奧妙的精卵結合─精卵如何受精
奧妙的精卵結合─精卵如何受精
（一）前言
很多動物及植物雌性體都備有一套測試方法來篩選最適合最優良的雄性配子（精子）與雌性體的配子（卵子）結合受精，完成孕育下一代。像有些植物有一些化學機制可測試花粉中的基因是否相配，如果差異太大則會被摒棄在門外，以免產生不育的下一代，這是自然界物種為維護自身物種能繼續繁衍的一種手段，而人類也不例外。
人類的精子射精後在陰道子宮頸口落腳，接著游經大峽谷─子宮頸管，到達浩瀚的海洋─子宮，然後鯉躍龍門越過子宮輸卵管接合處，進入目的地輸卵管，在輸卵管見到愛人─卵子時，必須出示身份證明，並使出渾身解數，努力衝刺才能登堂入室完成受精作用。這一連串過程充滿著上帝創造萬物並使他們繼續繁演的智慧。讓我們慢慢欣賞了解。
（二）精子和卵子的構造：
精卵結合受精非常奇妙，這二位男女主角又有什麼特別之處呢？男主角精子是由位於睪丸的精祖母細胞分化並經過二次減數分裂變形而成，精子是高度特殊化的細胞，是身體最小的細胞，它的構造是為它特殊的任務─輸送遺傳物質(DNA)至卵子而設計。精子主要構造分為頭部中段和尾巴，頭部的長度為5.6-6微米，寬為2.5-3微米，中段為7.5-9微米，尾巴長度為45微米，在精子的頭部和中段有一段很短的部位叫連接部，也可稱為精子的頸，精子在此處可彎曲，可做為精子的擺動前進的支點。
包圍在精子外面的為細胞膜，在精卵受精過程中扮演很重要的角色，細胞膜可分為包圍頭部的細胞膜，包圍中段部的細胞膜及包圍尾部的細胞膜。細胞膜又稱原生質膜，是包圍在細胞質外的脂質雙層液狀結構，其上面含有一些醣類和蛋白質，這些醣類和蛋白質附在細胞的表面或嵌在其中，這些醣類或蛋白質有些可辨識（recognition）其他細胞或血液傳來的訊息，我們稱這種物質為細胞的感應器（receptor）。細胞膜並控制物質的進出細胞。蛋白質分子可在細胞膜上流動，這種流動性有利細胞執行其功能。位在精子頭部頂體前方的細胞膜上的蛋白質和精子認識卵子及引起頂體反應有關，此處的細胞膜我們稱前頂點體區細胞膜，覆蓋在頭部非頂體區的細胞膜我們稱為後點頂區細胞膜。在前頂體區細胞膜和後頂點區細胞膜間的細胞膜我們稱赤道區細胞膜，赤道區細胞膜上有與卵膜融合的融合蛋白。頂體是由一種叫高爾基體的細胞器轉變而來，內有頂體素和玻璃酸酉每。頂體素是一種蛋白溶解酉每，可溶解蛋白質。
高爾基體又稱高爾基裝置，它提供細胞包裝和分裝的服務，將內質網製造好的分子裹上一層薄膜使它們成為一顆顆的球狀體（vesicles）這些球狀體被運送到細胞膜邊緣，然後藉胞吐作用（exocytosis）將這些物質釋放到細胞外。內質網也是位在細胞質中，是細胞內的器官之一。
這些被釋放出的物質可包括消化性酉每、黏液、或神經傳導物質，這些物質用來調節細胞的生理功能。精母細胞在演變成精子過程中這些高爾基體包裝及分裂後的小球狀體集合在一起移到位在細胞核的上方形成一個大囊狀體，稱為頂體。頂體覆蓋在精子的細胞核上就像一頂圓形無邊帽子蓋在精子的頭部，精子頭部40-70％的範圍被頂體蓋住，沒被頂體蓋住的區域稱後頂體區。頂體有二層膜分別為外頂體膜和內頂體膜，兩層膜中間包著頂體素，外頂體膜位在精子前頂體區細胞膜細膜下緣，兩種膜非常接近，內頂體膜則貼近精子細胞核膜。
精子中段部功能上屬精子尾巴的一部分，內有軸絲，此段的軸絲為整條尾巴軸絲的起始部，軸絲外有粒線體包圍，粒線體是細胞的能源工廠，能製造出腺甘三磷酸(ATP)，ATP是生物細胞的能量貨幣，由中段部做起始將ATP能量傳遞至整條軸絲引起精子尾巴的擺動，一隻人類的精子大約有30個粒線體。 這些粒線體以螺旋狀盤旋在軸絲外側纖維鞘膜(Fibrous Sheath)的外側。
