background image

Process of fertilization  

               
             

Prof. Dr. Malak A. Al-yawer      


background image

Objectives:

 

At the end of this lecture, the medical student will 
be able to  
 

 

Name the mechanisms and barriers involved in 
sperm transport along the female genital tract 

State the events occurring in the spermatozoa 
immediately prior to fertilization 

State the events occurring in the oocyte 
immediately after sperm penetration 

Outline the procedures involved in in-vitro 
fertilization 

Name other types of assisted conception 

 
 
 


background image

 

Fertilization 
 Includes those mechanisms where 
by: 
 

A sperm approaches to  

Becomes attached to and 

then penetrates the surface 

of an ovum  

The early series of changes 

which follow  


background image

Sperm Transport 

 

 

From their storage site in 

the epididymis( mainly in its 
tail) the sperms are rapidly 
transported to the urethra by 
peristaltic contractions of the 
thick muscular coat of the 
ductus deferens.  

•The accessory sex glands-
seminal glands
 (vesicles), 
prostate
, and bulbourethral 
glands
-produce secretions that 
are added to the sperm-
containing fluid in the ductus 
deferens and urethra  

 


background image

The ejaculate 

It’s volume averages 

3.5 

mL 

( a range of 2 to 6 

mL). with approximately 

100 million sperm per 

milliliter.  
 

The sperms move 

2 to 3 

mm per minute

, but the 

speed varies with the pH 

of the environment.  

 They are 

nonmotile 

during storage 

in the 

epididymis, but become 

motile in the ejaculate.  

They 

move slowly in 

the acid environment

 

of the vagina,  

but 

move more rapidly 

in the alkaline 

environment of the 

uterus.  


background image

Vagina 

200 to 600 million 
sperms are deposited 
around the external 
os of the uterus and 
in the fornix of the 
vagina during sexual 
intercourse  
 


background image

Cervix 

Only 

1%

 of sperm 

deposited in the vagina 
enter the cervix, where 
they may survive for 

many hours

.  

consistency and 
viscosity of cervical 
mucus , under hormonal 
control , play an 
important role in the 
process of fertilization.  

Prior to ovulation – 
watery cervical mucus 

 luteal phase – viscous 
and disorganized 
cervical mucus 


background image

Passage of sperms through the 
uterus 

  

and uterine tubes by 

 

muscular contractions of the uterus 

and uterine tube

Prostaglandins in the 

semen are thought to stimulate uterine 

motility at the time of intercourse and assist 

in the movement of sperms to the site of 

fertilization in the ampulla of the tube.  

their own propulsion

. Fructose, secreted 

by the seminal glands, is an energy source 

for the sperms in the semen . 

The trip from cervix to oviduct requires a 

minimum of 2 to 7 hours  
 


background image

Oviduct 

Uterotubal 
junction 

significant barrier 
 

after reaching the 

isthmus

, sperm 

become less motile 
and cease their 
migration 


background image

 
 
 

Spermatozoa are not able to fertilize the 
oocyte immediately upon arrival in the 
female genital tract 

 

 

 

They  must undergo 

(1) capacitation and  
(2) acrosome reaction to acquire this 

capability 

 


background image

Oviduct 
 Capacitation  

It  is a period of conditioning in 

the female reproductive tract , 

associated with 

1.removal of 

glycoprotein coat and 

seminal plasma  proteins 

from 

the plasma membrane that 

overlies the acrosomal region 

of the spermatozoa.  

2. reorganization of plasma 

membrane lipids and proteins 

to prepare the sperm for 

acrosome reaction .  

Much of this conditioning 

occurs in the uterine tube 

In the human, it  lasts 

approximately 7 hours . 

Sperm can be capacitated by 

incubation in certain 

fertilization media. 


background image

Oviduct  
Oocyte transport  

 

During ovulation, the 

fimbriated end of the 

uterine tube becomes 

closely applied to the 

ovary.  
 
 
 
 

The fingerlike 

processes of the tube, 

fimbriae, move back and 

forth over the ovary  

 


background image

 
 
 
 

It is thought that the oocyte surrounded by 
some granulosa cells is carried into the tube by 
 

 
 

 

The sweeping 
action of the 
fimbriae and  

fluid currents 
produced by the 
cilia of the mucosal 
cells of the 
fimbriae 


background image

Once in the tube,  

  

cumulus cells withdraw their cytoplasmic processes from 
the zona pellucida and lose contact with the oocyte. 


background image

The oocyte passes into the 
ampulla of the tube 

mainly as the result of peristalsis-
movements(alternate contraction and 
relaxation) of the wall of the tube 


background image

At ovulation, sperm 

 

again become motile, perhaps because of 
chemoattractants produced by cumulus 
cells surrounding the egg, and  

swim to the ampulla, where fertilization 
usually occurs . 


background image

The oviduct  provides the 
appropriate environment 

not only for fertilization  

but for early embryonic development                         

( the embryo remain there for a period of 3 

days ) .  


background image

The fertilizable lifespan of gametes   

The 

oocyte

 can be fertilized for up 

24 h

 after 

ovulation  

some sperm cells remain viable in the female 
reproductive tract for up to 

6 days

 although 

most of them have degenerated after 24h  

For fertilization to occur successfully, sexual 
intercourse must, therefore, occur between 5 
days before and one day after ovulation .      


background image

A spermatozoon has to penetrate 
four layers before it fertilizes the 
oocyte: 

 


background image

Attaching & penetrating the surface of 
an ovum by capacitated sperm  

1

. penetration of the 

corona radiata  

2. penetration of the zona 
pellucida  

3. penetration of vitelline 
membrane 


background image

1

. Passage of a sperm through the 

corona radiata

.  

