Transcript 遗传细胞学基础
遗传的细胞学基础 第二章 遗传的细胞基础 一、染色质与染色体 二、性别决定的遗传机制 三、细胞分裂 四、配子的发生 一、染色质与染色体 chromatin and chromosome （ 一 ）定 义 染色质和染色体是一种是由DNA、 组蛋白、非组蛋白和少量RNA组成 的核蛋白复合体、是基因的载体。 染色质：是细胞间期核内伸展开的DNA蛋白纤 维，光镜下呈颗粒状，电镜下呈串珠样结构。 染色体：是细胞分裂期核内高度螺旋化DNA蛋 白纤维，是由间期核内染色质紧密盘旋折叠形 成的结构；光镜下呈棒状的小体。 染色质与染色体 （二）染色体的包装（四级折叠模型） 一级结构 —— 核小体 二级结构 —— 螺线管 三级结构 —— 超螺线管 四级结构 —— 染色单体 1.核小体（nucleosome）— 染色质基本结构 组蛋白:八聚体 核心颗粒 核 小 体 DNA分子:146bp 组蛋白H1 连接部 DNA分子 50—60bp 核小体的形成 球状组蛋白核心 H3 核 小 体 H2A H1 H4 H2B 10nm H4 H2A H2B H3 连接DNA （50-60bp） H1 H3 H4 H2B H2A H2A H4 H2B H3 DNA双螺旋 140-160bp 1.75圈 11nm 串珠状纤维——染色体一级结构 2.螺线管(solenoid)——二级结构 内10nm 外 30nm 3. 超螺线管(supersolenoid)——三级结构 是由螺线管进一步盘曲而形成400nm圆筒状结构。 染色单体 4.染色单体 （chromatid）—四级结构 超螺线管进一步折叠又被 压缩成为直径 1400nm的 棒壮结构。 7倍 6 倍 40倍 5 倍 DNA分子长度压缩 7×6×40×5= 8400 ≈10000 染色体形成过程中长度与宽度的变化 结构 结构单位 宽度增加 长度压缩 一级 DNA+组蛋白 （核小体） 串珠状结构 5倍 7倍 二级 染色线螺旋化 螺线体 3倍 6倍 三级 螺线体再螺旋化 超螺线体 13倍 40倍 四级 超螺线体折叠盘曲 染色单体 2.5-5倍 5倍 500-1000 倍 8400倍 (800010000) 包 装 的 意 义 高度有序的包装保证了细胞分 裂中遗传物质平均分配到两个子细胞 中，也保证了基因复制、表达的准确。 分裂中期染色体的形态结构 染色单体 随体 纺锤体微管 着丝点 （动原粒） 着丝粒 短臂 （p） 常染色质区 外层 主缢痕（初级缢痕） 异染色质区 中层 长臂 （q） 次缢痕 内层 端粒 丹佛体制 46，XX 人类染色体核型 46，XY 小结：染色质与染色体的关系 两者均由DNA、组蛋白、非组蛋白、少量RNA等组 成的核蛋白复合物，是核基因的载体。 染色质(chromatin)：间期伸展的DNA蛋白纤维 染色体(chromosome)：分裂期高度螺旋化的DNA 蛋白纤维 是同一物质在细胞不同时期的不同表现形式 （三）染色质的类型 常染色质(euchromatin)螺旋 染 色 质 和盘曲程度低、染色浅、具有 转录活性、单一顺序DNA。 异染色质(heterochromatin) 高度螺旋和盘曲、染色深、很少 进行转录、重复顺序DNA、复制时 间晚。 常染色质与异染色质比较 间期细胞核 染色质 状态 染色 活性 常染色质 松散 染色浅 具有转录活性 异染色质 凝缩 染色深 转录活性低或不转录， 是遗传惰性区，通常 含有不表达的基因， 复制晚于其它染色质 区 异染色质 组成性异染色质：在各种细胞的全部发育过程中总 处于凝缩状态，一般为高度重复DNA序列，无转录 活性，见于着丝粒、端粒、NOR等区。 兼性异染色质：在特定细胞或一定发育阶段，由常 染色质转变的，在浓缩时，无转录功能，松散时， 变为常染色质，又有转录活性，如 X 染色质。 （四）性染色质（sex chromatin） 定义： 间期细胞核中性染色体的异染色质部分 显示出来的一种特殊结构；包括X染色质和Y 染色质。 1. X染色质（x - chromatin） 定义： 间期细胞内紧帖 核膜内缘的浓染 小体又称Barr 小体或X小体。 1961年Mary Lyon提出X染色体失活假说 1. 雌性哺乳动物体细胞有一条X染色体有活 性，另一条X染色体失活--- X染色质 2. 失活在人妊娠第16天 3. X染色体的失活是随机的 细胞内无论有几条X染色体，只有一条保持转录 活性，其余均失活。 X染色体数目 = X染色质数目 + 1 剂量补偿：雌雄两性细胞中只有一条X染色体 保持转录活性 失活的X染色体上基因并非全部失去活性 X染色质 A、B、C、D、E：分别为含 0、1、2、3、4 个X染色质 2 Y染色质(Y-chromatin) 正常男性的间期细胞用荧光染料染色 后，细胞核内可出现一个强荧光小体，称 为Y染色质。 