尾巴的主要成分是軸絲，緊貼軸絲外側的厚層纖維(Outer Dense Fiber)及最外側的纖維鞘膜(Fibrous Sheath)，纖維鞘膜的外側則為細胞膜，這軸絲由外圍排列成環狀的九對雙微管和中心一對單微管所組成。雙微管與雙微管之間則由兩旁的側臂彼此柏連、而雙微管和中心的一對單微管之間又有呈輻射條狀的蛋白質將它們連接起來這9＋2的排列方式也見於呼吸道支氣管的纖毛細胞和輸卵管的纖毛細胞。也見於一些原生動物的纖毛和鞭毛。環狀的９對雙微管的每一對雙微管會向前一對雙微管的方向伸出一對微管臂，此微管臂為一種動力蛋白（dynein）由具有腺甘三磷酸酉每（ATPase）活性的蛋白質所組成，此微管臂可利用類似肌肉中的能源轉換方式將粒腺體運來的ATP水解產生能量，使微管臂伸縮造成前一對雙微管滑動，從而引起精子的擺動。
每對雙微管外側有一束厚纖維鞘膜貼近，這9束纖維鞘膜長短不一，可做為支點使精子向前游動，也可使精子翻轉，並且此鞘膜可保護精子尾巴在快速通過輸精管、射精管、尿道時不受傷害。人類射精經0.1秒精子即跑到體外，這0.1秒經過的距離為40-50公分，換算精子射出的速度為500公分/秒。
精蟲鞭毛的軸絲由細胞一對中心體的後中心體及周圍的微管組織轉變而來，而前中心體則位在精子中段部與頭部的交接處，在精子進入卵子後，會變成星狀紡錘絲，將雄雌原核（Pronucli）拉在一起完成受精。前中心體及後中心體的構造由細胞內一種叫微小管架構中樞(Microtubule Organizing Center)的細胞器所控制。
再談卵子，成熟的卵子大小大約為80毫米，包括外圍的透明帶大約100毫微米，是身體最大的細胞，它由卵巢卵泡釋出時，周圍包圍著好幾層濾泡細胞，這些細胞利用一種很黏稠叫玻璃尿酸的糖蛋白凝集在一起，在成熟的熟子，這些卵子周圍細胞的排列類似放射狀，故又稱放射冠，看起來像盛開的葵花。這些細胞圍住卵子像小丘一樣，故亦稱卵丘細胞，卵丘細胞的功能之一是保護卵子。
卵子的透明帶（Zona Pellucida）是一種由醣類和蛋白質(稱醣蛋白)組成的物質，呈透明狀故稱透明帶，也稱透明層。這組成透明帶的糖蛋白有三種，分子量由大到小可分ZP1、ZP2、和ZP3。ZP3和ZP2的分子排列是相互間隔互相平行，而ZP1分子與ZP2和ZP3成十字形交叉。ZP2和ZP3是用來和精子結合，而ZP1之功能是做為支撐透明帶的樑柱。透明帶的功能是篩選精子並保護孵化著床前的胚胎不受傷害。透明帶的厚度大約為15-20毫微米。
卵子由卵祖母細胞發育而來，卵祖母細胞(Oogonium)在胎兒尚在母體子宮內早期即進行有絲分裂使數目增加，也像精祖母細胞一樣要進行兩次減數分裂將染色體減半，形成單套配子，女性胎兒在接近出生時卵祖母細胞演化至第一次減數的前期，然後按兵不動直至青春期時一種叫濾泡刺激賀爾蒙的腦下垂體賀爾蒙增加，重新啟動卵細胞減數分裂的進行。成熟的卵指進行完第一次減數分裂，而進入第二次減數分裂到中期(減數分裂的進行可分前期，中期及後期)的配子。卵子完成第一次減數分裂，產生一大一小的細胞，小的細胞則稱為第一極體，大的細胞則繼續進行第二次減數分裂，此大的細胞，即我們所稱的卵子。透明帶內側為一卵黃周隙(Perivitelline Space)，此為卵膜和透明帶之間的一空隙，第一極體被釋放到此處，卵黃周隙內如果有極體存在，表示為成熟卵。緊接卵膜內側散布著很多高爾基體轉變而來的小顆粒球狀體稱皮質粒。皮質粒內有很多蛋白質溶酉每，可經胞吐作用釋放到卵膜外面來改變透明帶的化學結構，以防止第二隻精子進入卵子，有阻止多重受精的功能。