The corona radiata is a barrier to the sperm cells reaching the oocyte   

The sperm cells are propelled through the loose matrix between the 

follicular cells of corona radiata by the action of their flagella.  

Of the 200 to 300 million spermatozoa deposited in the female genital 

tract, only 300 to 500 reach the site of fertilization. Only one of these 

fertilizes the egg.  

Only capacitated sperm pass freely through corona cells  


background image

  

2. penetration of the zona 

pellucida 

The zona pellucida is an 

extracellular membrane ,   

comprised   mostly of 

glycoproteins, between 

corona radiata and the 

oocyte  

One particular zona pellucida 

glcoprotein called 

zp3

 which 

is species –specific sperm cell 

receptor to which molecules 

on the acrosomal cap of the 

sperm cell bind . 

This binding initiates the 

acrosomal reaction 


background image

The acrosome reaction 

Is stimulated by sperm-binding 
glycoprotein molecules in the zona 
pellucida (ZP3,  ZP1 and ZP2 ligands) 

Is accompanied by Ca

2+

 influx into sperm 

culminates in the release of hydrolytic 
enzymes needed to penetrate the zona 
pellucida, including acrosin- and trypsin-
like substances. 


background image

3. Fusion of the Oocyte and Sperm 
Cell Membranes  

The initial adhesion 

of sperm to 

the oocyte is mediated in part by 

the interaction of 

integrins

 on the 

oocyte and their ligands, 

disintegrins

, on sperm. 

 Because the plasma membrane 

covering the acrosomal head cap 

disappears during the acrosome 

reaction, actual fusion is 

accomplished between the oocyte 

membrane and the membrane that 

covers the posterior region of the 

sperm head. 

 In the human, both the head and tail 

of the spermatozoon enter the 

cytoplasm of the oocyte, but the 

plasma membrane is left behind on 

the oocyte surface.  


background image

Three changes occur in the oocyte after 
penetration of vitelline membrane:
 

 


background image

Polyspermy 

penetration of more than one 

spermatozoon into the oocyte  


background image

Prevention of polyspermy 

Fast block to polyspermy 

Slow block to poly spermy 
 

 


background image

 

Prevention of polyspermy 
1. Fast block to polyspermy

 

 

Once the first sperm cell attaches to the 

integrin (alpha 6 beta 1) on the surface of 

the oocyte plasma membrane, 

depolarization of the oocyte plasma 

membrane occurs  within 2-3 seconds. 

This depolarization( fast block to poly 

spermy) prevents additional sperm from 

attaching to the oocyte plasma membrane 


background image

 
 
 
 
 

2. Slow block to poly spermy 

 

 
 
 

Depolarization causes the intracellular release 

of ca+2 , which in turn causes the exocytosis of 

water and other molecules from secretory 

vesicles (cortical granules) on the inner surface 

of the oocyte plasma membrane     

The released fluid causes the oocyte to shrink 

and the zona pellucida to denature and expand 

away from the oocyte . 

 As a result of denaturation of the zona 

pellucida , zp3 is inactivated and no additional 

sperm cells can attach . This reaction is referred 

to as the slow block to poly spermy 


background image

The early series of changes which 
follow “ egg activation “ 

Prior to fertilization , the egg 
is in a quiescent state . Upon 
binding of a sperm ,the egg 
rapidly 

undergoes

  a number 

of metabolic and physical 
changes collectively called 

 “ egg activation “  

Cortical and zona 

reactions 

Resumption of the 

second meiotic division 

 Metabolic activation of 

the egg –The activating 

factor is probably 

carried by the 

spermatozoon.   


background image

After penetration of the oocyte by 
the sperm

,  

 the oocyte completes meiosis,  

the female pronucleus and the larger male pronucleus approach each other as 

DNA is doubled in maternal and paternal chromosomes to initiate the first 

mitotic division.  

Pronuclear membranes then break down and maternal and paternal 

chromosomes assemble on the metaphase plate.  

Centromeres then replicate, and homologous chromosomes are distributed to 

the first two cells of the embryo. 


background image

The cytoplasmic organelles of the zygote 
are almost entirely maternal 
 

 Mitochondrial DNA is almost entirely 

maternal 

Mitochondrial genetic diseases are generally 

inherited through the mother but may affect 

both sons and daughters 

Most mitochondrial diseases affect muscle 

and nerve 

Examples of mitochondrial inheritance are: 

– mitochondrial myopathy (affects muscle) 
– Leber’s optic atrophy (affects optic nerve) 

 


background image

The main results of fertilization 

Restoration of the diploid number of 

chromosomes, , the zygote contains a new 

combination of chromosomes different from 

both parents. 

