Ранние реакции

Как мы видели, контакт между спермием и яйцом запускает два основных механизма блокирования полиспермии: быстрый блок, инициируемый поступлением в клетку натрия, и медленный блок, инициируемый повышением внутриклеточной концентрации ионов кальция. Активация яиц, по-видимому, всегда обусловлена повышением концентрации свободных ионов кальция в цитоплазме. У первичноротых, например у улиток и червей, кальций обычно поступает в яйцо из внешней среды. У вторичноротых, например у рыб, лягушек и морских ежей, активация осуществляется в результате выхода ионов кальция из внутриклеточных депо, причем возникает волна высвобождения ионов кальция, распространяющаяся по поверхности яйца (Jaffe, 1983).

Результаты ряда опытов свидетельствуют о том. что этот выход ионов кальция играет важную роль в активации развития зародыша. Если в яйца инъецировать хелирующее кальций вещество ЭГТА, — то в них не происходит увеличения концентрации свободных ионов кальция и не наблюдается активации метаболизма. Напротив, яйца можно активировать искусственно, в отсутствие спермиев,

посредством воздействий, вызывающих выход свободного кальция в цитоплазму. Было показано (Steinhardl. Epel, 1974), что микромолярные количества кальциевого ионофора A23187 вызывают у большинства яиц реакции, характерные для оплодотворенных яиц: в нормальной последовательности происходят отделение оболочки оплодотворения, повышение внутриклеточного pH, скачкообразное увеличение потребления кислорода, интенсификация синтеза белков и ДНК. Существенно, что такая активация может происходить при полном отсутствии ионов кальция в морской воде. В большинстве случаев развитие таких искусственно активированных яиц останавливается на стадии первого деления дробления, так как они остаются гаплоидными и не содержат центриоли спермия, необходимой для деления.

Выход кальция активирует целый ряд метаболических реакций (рис. 2.32). Одна из них заключается

¹ У некоторых видов хвостатых амфибий функция оплодотворения, заключающаяся в побуждении яйца к развитию, полностью обособилась от его генетической функции. Серебристая амбистома (Ambystoma platineum) является видом, представленным только одними самками. Самки производят яйца с нередуцированным числом хромосом. Такие яйца, однако, неспособны к развитию без дополнительной стимуляции. Серебристые амбистомы спариваются с самцами амбистомы Джефферсона (A. jeffersonianum). Спермии этих самцов только побуждают яйца к развитию (Uzzell. 1964), не участвуя в формировании генома зародыша.

Гилберт С. Биология развития: В 3-х т. Т. I: Пер. с англ. — М.: Мир, 1993. — 228 с.

64 _________ ГЛАВА 2

Рис. 2.32. Схема возможных соотношений между разными событиями в процессе оплодотворения у морского ежа. (По Epel. 1980: L. A. Jaffe, личное сообщение.)

в увеличении потребления яйцом кислорода. Удивительно, что этот скачок в использовании кислорода происходит не в митохондриях и, возможно, мало связан (или совсем не связан) с образованием АТФ. Вероятнее всего, кислород используется для окисления различных компонентов яйца, в частности оболочки оплодотворения. Показано (Foerder et al., 1978). что эта оболочка, имеющая полужидкую консистенцию, затвердевает при окислении остатков тирозина, связанных с белками. Одновременно окисляются также разные липиды цитоплазмы (Perry. Epel. 1977).

Другим кальций-зависимым эффектом является активация фермента НАД⁺-киназы, которая превращает HАД⁺ в НАДФ⁺ (Epel et al.. 1981). Это превращение может иметь важные последствия для метаболизма клетки: НАДФ⁺ (но не НАД⁺) используется в качестве кофермента при биосинтезе липидов. Таким образом, превращение НАД⁺ в НАДФ⁺ играет важную роль в создании многих новых компонентов плазматической мембраны, необходимых в процессе дробления.