医学生物复习学案23488

医学生物复习学案 生物学：研究生命现象的本质，并探讨生命的发生、发展规律的一门生命科学 第一篇 生命过程的一般原理 第一章 生命的特征与起源 第一节 生命的基本特征 生命是以核酸与蛋白质为主导的自然物质体系 功能：信息编码，信息转换，信息表达与化学反应催化 生命是以细胞为基本单位的功能结构体系 生命是以新陈代谢为基本运动形式的自我更新体系 分类：同化作用，异化作用 意义：生物有机界高度一致的生命基本运动形式区别于非生命自然界的标志 生命是以精密的信号转导通路网络维持的自我调节体系 意义：生命物质自主性运动的表现维持生命活动的统一机制 生命是以生长发育为表现形式的“质”“量”转换体系 生命是通过生殖繁衍实现的物质能量守恒体系 分类：无性生殖（生殖单位：营养细胞/营养组织），有性生殖 意义：生命物质运动无限性的持续（死亡：生命物质运动有限性的终结）生命是以遗传变异规律为枢纽的综合决定体系 生命是具有高度时空顺序性的物质运动演化体系 生命是与自然环境的协同共存体系（进化：生物与环境的统一）第二节 生命的起源 一、原始生命的化学演化：无机小分子物质-有机小分子物质-生命大分子物质-多分子体系-原始生命 二、生物进化过程：1.原始细胞产生：厌氧异养原核，半通透性脂质蛋白质界膜，蛋白质合成系统，核酸蛋白质信息系统 2.细胞进化：异养-自养（蓝藻）3.生物进化：分化起源假说：与环境相互作用，功能分化，结构完善内共生假说：互利共生 第二章 生命的基本单位 第一节 细胞的发现与细胞学说的建立 1655，Hooke 自制显微镜发现 cell 1675,Leeuwenhoek 显微镜活细胞 施莱登 施旺 细胞学说：1、一切生物都是由细胞构成的。2、所有细胞都具有共同的基本结构。3、生物体通过细胞活动反映生命特征。4、细胞来自原有细胞的分裂。第二节 细胞的基本特征 一、细胞的基本概念 细胞是生物形态结构和生命活动的基本单位。1、构成生物有机体的基本结构单位。（病毒为非细胞形态的生命体除外）2、代谢与功能的基本单位。3、生物有机体生长和发育的基本单位。4、遗传的基本单位，并具有遗传的全能性 二、细胞的大小、形态和数量 细胞的大小:一般在 10um-100um。最小的细胞：支原体 最大的细胞：鸵鸟卵直径 12cm 人体最大卵细胞 100m，最小如小淋巴细胞 4-5m 2.细胞的形态：与功能相适应 3.细胞的数量：单细胞生物 多细胞生物：盘藻 4-几十 婴儿1012 成人 1014 细胞-组织-器官-系统-个体 细胞体积的守恒定律：不同动物器官的大小与细胞的数量成正比，与细胞大小无关。三、细胞的主要共性（结构、功能）所有细胞都具有选择透过性的膜结构：屏障构筑区室 细胞都有遗传物质（DNA 遗传信息载体，遗传信息流）细胞都有核糖体（蛋白质合成）四、原核细胞和真核细胞（一）原核细胞：无典型核结构的细胞 支原体（最小细胞生物），细菌，蓝绿藻等 原核细胞 细胞壁：保护维持细胞形态 无膜性细胞器（除一种蓝藻外）质膜间：周质空间（二）真核细胞：有核结构的细胞 真核细胞 细胞膜 细胞质：线粒体、核糖体、内质网等 细胞核：核膜、核仁、染色质等 膜相结构：细胞膜、线粒体、内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体、核膜 非膜相结构：核糖体、中心体、细胞质基质、核仁、染色质、核基质、细胞骨架（微管、微丝）原核细胞与真核细胞的区别 