Determination of the sex of the new individual. 

An X-carrying sperm produces a female (XX) 

embryo, and a Y-carrying sperm produces a male 

(XY) embryo. Hence, the chromosomal sex of 

the embryo is determined at fertilization. 

Initiation of cleavage.  
 


background image

Contraceptive Methods

 

 


background image

Barrier techniques of contraception 
include 
 

the male condom,  and  

the female condom 

the diaphragm, 

 the cervical cap, and  

the contraceptive sponge.  


background image

Prevention of ovulation  

The contraceptive pill

 

is a 

combination of estrogen and the 
progesterone which together 
inhibit ovulation but permit 
menstruation.  

Depo-Provera

 is a progestin 

compound that can be implanted 
subdermally or injected 
intramuscularly to prevent 
ovulation for up to 5 years or 23 
months. 
 
 
 

 


background image

A male “pill” 

has been developed and tested in clinical trials.  

It contains a 

synthetic androgen 

that prevents 

both LH and FSH secretion 

It 

either 

 stops sperm production (70% to 90% of men) 

or 

 reduces it to a level of infertility. 
 


background image

The intrauterine device (IUD) 

is placed in the uterine cavity. 

 Its mechanism for preventing 
pregnancy is not clear but  

may entail direct effects on sperm 
and oocytes or  

inhibition of  preimplantation stages 
of development. 

 


background image

 
 Vasectomy and tubal ligation  

 

are effective means of 

contraception, and  

both procedures are reversible, 

although not in every case. 


background image

Infertility is a problem for 15% to 
30% of couples. 
 

      

 

        

Male Infertility

  

 

 

be a result of insufficient 

numbers of sperm and/or 

poor motility.  

       

Female Infertility 

 
 

occluded uterine tubes 

(most commonly caused 

by pelvic inflammatory 

disease),  

hostile cervical mucus,  

immunity to spermatozoa,  

absence of ovulation, and 

others. 
 


background image

Assisted reproductive 
technology
 (ART) 

is a group of fertility treatments that involve both the 
sperm and the egg. 


background image

Assisted reproductive 
technology
 (ART) 

In vitro fertilization (IVF) 

intracytoplasmic sperm injection (ICSI) 

gamete intrafallopian transfer (GIFT) 

zygote intrafallopian transfer (ZIFT). 


background image

In vitro fertilization 
(IVF) 

is the most common 
type of ART. 

the sperm fertilizes the egg 
outside the body, and doctors 
implant it into the woman's 
uterus in hopes of a successful 
pregnancy. 

IVF cycle takes four to six weeks 
to complete and usually costs 
about $12,000  
 


background image

In vitro fertilization and embryo 
transfer procedures. 


background image

In vitro Fertilization (  IVF ) 

The risk of 

producing 

malformed offspring 

by in vitro 

procedures is low

because 

preimplantation-

stage embryos

 are 

resistant to 

teratogenic insult,  
 

A disadvantage of IVF is its low 
success rate 

 only 

20% of 

fertilized ova 

implant and 

develop to term. 

 Therefore, to increase chances 
of a successful pregnancy, 

four 

or five ova are collected, 
fertilized, and placed in the 
uterus

. This approach 

sometimes leads to 

multiple 

births

 


background image

The following methods  of ART require 
patent uterine tubes.  

 

Gamete intrafallopian 

transfer (GIFT) 

 

oocytes and sperm 

into the ampulla of 

the fallopian 

(uterine) tube, 

where fertilization 

takes place.  
 

 

zygote intrafallopian 

transfer (ZIFT) 
 

fertilized oocytes are 

placed in the 

ampullary region. 
 


background image

(Intracytoplasmic sperm 
injection ICSI)
 

(oligozoospermia) or even (azoospermia), 

can be overcome by  using 

intracytoplasmic sperm injection (ICSI). 


background image

Intracytoplasmic sperm 
injection (ICSI) 

 With this technique, a 

single sperm, which may 

be obtained from any 

point in the male 

reproductive tract, is 

injected into the 

cytoplasm of the egg to 

cause fertilization.  

The technique carries 

an increased risk for 

fetuses to have Y 

chromosome deletions 

but no other 

chromosomal 

abnormalities.  
 

 


background image

 

Thank you Next Lecture:    1st  & 2nd 
weeks of development  
 

 


background image

Key words of next lecture  

    

Blastocyst  

Blastomeres  

Morula  

Inner cell mass  

Outer cell mass  

Trophoblast  

Embryoblast  

Cytotrophoblast  

Syncytiotrophoblast  

Hypoblast  

Epiblast 

 amniotic cavity  

 

Exocoelomic cavity 

(primitive yolk sac) 

Extraembryonic mesoderm  

Extraembryonic cavity( 

chorionic   cavity) 

Extraembryonic somatic 

mesoderm  

Extraembryonic splanchnic 

mesoderm  

Secondary yolk sac ( 

definitive yolk sac) 
 
 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 12 عضواً و 187 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل