Fertilisasi Final

FERTILISASI

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

SPERMIOGENESIS

P Pematangan telur l • semua materi yang diperlukan untuk mengawali hidup mengandung: ▫ Protein ▫ Ribosome dan tRNA ▫ mRNA Untuk 25 - 50,000 protein berbeda x Untuk faktor morfogenetik x Pelindung terhadap senyawa kimia

• Sintesis RNA oosit: ▫ Selama stadium akhir perkembangan oosit

Stadium telur saat fertilisasi terjadi

Roundworm

Nemertean

Lancelet

Cnidarians (e.g. anemones)

Mesozoan

Polychaete worm

Amphibian

Sea urchins

S Sp0nges

Mollusc ll

Most mammals l

Clam worms

Core worm

Fish

E hi Echiuroid id worm

M Many iinsects t

Dogs and foxes

starfish

Core worm

Lancelet

Fertilisasi • 1 event • bertahap • proses meleburnya pronukleus jantan dengan pronukleus betina (karyogami) • Macam Fertilisasi : ▫ internal : di bagian anterior oviduct ▫ eksternal k l : alami l i di air i (ikan, (ik katak); k k) in i vitro i

• Spesies-specific~ Spesies specific membran di membran vitelin atau zona pelusida (ZP3) Æ diskriminator

Fungsi fertilisasi • amfimiksi fi ik i : pembauran b materi t i genetis ti maternal t l dengan fraternal • diploiditas • determinasi seks secara genetis • aktivasi ---> > sel telur membelah Fertilisasi Æ zigot (2n)

sel somatik --> somatoplasm

sel-sel germa --> germplasm

penetrasi: -Sperma mengalami reaksi k i akrosom k untuk t k dapat menembus : jelly coat -Membran vitelin M b l -Membran plasma

sperma

Pergerakan sperma menuju sel telur Sel telur

Internall Dalam saluran reproduksi betina: Sperma mengalami kapasitasi

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

Fertiliasai: Fusi pronukleus jantan & betina

Proses sebelum P b l f ili i pada fertilisasi d hewan dengan fertilisasi eksternal • Perangsangan sperma ke arah sel telur– eksternal • Sel telur menarik sperma melalui kemotaksis ▫ Bukan fenomena umum di alam ▫ Umumnya pada organisma laut

• Kemotaksis : spesifik p spesies p

Terjadinya pertemuan sperma dengan sel telur akibat : 1 kemotaksis (key & lock): Echinodermata 1. ginogamon (betina) >< androgamon (jantan) - fertilizin (betina) >< antifertilizin (jantan) ~ bindin (BM 3 300.000) (BM 10.000) - speract (dari betina Stronggylocentrotus purpuratus) & resact (dari betina Arbacia punctulata) Keduanya terdapat di selaput lendir telur Reseptor resact ---> ~ aktivasi dynein ATP-ase 2.

ukuran sel telur >>>> sperma jumlah sperma >>>> jumlah sel telur Echinodermata 100 bilyun 4 juta Manusia 350 juta 1-2 Banyak hambatan untuk sperma

3. Dalam cluster ---> motilitas ↑↑↑

Kemotaksis • pada hewan invertebrata dan beberapa jenis ikan • Ikan herring ▫ Telur punya korion yang mengelilingi oosit ▫ Korion punya lubang tunggal : micropyle ▫ Sperma harus masuk melewati micropyle untuk memfertilisasi telur ▫ C.chorion melepaskan senyawa kimiawi dalam daerah micropyle

• Ikan Herring– steroid • Sturgeon – glikoprotein

Hambatan H b t yang dih dihadapi d i spermatozoa t untuk membuahi : 1. pH vagina (asam) : 4,3 oleh cairan semen ---> 7,2 2. - Lekukan k k (kript) (k i ) pada d serviks ik - Mukus yang viskos (oleh hormon saat ovulasi dibantu Æ 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 sel sel fagositik

Degenerating zona pellucida

Inner cell mass Blastocyst cavity

Blastocyst cavity (a) Zygote (fertilized egg)

Fertilization ((sperm p meets egg)

(b) 4-cell stage 2 days (a)

(c) Morula 3 days

(e) Implanting blastocyst 6 days

(b)

Ovary

Uterine tube

(d) Early blastocyst 4 days

Trophoblast

(c) (d)

Oocyte (egg) Ovulation

(e) Uterus Endometrium Cavity of uterus

Figure 28.4

K Kapasitasi it i :

• konsentrasi kolesterol membran plasma menurun • beberapa protein & karbohidrat di membran plasma hilang Æ motilitas protein membran >> •

▫

kapasitasi (pada mamalia) Æ di saluran reproduksi betina) motilitas >> di uterus - tuba Æ melepaskan protein pembungkus pada sperma mencit : 1 jam manusia : 5-6 jam

Tahapan fertilisasi selalu mencakup 5 tahap utama : 1. 2. 3. 4. 5.

reaksi akrosom reaksi korteks penghambatan terhadap polispermi pembentukan pronukleus jantan dan betina klimaks : amfimiksi

Tahapan secara detail: 11. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

8.

Aktivasi spermatozoon : reaksi akrosom Kontak sperma & sel telur Penembusan membran sel telur oleh spermatozoon Bergabungnya b membran b plasma l spermatozoon dengan membran sel telur Pencegahan g p polispermi p telur : Reaksi korteks telur : granula korteks pecah penyelesaian meiosis II (!!) pembentukan dan peleburan pronukleus jantan (dekondensasi) dan betina(haploid monad) : peleburan materi genetik fraternal dan maternal : amfimiksi aktivasi metabolisme telur Æ menjelang pembelahan

Proses Fertilisasi pada bulu babi 4

5

3 2 6 1

1.

Kepala sperma kontak dengan jelly coat sel telur - Memicu dilepaskannya enzim hidrolitik yang melarutkan jelly coat dan dimulainya reaksi akrosom

Proses Fertilisasi pada bulu babi 4

5

3 2 6 1

2. Reaksi Akrosom -enzim hidrolitik melarutkan lubang pada jelly coat -aktin mulai memanjang dan membentuk tudung akrosom

Reaksi Akrosom Disebabkan oleh interaksi sperma dengan molekul zona pelusida

Interaksi antara sperma dan sel telur bersifat species specific

Proses Fertilisasi pada bulu babi 4

5

3 2 6 1

3. Reaksi Akrosom 3 - Tudung akrosom memanjang terus dan berikatan dengan reseptor pada sperma -ikatan ikatan ini menyebabkan membran vitelin mulai rusak/ lisis

Proses Fertilisasi pada bulu babi 4

5

3 2 6 1

4. Fusi Membran -fast block p y p polyspermy y

- Membran sperma dan membran sel telur berfusi - Menyebabkan depolarisasi membran yang menginaktifkan reseptor sperma

Proses Fertilisasi pada bulu babi 4

5

3 2 6 1

5. Inti sel sperma dan dimulainya reaksi korteks - Fusi membran menyebabkan y meningkatnya g y [[Ca++] -slow block polyspermy

-Lepasnya Ca++ menyebabkan granula korteks berfusi dengan plasma membrane sel telur dan melepaskan y ke rongga gg p perivitelline isinya - Inti sel sperma memasuki sitoplasma sel telur

Proses Fertilisasi pada bulu babi 4

5

3 2 6 1

6. Berlanjutnya reaksi korteks dan aktivasi sel telur - Perubahan lapisan vitelline menjadi membran fertilisasi -Meningkatnya respirasi sel dan sintesis protein ( (egg activation) ti ti )

Reaksi Granula Korteks

• Ca++ merangsang eksositosis • Proteases melarutkan hubungan antara ZP dan membran oosit • Enzim lain mengeraskan ZP • Tyrosine-tyrosine T i i cross linkages li k • GAGs meningkatkan osmolaritas rongga antara oosit dan ZP • Water memasuki rongga dan mengangkat ZP lepas dari oosit

Ringkasan proses fertilisasi pada bulu babi Sperma mendekati dan kontak dengan jelly coat sel telur Enzim Hidrolitik dilepaskan dari vesikula akrosom E i Hidrolitik Enzim Hid litik melarutkan l tk jelly j ll coatt sehingga hi sperma dapat d t masuk k Aktin memanjang dan membentuk tudung akrosom Tudung Akrosom berikatan dengan reseptor pd sperma Ikatan tsb menyebabkan membran vitelin pecah Membran sperm dan sel telur berfusi Depolarisasi membran menginaktifkan r sperma Meningkatnya Ca++ Granula korteks berfusi dengan membran plasma dan mengosongkan isinya ke dalam rongga perivitelin

Membran vitelin menjadi membran fertilisasi

Aktivasi sel telur

Inti sel Sperma dan sel telur berfusi

Inti sel Sperm masuk ke sitoplasma sel telur

Ringkasan proses fertilisasi pada bulu babi S Sperma mendekati d k ti dan d kontak k t k dengan d j ll coatt sell telur jelly t l Enzim Hidrolitik dilepaskan dari vesikula akrosom E i Hidrolitik Enzim Hid litik melarutkan l tk jelly j ll coatt sehingga hi sperma dapat d t masuk k Aktin memanjang dan membentuk tudung akrosom Reaksi Akrosom

tudung Akrosom berikatan dengan reseptor pd sperma Ikatan tsb menyebabkan membran vitelin pecah Membran sperm dan sel telur berfusi Depolarisasi membran menginaktifkan reseptor sperma Meningkatnya Ca++ Granula korteks berfusi dengan membran plasma dan mengosongkan isinya ke dalam rongga perivitelin