特征 原核细胞 真核细胞 细胞大小 较小，1-10m 较大，10-100m 细胞壁 主要肽聚糖，蛋白质 纤维素（植物细胞）细胞质 仅有核糖体，无胞质环流 各种细胞器，存在胞质环流 核糖体 70S(50S+30S)80S(60S+40S)细胞骨架 无 有 内膜系统 无 有 遗传装置与基因表达方式的比较 特征 原核细胞 真核细胞 DNA 量 少 多 DNA 分子结构 环状 线状 基因数 几千 几万 大量重复 DNA 序列 无 有 基因中插入内含子 无 有 DNA 与组蛋白结合 一般不与组蛋白（无）结合 与 5 种组蛋白结合 DNA 复制明显周期性 无 有 基因表达调控 主要以操纵方式 复杂性，多层次性 转录与翻译的时空关系 转录与翻译同时同地进行 核内先转录，后胞质内翻译 转录后大分子加工修饰 无 有 特殊性 质粒（小环形 DNA），可自我复制，编码的蛋白质可对抗抗生素 共同点：独立进行生命活动。具有完整的细胞膜。遗传物质为 DNA。有相同的遗传密码。代谢活动中的酶基本一致 三、病毒与蛋白质感染因子 病毒：由核酸（DNA 或 RNA）芯和蛋白质外壳组成，专营细胞内的寄生生活，缺少进行自主代谢的完整机构，病毒单独存在时不能繁殖。生物大分子复合物。细胞核 拟核（无核膜，核仁）有核仁，核膜 染色体 单组 多组 细胞分裂 无丝分裂 有丝分裂，减数分裂 类病毒：由一条裸露的 RNA 分子组成，无蛋白质外壳。它们具有感染作用，类似于病毒，故称为类病毒。蛋白质感染因子/传染性蛋白粒子/蛋白浸染颗粒（prion，1982 年）：简称朊粒或朊病毒，是尚未弄清的一种蛋白质传染因子，由正常宿主细胞基因编码，构象异常的蛋白质。Stanley B.Prusiner1997 年诺贝尔医学奖 羊瘙痒病 细胞朊蛋白（PrPC）：PrP 基因位于第 20 号染色体的短臂上，编码 PrP 前体蛋白，分子量 33-35kD,对蛋白酶敏感，没有致病性。prion 对各种理化作用抵抗力强（对蛋白酶 K 有抗性）。它具有传染性，潜伏期长，在人和动物中引起以海绵状脑病(TSE)为特征的致死性中枢神经系统的慢性退化性疾患。例如：疯牛病，羊瘙痒病。第三节 生物膜的结构与基本特征 一、膜的化学组成（一）膜脂（兼性分子/双极性：亲水头，疏水尾）1.磷脂：磷酸甘油酯、鞘磷脂、磷脂酰肌醇（少量），膜的流动性 2.胆固醇：中性脂类，膜的稳定性 3.糖脂（二）膜蛋白（球形蛋白为主）1.外在蛋白/外周蛋白：膜表面，水溶性 2.内在蛋白/镶嵌蛋白：跨膜蛋白、意义：细胞膜功能的主要承担者，含量与种类与细胞膜功能相关（运输、催化、链接、转导）（三）膜糖类 大多数是与蛋白质或之类分子相结合的低聚糖。细胞外被/糖萼：真核细胞表面富含糖类的外围区域细胞质膜与外基质难以区分 意义：保护细胞间识别细胞的接触抑制细胞间的黏着性 二、膜的分子结构模型 生物膜的基本骨架：由脂分子排列成连续的双分子层（疏水尾相对，极性头向外）细胞膜的特性：1.膜的不对称性：膜脂膜蛋白膜糖类 2.膜的流动性：影响因素：脂肪酸链饱和度；磷脂组分，蛋白质类型；温度，PH，离子强度（一）流动镶嵌模型 特点：液晶态的特性（晶体分子排列的有序性，液体的流动性），强调膜的流动性及不对称性-膜功能复杂性（二）晶格镶嵌模型 特点：液态和晶态的相变，流动的局限性生物膜的流动性，相对完整性和稳定性（三）板块镶嵌模型 特点：独立移动的（刚性大）类脂板块，流动性不同，连续动态平衡（四）脂筏模型 特点：许多蛋白质聚集在脂筏内便于相互作用；脂筏提供了一个有利于蛋白质变构的环境；脂筏在膜内对信号传递有重要作用 三、膜功能 1.