FERTILISASI

4.1. INTERAKSI SEBELUM ADHESI TELUR – SPERM

               Perilaku pertemuan orang tua memastikan bahwa telur dan sperma yang dikirimkan dekat satu dengan lainnya, lebih lanjut lagi dari proses pembuahan sekarang tergantung pada interaksi antara gamet sendiri. Pada banyak species, telur dihubungkan sel kemudian dengan reaksi kimia mengalami pembebasan dengan sperma berenang ke arah sel yang aktif. Pada mamalia atau mamalia lainnya sama baiknya, sperma harus berhubungan  proses kondisi biokimia sebelum mereka mengalami fertilisasi pada telur. Proses kimia dan persiapan sperma sebenarnya sangat terkait. Setidaknya pada mamalia, terdapat indikasi yang hanya terdapart pada sperma yang berkaitan dengan fertilisasi.

Beberapa sperma harus mengalami kapasitasi sebelum membuahi telur

               Upaya awal fertilisasi telur pada mamalia vitro di mana tidak sukses sebab ekperimennya di gunakan baru-baru ini mengalami ejakulasi sperma, yang tidak mampu mengalami penetrasi di zona pelucida. Sperma biasanya memperoleh kemampuan ini bebarapa jam di dalam saluran genital betina yang di sebut kapasitasi.

Mekanisme molekul dari kapasitas yang ada masih dalam penyelidikan. PSerma pada membrane plasma yang mengalami pemilihan komposisi lipit dan komposisi lainya merupakan alternative lain. Peristiwa kapasitas lain di dalam yang di cytoskeleton yang berada di ujung sperma.

Sperma yang tertarik telur oleh sinyal kimia

               Meskipun prilaku perkawinan yang membawa telur dan sperma bersama, banyak sperma yang melakukan perjalanan dari berenang. Pada mamalia, sperma yang mengalami ejakulasi kemudia masuk ke vagina langsung menuju uterus. Dari sini, sperma harus melakukan perjalanan yang mengalami fertilisasi di oviduk. Tindakan tersebut dari uterus dan oviduk berkontribusi mengeluarkan sinyal untuk membangkitkan sperma. Namun demikian, dari jumlah besar sperma (10 m-500 m pada manusia) yang terdapat pada vagina, hanya beberapa ratus yang mencapai fertilisasi.

               Gerakan sperma di pandu oleh reaksi kimia dan di produksi oleh telur di ovarium sel, setidaknya di bebrapa spesies. Gerakan beroreintasi respon terhadap sinyal kimia  di sebut chemotaksis. Perilaku cemotaksis dalam sperma telah diamati berbagai kelompok binatang, seperti hydrozoa, moluska, Echinodermata, urochordata, dan mamalia.

4.2 FERTILISASI PADA BULU BABI

               Bulu babi merupakan binatang yang sederhana yang dugunakan untuk studi fertilasi. Salah satu keuntungan dari organisme ini adalah perbanyakan jumlah gamet reproduksi. Selama masa pembelahan, bulu babi betina ,mengeluarkan 400 juta telur, ketika dari jantan menghasilkan 100 milyar sperma. Produksi banyaknya gamet terlihat sebagai suatu kebutuhan karena mereka dengan cepat menghasilkan di laut. Keuntungan lainnya adalah fertilisasi bulu babi terjadi secara alami di air laut. Oleh karena itu, bisa dengan mudah dipelajari vitro. Para peneliti mungkin juga menyukai bulu babi dikarenakan memberikan alasan untuk mereka menghabiskan waktu mereka di pelabuhan, di mana mereka akan bertemu peneliti lain dari berbagai labolatorium untuk bertukar ide dan pengalaman.

               Proses bulu babi dapat di gambarkan dengan cara lima langkah seperti yang ditunjukkan pada (gambar 4,4). Sperma mendekati chemotaxis (step 1) dan pertemuan lapisan pelindung telur. Kemudian mengadakan kontak dengan jelly.Akrosom pada ujung sperma menghasilkan isi oleh ekositosis, proses tersebut di sebut reaksi akrosom. (step 2). Enzim akrosom menyelami lubang lapisan telur ketika penonjolan tipis yang di sebut akrosom proses dengan cepat membentuk lapisan sperma. Selanjutnya akrosom proses menemui  selubung veteline, pelekatan tersebu di sebut adhesi sperma telur.(step3). Ketika veteline memasuki akhirnya memberikan jalannya sperma ke sel telur terbaik. Memberan plasma pada telur dan sperma bersentuhan, langkah ini di sebut kontak plasma membrane.(step4). Ini dengan cepat diikuti oleh peleburan gamet (step 5).Proses yang peleburan ini hampir sedikit diartikan fertilisasi. Plasma membrane pada sperma dan telur melebur dengan  yang lainnya untuk membentuk sebuah membrane plasma yang mengelilingi semua sel. Plasma membran melakukan kontak atau memicu peristiwa penyatuan gamet dalam telur yang kolektif menjadikan telur menjadi aktiv, telur mulai melakukan penjalanan ke tahap perkembangan embrio . Salah satu tanda-tanda pertama aktivasi telur adalah pembentukan kerucut fertilisasi, gundukan sitoplasma telur yang menelan inti sperma .

Gambar 4.4 (Halaman 79 Sea Urchn sperm undergo the acrosome reaction).

Sperma Bulu Babi Menjalankan Reaksi Akrosom Sebelum Mereka Menuju Membran Vitelin4

               Pada landak laut, reaksi akrosom terjadi ketika komponen dalam sperma tertentu melakukan kontak dengan jelly pada mantel telur. komponen jelly telur umumnya merupakan glikoprotein (Ward dan Kopf , 1993; SH Keller dan Vacquier , 1994) meskipun dalam Stronglycocentrotus purperatus tampaknya menjadi polimer fucose sulfat tanpa peptida terkait yang memicu reaksi akrosom ( Vacquier dan Moy 1997 ). Komponen jelly telur tampaknya mengikat ke reseptor di membran plasma sperma yang melepaskan sinyal intraseluler , termasuk peningkatan sementara konsentrasi dalam ion kalsium (Ca²⁺). Menariknya , sinyal yang sama juga terlibat dalam memberikan sinyal lokasi dari telur untuk melakukan pembuahan (lihat bagian 4.4) .

               Akrosom adalah organel selaput di ujung sperma yang mengandung enzim dan komponen lain yang digunakan oleh sperma untuk mematuhi telur dan membuat jalan melalui mantel pelindung telur. Bagian dari membran akrosom dikenal sebagai membran akrosom luar. Sisanya, yang disebut membran akrosom dalam, sebagian ruang akrosomal terletak antara akrosom dan inti sperma (Gambar 4.4). Ruang tengah akrosomal mengandung aktin globular , yang dengan cepat akan merakit diri ke mikrofilamen setelah reaksi akrosom akan dimulai .

               Dua hasil utama dari reaksi akrosom di sperma landak laut adalah eksositosis isi akrosom dan pembentukan proses eksositosis untuk akrosom, membran akrosom luar dan bagian atasnya dari membran plasma sperma hancur menjadi vesikel kecil , sehingga melepaskan isi akrosom (Gambar 4.4). Enzim akrosom mencerna atau memecahkan lubang dan melalui lapisan jelly pada telur sehingga memberikan keuntungan pada sperma amplop vitelline . Bersamaan dengan itu, sepanjang proses akrosom di ujung membran akrosom dan sekarang telah menjadi bagian dari membran plasma sperma. Perpanjangan cepat di lakukan dari membran plasma sperma. Perpanjangan cepat dari proses akrosom didorong oleh perakitan diri dari aktin yang tersimpan dalam ruang tengah akrosom (lihat Gambar . 2.11 dan 4.4 ) .