（三）精子的二萬伍千里長征
夫妻同房時在副睪丸尾端就戰鬥位置的「精兵」大約一至三億隻後面緊跟著精囊液和攝護腺液，共同射入女性陰道接近子宮頸口處。精囊液內有凝結酵素，使射出的精液能夠馬上凝結，堵住陰道使精液不會外漏到體外，這樣使得精子有充分的時間進入子宮頸，然後進入子宮腔。位在子宮頸管內的隱窩（Crypt）上皮細胞在女性接近排卵期時受卵巢分泌的雌激素的影響分泌大量的透明狀粘液，可幫助精子進入子宮內。隱窩為子宮頸管內凹陷的組織。
每個婦女子宮頸管（長約二公分長）大約有100個隱窩，隱窩上的細胞會隨著月經週期分泌不一樣量的黏狀透明液。此粘狀透明液為水分和大分子的糖蛋白所組成，在接近排卵時此種分泌物可達每天700毫克的量，這是女性在接近排卵期時會感覺白色黏狀透明液增加的由來。射入陰道內的精液與子宮頸隱窩分泌的粘液是河水井水互不侵犯，二者不會混合，僅在接觸的地方形成界面，只有具正常頭部形狀呈流線形的精子才能穿過界面游向子宮頸管，這是女性篩選優良精子進入子宮的第一道關卡。
男生高潮時最早射出的精液品質最好，精子濃度最高，同房射精後一分半鐘已能在子宮頸處發現精子。在十五到廿分鐘後大部分的精子已穿過子宮頸粘液，進入子宮頸管內。射精後20分鐘精液開始液化，流出體外，但這已不妨礙精子的進入子宮。有些不孕夫婦會抱怨是否性交姿勢不對造成精液流出體外而影響懷孕，其實不用多慮，只要男女有正常的生殖器官，能將精液排到子宮頸口處即可，在精液流出體外以前所有的「精兵」已完成登陸到子宮頸管內。
陰道並非精子貯存的地方，精子在陰道貯存超過半個小時即失去穿透子宮頸粘液的能力。子宮頸管隱窩上皮細胞所分泌的透明狀粘液會聯成粘液細絲，會自然延伸到子宮頸口，就像柳樹的柳枝自然下垂一樣。同房射精之後有一半的精子游經大峽谷（子宮頸管）的中間地帶延著粘液柱游向子宮腔，另一半的精子會延著粘液細絲游到子宮頸隱窩處。有些學者曾推測子宮頸隱窩可貯存精子，使得房事後三至五天可持續從隱窩處源源不絕的游向子宮輸卵管，但很多實驗證據不足支持這項推測。與卵子受精的精子是直接游經大峽谷（子宮頸管）到達子宮的精子而非游向子宮頸隱窩處再出來的精子。在房事後30分鐘可在子宮頸管粘液發現數十萬隻精子，這濃度可維持24小時不變，它們游動的速度可維持48小時不變，數天之內還保有與卵子受精的能力。這是為什麼排卵前數天房事仍可懷孕的道理。在排卵後子宮頸粘液分泌急速減少，只剩為每天廿毫克並由透明水狀變為極度粘稠狀，這種情況下，精子是沒有辦法進入子宮內的，它的目的是保護準備著床的子宮。在精子進入子宮頸管的同時，女性的防禦系統會運送很多的白血球至子宮頸來消滅一些品質不良的精子。
精子由子宮頸口游經大峽谷（子宮頸腔）到達子宮腔全靠精子自身游動的力量，大約在房事射精後九十分鐘左右可在子宮腔發現精子。子宮腔內含有液體，精子漂浮在其間。精子在子宮腔的景象好像精子要游過浩瀚的海洋一樣，這時除了靠精子本身的體力之外還須靠子宮的收縮將精子往輸卵管方向推，子宮收縮的原動力來自精液裡的前列腺素。前列腺素由精囊製造分泌，射精時與精子混合在一起。當精子要游進輸卵管時，必須經過一個非常重要的關卡叫「子宮輸卵管接合處」（Uterotubal Junctiion）此處有一夫當關，萬夫莫敵的氣勢，必須游動力很好的精子才能鯉耀龍門。所以能選擇最質優的精子進入。
當精子通過子宮輸卵管接合處，便進入輸卵管峽部，此處為輸卵管管徑最窄的地方，數億「精兵」在陰道與子宮頸口處登陸，經過長途跋涉，損兵折將到輸卵管峽部的精子，根據Croxatto和Settage（1974）等人的研究只剩200到300隻而已。