界膜和细胞区域化 意义：生命的进化形式，保证细胞正常安全运行，有利于能量和物质新陈代谢；扩大表面积，有利于生命活动的高效有序进行。2.调节运输 膜蛋白介导运输形式：通道蛋白介导和载体蛋白介导 通道扩散：，载体扩散 3.功能定位与组织化 4.信号转导 第一信使：激素；第二信使：cAMP 水溶性：膜受体；脂溶性：细胞内受体 信号分子：旁分泌信号、突触信号、内分泌信号 受体：识别部、转换部、效应部 5.参与细胞间的相互作用 细胞识别，细胞黏着，细胞连接 6.能量转换 叶绿体，线粒体 四、细胞膜的物质运输（一）穿膜运输（膜的通透性）1.简单扩散：高浓度向低浓度，如乙醚、氯仿、甾类激素、水、尿素、二氧化碳 2 协助扩散：通过转运蛋白从高浓度向低浓度，如钠钾离子（通道/离子蛋白），葡萄糖，氨基酸（载体蛋白）3.主动运输：直接消耗 ATP 的离子泵；间接消耗 ATP 的协同运输：伴随离子浓度梯度的共运输和对向运输（二）膜泡运输（主动运输）1.胞吞作用/内吞作用：吞噬作用：固体大分子或颗粒，原生动物获取营养物质的重要方式，吞噬体 胞饮作用：细胞摄取液体和溶质的过程，胞饮小泡 受体介导内吞作用：特异高效摄取细胞外大分子的方式 2.胞吐作用/外排作用 第四节 真核细胞的细胞器 一、蛋白质合成细胞器（一）细胞核 作用：细胞内遗传信息贮存、复制和转录的场所 细胞功能及代谢、生长、增殖、分化、衰老的控制中心 1.核膜（控制着核质间的物质和信息交流）1）核被摸（双层，核周隙）2）核孔复合体（复杂的核膜孔，双向交换，不控制进入）：由孔环颗粒，周边颗粒，中央颗粒和无定形物质组成 3）核纤层：内层核膜下的一层由纤维蛋白组成的纤维网络结构(高度动态结构，细胞分裂期间，影响核膜的解体和重建）2.核仁（rRNA 合成、加工和核糖体亚单位装配的场所，有关蛋白质合成）高度动态结构，周期性消失重建 数目大小随生物种类、细胞类型和细胞代谢状态不同而变化 1）核仁的化学组成 蛋白质、RNA、DNA、脂类（少量）2）核仁的形态结构 无膜包被的海绵状网络结构：纤维成分(RNA、蛋白质)颗粒成分（核糖体亚单位前体物）核仁区染色质（核仁周边染色质（异染色质）、核仁内染色质（常染色质，rR/DNA 基因：核仁组织区）核仁基质：与核基质沟通，液态环境 3）核仁周期 分裂间期：细胞需大量蛋白质，rDNA 快速进行 rRNA 转录，装配核糖体亚单位，形成典型的核仁结构 分裂前期：染色质形成染色体，核仁组织区上的 rDNA 停止了 rRNA 转录，核糖体亚单位散去，核仁消失 分裂末期：染色体解旋，rRNA 重新转录，核仁重现 3.核基质/核骨架（由非组蛋白纤维组成的网络结构）4.染色质和染色体 染色体：细胞在有丝分裂或减数分裂过程中，由染色质（网状不规则）聚缩成而成的棒状结构 意义：间期的染色质有利于遗传信息的复制和表达，分裂期的染色体有利于遗传物质的平均分配 1）染色质的化学组成：核酸和蛋白质组成的核蛋白复合体，包括 DNA、组蛋白、非组蛋白和少量 RNA DNA：组蛋白：染色质中的碱性蛋白，分为H1、H2A、H2B、H3、H4，维持染色体结构 非组蛋白：DNA 复制、染色质化学修饰有关的酶类参与染色质构建的结构蛋白组织特异性的调节蛋白 2）染色质的超微结构和组装 核小体是构成染色质的基本结构单位。