               Sperma landak laut yang telah menembus lapisan jelly pada telur menghadapi lapisan vitelline pada telur. Jika seperma dan telur dari spesies yang sama, maka mereka akan menempel satu sama lain secara stabil. Ini langkah penempelan telur dengan sperma spesies tertentu, Jika sperma dan sel telur berasal dari spesies yang berbeda mereka akan mematuhi kurang stabil atau tidak sama sekali. (pembuahan dari beda jenis antara spesies landak laut erat terkait telah dicapai di laboratorium , tetapi mereka membutuhkan konsentrasi sperma sekitar satu juta kali lebih tinggi dari pembuahan antara spesies yang sama). Pentingnya spesies penyatuan spesifik ini mudah untuk  di lihat : setiap gamet dibuahi oleh gamet dari spesies lain tidak akan hidup . Hal ini juga dipengaruhi oleh media telur dan sperma yang akan memainkan peran penting dalam evolusi spesies baru ( Vacquier , 1998) .

               Meskipun langkah-langkah lain sudah dilakukan, dari kawin penggabungan perilaku gamet, juga spesies yang lebih atau kurang spesifik, telur dan sperma sangat penting pada hewan yang menumpahkan gamet mereka di perairan terbuka , di mana kemungkinan menghadapi gamet dari spesies lain relatif tinggi .

Sperma Landak Laut Mematuhi Telur Dengan Akrosome Protein Yang Mengikat

               Sebuah spermatozoon landak laut mematuhi telur dengan proses akrosom nya . Oleh karena itu peneliti mencari pada setiap molekul yang akan terjadi di luar proses akrosom dan menempel pada amplop vitelline telur dari spesies yang sama tetapi tidak atau kurang begitu pada amplop vitelline telur dari spesies lain .

               Komponen akrosom pertama kali dibuat dari sperma landak laut Strongylocentrotus purpuratus. Sperma dihentikan untuk solusi agar membran plasma dan membrane akrosom tetap, tetapi diawetkan isi akrosom atau kurang utuh granul. Granul dipisahkan dari komponen sperma lain dan dianalisis menggunakan elektroforesis bt gel. Para peneliti mengamati satu kumpulan besar protein dengan berat molekul jelas dari 30.500 yang mereka sebut mengikat . Dua percobaan menunjukkan bahwa mengikat adalah bahan perekat yang digunakan sperma landak mematuhi telur .

               Untuk menguji apakah kebenaran dari hukum dilakukan apakah proses lapisan akrosom seperti yang diharapkan, Moy dan Vacquicer ( 1979) menggunakan prosedur yang sangat serbaguna yang dikenal sebagai immunostaining (Metode 4.1 ) . itu mengungkapkan mantel tebal mengikat meliputi proses akrosom dari akrosom sperma bereaksi (Gambar 4.5). control sperma , yang tidak mengalami reaksi akrosom , tidak ternoda oleh prosedur . Dalam telur yang baru dibuahi , bindin ditemukan di tempat di mana proses akrosom ditaati . Jadi bindin hadir begitu saja kapan dan di mana itu berperan sebagai mediator adhesi sperma - telur .

               Untuk menguji apakah berkekuatan hukum tetap mengikuti telur dengan cara spesies - spesifik , Glabe dan Lennarz ( 1979) merancang percobaan agregasi sel kompetitif . Mereka dicampur jumlah yang sama antara Strongylocentrotus purpuratus dan Arbacia punctutala telur dengan mengikat baik dari spesies di piring budaya . (Bindin adalah sukar larut dalam air tanpa deterjen dan membentuk partikel dalam air laut ) . Para didhes disimpan pada rotary shaker selama beberapa menit dan diperiksa di bawah mikroskop . Setiap persiapan bindin agglutinasi sebagian besar telur dari spesies sendiri (Gambar 4.6 ) . dalam rangka untuk menguji apakah partikel bindin secara langsung memegang telur bersama-sama , para peneliti memberikan tanda pada bindin dengan pewarna fluorescent , fluorescein. Telur agglutinated menunjukkan partikel fluorescent tepatnya di tempat di mana mereka dikejutkan bersama-sama . Jadi bindins mematuhi khusus untuk telur dari spesies yang sama . Bindins dari spesies landak laut yang berbeda yang serupa tetapi tidak identik dalam ukuran dan komposisi asam amino , sesuai dengan spesies - kekhususan fungsi mereka ( Glabe dan Clark , 1991) .

               Percobaan yang dijelaskan di atas menunjukkan bahwa bindin hadir begitu saja kapan dan di mana perekat sperma diharapkan untuk bertindak , dan bindin yang dapat menjelaskan spesies - kekhususan adhesi sperma - telur . Setelah adhesi sperma - telur , sperma menembus akrosom ( Colwin dan Colwin , 1960 ) . Sperma membran plasma kemudian datang dalam kontak dengan membran plasma telur . Kontak membran plasma ini dapat memicu serangkaian acara kolektif disebut aktivasi telur , yang akan kita bahas dalam bagian 4.4 .

 

                          (a)                                                                     (b)

Gambar 4.5 lokalisasi bindin pada proses akrosom laut landak sperma setelah reaksi akrosom ( a) . dan setelah bindin dengan telur di tingkat amplop vitelline ( b ) . lokasi bindin diungkapkan oleh immunostaining bagian tipis untuk melihat di bawah mikroskop elektron . Antibodi kelinci primer disiapkan melawan landak laut bindin , dan antibodi babi sekunder terhadap kelinci lgGwere jonjugated dengan peroksidase . Ketika dilengkapi dengan substrat yang sesuai , enzim menghasilkan endapan padat elektron , yang mengungkapkan lokasi bindin .

 

                          (A)                                                                                             (S)

Gambar 4.6 spesies aglutinasi spesifik telur landak laut oleh bindin . Sebuah suspensi yang mengandung jumlah yang sama telur Strongylocentrotus purpuratus ( S ) dan Arbacia punctulata ( A ) dicampur dengan sejumlah kecil partikel bindin dari salah satu spesies dan dikocok lembut selama 2 sampai 5 menit. asosiasi telur yang dihasilkan diberi skor berdasarkan pigmentations telur yang berbeda seperti SS , AS , atau AA . setiap bindin agglutinated sebagian besar telur dari spesiesnya sendiri .

               Reseptor spesifik ( s ) untuk bindin pada telur sueface s sampai perlu diidentifikasi . Tidak jelas apakah molekul reseptor tunggal cukup untuk dermaga sperma , memicu fusi membran plasma , dan memulai aktifitas telur. Setiap molekul calon harus memenuhi kriteria sebagai berikut : diharapkan untuk bisa terhubung ke membran plasma telur atau membrane vitellin. Juga harus mengikat sperma dan bindin yang satu spesies - spesifik . Lebih - lebih , harus menghambat pembuahan dengan telur untuk tempat sperma mengikat. Akhirnya , antibodi terhadap molekul calon harus memblokir pembuahan.

