Fertilisasi 2015 [PDF]

Citation preview

2/2/2015



FERTILISASI • Macam fertilisasi: eksternal & internal • Fertilisasi pada sea urchin, ikan, amfibi, reptilia, aves, mamalia • Aplikasi : a.l. kegagalan dalam fertilisasi



Learning outcomes Students should be able to: 1. Distinguish between external and internal fertilization 2. Explain the process underlying recognition of egg and sperm 3. Explain the acrosome reaction and egg activation during fertilization 4. Describe the basic concepts underlying fertilization



1



2/2/2015



penetrasi: -Sperma mengalami reaksi akrosom untuk dapat menembus : jelly coat -Membran vitelin -Membran plasma



sperma



Pergerakan sperma menuju sel telur Sel telur



Fungsi fertilisasi : • • •



Internal Dalam saluran reproduksi betina: Sperma mengalami kapasitasi Gerakan sperma: kemotaksis + sel telur



Fertiliasai: Fusi pronukleus jantan & betina



penetrasi: -Sperma mengalami reaksi akrosom untuk dapat menembus : zona pelusida -Membran plasma



Transmisi informasi genetic dari induk ke anak amfimiksi : pembauran materi genetis maternal dengan fraternal  diploiditas Inisiasi reaksi-reaksi dalam sitoplasma telur inisiasi proses perkembangan terjadi



Fertilisasi Eksternal • Ampleksus • Spawning • Kemotaksis : spesifik spesies • Ikan herring  steroid • Korion lubang tunggal : micropyle • Sturgeon – glikoprotein



2



2/2/2015



Fertilisasi internal • Adaptasi penting terhadap lingkungan daratan • Fertilisasi terjadi di dalam tubuh hewan betina • Kopulasi : hewan jantan mendeposisikan sperma secara langsung ke dalam saluran reproduksi betina



• Sperma: • Materi genetic (haploid) • Bagian lain diperlukan untuk : • Pergerakan • Pengenalan sel telur • Penetrasi sel telur



• Sel telur: • Materi genetic (haploid) • Sitoplasma: • • • • • •



Organel Protein Ribosom dan tRNA mRNA Faktor-factor morfogenetik Senyawa kimia pelindung embrio dari lingkungan



Tugas : baca Gilbert Edisi 7ch 7



3



2/2/2015



Kapasitasi : • konsentrasi kolesterol membran plasma menurun • beberapa protein & karbohidrat di membran plasma hilang  motilitas protein membran >>



•



kapasitasi (pada mamalia)  di saluran reproduksi betina) motilitas >> di uterus - tuba  melepaskan protein pembungkus pada sperma •



mencit : 1 jam manusia : 5-6 jam



Stadium telur saat fertilisasi terjadi



Roundworm: Ascaris



Nemertean



Lancelet : Branchiostoma



Cnidarians (e.g. anemones)



Mesozoan: Dicyema



Polychaete worm: Chaetopterus



Amphibian



Sea urchins



Sponges : Grantia



Mollusc: Dentallium



Most mammals



Polychaeta worm : Myzostoma



Core worm : Pectinaria



Fish



Clam worms Nereis



Many insects



Clam :Spisula



Starfish



Echiuroid worm: Urechis



Core worm



Dogs and foxes



Austin, 1965 Lancelet



4



2/2/2015



• Kontak dan pengenalan sperma x sel telur • Tujuan: sperma dan sel telur dari spesies yang sama • Contoh: • Spesies-specific~ membran di membran vitelin atau zona pelusida (ZP3)  diskriminator



• Regulasi masuknya sperma ke sel telur • Tujuan : 1 sperma yang dapat memfertilisasi  cegah polispermi



• Proses peleburan (fusi) materi genetic dari sperma (pronukleus jantan) dan sel telur (pronukleus betina) (karyogami) yang masing-masing punya kromosom n • Aktivasi metabolism sel telur untuk inisiasi perkembangan



Pengenalan telur dan sperma



• 5 langkah utama :



• Kemoatraksi sperma oleh molekul-molekul yang disekresikan oleh sel telur • Eksositosis enzim dari akrosom • Pengikatan sperma ke selubung ekstraselular (lapisan vitelin atau zona pelusida) sel telur • Penetrasi sperma melalui selubung ektraselular sel telur • Fusi membran sel telur dengan sperma



5



2/2/2015



Terjadinya pertemuan sperma dengan sel telur akibat : 1.



kemotaksis (key & lock): Echinodermata ginogamon (♀) >< androgamon (♂) • fertilizin (♀) >< antifertilizin (♂) ~ bindin (BM 300.000) (BM 10.000) • speract (Stronggylocentrotus purpuratus ♀) & resact (Arbacia punctulata ♀)



terdapat di selaput lendir telur



Reseptor resact ~ aktivasi dynein ATP-ase jumlah sperma



jumlah sel telur



Echinodermata



100 bilyun



4 juta



Manusia



350 juta



1-2



2.



3.