當精子游進輸卵管峽部會放緩腳步，稍事停留，進行精子「活能化）（Capacitation）的工作。所以說輸卵管峽部有貯存精子的功能。這是因為在接近排卵前或排卵時輸卵管峽部管腔上皮細胞會分泌含鉀離子濃度較高的液體（鉀離子可降低精子的游動速度）並且分泌物也較為粘稠，加上管徑比較少，這些因素加在一起，使精子在此處被網住，強迫精子在此稍事休息等候卵子的召喚，在等候的時間，精子的外表要打扮一下，此打扮外表的工作我們稱精子的「活能化」。
在卵巢排卵時成熟的濾泡破裂，釋放出卵子和濾泡液，由輸卵管的部（喇叭口）所捕捉濾泡液湧向輸卵管峽部，濾泡液內有一些成分包括黃體素及重碳酸鹽，會使已經完成活能化的精子像觸電一般，做激烈的抽鞭式擺動，使精子掙脫峽輸卵管壁細胞的束縛游向輸卵管壺部，在此與卵子相會。精子利用激烈的抽鞭式運動穿過包圍卵子周圍的卵丘細胞，游向卵子後所先接觸到的是卵子的透明帶，待透明帶驗明是屬同物種的精子之後，引發秘密武器─頂體破裂（內有蛋白質溶解酵素），釋放出頂點素，此即所謂的頂體反應（Acrosome Reaction），將透明帶鑿開，加上精子強勁進擺動，終能登堂入室進入卵子細胞內完成運送遺傳生命物質─染色體基因至卵子內的神聖且艱鉅的任務。
（四）精子的活能化（Capacitation）
前面我們談到精子的構造時，我們介紹過細胞膜（又稱原生質膜），它是包圍在細胞外的一層薄膜，它是由脂質形成的雙層液狀結構，很多蛋白質分子即嵌在雙層脂質間，這些蛋白質伸出細胞膜外的一端常接有醣鏈（此醣鏈就像電視的天線一樣接受外界細胞的訊息稱感應器(receptor)，它會將細胞外的訊息傳入蛋白質分子在細胞膜內的一端，引起細胞內蛋白質的磷酸化反應，使身體細胞做出生理反應。這些感應器接到外界訊息時常須兩個或數個有感應器的蛋白質分子集合在一起才會將訊息往細胞內傳送，所以保持這些蛋白質分子在細胞膜上的良好流動性也是維持細胞功能所必須。細胞膜還有其它的功能，它能選擇性的讓某些分子通過來幫助細胞的功能運作，像鈣子的進出。細胞內有一種器官叫高爾基體（又稱高爾基裝置），它提供身體細胞包裝的服務，將內質網合成的分子裹上一層膜，使他們成為一顆顆的球狀體（Vesicles），這此球狀體會移到細胞膜邊緣然後利用胞吐作用（Exocytosis）將它們釋放到細胞外，這些分子包括一些消化性酵素，溶解酵素粘液及神經傳導物質。
這些球狀體在精子形成時集合而成頂體，位在精子細胞核前方佔精子頭部40-70％的比例，是精子進攻卵子的重要武器。精子是一種具有高度特殊任務的細胞，貯存在副睪丸尾端等候衝鋒陷陣有時會超過很長的一段時間，又當進入女性生殖器時要經長途跋涉才能到到達目的─輸卵管壺部(輸卵管外側1/3處)與卵子會合，為保護精子細胞膜上的感應器及頭部的頂體在等候及長征期間不發生質變，在長期的演化壓力下，人類及其他動物發展出一套保護這些武器（感應器及頂體）的方法。
精子由睪丸經74天製造完成，各種武器配備都已齊全然後運送到副睪丸，精子即是在副睪丸頭部及體部地方將這些武器掩護起來，在副睪頭部及體部地方的上皮細胞會分泌一些物質使精子細胞膜上的蛋白質位置做一些調整，並且在精子細胞膜上加上一些膽固醇，膽固醇可控制細胞上蛋白質的流動，細胞膜膽固醇含量高時細胞膜上蛋白質的流動性較差。這些改變使得精子細胞膜的穩定性增加。精子細胞穩定性增加，可保護精子的頂體在2個星期或更長的時間不被破壞，在一般身體其它細胞這些球狀體在細胞內只貯存數天之久即被破壞，裡面的物質即被釋放出去。
