Befruchtung und Zygote-Bildung

Die Befruchtung ist die Fusion eines Spermatozoons mit einer sekundären Oozyte, wodurch die diploide Chromosomenzahl wiederhergestellt und die Zygote gebildet wird, die einzelne Zelle, aus der sich der neue Organismus entwickelt. Sie umfasst eine Reihe koordinierter Schritte, die die Gameten zusammenführen, sicherstellen, dass nur ein Spermium eindringt, und den Zellzyklus der Eizelle reaktivieren.

Definition

Die Befruchtung ist der Prozess, bei dem ein Spermium und eine Oozyte verschmelzen, um eine diploide Zygote zu bilden; sie umfasst die Spermien-Eizell-Erkennung und -Fusion, den Polyspermieblock, die Oozytenaktivierung und den Abschluss der Meiose sowie die Kombination der mütterlichen und väterlichen Vorkerne.

Scope

Dieses Thema behandelt die Abfolge der Befruchtung, von der Spermienkapazitation und der Akrosomreaktion über das Eindringen in die Eizellhüllen, die Gametenfusion, den Polyspermieblock, die Oozytenaktivierung, den Abschluss der Meiose bis zur Vereinigung der elterlichen Genome zur Bildung der Zygote. Es handelt sich um referenzielles Lehrmaterial der Entwicklungsanatomie und bietet keine reproduktionsmedizinische Beratung.

Core questions

• Wie erkennen und verschmelzen Spermium und Oozyte miteinander?
• Wie verhindert die Eizelle die Befruchtung durch mehr als ein Spermium?
• Wie aktiviert die Befruchtung die Oozyte und stellt das diploide Genom zur Bildung der Zygote wieder her?

Key concepts

• Kapazitation
• Akrosomreaktion
• Zona pellucida und Spermien-Eizell-Erkennung
• Gametenmembranfusion
• Polyspermieblock (Zona- und Kortikalreaktionen)
• Oozytenaktivierung und Kalziumsignalisierung
• Vorkerne und Syngamie
• Zygote

Mechanisms

Vor der Befruchtung durchläuft das Spermatozoon im weiblichen Trakt die Kapazitation und erwirbt die Fähigkeit zur Befruchtung. Beim Erreichen der Oozyte durchdringt es den Cumulus und bindet an die Zona pellucida, was die Akrosomreaktion auslöst, die Enzyme freisetzt, die es dem Spermium ermöglichen, die Zona zu durchqueren. Die Plasmamembranen von Spermium und Oozyte verschmelzen dann. Fusion und spermiengetragene Faktoren lösen die Oozytenaktivierung aus, gekennzeichnet durch Oszillationen im intrazellulären Kalzium, die die Kortikalreaktion antreiben, welche zusammen mit der Zona-Modifikation den Polyspermieblock etabliert und das Eindringen weiterer Spermien verhindert. Die Aktivierung befreit die Oozyte auch aus dem meiotischen Arrest, sodass sie die zweite meiotische Teilung abschließt und den zweiten Polkörper extrudiert. Die mütterlichen und väterlichen Chromosomen bilden Vorkerne, die ihre DNA replizieren und zusammenkommen, wenn die Zygote in ihre erste mitotische Teilung eintritt, wodurch die Diploidie wiederhergestellt und die embryonale Entwicklung beginnt.

Clinical relevance

Die Biologie der Befruchtung ist die Grundlage der natürlichen Empfängnis und der assistierten Reproduktionstechniken, und Fehler in bestimmten Schritten sind relevant für bestimmte Formen der Unfruchtbarkeit. Dieses Thema dient als Referenzhintergrund für den Ablauf der Befruchtung und ist keine Grundlage für individuelle diagnostische oder Behandlungsentscheidungen.

Evidence & guidelines

Die beschreibenden Schritte der menschlichen Befruchtung sind in Standardlehrbüchern der Embryologie zusammengefasst, während die zell- und molekularbiologischen Aspekte der Gameteninteraktion, des Polyspermieblocks und der Oozytenaktivierung in peer-reviewten Übersichtsartikeln dargestellt werden.

History

Die Fusion von Spermium und Eizelle als Grundlage der Empfängnis wurde im neunzehnten Jahrhundert durch die Mikroskopie etabliert, und die Arbeiten des zwanzigsten Jahrhunderts definierten die Kapazitation, die Akrosomreaktion und die Kortikalreaktion. Spätere molekulare Studien charakterisierten die Gametenerkennung und die kalziumabhängige Oozytenaktivierung, die die Entwicklung neu startet.

Seminal works

• clift-schuh-2013
• evans-florman-2002

Frequently asked questions

Was ist das Produkt der Befruchtung?

Die Zygote, eine einzelne diploide Zelle, die durch die Vereinigung von Spermium und Oozyte gebildet wird und die mitotischen Teilungen der Furchung einleitet.

Wie verhindert die Eizelle, dass mehr als ein Spermium sie befruchtet?

Die Spermien-Eizell-Fusion löst eine kalziumgesteuerte Kortikalreaktion aus, die die Zona pellucida und die Eizellmembran modifiziert und einen Polyspermieblock etabliert.