Penggabungan Gamet Pasti Akan Membentuk Perkembangan

               Setelah kontak plasma membran telah terjadi , sel telur dan sperma melanjutkan dengan gamet fusion , acara yang terletak di jantung pembuahan . Dalam landak laut , gamet fusi selalu terjadi di ujung proses akrosom dan sepuluh melibatkan microvillus telur (Gambar 4.7). Pada beberapa spesies , bagian dari membran telur yang terhubung dengan sperma terbatas pada daerah dekat inti sel telur , yang berisi glycoprotein khusus membran plasma ( Freeman dan Miller , 1982; Freeman , 1996) .

               Di lokasi gamet fusion , telur yang dibuahi membentuk tonjolan yang disebut fertilisasi kerucut . Kerucut menelan sperma karena tenggelam ke dalam telur (Gambar 4.8 ). Proses ini melibatkan gerakan sitoplasma telur ke wilayah yang mengelilingi inti sperma (Long , 1989) . Pembuahan kerucut sering tumbuh selama beberapa menit setelah gamet fusi dan kemudian mengalami regresi . Formasi kerucut dikaitkan dengan polimerisasi tindakan kortikal ke microfilament , cytochalasin , obat yang mengganggu microfilament perakitan , menghambat pembentukan kerucut . Diperkirakan bahwa kerucut pemupukan dan mikrofilamen memfasilitasi masuknya sperma , tetapi mekanisme envolved masih belum jelas .

Gambar 4.7 Gamete fision selama laut landak pembuahan . Mikrograf elektron menunjukkan hubungan antara sitoplasma dengan proses akrosom dari sperma (kiri atas ) dan microvillus dari telur .

                       (a)                                                         (b)                                                         (c)

Gambar 4.8 penggabungan sperma ke sel telur landak laut . (a , b ) mikrograf elektron scanning menunjukkan internalisasi kepala sperma ke dalam telur . ( c ) transmisi elektron mikrograf menunjukkan kepala sperma ditelan oleh gundukan sitoplasma mengetahui terjadinya pembuahan kerucut .

4.3. PERKEMBANGAN MAMALIA

               Kelompok lain dari hewan yang sering digunakan untuk studi tentang perkembangan berbagai mamalia bukan manusia ( Yanagimachi , 1994) . Tikus dan mammala laboratorium lain yang sering digunakan sebagai model untuk manusia, yang mungkin manfaat dari penelitian perkembangan untuk tujuan mengatasi kemandulan atau mencegah kehamilan yang tidak diinginkan . Penyidik ​​perkembangan mamalia harus bersaing dengan fakta bahwa telur relatif sulit diperoleh. Juga, untuk penelitian in vitro , cairan dari saluran reproduksi perempuan harus menirukan media tepat dirumuskan . Selain itu, untuk setiap pengamatan in vitro telur yang dibuahi di luar tahap blastokista embrio harus ditanamkan ke dalam rahim perempuan . Namun, para peneliti yang bekerja dengan tikus memiliki tantangan untuk dapat memanfaatkan kekuatan genetika , dan keuntungan ini akan menjadi lebih berharga karena penelitian di bidang ini berkembang ke arah analisa molekul kunci yang terlibat ( Allen dan Green , 1997; Snell dan Putih , 1996) .

Sperma Tikus Menjalani Reaksi Akrosom Setelah Mereka Mematuhi Zona Pelusida

               Kendala pertama yang dihadapi oleh sperma mamalia untuk mendekati telur baru berovulasi adalah lapisan sel granulosa tertanam dalam matriks ekstraseluler longgar (lihat Gambar . 3.21 ang 3.22 ) . protein membran plasma sperma yang dikenal sebagai PH20 memiliki aktivitas enzim yang mencerna komponen matriks utama , asam hyaluronic . Tindakan ini , bersama dengan gerakan Burrowing aktif memungkinkan sperma untuk membuat jalan ke zona pelusida ( Lin et al . , 1994 ) .

Gambar 4.9 reaksi akrosom pada mamalia . ( a) mikrograf transmisi elektron dari sperma hamster sebelum reaksi akrosom . A = akrosom . ( b ) gambar kepala sperma sebelum reaksi akrosom , dengan membran plasma sperma dan membran akrosom utuh . ( c ) selama reaksi akrosom membran plasma sperma dan membran luar akrosom terhubung di banyak tempat , membentuk banyak vesikel . ( d ) setelah reaksi akrosom, daerah membran plasma sperma terdiri dari: daerah anterior berasal dari bagian dari membran dalam akrosom , segmen khatulistiwa , yang telah tidak memiliki vesiculat, dan wilayah pusat quatorial .

               Waktu reaksi akrosom dapat bervariasi di antara spesies mamalia , dan tidak selalu dikenal dengan pasti karena masalah teknis yang terkait dengan belajar fertilisasi mamalia in vivo . Pada kelinci , reaksi akrosom tampaknya dipicu ketika liang sperma melalui sel-sel granulosa. Pada tikus , semua bukti yang ada menunjukkan bahwa reaksi akrosom yang ditimbulkan ketika sperma melekat pada zona pelusida , setara antara mamalia dengan amplop vitelline dari bulu babi .

               Akrosom pada kebanyakan mamalia membentuk topi yang diperpanjang bagian atas anteriornya dari nukleus (Gambar 4.9 ). Membran akrosom luar terletak di bawah membran plasma sedangkan membran akrosom dalam terletak dekat dengan amplop inti . Selama reaksi akrosom , membrane akrosom yang luar dan membran plasma sperma terhubung di banyak titik , putus dua membran menjadi banyak vesikel kecil . Vesikel ini tetap terhubung satu sama lain dengan matrik komponen dalam isi akrosom sampai akhirnya matriks dibubarkan dan vesikel memisahkan . Fusi dari luar akrosom membran plasma , namun luas , berhenti pendek dari tepi posterior dari akrosom , meninggalkan lipatan collarlike membran , segmen khatulistiwa , untuk mengelilingi kepala sperma. Akibatnya , membran plasma sperma sekarang terdiri dari tiga wilayah yang berbeda : sebuah daerah anterior berasal dari membran dalam akrosom , segmen khatulistiwa , dan wilayah tengah equatorial (Gambar 4.9d ) . berbeda dengan landak laut , sperma mamalia juga memiliki bahan tengah acrosomal yang sedikit dan tidak membentuk proses akrosom

               Sperma tikus dan banyak mamalia lain mengalami reaksi akrosom setelah mengikuti zona pelusida dengan sisi daerah anterior kepala mereka (Gambar 4.10 ) . Penyelesaian reaksi akrosom tergantung pada peningkatan konsentrasi Ca+ dalam sel ( Shirikawa dan Miyazaki , 1999) , seperti halnya untuk landak laut (sea Bagian 4.2). memiliki proses reaksi akrosom , sperma mamalia pemupukan membentuk lubang - atau memperlebar area terbuka yang sudah ada sebelumnya - di zona pelusida oleh mekanisme yang belum diketahui . Ada setelah , sperma jettisons matriks akrosom dengan vesikel membran yang menutupi kepalanya , dan menggeliat jalan ke ruang perivitelline antara zona dan membran plasma telur .

               Setelah masuk ruang antara perivitelline tersebut , sperma menghubungi membran plasma telur dengan khatulistiwa atau daerah pusat equatorial membran plasma mereka . Meskipun kedua wilayah ini terpapar dalam sperma utuh akrosom , reaksi akrosom tidak pernah kurang dalam proses penyatuan gamet : telur dari zona pelusida telah dihapus eksperimental hanya terhubung dengan akrosom sperma yang bereaksi , tidak dengan sperma utuh akrosom . Pengamatan ini menunjukkan bahwa reaksi akrosom memodifikasi protein yang terletak di daerah ekuator atau pusat equatorial , atau wilayah tersebut beberapa cara memperoleh molekul baru dari mana pun sebagai bagian dari reaksi akrosom .