由五种组蛋白和少量 DNA 组成 4 种组蛋白（H2A、H2B、H3、H4）组成八聚体的核小体核心颗粒。H1 位于 DNA 进出核心颗粒的结合处，是最大的一种组蛋白分子。功能：保持染色质纤维的高级结构和保护核心颗粒上的 DNA 碱基对不被核酸酶消化。染色质的四级结构模型（共压缩了 8000-10000 倍）：一级结构：核小体丝；二级结构：螺线管；三级结构：超微螺线管；四级结构：染色单体 袢环模型（三级）：染色体支架（二）核糖体 核糖体：附着核糖体（分泌蛋白，结构蛋白）、游离核糖体（细胞质基质中的结构蛋白）1.核糖体的形态结构 核糖体大亚基和核糖体小亚基直接形成一个隧道，通过 mRNA，大亚基单位中有垂直于隧道的通道，释出新合成的多肽链 2.核糖体的重要活性部位 1）mRNA 结合部位：小亚基上，有利于 mRNA 保持单链构象 2）A、P 部位：受位、供位 3）肽基转移酶/肽合成酶/T 因子部位：大亚基上，催化形成肽链 4）GTP 酶/转位酶/G 因子部位：分解 GTP 分子，将肽酰基-tRNA 由 A 位移到 P 位 5）E 部位：新生多肽链出口 二、内膜结构系统细胞器 内膜系统：内质网、高尔基复合体、核膜、溶酶体、过氧化物酶体、分泌泡 特点：动态性质，各种膜结构处于流动状态 意义：为细胞增加了膜面积，使细胞功能呈现区域化，大大提高了细胞的代谢效率 （一）内质网（生物大分子合成基地）1.形态结构：单位膜的灌装、泡状、囊状+连续的网膜系统 糙面内质网与细胞核外层膜相连接 2.功能 光面内质网（无核糖体附着）：脂质合成（出芽位点）解毒作用释放、回收Ca2+，调节肌肉收缩 糙面内质网（分泌越旺盛越多）：合成分泌蛋白合成膜蛋白合成酶蛋白（二）高尔基体复合体（GC）特点：在细胞中基本固定位置。与细胞分化度、分泌旺盛成正相关 1.形态结构：扁平膜囊、液泡、小泡 2.功能：蛋白质加工胞吞胞吐（收集排出内质网合成的物质）参与糖蛋白、黏多糖的合成（与细胞分泌功能、溶酶体形成有关）（三）溶酶体(I)溶酶体富含酸性水解酶：（内吞作用）初级溶解酶_消化底物_次级溶解酶-残余小体 1.形态结构与酶类 单层膜的特殊结构：膜上嵌有质子泵（泵入H+维持溶酶体内的酸性环境）膜上蛋白呈高度糖基化（保护自身免受水解酶的消化）膜上有多种载体蛋白 2.功能：消化防御：自体吞噬（自噬作用细胞内的原有物质）、异体吞噬（异噬作用有害物质）（四）过氧化物酶体/微体 单层膜囊泡状细胞。其标志酶为过氧化氢酶。典型的微体仅在哺乳动物的肝细胞和肾细胞中存在。人和鸟类不存在其中的类核体（尿酸氧化酶的结晶）功能：氧化分解血液中有毒成分，解毒作用。三、能量转换的细胞器（一）线粒体的形态结构 膜成分为孔蛋白，内膜通透性很差。为基质保持一定 PH 和渗透压。内外膜之间的空隙成为膜间隙（可溶性酶，底物，辅助因子）。被内膜所包围的空间成为为内室或基质。基质无定形物质，含有酶，脂类，核糖体，脂类，DNA,RNA 及较大的致密颗粒。内膜向内室突出形成嵴。基粒：头部（F1因子，纯F1催化 ATP 水解，基粒完整时催化 ATP 合成）、柄部（抑制 ATP 合成）、基片（F0因子，疏水蛋白，质子H+通道）一个基粒是一个 ATP 酶复合体/复合体 V，偶联磷酸化的关键结构。（二）线粒体的功能 主要功能是通过氧化磷酸化反应合成 ATP，为细胞提供能量。