Y染色体数目 = Y染色质数目 二、 性别决定的遗传机制 1、染色体性别---XY型性别决定 男性性染色体： XY（异型） 女性性染色体： XX（同型） Y染色体在性别决定中起主导作用 2、基因性别 H-Y抗原：为Y染色体上的基因产物，存在于原始 生殖腺，与受体结合促进睾丸发育。分泌睾丸酮、 二氢睾丸脂酮 和 Mullerian氏抑制剂。 睾丸决定因子（testis-determining factor，TDF） 基因，位于Yp11.3；新基因--SRY（TDF最佳候选 基因）。 3、其他： 核性别： X染色质、Y染色质 内生殖腺性别： 外生殖器性别： 社会性别 心理性别 正常性别：所有性别的统一 三、 细胞分裂 细胞周期(Cell cycle) ： 细胞从一次有丝分裂结束开始，下一次 有丝分裂结束为止所经历的全过程。 包括：间期、分裂期 一、有丝分裂（mitosis）-- 体细胞 间期 分裂期 G1期： RNA和蛋白 质合成，是进入S期 的前提 S 期：DNA合成复 制 G2期：加速合成 RNA和蛋白质，为M 期准备 前期 中期 后期 末期 有丝分裂过程 间 期 前 期 末 期 中 期 后 期 小 结 有丝分裂：指一个细胞分裂产生两个在遗传上与 亲代完全相同的细胞的过程。 特点：DNA复制1次（染色体复制1次），细胞分裂1 次，产生2个子细胞，染色体数目仍是2n。 意义：细胞增殖，子细胞保持了与母细胞相同的 全套遗传物质，从而保证了机体所有细胞 的染色体数目恒定。 二、减数分裂(meiosis)—生殖细胞 定义：生殖细胞在形成过程中特殊的分 裂方式， DNA只复制一次，细胞连续 分裂两次，结果产生染色体数目减半 的生殖细胞（配子：精子或卵子）。 细线期 偶线期 第一次减数分裂 减 数 分 裂 第二次减数分裂 前期Ⅰ 中期Ⅰ 后期Ⅰ 末期Ⅰ 前期Ⅱ 中期Ⅱ 后期Ⅱ 末期Ⅱ 粗线期 双线期 终变期 （一）减数分裂I 间期 细线期 1.同源染色体 1.二价体四分体 1.联会复合体消失 配对 联会 2.非姐妹染色单体 2.同源染色体某 些部分分离-交叉 之间出现交换。 2.二价体形成 偶线期 粗线期 双线期 1.同源染色体分离（四分体二分体） 2.非同源染色体随机组合 中期I 后期I 末期I 终变期 同源染色体：大小形态相同、结构相似、 一条来自父亲一条来自母亲，上面载有 等位基因的一对染色体。 （二） 减数分裂 II 前期II 中期II 后期II 末期II 姐妹染色单体分离（二分体单分体） 减数分裂的生物学意义 1 .维持了物种遗传物质的稳定； 2 .是遗传学三大定律的细胞学基础（分离律、 自由组合律、连锁互换律） 3 .是遗传和变异的细胞学基础--生物个体的多 样性 有丝分裂和减数分裂的比较 有丝分裂 减数分裂 细胞类型 体细胞 生殖细胞 DNA复制 一次 一次 细胞分裂次数 一次 二次 子细胞数目 二个 四个 染色体数目 不变 减半 前期(Ⅰ) 中期(Ⅰ) 后期(Ⅰ) 无序排列 联会、互换 染色体（46条）同源染色体（23对） 染色单体（46）染色体（23条） 四、配子的发生 配子发生是指精子和卵子的形成，以减 数分裂方式进行。 精子：曲精细管上 皮细胞 卵子：卵巢生发上 皮细胞 一、精子的发生 1、部位： 睾丸曲细精管 2、过程： (1)增殖期： 精原细胞(2n)，有丝分裂 (2)生长期： 体积增大为初级精母细胞(2n) (3)成熟期： 第一次：2个次级精母细胞（n） （减数分裂） 第二次：4个精细胞(n) (4)变形期： 3、时间：雄性个体性成熟后，连续进行（二个月左右） 精原细胞 (2n) 46XY 46XY 46XY 增殖期 46XY 46XY 46XY 46XY 精 子 发 生 生长期 初级精母细胞 (2n) 次级精母细胞 (n) 精细胞(n) 精子(n) 46XY 23X 23X 23X 23Y 成熟期 减数分裂 23Y 23Y 变形期 二、卵子的发生 1.部位：卵巢生发上皮 (1)增殖期：卵原细胞(2n) 2.过程： (2)生长期：初级卵母细胞（2n） (3)成熟期： 减数分裂 第一次：一个次级卵母细胞、 一个第一级体(n) 第二次：一个卵细胞(n)、 三个第二级体(n) 卵原细胞 (2n) 卵 子 发 生 46XX 46XX 46XX 增殖期 46XX 46XX 46XX 46XX 初级卵母细胞 (2n) 次级卵母细胞 (n) 卵细胞 (n) 46XX 23X 23X 23X 23X 23X 23X 第 一 极 第 体 二 (n) 极 体 (n) 生长期 成熟期 减数分裂 3.卵子发生的时间与数目： 卵原细胞增殖在胚胎早期进行，400-500万个 。 6个月，初级卵母细胞形成，分裂过程不连续，前 期Ⅰ双线期(停顿)，一生400-500个能够继续发育。 性成熟后，每月排放一个卵泡，中期Ⅱ，受精后， 则继续发育，未受精，则退化消失。 Emphasis 概念 染色质与染色体 常染色质与异染色质 X染色质 SRY 与 TDF 问题 1、Lyon假说的要点 2、染色体的四级结构。 3、精子、卵子发生的特点。