Gambar 4.10 sperma mamalia ( a) mengikuti zona pelusida , ( b , c ) mengalami reaksi akrosom , dan ( c , d ) melanggar zona pelusida dalam perjalanan ke sel telur yang tepat . Sperma mengatasi kekuatan adhesi antara membran plasma sendiri dan zona dengan meninggalkan pelindung membrane vesikel dan matriks akrosom dihasilkan selama reaksi akrosom .

               Sifat dari molekul yang terlibat dalam kontak dan penggabungan dari telur dan sperma mamalia, dan mekanisme penyebaran mereka , saat ini sedang diselidiki ( Allen dan Green , 1997). Minat khusus telah difokuskan pada sejenis protein membran plasma dengan domain ekstraseluler membran yang telah prometalloprotease fungsi dan adhesi pertahanan . Seorang anggota keluarga ini , yang dikenal sebagai PH30 atau fertilin , terakumulasi dalam membran plasma sperma mamalia . Tikus mutan kekurangan fertilin memiliki sperma yang kekurangan kemudian saya migrasikan dari rahim ke saluran telur , adhesi ke zona pellucida telur , kontak membran dalam plasma, sperma dan telur bergabung ( Cho et al . , 1998) . Sebuah protein sperma yang sama juga diperlukan untuk pembuahan di Xenopus ( Shilling et al . , 1997, 1998 ) .

Bioassay Merupakan Strategi Kuat Untuk Mengungkap Komponen Aktif Antara Makhluk hidup

               Adhesi telur sperma pada tikus , seperti pada landak laut , dimediasikan oleh molekul spesifik pada permukaan sel telur dan sperma . Pada landak laut , bindin telah ditetapkan sebagai molekuler perekat pada bagian dari sperma , sedangkan reseptor bindin ( s ) dari telur masih diselidiki seperti yang dibahas sebelumnya . Kebalikannya adalah situasi saat ini pada mamalia : sementara molekul perekat di sisi sperma masih menjadi bahan perdebatan , kontra bagian mereka pada zona pelusida ditandai dengan baik , setidaknya pada tikus .

               Komponen pengikat sperma di zona pada tikus diidentifikasi dengan menggunakan bioassay, strategi yang digunakan untuk menyaring berbagai fraksi seluler atau molekul karena kemampuan mereka untuk mendapatkan respon biologis yang jelas dan mudah mencetak gol . Biossays seperti umumnya sangat kuat , seperti contoh berikut ini akan menunjukkan . Dalam hal ini , para peneliti berusaha untuk mengidentifikasi sperma tikus secara alami mematuhi .

               Untuk membangun bioassay tersebut, Bleil dan Wassarman ( 1980) melakulan percobaan terhadap telur yang dibuahi tikus di bawah kondisi di mana sperma berada di pasokan yang terbatas (Gambar 4.11 ) . sebelum pembuahan , sperma yang preincubated dalam medium yang mengandung zona pelusida glikoprotein . Telur yang tidak dibuahi kemudian ditambahkan ke budaya untuk memungkinkan adhesi sel telur oleh sperma . Setelah penetesan dengan pippet telur untuk menghapus longgar " terpasang " dengan sperma , sperma tegas " terikat " untuk setiap telur dilakukan penghitungan . Sperma menjadiseimbang terikat setelah preincubation dalam medium murni dinormalisasi sampai 100 % . Persentase ini menurun drastis ketika sperma yang preincubated dengan zona pelusida glikoprotein dari telur yang tidak dibuahi .

               Bioassay diuraikan di atas dirancang untuk menguji zona glikoprotein dan komponennya untuk kemampuan bersaing dengan telur utuh untuk adhesi sperma . Pesaing yang paling efektif ( s ) dalam pengujian ini dengan demikian akan diidentifikasi sebagai kandidat yang paling mungkin ( s ) untuk menjadi komponen zona sperma yang secara alami mematuhi . Bioassay lain yang akan dibahas dalam bagian 8.3 dan 9.5 telah dirancang untuk mengidentifikasi komponen sitoplasma yang dipisahkan merata selama pembelahan dan menyampaikan pola yang berbeda ekspresi gen pada blastomer .

Sperma Tikus  Mematuhi Zona Khusus Pelusida Protein

               Zona pelusida disintesis oleh oosit yang berkembang sebagai struktur tebal tapi berpori . Yang paling utama adanya glikoprotein ( ditunjuk ZP1 , ZP2 , dan ZP3 ) , yang berkumpul menjadi panjang , filamen yang saling berhubungan ( Wassarman , 1987 , 1990 ) . Pada zona mamalia lainnya , termasuk manusia , terdiri dari glikoprotein serupa.

Gambar 4.11 bioassay untuk mengidentifikasi zona pelusida tikus komponen yang sperma mematuhi . ( a) mengendalikan percobaan tanpa pesaing . Setetes medium kultur disimpan pada slide kaca di bawah minyak untuk mencegah kekeringan . Sperma berkapasitas ditambahkan ke mikropipet dari kaca . Setelah 1 jam inkubasi , telur yang tidak dibuahi berovulasi ditambahkan . Setelah inkubasi , telur dicuci untuk menghilangkan sperma longgar yang melekat . Rata-rata jumlah sperma per tegas terikat telur mencetak gol . ( b ) percobaan yang sama kecuali bahwa protein zona , atau gugus dari sana , ditambahkan ke dalam media kultur . Jika ditambahkan ke dalam media kultur . Jika mengikat komponen ditambahkan ke sperma adalah solusi , mereka secara efektif bersaing dengan telur untuk tempat sperma melekat, sehingga mengurangi jumlah sperma terikat pada telur . Untuk hasil lihat Gambar 4.12 .

               Untuk mengidentifikasi protein zona , dan bagian yang tepat dari padanya , yang mengikat sperma tikus , Bleil dan Wassarman ( 1980) menggunakan bioassay seperti yang dijelaskan di atas (Gambar 4.11 ) . sebagai bagian dari membangun bioassay ini , mereka sudah menunjukkan bahwa jumlah protein dari telur yang tidak dibuahi zona menghambat pengikatan telur yang dibuahi sperma utuh berkapasitas . Sebaliknya, glikoprotein yang sama dari 2 embrio sel tidak efek melakukan penghambatan ini . Rupanya , zona glikoprotein dari telur yang tidak dibuahi bersaing dengan telur yang tidak dibuahi utuh untuk tempat pada sperma mengikat. Dalam 2 embrio sel , zona glikoprotein tampaknya dimodifikasi sehingga sperma bisa mengikat lagi kepada mereka .

               Setelah bioassay ini didirikan , masing-masing zona glikoprotein dimurnikan dan diuji secara individual dengan cara yang sama . Hanya ZP3 menghambat adhesi telur sperma . zona protein lain tidak bersaing dengan dibuahi tidak bersaing dengan telur yang tidak dibuahi untuk tempat pada sperma (Gambar 4.12 ) yang mengikat . jelas , ZP3 merupaan satu-satunya zona glikoprotein yang mengikat sperma tikus selama inisial sperma telur adhesi .