還有在射精時精漿（由攝護腺和精囊所分泌物所組成）裡也有保護物質可維持精子細胞膜的穩定性，如此能使精子在到達輸卵管時仍有完好的感應器和頂體，做為進攻卵子的武器。但換句話來說，如果精子接近卵子時，這些武器（細胞膜上的感應器和精子細胞核前方的頂體）仍然被隱藏著被束縛著不能使用，這樣有武器也等於沒有武器，所以人類及其他行體內受精的動物，也演化出一套方法來將這些細胞膜上的保護物質去掉，這些保護物質主要就是精子行經副睪丸的頭部及體部時加到精子細胞膜上的膽固醇，精子細胞膜上的膽固醇含量減少之後會使細胞膜上的感應器暴露出來，使細胞膜上蛋白質分子流動性增加。這種去掉精子細胞膜上保護物質的過程，我們稱為精子的活能化。人類精子活能化現象從精子進入陰道轉進子宮頸管即已開始，但主要發生在輸卵管峽部。輸卵管峽部因管徑較小，分泌物特別粘綢及加上鉀離子濃度較高，這些因素加起來使得精子在此處特別容易被輸卵管峽部細胞攔截，並在此進行活能化反應。
活能化的觀念首先於1951年分別由科學家Austin和華裔科學家張明覺博士提出，他們發現由兔子副睪丸取得的成熟精子或射出的精子必須在雌性兔子生殖器內待上一段時間才有受精的能力。如果這些精子不經過女性生殖道，直接在體外與卵子放在一起則不會發生受精現象。這項發現導致1959年張明覺博士製造出世界上第一個動物（兔子）試管寶寶，這是我們華人的光榮，也間接導致20年後（1979）英國的史帝拖博（Patrick Steptoe）醫生和科學家愛德華（Robert Edwards）博士製造出世界第一個人類試管寶寶。隨後造成生殖科技的突飛猛進，造福很多不孕夫婦。在體外把精子放在含有血清或白蛋白的培養液培養也可使精子活能化，這是因白蛋白（血清內含有白蛋白）可吸附細胞膜上的膽固醇之故。精子在體外活化的時間大約一至三小時不等。這和精子在副睪丸內貯藏時間的長短有關。
患有精索靜脈曲張的患者，會使精子細胞膜上的膽固醇量增加很多使精子不易活能化，這是使這類患者不易受孕的原因之一。高血壓患者服用一種親脂性鈣離子阻斷劑（像Nifedipine）的降血藥，會導致患者的精子不易活能化和發生頂體反應，這是因為這種降血壓藥會阻礙精子細胞膜上膽固醇的被移走和阻礙鈣離子進入細胞膜內，鈣離子進入細胞膜內是發生頂體反應所必須之要件之一。抗精蟲抗體造成不孕之原因之一即是這些抗體會與精子細胞膜（抗原）結合，使得細胞膜上的膽固醇成分不易移去，因此精子不易活能化當然會造成不孕。
（五）精子的過動現象(Hyperactivation)
1969年日本的Yanagimachi博士首先發現倉鼠的精子在卵泡液培養一段時間之後，精子的尾巴也會發生狂暴式，抽鞭式的三度空間擺動，精子頭部左右擺動的幅度也會加大，精子由直線形的前進方式改為８字形的前進方式，1980年Yanagimachi和Katz等人在接近排卵期的倉鼠的輸卵管直接觀察到精子的抽鞭式運動，他們將精子的這種運動方式稱為精子的過動現象。1984年Burkman和Mortimer等人發現人類精子也有這種過動現象。這是人類第一個試管嬰兒誕生之後的第５年。他們發現人類精子過動擺動方式有螺旋狀，星狀旋轉，痛擊抽鞭式三種，這三種擺動方式可交互發生，但當精子要進入卵子透明帶是採用抽鞭式方式。
