤层蛋白组成核纤层，核纤层的作用是使核膜保持稳定。精子入卵后，精子在卵子内高活性MPF的作用下，核孔蛋白、核小体连接组蛋白H1、核纤层蛋白发生磷酸化。核纤层蛋白发生磷酸化，导致核纤层结构解体，解体后有两种存在形式，即核纤层结构的组成成分核纤层蛋白A和C随着核纤层结构的解体而以可溶性状态存在，而核纤层蛋白B则仍然以核膜破裂成大小不等的封闭小泡（即膜泡）[2]的状态存在。

2.雄原核比原来精子核大的原因

雄原核比原来精子核大的原因有两个：其一，精子致密的核进入卵子细胞质后，在MPF和卵内特定的分子伴侣核浆素（nucleoplasmin）的作用下，精子染色体上的鱼精蛋白（类组蛋白）便快速地被卵子细胞质内特异性的组蛋白Hlfoo等所置换，该过程会使精子染色体的结构变得疏松，精子核整体上会显现膨胀状态，在形态学上，表现为精子核去浓缩。这种置换可能有利于打开精子致密的染色体结构，从而使卵子内的各类生物分子接近精子核。其二，精子核入卵子胞质后，卵细胞内持续的钙离子波动，卵子胞质中的MPF活性快速下降，使浓缩素复合体去磷酸化，这也使染色体的结构逐渐变得松散。

随着受精后成熟促进因子（MPF）活性的持续下降，核孔蛋白、核纤层蛋白、核小体连接组蛋白H1及浓缩素复合体等这些底物的磷酸化状态不能继续维持,从而使这些底物发生去磷酸化作用，这一变化过程使微膜泡在核纤层蛋白与核孔复合体的组织下重新形成核膜结构，这样就形成了比原来精子核大的雄原核。