Gambar 4.12 kompetisi ZP3 tikus dengan telur utuh untuk situs mengikat sperma . Sperma yang preincubated dengan protein dimurnikan ( ZP1 , ZP2 , ZP3 ) dari tikus zona pellucidae sebelum telur yang tidak dibuahi ditambahkan uji ( lihat Gambar . 4.11 ) . Telur yang kedua kemudian untuk jumlah sperma tegas terikat . Garis Hached ( level 100 % ) merupakan rata-rata jumlah sperma per terikat telur dalam percobaan kontrol tanpa komponen zona pelusida ditambahkan ke media cultur . Sperma preincubated dengan ZP1 atau ZP2 terikat pada telur tes di tingkat kontrol dekat , tapi sperma preincubated dengan ZP3 menunjukkan mengurangi kemampuan untuk mengikat . Aksi penghambatan ZP3 sangat bergantung pada o terkait oligosakarida nya . (tarif pemupukan jelas lebih besar dari 100 % adalah sebuah peninggalan dari metode yang digunakan untuk pengolahan tanggal ) .

               Analisis molekuler ZP3 menunjukkan bahwa tulang punggung adalah polipeptida tunggal sekitar 400 asam amino ( Wassarman , 1990) . Memperluas dari polipeptida banyak oligosakarida yaitu, rantai pendek gula terhubung . Beberapa di antaranya adalah o terkait dengan atom oksigen pada salah satu dari dua asam amino : serin atau treonin . Untuk mengungkapkan yang fungsi komponen ZP3 adhesi sperma , ZP3 itu dalam-perawatan dengan berbagai agen untuk menghancurkan bagian-bagian tertentu dari molekul tersebut . The ZP3 pretreatment adalah pengujian lagi sebagai pesaing dalam bioassay tersebut . Penghapusan dari oligosakarida menghancurkan fungsi kompetitif ZP3 , sedangkan memotong polipeptida enzimatis menjadi potongan-potongan pendek tidak memiliki efek tersebut . Secara khusus , menghilangkan oligosakarida o dihubungkan dengan alkali ringan meninggalkan ZP3 pesaing layak ( Florman dan Wassarman , 1985) . Sebaliknya, terkait oligosakarida o sendiri berkompetisi serta ZP3 utuh . Yang tepat biasanya bagian tersebut dalam oligosakarida o terkait yang sangat penting untuk adhesi sperma masih perlu dibangun . Hal ini juga tidak jelas apakah polipeptida ZP3 memainkan peran langsung dalam adhesi atau jika hanya menentukan " presentasi " dari oligosakarida o terkait ( Wassarman dan Litscher , 1995) .

               Baris tambahan bukti menegaskan bahwa glikoprotein ZP3 adalah molekul penting untuk adhesi sel telur sperma pada tikus ( Bleil dan Wassarman , 1986) . Pertama , dimurnikan dan radiolabeled ZP3 dari telur yang tidak dibuahi mengikat hanya kepada kepala sperma , bukan untuk midpiece atau ekor ini konsisten dengan pengamatan bahwa mengikat sperma dengan kepala untuk theegg zona pelusida . Kedua , dimurnikan ZP3 dari zona pelusida embrio tidak mengikat sperma , conferming pengamatan sebelumnya zona pelusida bahwa protein dari 2 embrio sel tidak aktif dalam uji mengikat kompetitif .

               Protein membran sperma tikus ( s ) yang mengikat secara khusus untuk ZP3 masih soal dabate ( Snell dan Putih , 1996 ) . Mungkin kandidat utama sejauh ini adalah enzim , N - asetilglukosamin galactosyltransferase ( Gal Tase ) , yang terletak di ujung akrosom sperma utuh ( Syur , 1989; . DJ Miler et al , 1992; Gong et al , 1995. ) . Fungsi biokimia Gal Tase adalah untuk mentransfer galactosa ke rantai oligosakarida berakhir dengan N - acetylglucosamines . Namun, karena galactosa tidak mampu menyelesaikan fungsi dan sebagainya tetap menyerang ke terminal N - acetylglocosamines dari oligosakarida O -linked dari ZP3 ada juga bukti bahwa protein sperma lainnya mematuhi ZP3 ( Bleil dan Wassarman , 1990; Leyton et al . , 1992, 1995 ) , dan tampaknya mungkin bahwa dua atau lebih molekul adhesi dapat bertindak secara sinergis dalam telur adhesi sperma

Antobodi terhadap Protein Adhesi Sperma-Telur yang bertindak sebagai Kontrasepsi

Penelitan fertilisasi termasuk pengembangan aplikasi medis yang dirancang baik untuk membantu pasangan infertil untuk memiliki anak atau untuk membantu pasangan fertil untuk menghindari anak-anak yang tidak diinginkan. Penelitian sebelumnya, bahwa kapasitas sperma telah meningkatkan kesuksesan dalam fertilisasi, pengetahuan tentang kontrol hormone ovulasi dengan syarat perkembangan awal harus lebih digunakan sebagai kontraseptik hingga kini.

Baru-baru ini dikembangkan metode intracytoplasmic sperm injection (ICSI) untuk menyisipkan satu sperma langsung ke citoplasma sehingga menjadi oosit matang. Siap digunakan apabila seseorang memiliki jumlah  sperma rendah atau memiliki sperma tinggi yang tidak sempurna. Metode ini menghindari ketelitian saat proses seleksi sperma hingga menjadi normal kembali.

Di sisi lain, pertumbuhan keseluruhan populasi manusia di bumi adalah membuat metode alat kontrasepsi yang efektif satu-satunya cara berkelanjutan untuk menghindari baik kelaparan skala besar dan degradasi lingkungan. vaksin alat kontrasepsi dapat menjadi alternatif yang layak untuk traditioal kontrasepsi mana yang terakhir tidak praktis atau dianggap tidak diinginkan.Sejak adhesi sperma-telur dan plasma membrane melakukan kontak dan bergantug pada beberapa molekul yang spesifik, mungkin dapat menutup proses tersebut yang digunakan untuk antibody sehingga kerjanya tidak diganggu oleh fungsi yang lain.

Imunisasi dengan protein zona dari hamster membuat tikus betina infertile, tetapi setelah itu konsentrasi antibody berkurang, kemudian tikur tikus tersebut dapat normal kembali. Serupa, tikus betina yang diimunisasi dengan tikus ZP3 prodak antibody pada lapisan zona polusida sehingga akan menjadi oosit.

Protein sperma mempunyai target lain dari antibody konraseptik. Data klinik yang terindikasi dari manusia yang mengalami kemandulan mungkin disebabkan dari anti-sperma antibody jantan atau pasangan betina.

4.4 AKTIVASI TELUR

Fertilisasi pengaktivan telur diceruskan, dalam sebuah rankaian simulasi yang diam kemudian masuk ke siklus cell dan memualai perkembangaan. Pengaktifan mengalir membutuhkan mekanisme sinyal itraseluler kemudian berkordinasi sehingga terbawa arus. Kemudian siyal tersebut memasuki dalam particular calcium ion transients, naiknya pendek, osilasi di konsentrasi kalsium ion, dan aktivasi protein kinase c. Pengaktivan telur dipercepat memasuki metabolism DNA replikasi dan protein sintesis dan mempersiapakna untuk pembelahan yang cepat.