Banyak hambatan untuk sperma



Pergerakan sperma dalam cluster ---> motilitas 



HAMBATAN YANG DIHADAPI SPERMATOZOA UNTUK MEMBUAHI :



1. pH vagina (asam) : 4,3 oleh cairan semen ---> 7,2 2. - Lekukan (kript) pada serviks - Mukus yang viskos (oleh hormon saat ovulasi dibantu  encer) 3. Sel telur tak selalu ada di saluran telur 4. Reotaksis positif (melawan arus) Spermatozoa yang tidak berhasil membuahi : • dari uterus ‘disapu’ ke vagina ---> ke luar • dari oviduk : dicerna oleh sel-sel fagositik



6



2/2/2015



Reaksi akrosom • Pada sea urchin meliputi 2 reaksi: • Fusi membran vesikel akrosom dengan membran sperma  eksositosis komponen dalam akrosom • Pemanjangan prosesus akrosom



Reaksi akrosom pada sperma sea urchin



Reaksi akrosom pada sperma Hamster: Fusi membran vesikel akrosom dengan membran sperma



Pada mamalia



sperma berikatan dengan ZP3



pengikatan sperma dengan zona pelusida (yang sudah berikatan dengan N-acetylglalactosaminyl dari ZP3)  Reaksi akrosom pada sperma  sperma yang sudah melepas akrosom berikatan dengan glikoprotein ZP2



Molekul ZP: ZP1, ZP2, ZP3



dibantu oleh : • proakrosin  enzim akrosin pencerna ZP2 • dan atau protein PH20 (marmot)  tergantung hewan



Interaksi antara sperma dan sel telur bersifat species specific ZP  Terdeteksi pada mencit, marmot dan manusia



7



2/2/2015



Fertilization cone – sea urchin



Diagram of the fusion of hamster sperm and egg plasma membranes (Developmental Biology, Ed 7, ch 7



Pencegahan polispermi • Segera sesudah 1 (satu) sperma berada di dalam sel telur  pencegahan polispermi



Fast blocking & slow blocking



Proses Fertilisasi pada bulu babi Fusi Membran -fast block polyspermy Inisiasi proses perkembangan



- Membran sperma dan membran sel telur berfusi Perubahan tegangan potensial membran sel telur -60 mV  + 20 mV



- Menyebabkan depolarisasi membran yang menginaktifkan reseptor sperma



Terjadi oleh perubahan 3 macam ion : 1. permeabilitas membran terhadap ~ Na+ naik  depolarisasi membran (beberapa detik) 2. Influks Ca++ dari deposist intraseluler meningkat -->>Ca++----> pH 3. Effluks H+ dan influks Na+ mulai 60 detik pH



8



2/2/2015



Proses Fertilisasi pada bulu babi



Inti sel sperma dan dimulainya reaksi korteks • Fusi membran menyebabkan meningkatnya [Ca++] • Lepasnya Ca++ menyebabkan granula korteks berfusi dengan plasma membrane sel telur dan melepaskan isinya (eksositosis ) ke rongga polyspermi perivitelline • Inti sel sperma memasuki sitoplasma sel telur Slow block



slow blocking permanen Inisiasi reaksi korteks : pecahnya granula korteks (di bawah membran plasma)  ∑15000 /1µm pelepasan isi g.k. ke rongga perivitelin (di luar membran plasma) Isi g.k. : macam-macam enzim; protein-protein struktural, mukopolisakarida sulfat (glikosaminoglikans = GAG)



Reaksi Granula Korteks



• • Proteases melarutkan hubungan antara ZP dan membran oosit • Enzim lain mengeraskan ZP • Tyrosine-tyrosine cross linkages • GAGs meningkatkan osmolaritas rongga antara oosit dan ZP • Water memasuki rongga dan mengangkat ZP lepas dari oosit



9



2/2/2015



sperma berikatan dengan ZP3



Molekul ZP: ZP1, ZP2, ZP3



pengikatan sperma (yang sudah berikatan dengan N-acetylglalactosaminyl dari ZP3 dan sudah melepas akrosom) dengan glikoprotein ZP2



dibantu oleh : • proakrosin  enzim akrosin pencerna ZP2 • dan atau protein PH20 (marmot)  tergantung hewan



masuk ke dalam sel telur



Interaksi antara sperma dan sel telur bersifat species specific reaksi korteks (butir-butir korteks melepas isinya, a.l. protease pengubah ZP2), sehingga sperma lain yang terikat ZP3 tidak dapat terus masuk



ZP  Terdeteksi pada mencit, marmot dan manusia



Proses Fertilisasi pada bulu babi 4



5



3 2 6 1



Berlanjutnya reaksi korteks dan aktivasi sel telur • •



Perubahan lapisan vitelline menjadi membran fertilisasi Meningkatnya respirasi sel dan sintesis protein (egg activation) Untuk hewan-hewan tertentu penyelesaian meiosis



10



2/2/2015



Fusi materi genetik jantan dan betina: 1. pembentukan pronukleus jantan (dekondensasi) dan betina (haploid monad) 2. klimaks : amfimiksi  pembentukan dan peleburan pronukleus jantan dan betina: peleburan materi genetik fraternal dan maternal • aktivasi metabolisme telur  menjelang pembelahan



Fertilisasi pada sel telur manusia



11



2/2/2015



• Fungsi pronukleus jantan dan betina berbeda: • Contoh : transplantasi pronukleus & epronukleasi  pronukleus jantan + tak ada pronukleus betina mola (hydatidiform mole)



Gen paternal + gen maternal  tertentu harus on  normal



12