遺傳學：4第四章 遺傳的細胞學基礎

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1、第四章第四章 遺傳的細胞學基礎遺傳的細胞學基礎第一節(jié)第一節(jié) 染色體的結(jié)構(gòu)與功能染色體的結(jié)構(gòu)與功能 細胞結(jié)構(gòu)細胞結(jié)構(gòu) 細胞質(zhì)細胞質(zhì) 細胞核細胞核 染色體染色體各種生物的染色體數(shù)目各種生物的染色體數(shù)目 (1)人類 2n = 46 小家鼠 2n = 40金絲猴 44 大家鼠 42彌猴 42 豚鼠 64豬 40 免 44狗 78 雞 78貓 38 鴨 80馬 64 家蠅 12驢 62 蜜蜂 32/16山羊 60 佛蝗 24/23綿羊 54 蚊 6洋蔥 2n = 16 鏈孢霉 n = 7大麥 14 青霉菌 4水稻 24 曲霉 8小麥 42 面包酵母 17玉米 20豌豆 14向日葵 84番茄 24各種生物

2、的染色體數(shù)目各種生物的染色體數(shù)目 (2)體外培養(yǎng)人胚的肺成纖維細胞的中期染色體。體外培養(yǎng)人胚的肺成纖維細胞的中期染色體。第一次報道了人的染色體數(shù)目是第一次報道了人的染色體數(shù)目是46。( 1956 )普通黑腹果蠅普通黑腹果蠅的唾腺染色體的唾腺染色體唾腺染色體上寬窄黑白不同的帶紋唾腺染色體上寬窄黑白不同的帶紋蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) ( 組蛋白和非組蛋白組蛋白和非組蛋白 )核酸核酸 ( DNA 和和 RNA )非組蛋白中富含天門冬氨酸非組蛋白中富含天門冬氨酸,谷氨酸等谷氨酸等酸性氨基酸酸性氨基酸,為酸性蛋白質(zhì)為酸性蛋白質(zhì).組蛋白中富含精氨酸和賴氨酸等堿性組蛋白中富含精氨酸和賴氨酸等堿性氨基酸氨基酸,屬堿性蛋白

3、質(zhì)屬堿性蛋白質(zhì).1、染色體的化學組成、染色體的化學組成:（1） Histone組蛋白的性質(zhì)和類型組蛋白的性質(zhì)和類型組蛋白是較小的蛋白質(zhì)分子，包含大量的堿性氨基組蛋白是較小的蛋白質(zhì)分子，包含大量的堿性氨基酸酸(arginine and lysine)，它們與帶負電荷的，它們與帶負電荷的DNA分分子結(jié)合在一起。子結(jié)合在一起。組蛋白主要分為五種：組蛋白主要分為五種：H1, H2A, H2B, H3, 和和H4。 它們在不同真核生物中非常相似。（如人類和豌它們在不同真核生物中非常相似。（如人類和豌豆豆H4,2aa；海膽和小牛胸腺；海膽和小牛胸腺H3,1aa）精細胞中是由精蛋白代替組蛋白，成熟的魚類和鳥

4、精細胞中是由精蛋白代替組蛋白，成熟的魚類和鳥類的紅細胞中類的紅細胞中H1H1則被則被H5H5所取代。所取代。染色質(zhì)中的組蛋白與染色質(zhì)中的組蛋白與DNADNA的含量之比為：的含量之比為：1111。組蛋白的功能組蛋白的功能核小體組蛋白核小體組蛋白(nucleosomal histone), 包括包括H2AH2A、H2BH2B、H3H3和和H4, H4, 作用是與作用是與DNADNA組裝成核小體。組裝成核小體。H1H1不參加核小體的組建不參加核小體的組建, , 在構(gòu)成核在構(gòu)成核小體時起連接作用小體時起連接作用, ,并賦予染色質(zhì)以并賦予染色質(zhì)以極性。極性。（2） Nonhistone proteins

5、 Nonhistone chromosomal proteins include a large number of widely diverse structural, enzymatic, and regulatory proteins.Nonhistone proteins非組蛋白的功能非組蛋白的功能1 1、參與染色體的構(gòu)建：染色體的結(jié)構(gòu)支、參與染色體的構(gòu)建：染色體的結(jié)構(gòu)支持體持體2 2、啟動、啟動DNADNA復制復制3 3、調(diào)節(jié)基因表達的蛋白因子等調(diào)節(jié)基因表達的蛋白因子等 序列特異性序列特異性DNADNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白(sequence-specific DNA-binding pr