Aktivasi telur yang mungkin dipicu oleh mekanisme sinyal yang berbeda

Bagaimana fertilisasi menggerakkan telur yang diaktivasi? Itu ada dua scenario. Pertama, aktivasi telur digerakkan oleh dua gamet yang bergabung, ketika sperma bertemu dan mengaktifkan kompenen di dalam telur. Kedua, akativasi telur digerakkan terlebih dahlu oleh plasma membrane yang kontak langsung, ketikia sperma aktif oleh reseptor di atas permukaan telur.

Menurut proses pertama,komponennya bertemu dengan sperma sitoplasma masuk ke telur sitoplasma, atau dengan sperma membrane masuk ke dalam sperma membrane, demikian telur mengalami pergerakan aktivasi. Pendukung hipotesis ini,respon aktivasi telur mendirikan gerakan dari sitoplasma protein isolasi dari sperma dan memasuki telur melalui cacing dan tikus. Repon aktivasi menggerakkan Ca osilasi, melepaskan dari ca menuju endoplasmic reticulum.

Menurut proses kedua, kontak dengan sperma membrane plasma aktivasi sperm reseptor pada permukaan telur. Lokasinya barangkali dipermukaan membrane plasma telur. Pencarian reseptor yng punya fungsi sama dengan pengaktivan telur telah mengarahkan kepada observasi pengaktivan proses diantaranya: inositol trisphosphate, diacylglecerol, protein kinase, dan kalsium ion. Kunci dari enzim yang melepaskan dari messenger yaitu enzim phospholipase.

peningkatan sementara konsentrasi ion kalsium diikuti oleh aktivasi protein kinase c

Protein kinase sementara digerakkan oleh fertilisasi dan telah berdiri secara tetap dari aktivasi telur semua spesies yag telah dipelajari. Dalam telur besar, jumlah konsentrasi kalsium ion mengalami pertambahan.

Untuk menguji apakah kalsium ion transien merupakan cukup untuk aktivasi kemudian menjadi, investigators untuk menambahkan kalsim ion untuk telur yang tidak dibuahi.

Untuk menguji apakah kalsium ion transien perlu untuk semua aktivasi berikut bahwa peneliti telah menghapus kalsium ion dari telur landak laut sebelum melakukan fertilisasi.

Aktivasi telur memicu penyelesaian meoisis dan fusi dari gametis genom haploid

               Aspek yang paling penting dari aktivasi telur adalah dimualainya kembali siklus sel, yang terjadi dalam tiga langkah utama. pertama, di sebagian besar spesies, pembuahan melepaskan telur dari blok meiosis yang kedua, yang memungkinkan pembentukan telur inti haploid. Kedua, telur inti haploid dan pasangan jantan nya, inti sperma, berinteraksi untuk membentuk genom haploid embrio. Ketiga, aktivasi telur memulai cyclus mitosis cepat yang menjadi ciri pembelahan embrio.

   Telur yang tidak dibuahi oleh amfibi dan sebagian besar mamalia yang ditangkap selama metafase  kedua meoiosis. Penangkapan disebabkan oleh tingkat tinggi yang berkelanjutan disebut M-Phase promoting factor (MPF). Level tinggi MPF tergantung pada tingkatan konsentraasi yang tinggi dari beberapa protein dan kiranya protein yang lain sampai oosit masak.

               Pertemuan gamet jantan dan gamet betina berakhir pada proses fertilisasi menjadi satu sel yaitu zigot. Kedua gamet tersebut berkontribusi dalam kemiripan pada kromosom ke zigot. Hampir semua dari zigot sitoplasma, dan organel lain tentu saja besasal daari telur. Namun centrosome pada lebih spesies, termasuk manusia selama oogenesis dan zigot pulih dari sepasang sentriol kaki pada sperma flagel.

               Proses di mana inti diploid membentuk dari pria dan wanita pronukleus bervariasi antara kelompok hewan. Pada landak dan lainya, di bungkus oleh pronukleus yang di sebut syngami yang terselubung di dalam maternal dan paternal kromosom. Seperti gambar ini(4.16)

Aktivasi mempercepat metabolisme telur dalam persiapan untuk pembelahan

               Saat telur yang tidak dibuahi umumnya sel terus hidup, pembuahan adalah terus bagun untuk tahap lebih cepat di sebut pembelahan. Pembelahan memerlukan replikasi DNA secara cepat, mencakup sintesis untuk membangng blok, nukleotida. Tambahan juga, histon, dan kromosom protein yang dibutuhkan utnuk sintesis. Beberapa sama di siklus, kinase dan protein lain yang terbawa dan di regulasi di siklus cell.

4.5 BLOK TERHADAP POLISPERMA

               Telur dari banyak spesies yang mempunyai ribuan dari adhesi pada viteline, sehingga menjamin fertilisasi menjadi matang. Itu bisa menyebabkan pembuahan telur tunggal oleh lebih dari satu sperma. Serupa dengan kondisi ini, ketahui bahwa polisprma, ini dapat membawa banyak spesies. Fertilisasi pada telur bulu babi dengan dua sperma, contoh hasil dari satu zigot dengan tiga pasang kromosom yang haploid. Juga, dua sentromer yang dimasukan dari dua sperma akan mengalami benang mitosis dengan empat kutub.

               Banyak sekali mekanisme yang dapat meningkatkan kedatangan polisperma dalam tubuh. Banyak spesies, termasuk beberapa serangga, beberapa salamander, reptile,  dan burung, yang punya polisperma asli, tetapi beberapa sperma tambahan di berikan untuk menginaktifkan telur paada binatang tersebut. Pada spesies yang lain polisperma di cegah, tipikalnya yang mempunya dua mekanisme secara sendiri. Satu mekanisme, yang kita tahu di sebut blok untuk polispermi yang cepat, ini sangat cepat tapi sementara. Mekanisme yang lain di sebut blok untuk polispermi yang lambat, memerlukan waktu untuk memperoleh arah bawah yang permanen.

Reaksi Kortikal Menyebabkan Blok Lambat pada Reaksi Polispermia

Peristiwa penting lain dalam aktivasi sel telur adalah reaksi kortikal, yang juga dikenal sebagai reaksi zona pada mamalia. Reaksi kortikal adalah eksositosis granula kortikal, yang vesikel membran-terikat berasal dari aparatus Golgi dan disebarkan di bawah membran plasma telur selama pematangan oosit. Sebuah telur tikus yang tidak dibuahi memiliki sekitar 4000 butir kortikal, sementara landak laut memiliki telur 15.000 atau lebih. Selama aktivasi telur, butiran kortikal menjalani eksositosis, melepaskan isinya ke dalam ruang perivitelline antara membran plasma dan amplop vitelline . Dalam landak laut, reaksi kortikal diikuti oleh eksositosis diatur vesikel tambahan yang mengarah ke konstruksi berurutan dari lapisan ekstraseluler bahan seputar telur.

              Reaksi kortikal segera dimulai setelah kontak sperma-telur dan selesai dalam satu atau dua menit, tergantung pada ukuran telur. Pada mamalia, reaksi kortikal tampaknya dipicu oleh protein kinase C (PKC), pada putarannya diaktifkan oleh diasilgliserol, dan mungkin, Ca ^{2 +} . Pada landak laut, reaksi kortikal tampaknya dipicu oleh efek yang lebih langsung dari Ca ^{2 +} . Kedua gelombang kalsium dan kortikal granula eksositosis menyapu seluruh telur dalam gelombang dimulai pada titik masuk sperma, dengan eksositosis setelah pelepasan kalsium setelah sekitar 6s. Eksositosis dari kortikal butiran-mirip dengan eksositosis dari vesikel- eksositosis melibatkan interaksi antara protein disebut SNARE terletak di wajah sitoplasma dari vesikel eksositosis dan membran plasma sasaran mereka.

Pada telur landak laut, komponen dilepaskan selama reaksi kortikal memiliki tiga efek utama. Pertama, protease memecah protein yang menambatkan amplop vitelline ke membran plasma. Pada saat yang sama, butiran kortikal gudang polisakarida kompleks yang dikenal sebagai glycosaminoglycans, yang menarik air ke dalam ruang perivitelline. Lapisan agar-agar yang dihasilkan, yang dikenal sebagai lapisan hialin, mengangkat amplop vitelline dari membran plasma telur. Kedua, peroksidase amplop vitelline mengeras oleh cross-linking protein yang berdekatan. Amplop itu mengeras adalah yang disebut amplop pembuahan. Ketiga, enzim memodifikasi reseptor sperma dan komponen lain dari amplop vitelline sehingga sperma tidak lagi menempel pada permukaan telur.

Reaksi kortikal menyebabkan blok lambat pada polispermia. Tindakan protektif yang mungkin diperlukan karena telur di bawah amplop pembuahan masih terfertilisasi:  Jika telur tersebut adalah jalur dari fertilisasinya amplop dan lapisan hialin, maka sperma tambahan akan masuk. Namun, amplop pemupukan permanen menghambat penetrasi sperma lebih banyak jatuh.

Zona reaksi pada telur mamalia ini mirip dengan reaksi kortikal pada telur landak laut dan memiliki hasil yang sangat mirip. Enzim tertentu dilepaskan dari granula kortikal cross-link zona protein, sehingga membuat zona kedap sperma. Enzim lain memodifikasi glikoprotein ZP3, sehingga ZP3 tidak lagi mengikat sperma atau memunculkan reaksi akrosom.

4.6 PRINSIP MEKANISME TUMPANG

Banyak langkah dalam pembangunan bergantung pada dua atau lebih mekanisme yang melengkapi atau memperkuat satu sama lain. Kami menyebutnya prinsip mekanisme tumpang tindih. Pakar embriologi terkemuka Hans Spemann (1938) menyebutnya sebagai "Prinsip jaminan doubel" atau "prinsip sinergi pembangunan". Derajat tumpang tindih antara mekanisme yang berbeda yang mendukung proses biologis yang sama berbeda dari kasus ke kasus. Dalam bab ini, kami telah menemukan mekanisme yang tumpang tindih untuk adhesi sperma-telur, untuk penetrasi zona pelusida, untuk memicu aktivasi telur, dan untuk mencegah polispermia. Berkenaan dengan kasus terakhir, kita melihat bahwa banyak telur hewan memiliki dua blok pada polispermia: blok cepat mengandalkan potensial membran listrik, dan blok lambat mengandalkan pembentukan amplop pembuahan. Kejadian pelepasan putaran bergantung pada tiga mekanisme-yaitu, pembelahan protein penarikan dan pembentukan lapisan hyline, bersama-sama mengangkat amplop vitelline dari membran plasma telur, pengerasan amplop vitelline, yang membuatnya kedap sperma tambahan, dan pelepasan molekul sperma mengikat dari amplop vitelline.

              Blok cepat pada polispermia memegang selama dibutuhkan pada blok lambat untuk menjadi efektif (Lihat gambar 4.1). Ini adalah contoh minimal dari tumpang tindih antara mekanisme yang berbeda yang melayani fungsi biologis yang sama. Sebaliknya, tiga mekanisme penghambatan yang merupakan blok lambat tampaknya berlebihan. Secara teori, seharusnya tidak ada kebutuhan untuk amplop vitelline mengeras atau untuk mengangkat lebih jauh plasma membran atau gudang ketika molekul sperma mengikat telah dimodifikasi. Ada dua kemungkinan penjelasan untuk fakta bahwa ini tampaknya mekanisme berlebihan masih ada. Pertama, masing-masing mekanisme bisa berfungsi sebagai gagal-aman mekanisme untuk mendukung dua lainnya. Jika setiap mekanisme dengan sendirinya dihilangkan hanya 9 dari 10 sperma ekstra, maka tiga mekanisme bersama-sama akan menghilangkan 999 dari 1.000 sperma tambahan. Ini akan cukup.

Reaksi kortikal pada telur landak laut. (A) Sebagai bagian dari aktivasi telur, butiran kortikal di bawah membran plasma mengalami eksositosis, melepaskan ke dalam ruang perivitelline beberapa komponen yang mendukung tiga proses utama. Pertama, protease memecah protein yang menambatkan amplop vitelline ke membran plasma. Pada saat yang sama, glycosaminologlycans juga dibebaskan dari butiran kortikal menarik air ke dalam ruang perivitelline dan dari lapisan hialin yang mengangkat amplop vitelline dari membran plasma telur. Peroksidase Kedua peroksidase amplop vitelline mengeras oleh cross-linking protein yang berdekatan. Amplop itu mengeras kemudian disebut amplop pembuahan. Ketiga, enzim lain memodifikasi komponen amplop vitelline sehingga sperma tidak lagi menempel pada permukaan telur. (B) Transmisi elektron mikrograf menunjukkan korteks telur landak laut yang tidak dibuahi (Strongylocentrotus purpuratus). Amplop vitelline (VE) diterapkan erat dengan membran plasma (PM) dan mengikuti kontur mikrovili. Granul kortikal mengandung komponen lameller dan amorf (asterisk). (C) Sepuluh menit setelah pembuahan, amplop fertilisasi (FE) dipisahkan dari telur oleh lapisan hialin (HL), yang menumpuk di ruang perivitelline (PVS). (D) Scanning elektron mikrograf menunjukkan aspek bagian dalam membran plasma dari telur yang tidak dibuahi. Granul kortikal (badan bulat) masih utuh.

Perlindungan yang sama bahkan untuk telur yang terkena kelebihan sperma. Penjelasan lain untuk kegigihan mekanisme yang tampaknya berlebihan untuk satu fungsi biologis adalah bahwa setiap mekanisme mungkin memiliki satu atau lebih fungsi tambahan. Misalnya, fertilisasi amplop mengeras juga memberikan perlindungan mekanis, dan lapisan hialin juga membentuk lapisan perusahaan di sekitar sel-sel blastula, yang mencegah sel-sel ini meninggalkan embrio. Dengan demikian, apa yang tampaknya menjadi mekanisme berlebihan untuk satu fungsi sebenarnya dapat menjadi bagian dari jaringan yang lebih besar dari mekanisme yang melayani beberapa fungsi.

              Mekanisme Tumpang Tindih mungkin penting bagi organisme, tetapi mereka juga bisa menjadi tantangan bagi para peneliti. Jika fungsi biologis yang diberikan didukung oleh beberapa mekanisme, sangat sulit untuk menganalisis salah satu dari mereka. Salah satu cara untuk menguji apakah mekanisme certains diperlukan pada fungsi yang diberikan adalah untuk memblokir mekanisme (oleh mutasi, obat-obatan, atau cara lain) dan untuk mengamati apakah fungsinya gagal. Tes ini mungkin tidak mengungkapkan mekanisme yang diperlukan, karena setiap mekanisme bloked adalah becked up, setidaknya sampai pada taraf tertentu, oleh orang lain yang masih bekerja. Dalam situasi ini, peneliti harus mengganggu beberapa mekanisme secara bersamaan sebelum hasil analisis dan fungsi biologis bunga gagal.