精子何以有過動的現象呢？根據Mbizw等人的研究指出當排卵時，卵泡液內有黃體素可與活能化後的精子尾巴上的細胞膜上的感應器（receptor）結合，使細胞膜內外的電位差改變，造成細胞外鈣離子進入膜內，這鈣離子被當成第一個訊息傳遞者，可催化腺嘌呤環狀酉每(Adenylate Cyclase)使腺核甘三磷酸（ATP）變為環狀腺核甘單磷酸（cAMP）此cAMP為第２訊息傳遞者，cAMP將外界訊息傳給蛋白激酉每（Protein Kinase），此蛋白質激酉每會使特別的蛋白質磷酸化產生特殊的生理反應，此最終的生理反應是造成精子尾巴軸絲上的肌動蛋白（dynein）收縮（參見本文前面精子的構造），然後引起強烈的鞭毛運動。精子的過動現象為使精子掙開輸卵管峽部細胞的束縛和穿過圍繞卵子的卵丘細胞間質進入卵子透明帶所必須。
在體外可將精子放在含有血清的培養液來誘發精子的過動現象，並用此來評估精子受精能力如何，根據1984年Burkman等人的研究發現精液較差的男性不孕患者只有8％的精子能被誘發過動現象。而有正常受孕能力的精子則有20％可被誘發出過動現象。1987年Burkman等人發現愈能將過動現象表現到極致的精子，穿過「除去」透明帶倉鼠卵子的機會愈大。1988年和1990年Burkman也發現精液中表現出過動現象的精子愈多則和卵子透明帶結合的精子也會愈多，體外受精成功的機會也愈高，若纏繞在精子中段的粒線體功能不良，不能製造足夠量的能源（即ATP）供應巴軸絲上的肌動蛋白酉每使用或尾巴軸絲的構造有問題也會影響精子能否表現出過動現象，形成軸絲的蛋白質有200-300種，其中稍有差錯即會造成精子無力症而狀成不孕，軸絲先天構造異常造成的精子無力症稱為纖毛不動症候群(Immotile-Cilia Syndrome)，常併有身體其他纖毛細胞的功能異常像支氣管上皮細胞纖毛，使患者自出生開始即容易有重複性呼吸道感染。
（六）精子的頂體反應（Acrosome Reaction）
精子利用強烈的抽鞭式運動穿過圍繞在卵子及卵子透明帶外圍的卵丘細胞間質後，來到卵子的最堅強防線─透明帶（俗稱蛋殼），這也是最難攻克的防線。透明帶的厚度大約為15毫微米，行體內受精的動物包括人類在長久的演化壓力下，已發展一套攻堅的方法─頂體反應。在頂體反應時頂體囊會崩解釋出裡面的酵素，加上精子的強烈抽鞭式擺動，終能穿過透明帶，將生命個體托付給精子攜帶遺傳基因進入卵子細胞內的任務圓滿達成。
精子是如何發生頂點反應呢？原來精子在經過活能化反應之後，位在頂體前方的細胞膜（解剖學稱前頂體細胞膜）的感應器已經暴露出來，嵌在細胞膜上的蛋白質移動性也變好，這感應器在人類是一種叫做Ｄ─甘露糖蛋白酉每（D-mannosidase）的醣蛋白質（1991 Tesarik & Mendoza），它能和卵子透明帶上的ZP3糖蛋白上的Ｄ─甘露糖結合。
精子細胞膜上Ｄ─甘露糖蛋白酉每是一把生命之鑰，唯有它才能開啟進入卵子細胞之門，Ｄ─甘露糖蛋白酉每是一種具種族特異性的糖化轉移酉每。換句話只有人類的精子細胞膜上的這種酉每才能與人類卵子透明帶上的ZP3醣蛋白質分子上的醣鏈結合引發頂體反應，這樣可保物種的純正性，這也是預防不同物種間精卵雜交的最重要機制。
精子細胞膜上的感應器與透明帶上的ZP3醣蛋白結合之後，會引起精子前頂體區細胞膜蛋白質的聚合，然後將訊息傳到精子細胞內，使精子細胞膜內外的電位差異改變，促使細胞外的鈣離子進入細胞內，經過一連串的生物化學反應，促使前頂體區細胞膜和外頂體膜形成點狀融合，使頂體囊崩解，然後其內的頂體素釋出，此過程即為頂體反應，頂體反應其實也是其他體細胞所經常進行的胞吐作用（Exocytosis）。頂體素為一種蛋白質溶解酵素可融解透明帶，頂體反應進行的時間大概為10-15分鐘，頂體反應之後，前頂體區細胞膜與外頂體膜剝落，露出內頂體膜，然後精子利用露出的內頂體膜（此時精子的最前方即為此膜）與卵子透明帶上的ZP2醣蛋白進行精子卵子透明帶的第二次結合，引起頂體反應的則為第一次結合。