6、otein)。非組蛋白的特性非組蛋白的特性: : 呈酸性、帶負電荷。呈酸性、帶負電荷。核小體核小體(nucleosome )是染色是染色質(zhì)包裝的基本單位質(zhì)包裝的基本單位核小體核小體(nucleosome)是由是由200bpDNA雙鏈和雙鏈和8個組蛋白分子組成。核小體核心由組蛋白個組蛋白分子組成。核小體核心由組蛋白H2A，H2B，H3和和H4各各2個分子所組成的個分子所組成的八聚體以及在八聚體上纏繞一又四分之三八聚體以及在八聚體上纏繞一又四分之三圈的圈的146bp的的DNA組成。結(jié)合上組蛋白組成。結(jié)合上組蛋白H1后，后，DNA共纏繞二圈，含共纏繞二圈，含165bp，稱染色質(zhì)，稱染色質(zhì)小體小體(c

7、hromatosome)，染色質(zhì)小體之間約為，染色質(zhì)小體之間約為35bp。核小體核小體2、Nucleosome 核小體的結(jié)構(gòu)特點核小體的結(jié)構(gòu)特點 核小體是染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位。核小體是染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位。由由200200個左右堿基對的個左右堿基對的DNADNA和四種組蛋白結(jié)合而成；和四種組蛋白結(jié)合而成；其中四種組蛋白其中四種組蛋白(H2A、H2B、H3、H4 )各各2分子分子組成八聚體的小圓盤，是核小體的核心結(jié)構(gòu)；組成八聚體的小圓盤，是核小體的核心結(jié)構(gòu)；146個堿基對的個堿基對的DNA繞在小圓盤外外面繞在小圓盤外外面1 3/4圈。圈。每一分子的每一分子的H1與與DNA結(jié)合結(jié)合, 起穩(wěn)定核小體

8、結(jié)構(gòu)的起穩(wěn)定核小體結(jié)構(gòu)的作用；作用；兩相鄰核小體之間以連接兩相鄰核小體之間以連接DNA(linker DNA)相連相連, 長度為長度為40bp不等不等。核小體中組蛋白八聚體中核小體中組蛋白八聚體中的組蛋白連接順序是的組蛋白連接順序是: :H2A H2B H4 H3 H3 - H4 H2B H2A核小體的機算機模擬圖核小體的機算機模擬圖 (左側(cè)為正面，右為側(cè)面左側(cè)為正面，右為側(cè)面 ) Chromosome packing核小體核小體(nucleosome)螺線管螺線管(solenoid)超螺線管超螺線管(supersolenoid)染色體染色體(chromosome) 從核小體開始到染色體從核小

9、體開始到染色體, DNA總共壓縮總共壓縮: 壓縮壓縮7倍倍 壓縮壓縮6倍倍 壓縮壓縮40倍倍 壓縮壓縮5倍倍 DNA核小體核小體 螺線管螺線管 超螺線管超螺線管染色單體染色單體30nm 30nm 纖維纖維染染色色體體的的四四級級結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)染染色色體體的的電電鏡鏡照照片片3 3、染色體的主要結(jié)構(gòu)染色體的主要結(jié)構(gòu)著絲著絲粒粒(centromere)主縊痕主縊痕(Primary constriction) 次縊痕次縊痕(secondary constriction)隨體隨體(satellite)端粒端粒(telomere)主縊痕與主縊主縊痕與主縊痕痕四種不同位置著絲粒的染色體四種不同位置著絲粒的染色體

10、中部著絲粒近中部著絲粒近端著絲粒端部著絲粒染色體類型染色體類型1、染色體大?。?、染色體大?。?大型染色體大型染色體（macrochromosome）：人，蠶豆）：人，蠶豆 小型染色體小型染色體 （microchromosome）：鳥類）：鳥類2、染色體數(shù)目：、染色體數(shù)目： 正常染色體正常染色體 （Achromosome) 超數(shù)染色體超數(shù)染色體 （supernumerary chromosome 或或B染色體）染色體）3、染色體功能、染色體功能 常染色體常染色體 （autosome） 性染色體性染色體 （sex chromosome）湖北貝母湖北貝母 的的B染色體染色體DNA結(jié)構(gòu)穩(wěn)定遺傳的功能序

