精子膜的蛋白成分

精子膜蛋白的存在形式

在精子胞膜上含有大量的蛋白质,根据部位,可分为外在膜蛋白和内在膜蛋白。外在膜蛋白分布在膜的内外表面,为水溶性蛋白,通过离子键、氢键与膜脂分子的极性头部相结合,或通过与内在蛋白的相互作用,间接与膜结合。分布在外表面的外在膜蛋白在抑制获能、识别透明带和精-卵识别方面发挥重要作用。内在膜蛋白可不同程度地嵌入类脂双层分子中,有的贯穿整个脂质双层,两端暴露于膜的内外表面,这种类型的膜蛋白称跨膜蛋白,其中有的一端嵌入膜内,另一端暴露在膜外,露出膜外的部分含较多的极性氨基酸,属亲水性,嵌入脂质双层内部的膜蛋白由一些非极性氨基酸组成,与脂质分子的疏水尾部相互结合。内在膜蛋白常形成离子通道,在精子运动和顶体反应中发挥重要作用,暴露在膜外的氨基酸也可与糖链结合,参与精-卵识别等受精过程。

精子膜蛋白的来源

精子膜蛋白可分为精子固有蛋白(即精子自身表达的蛋白)和吸附蛋白(即精浆抗原吸附至精子膜上,这些抗原主要来自前列腺、精囊腺和附睾)。精子蛋白中主要为固有蛋白,且常为膜内蛋白,参与精子的多种功能。吸附蛋白主要为外在蛋白,易于脱落,与精子的去能或获能密切相关。虽然精子形成后,蛋白质合成基本停止,但在受精过程中膜上的蛋白仍可发生变化,包括蛋白质修饰、蛋白质重分布,或从精浆中及女性生殖道中吸附蛋白。

精子胞膜的蛋白质分布特点

胞膜蛋白在精子不同部位的含量、类型和功能均有不同,位于精子头部顶体的膜蛋白大多与顶体反应密切相关,位于精子中段和主段的膜蛋白大多影响精子活力和活率,而位于精子赤道部的蛋白则参与精-卵结合。

精子膜蛋白的功能

精子膜蛋白在受精过程中发挥重要的作用,包括:

在获能中的作用

精浆中含有附睾、前列腺和精囊腺分泌的一些蛋白质,这些蛋白接触精子后可吸附在精子的表面,成为精子胞膜的吸附蛋白,起到稳定细胞膜、抑制顶体反应的作用,故将这些物质称为去能因子,获能就是去除去能因子的过程。获能过程中,很多蛋白质发生了酪氨酸磷酸化,并认为是获能必须的。此外,多种离子通道蛋白也发挥了重要作用,特别是钙通道蛋白、Na+/HCO-3交换蛋白尤为重要。

在顶体反应中的作用

精子的顶体反应是一个复杂的过程,多种精子膜蛋白参与了这一事件。首先,精子特异性的识别卵细胞周围的透明带,为第一次精子识别,精子膜上的SP-56蛋白和β-1,4-半乳糖转移酶等蛋白能特异性的识别ZP,识别后,胞膜上的钙通道蛋白发生改变,钙离子内流,促进顶体外膜和细胞膜的融合,顶体反应发生。此后,细胞膜和顶体外膜消失,顶体内膜暴露,位于内膜上的PH-20、SP-38和顶体素等蛋白发挥第二次识别透明带的作用,使精子固定在透明带上,有利于精子释放的顶体酶溶解透明带和穿过透明带。孕酮受体也参与顶体反应的过程。

在精-卵融合中的作用

在精子发生顶体反应的过程中,细胞膜蛋白发生了重要变化,由于胞膜流动性的增加,部分膜蛋白转移到精-卵识别和融合的部位,重要的识别位点也暴露出来,当精子穿过透明带后,膜上的蛋白首先与卵膜上的位点特异识别,接着发生精子和卵细胞膜的融合,其中PH-30和受精素等蛋白起了重要作用。此外,甘露糖配基受体和FA-1等也在精-卵融合中发挥作用。

在精子运动中的作用

精子胞膜上的离子通道蛋白(如钙通道蛋白)的开放与否直接影响精子的运动能力,细胞膜上的孕激素受体和雌激素受体也参与精子的运动。在获能和顶体反应过程中,孕激素可与精子膜上的受体结合,钙离子通道和氯离子通道打开,促进钙离子内流和氯离子的外流,精子出现超激活运动。此外,精子胞膜上的胰岛素样因子-1受体、血小板活化因子受体和钙结合蛋白等也与精子的运动密切相关。

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