精子在頂體反應之後精子頭部變為更楔形及扁平，伴隨著釋出的頂體酵素及精子強烈的抽鞭式運動終能穿過卵子最堅固的防線透明帶，進入卵黃周隙，進行精卵融合，卵黃周隙指卵子成熟時在卵細胞和透明帶之間所形成的空隙。如果精子前頂體區細胞膜上的感應器缺損或功能不良，頂體太小或無（無頂體的精子稱圓頭精子）均不會引起頂體反應當然就不能引起精卵結合，而造成不孕。
（七）精子卵子融合（Sperm-Egg Fusion）
精子藉助頂體反應攻克卵子透明帶進入卵黃周隙，即利用赤道區上的細胞膜(見前文(二)精子的構造)與卵膜結合然後融合，精子赤道區上及後頂體區上的細胞膜構造較堅固不受頂點反應的波及，在頂點反應之後前頂點區細胞膜剝落此二處的細胞膜仍然倖存下來。但是在頂點反應時赤道區上的細胞膜也做了一些結構上的改變，如此才能與卵膜結合，沒有經過頂點反應的精子是不能與卵膜結合的，這些改變使得赤道區細胞膜上的感應器─受精素（Fertilin），以前稱HP-30蛋白，顯露出來並且容易移動，以利和卵膜結合並引起反應，受精素是一種融合蛋白質，具有一般細胞所分泌的粘著蛋白質所有的特性即富含有精胺酸(R)、甘胺酸(G)、天冬胺酸(D)三種氨基相連的特性，含有這種R-G-D三氨基酸相連的蛋白質能嵌入與之接觸的蛋白質（在此為卵膜上的蛋白質）使二者融合為一。
精子與除去透明帶的卵子的結合不具特異性，人類完成頂點反應後的精子也可與無透明帶的倉鼠的卵結合受精並分裂，這現象在1976年首先由Yanagimachi提出，並利用來測試人類精子的受精能力，但這種方法費時昂貴，準確性仍有有爭論，希望能在分子生物化學持續進步發展之下直接測量頂體反應後赤道區細胞膜上的受精素蛋白質成分是否有異常是較為準確可行且經濟的方法。精子赤道區細胞膜上的感應器（即受精素）與卵膜結合之後，引起卵子細胞內的一連串鈣離子往細胞外移，這種鈣離子的進出細胞膜使位在卵膜內靠近卵膜的很多皮質粒釋出細胞外，皮質粒內有蛋白質酵素使透明帶的ZP3和ZP2糖蛋白成分改變，使得第２隻精蟲不能進入，以防止多隻精蟲和同一卵子受精。一隻以上的精子和同一個卵子受精我們稱為多重受精，這是不正常的受精。未成熟卵管制機制還不十分成熟，易發生多重受精。精子赤道區細胞膜上的受精素和卵膜結合之後，隨即發生融合，發生融合之後，首先精子的頭部被卵膜包住，然後是尾巴。最後整隻精子即進入卵子細胞質內。卵膜包住精子頭部時，精子細胞核開始解體，在裡面的染色體變為鬆散，並有一層膜包住，我們稱為男性原核（male pronuclei），其內有父系遺傳物質，同時精子進入卵子也促使卵子完成第２次減數分裂，將第２極體釋出到卵黃周隙，這時的卵細胞才算完成第2次減數分裂，成為真正的配子。這時女性的染色體也被一層膜包住我們稱女性原核（Female Pronuclei），女性原核位在第２極體下，男性與女性原核一開始相距很遠。位在精子頸部的前中心體，轉變成有很多輻射絲的星狀體，這種輻射狀絲我們稱紡錘絲，故名思義其形狀像一個紡錘，會將兩極的男女原核拉向中間，在受精20個小時左右，我們可看到男女原核緊靠在一起，在施行體外受精人工生殖科技時，會憑此來判定精卵有無發生受精。接著包圍男女原核的膜崩解，男女原核內的遺傳物質融合為一，我們稱此種現象為稱接合生殖（Syngamy）。這時的精卵複合體我們稱為合子，這發生在精卵受精後23小時左右。到此精卵可算完成受精工程。