11、列結(jié)構(gòu)穩(wěn)定遺傳的功能序列 ARS序列：自主復制序列，或復制起點序列：自主復制序列，或復制起點序列序列 CEN序列：著絲粒序列序列：著絲粒序列 TEL序列：端粒序列序列：端粒序列DNADNA穩(wěn)定遺傳的三種功能穩(wěn)定遺傳的三種功能位點位點不同生物端粒序列特征不同生物端粒序列特征端粒的形成端粒的形成 人工染色體人工染色體(artificial chromosome) 人工構(gòu)建的含有穩(wěn)定染色體的天然結(jié)構(gòu)人工構(gòu)建的含有穩(wěn)定染色體的天然結(jié)構(gòu)序列，即序列，即ARSARS、CENCEN、TELTEL序列的微小染色序列的微小染色體，可以象天然染色體一樣在寄主細胞體，可以象天然染色體一樣在寄主細胞中穩(wěn)定復制和遺傳，

12、稱為人工染色體。中穩(wěn)定復制和遺傳，稱為人工染色體。Yeast artificial chromosome 5、染色體與疾病診斷、染色體與疾病診斷 疾病的診斷：早老癥 性別的判定：巴爾小體 胎兒右圖顯示患Hutchinson-Gilford綜合癥的8歲男孩,左圖為正常的9歲男孩.衰老學說衰老學說 差錯學派：代謝產(chǎn)物積累差錯學派：代謝產(chǎn)物積累 自由基學說自由基學說 遺傳學派：程序性死亡遺傳學派：程序性死亡 復制性死亡復制性死亡 長壽基因長壽基因第二節(jié)第二節(jié) 細胞分裂細胞分裂 一、細胞周期一、細胞周期（cell cycle）是從一個細胞的任何一個分期階段到子細胞的同是從一個細胞的任何一個分期階段到子

13、細胞的同等階段中的各種事件等階段中的各種事件 S 期期 G1期期 間期（間期（interphase） 細胞周期細胞周期 G2期期 前期前期 (prophase) M 期期 中期中期 (metaphase) 后期后期 (anaphase) 末期末期 (telophase)G1 期有絲分裂細胞停止分裂G2 期S 期 ( DNA 合成 )真核生物細胞周期間期S期G2期前期中期后期末期非分裂細胞有絲分裂細胞周期細胞的有絲分裂細胞的有絲分裂細胞有絲分裂模式圖間期前期早中期中期后期末期細胞有絲分裂圖間期前期早中期中期后期早末期晚末期細胞的減數(shù)分裂細胞的減數(shù)分裂前期 I細線期偶線期粗線期雙線期終變期中期 I

14、后期 I末期 I胞質(zhì)分裂前期 II中期 II后期 II末期 II聯(lián)會復合體聯(lián)會復合體 聯(lián)會復合體（聯(lián)會復合體（synaptonemal complex，SC）聯(lián)會時總是夾在兩條同源染色體之）聯(lián)會時總是夾在兩條同源染色體之間。間。 包括兩個側(cè)體和一個中體，主要由蛋白包括兩個側(cè)體和一個中體，主要由蛋白質(zhì)組成。質(zhì)組成。 拉鏈結(jié)構(gòu)。與同源染色體配對和染色體拉鏈結(jié)構(gòu)。與同源染色體配對和染色體交換有關(guān)。交換有關(guān)。交叉是交換的結(jié)果交叉是交換的結(jié)果leptonemazygonemapachynemadiplonemadiakinesismetaphasetelophaseanaphase動物細胞植物細胞第3個月第4個月笫7個月出生減 數(shù) 分 裂 和 有 絲 分 裂 比 較 圖初級卵母細胞卵細胞和第二極體卵原細胞次級卵母細胞和第一極體卵子精原細胞初級精母細胞次級精母細胞精細胞精子精子和卵子的形成過程小孢子囊大孢子囊減數(shù)分裂小孢子大孢子孢子體二倍體單倍體胚囊花粉粒卵子精子授精合子(受精卵)基因和染色體行為的平行性基因和染色體行為的平行性 基因基因 染色體染色體配對配對 A a A分離分離 a自由自由 A B A b組合組合 或或 a b a B細 胞 分 裂 時 非 同 源 染 色 體 的 重 新 組 合