Membran vitelin menjadi membran fertilisasi

Aktivasi sel telur

Inti sel Sperma dan sel telur berfusi

Inti sel Sperm masuk ke sitoplasma sel telur

Ringkasan proses fertilisasi pada bulu babi Sperma mendekati dan kontak dengan jelly coat sel telur Enzim Hidrolitik dilepaskan dari vesikula akrosom E i Hidrolitik Enzim Hid litik melarutkan l tk jelly j ll coatt sehingga hi sperma dapat d t masuk k Aktin memanjang dan membentuk tudung akrosom Reaksi Akrosom

Tudung Akrosom berikatan dengan reseptor pd sperma Ikatan tsb menyebabkan membran vitelin pecah

Reaksi Korteks

Membran sperm dan sel telur berfusi Depolarisasi membran menginaktifkan reseptor sperma Meningkatnya Ca++ Granula korteks berfusi dengan membran plasma dan mengosongkan isinya ke dalam rongga perivitelin

Membran vitelin menjadi membran fertilisasi

Aktivasi sel telur

Inti sel Sperma dan sel telur berfusi

Inti sel Sperm masuk ke sitoplasma sel telur

Waktu dalam Fertilisasi Ikatan sel sperma dgn sel telur (1 detik)

Membran fertilisasi terbentuk+ aktivasi sel telur (1 min)

Mening katnya Ca++ (10 detik)

Reaksi korteks (20 detik)

Membran Fertilisasi trebentuk + aktivasi sel telur (1 min)

Reaksi akrosom (2 detik)

Fusi nukleus sel sperma + sel telur (20 min)

Dimulainya sintesis DNA (40 min)

Pembelahan sel pertama (90 min) (Awal perkembangan)

Reaksi akrosom pada manusia

Pengenalan g pada sperma p p mamalia a. Adhesi sperma pada ZP berdasarkan pengenalan b. ikatan N-acetylglalactosaminyl pada ZP3 dengan reseptor sperma c Reseptor Sperma masih sedang c. dikarakterisasi d. Terdeteksi pada ▫ mencit, mencit marmot dan manusia

e. Ikatan pada ZP3 memicu terjadinya reaksi akrosom ▫ membuka T-type T type low voltage activated Ca++ channels

f. mengaktifkan protein G yang akan menginduksi influx dan eksositosis Ca

Molekul ZP: ZP1, ZP2, ZP3

Sesudah sperma berikatan dengan ZP3: pengikatan sperma (yang sudah berikatan dengan 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 reaksi korteks (butir (butir-butir butir korteks melepas isinya isinya, a a.l. l protease pengubah ZP2), sehingga sperma lain yang terikat ZP3 tidak dapat terus masuk

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

Gen fraternal + gen maternal Æ tertentu harus on Æ normal

Hambatan terhadap polispermi: • Perubahan tegangan potensial membran telur -60 60 mV Æ + 20 mV perubahan pada membran plasma dan plasma kortikal Æ tidak cocok untuk ditembus oleh sperma (1 detik sesudah penetrasi) Æ normal lagi Æ fast blocking • pembentukan membran fertilisasi Æ slow l bl blocking ki

Hambatan cepat (fast blocking) terhadap pp polispermi: p • Terjadi oleh perubahan 3 macam ion : 1 permeabilitas membran terhadap ~ Na+ naik Æ 1. depolarisasi membran (dalam beberapa detik) 2. Influks Ca++ dari deposist intraseluler meningkat ->>[Ca++]↑↑----> ↑↑ pH↑↑ ↑↑ 3. Effluks H+ dan influks Na+ mulai 60 detik ÆpH↑↑↑

Akibat 1, 2, dan 3 : p dipenetrasi p oleh sperma p lain • sel telur tidak dapat • awal pengaktifan sel telur untuk perkembangan

Pembentukan membran fertilisasi Æ penghambat h b II polispermi li i (slow blocking Æpermanen) ▫ mobilisasi Ca++ (dari p penyimpanan y p dalam sel telur) ▫ Pelepasan Ca++ di tempat masuknya sperma g ke p permukaan sel telur ▫ Ca++ mengalir ▫ Inisiasi reaksi korteks : x pecahnya granula korteks (g.k. di bawah plasma)) ---> ∑ ∑15000 5 //1µm µ membran p x pelepasan isi g.k. ke rongga perivitelin (di luar membran plasma) Isi g g.k. : macam-macam enzim; p proteinprotein struktural, mukopolisakarida sulfat (glikosaminoglikans = GAG)

Peristiwa yang y g terjadi segera sesudah penetrasi sperma

Figure 28.3