合子形成之後，隨即進行第一次細胞有絲分裂。卵精卵第一次分裂發生在精卵受精後27-28小時左右，如此一個新生命又開始誕生了。有些精子進入卵子內時不會激化卵細胞進行第２次減數裂，有些精子的前中心體構造有問題不能形成功能良好的輻射星狀體，把位在兩極的男女原核拉在一起，都會引起精卵受精失敗。
（八）結尾：
很多動物由較無效率的體外受精演化成較有效率的體內受精之後雄性體產生雄性配子（人類即精子）的數目並沒跟著演化，雌性體被迫演化出一套篩選機制來篩選最好最優良的雄性配子（精子）來和雌性配子（卵子）完成受精，以人類來說，精子必須通過子宮頸、子宮、子宮輸卵管交接處三道關卡才能進入精卵受精處─輸卵管。頭部形狀不正常，游動力差的精子就被淘汰出局了，精子游動力差，很多和精子軸絲（構成精子尾巴）構造異常有關。當精子通過子宮輸卵管交接處這個關卡之後進入輸卵管峽部，在此處進行最後的活能化反應。一次同房射精，射出數億「精兵」能到達此處的精子大約為200-300雙而已，精子在輸卵管峽部等候卵子的召喚，排卵時，濾泡液和卵子進入輸卵管，濾泡液被當為卵子的傳信者，精子一接觸到濾泡液，即以抽鞭式的運動奔向卵子，此時卵子以三道關卡來挑選最好的精子，第一道關卡即是重兵陣列的卵丘細胞和卵丘細胞間質，要通過這一關卡精子要有足夠力量的抽鞭式擺動才能穿過，第二道關卡為銅牆鐵壁的透明帶，此時卵子要先驗明精子身份，如果是屬於同一物種，卵子透明帶的化學物質才會引爆位在精子頭部上方的炸藥袋─頂體，引爆炸藥的反應我們稱為頂點反應，這是用來爆開透明帶所需。如果身分不對，或所攜帶的炸藥品質不良（頂體構造有問題）是沒有辦法通過這一道關卡的，第三道關卡為精卵細胞的接觸與融合，如果位在精子赤道區的細胞膜構造異常，有缺陷也是沒有辦法得到愛人─卵子的青睞的。精子為完成這項艱鉅任務─護送遺傳物質至卵子內，必須把自己的形狀變為實用流線型，即頭部變尖而扁，以利於鑿洞穿過透明帶，去除細胞贅肉使游動敏捷，尾巴靈活擺動，並配上十八般武器─細胞膜上的感應器和頂點素，這些要件大部分在睪丸內即已形成，精子釋出到副睪丸時，對精子細胞膜上的蛋白質排列及結構會一些改變，並加上一些保護化學物質─膽固醇。精子細胞膜上的蛋白質大部分的功能是做為精子細胞與卵子結合過程的感應器，精子在副睪丸停留時，表面蓋上一層保護物質及副睪丸溫度低可使精子在副睪丸等待一段較長的時間，這些物質也可防止精子進入女性生殖器後，做2萬5千里長征途中，未達目的地前過早把武器(感應器及頂點素)暴露出來而遭破壞。造物者為安全護送雄性生命遺傳物質到達目的地─卵子細胞質內所設計出來的方法真是讓我們嘆為觀止。
參考書籍：
1. Gametes – The Spermatozoon: J. G. Grudzinskas & J. L. Yovich, 1995. Cambridge University Press
2. Reproductive Endocrinology, Surgery, and Technology, Volume 1: E1: Y. Adashi, John A. Rock, Zev Rosenwaks. 1996, Lippincott – Raven
3. IVF Lab: M. Brass, J.W. Lens Etal, 1996. N.V. Organon
4. Infertility In The Male: tarry I. Lipshultz & Stuart S. Howards, 1997. Third Edition, Mosby
5. Andrology: E. NIESchlag, H.M. Behre, 1997. Springer