4.7 PARTHENOGENESIS

Beberapa hewan dapat berkembang biak dengan partenogenesis (Parthenos, “Virgin”; genesis, “Origin”) yang merupakan pengembangan dari keturunan yang layak dari telur yang tidak dibuahi. Pada kutu daun dan serangga, partenogenesis bergantian lain dengan reproduksi seksual, strategi reproduksi yang dikenal sebagai partenogenesis fakultatif.  Reproduksi partenogenesis betina selama musim panas ketika makanan berlimpah. Pada akhir musim, generasi jantan dan betina mengembangkan dan mereproduksi seksual. Telur yang sudah dibuahi dari generasi ini melewati musim dingin dan berkembang menjadi betina selama musim semi berikutnya. Pada serangga lainnya, termasuk lebah, partenogenesis digabungkan dengan penentuan seks. Telur yang dibuahi menimbulkan betina diploid, sedangkan telur yang tidak dibuahi berkembang menjadi jantan haploid yang disebut drones. Beberapa spesies, sebagian besar invertebrata tetapi juga beberapa kadal, bereproduksi oleh partenogenesis wajib. Populasi mereka seluruhnya terdiri dari perempuan.

              Spesies partenogenesis dihadapkan dengan tiga masalah. Pertama, mereka perlu untuk mengimbangi pengurangan jumlah kromosom yang biasanya terjadi selama meiosis. Mereka dapat melakukan hal ini melalui beberapa mekanisme, seperti melewatkan satu divisi meiosis sekering dua inti haploid setelah meiosis. Masalah kedua pada spesies partenogenesis adalah aktivasi telur. Salamander perak, Ambystoma Platineum, memecahkan masalah ini dengan mendaftar bantuan dari jantan dari spesies lain. Tidak ada jantan A. Platineum, tetapi betina kawin dengan jantan dari salamander terkait erat, A jeffersonianum. Sperma dari jantan ini hanya mengaktifkan telur A. Platineum dan tidak memberikan kontribusi lebih jauh genom mereka ke musim semi (Uzzell, 1964). Spesies partenogenetik lainnya menggunakan rangsangan yang berbeda untuk mengaktifkan telur mereka. Pada tawon parasit, telur yang tidak dibuahi diaktifkan oleh gesekan atau distorsi ketika mereka melewati ovipositor sempit (Went and Krause, 1973). Masalah ketiga dalam Partenogenesis adalah kurangnya Sentrosom, yang biasanya diperkenalkan oleh sperma dan berfungsi untuk mengatur mitosis spindel pertama. Namun, Sentrosom mungkin juga disumbang oleh telur, atau terbentuk dari komponen sitoplasma yang lebih kecil dalam telur, atau diganti fungsional oleh pusat-pusat pengorganisasian mikrotubulus lainnya.

              Di laboratorium, berbagai perawatan fisik dan kimia telah digunakan untuk mengaktifkan telur. Salah satu metode yang paling umum digunakan adalah menusuk telur dengan jarum, hanya memilih satu yang telah dicelupkan ke dalam darah atau jaringan lain. Perawatan ini dapat memicu suatu peristiwa awal dalam kaskade aktivasi, seperti Ca ^{2 +} sementara, yang kemudian memunculkan peristiwa berikutnya. Kotoran pada jarum tusuk juga dapat berfungsi sebagai Conters nukleasi untuk pembentukan spindle. Untuk pengembangan ke tahap lanjutan, jumlah kromosom diploid biasanya harus dipulihkan. Namun, orang dewasa telah diperoleh, dengan berbagai bentuk keberhasilan, melalui aktivasi buatan dibuahi telur landak laut, bintang laut, ngengat sutra, ikan, dan katak (Beatty, 1967).

            Partenogenesis  alami tidak diketahui pada mamalia. Telur tikus yang tidak dibuahi diaktifkan dalam serangkaian percobaan tidak berkembang melampaui hari ke-11, setengah jalan melalui kehamilan mereka. Dengan tanam pronukleus antara telur tikus yang dibuahi, seseorang dapat menumbuhkan zigot dengan dua pronukleus betina dan tidak ada pronukleus jantan (Tabel 4.2). Zigot tersebut berkembang menjadi embrio bimaternal, yang pengembangan gencatan pada waktu yang sama embrio sebagai partenogenesis. Zigot dengan dua pronukleus jantan dan tidak ada pronukleus betina berkembang menjadi embrio bipaternal, mereka juga mati di tengah-tengah kehamilan, tetapi menunjukkan cacat yang berbeda dari embrio bimaternal. Kontrol zigot dengan satu jantan dan satu pronukleus betina, yang dihasilkan oleh teknik transplantasi yang sama, dapat berkembang secara normal (McGrath and Solter, 1984). Hasil ini menunjukkan bahwa pada mamalia baik pronukleus betina dan pronukleus jantan diperlukan untuk perkembangan embrio. Gen mamalia tertentu dapat diaktifkan hanya dalam pronukleus betina, sedangkan gen lain harus diperkenalkan melalui garis kuman jantan dalam rangka untuk munculkan (Surani et al., 1986).

RINGKASAN

Pemupukan adalah penyatuan dua gamet haploid-satu telur dan satu sperma untuk membentuk zigot diploid dari mana individu baru berkembang. Selain benar waktunya perilaku kawin orangtua, beberapa hewan memikat menggunakan kimia dan mekanisme kapasitasi untuk memastikan bahwa telur dan sperma siap untuk fertilisasi ketika mereka bertemu satu sama lain. Pada sebagian besar spesies, sperma menembus beberapa lapis telur sebelum mencapai membran plasma telur. Yang paling penting adalah amplop vitelline mamalia yang disebut zona pelusida-yang merupakan lapisan protein yang ditetapkan oleh oosit sebelum ovulasi. Interaksi sperma dengan amplop vitelline atau mantel telur lain memicu reaksi akrosom, di mana sperma melepaskan isi akrosomnya. Enzim dari bantuan akrosom sperma untuk melisiskan jalan ke sel telur yang tepat. Sperma mematuhi permukaan telur dengan cara spesies-spesifik, dengan cara mencocokkan molekul pada kepala sperma dan amplop vitelline telur dari spesies yang sama.

              Kontak atau fusi dari sel telur dan sperma membran plasma memicu kaskade respons telur kolektif disebut aktivasi telur. Ini termasuk sperma masuk, naik sementara dalam ion kalsium (Ca ^2 +) konsentrasi dan pH, percepatan banyak proses metabolisme, dan dimulainya kembali siklus sel. Di banyak spesies, aktivasi telur juga memerlukan perubahan pada permukaan telur yang mencegah polispermia. Telur spesies tersebut biasanya menggunakan blok listrik cepat tetapi sementara sebelum lebih lambat, blok set permanen masuk hasil blok lambat dari reaksi kortikal, di mana butiran kortikal terletak di bawah membran plasma telur melepaskan ikatan mereka dengan eksositosis. Reaksi kortikal mengubah amplop vitelline dalam beberapa cara yang membuatnya kedap sperma.

              Beberapa hewan dapat berkembang biak dengan partenogenesis, pengembangan musim semi layak dari telur yang tidak dibuahi. Spesies ini menggunakan beberapa mekanisme untuk menghindari atau mengkompensasi bahwa penurunan jumlah kromosom terjadi selama meiosis dan untuk memicu aktivasi sel telur.