（物质氧化与能量转换的动力工厂）过程：糖酵解由丙酮酸形成乙酰辅酶 A三羧酸循环电子传递和偶联氧化磷酸化 线粒体的半自主性：线粒体遗传系统：mtDNA；mtDNA 的复制；线粒体基因组编码蛋白质；大多数线粒体蛋白质和核 DNA 编码 四、细胞骨架 蛋白质骨架（狭义）：以蛋白质纤维为主要成分的网络结构（一）微管 真核细胞特有的细胞器，是细胞骨架纤维中最粗的一种。能保持细胞形态参与细胞运动的动态结构。与其他蛋白组成中心粒、基体、鞭毛和纤毛等特定结构。微管是一种中空的管状结构，管壁由原纤维（、微管蛋白相间排列成）螺旋排列而成。微管结合蛋白参与微管的组成和调节微管的特异性（使其与不同的细胞器相连）三种存在方式：单管（不稳定，随细胞周期变化）、二联管（鞭毛，纤毛）、三联管（中心粒）（二）微丝 真核细胞中的实心骨架纤维。通过微丝结合蛋白与其他细胞结构相连接。基本成分：肌动蛋白（微丝基础蛋白，有极性）。纯化的肌动蛋白（单体，G-肌动蛋白）头尾相接形成螺旋状肌动蛋白（多聚体，F-肌动蛋白）三种异构体：肌动蛋白（成熟肌肉细胞）、肌动蛋白（非肌细胞）细胞松弛素 B 破坏微丝网状结构，阻止细胞运动，影响微丝组装，但不影响微丝解聚/脱离（三）中间丝/中间纤维/中丝（IF）真核细胞中的中空管状结构。中间丝复杂的成分有相似的结构。中间丝蛋白的差异性在于其端部的多样化（非螺旋化的头尾）哺乳动物有、五种不同蛋白质成分的中间丝，分布有严格的组织特异性。例如：、型酸性角质蛋白主要存在于上皮细胞；型纤层细胞存在于所有细胞 对解聚微管（秋水仙素）和抑制微管（细胞松弛素 B）的药物不敏感（四）细胞骨架的主要功能 1.细胞支持：细胞骨架尤其是微丝参与决定细胞的几何形状 2.细胞的运动形式：所有细胞运动都与细胞内的细胞骨架体系（尤其是微管、微丝）有关，同时需要 ATP和动力蛋白，后者分解 ATP，所释放的能量驱使细胞运动 五、细胞表面与细胞外基质（一）细胞表面 细胞表面结构上包括细胞被和细胞质膜。（纤毛，鞭毛，细胞壁）细胞膜是其的主体结构，它与质膜外侧的细胞外被和质膜内侧的胞质溶胶共同组成细胞表面。(多细胞生物中的大多数细胞表面同相邻细胞/细胞外基质联系在一起)细胞表面是膜功能的扩展：保护细胞参与细胞内外的物质交换和能量交换参与细胞识别、信息的接收和传递参与细胞运动维护细胞的各种形态（二）细胞外基质 细胞外基质：生物多细胞有机体里，非细胞性的固有物质结构。主要由成纤维细胞分泌形成。（皮肤结缔组织，骨，牙，玻璃体）大分子种类：胶原、非胶原糖蛋白、弹性蛋白以及氨基酸聚糖和蛋白聚糖。（化学成分：蛋白质和多糖）功能：参与维持组织结构对细胞基本生命活动有多方位的影响 第五节 细胞增殖的周期 一、细胞周期 细胞增殖周期/细胞周期：细胞从前一次有丝分裂结束开始到这一次有丝分裂结束为止所经历的全过程 细胞增殖：细胞生长、染色体复制、细胞分裂（一）细胞周期时间 细胞周期时间：细胞周期过程所需要的时间 DNA 合成前期（G1）、DNA 合成期（S）、DNA 合成后期（G2）以及分裂期（M）不同生物、组织、机体发育的不同阶段，其细胞周期时间差异很大。细胞周期与细胞体积大小有关，细胞大小与G1期持续时间成负相关。S+G2+M 的时间变化小。（二）细胞周期各时相的动态变化 放射性标记物示踪法。二、细胞增殖有丝分裂 有丝分裂包括核分裂和胞质分裂（中间体、收缩环、分裂沟、暂时连接桥）细胞周期 间期 G1 期/DNA 合成前期 S 期/DNA 合成期 G2 期/DNA 合成后期 特点 rRNA、mRNA、tRNA 合成 核糖体装配 结构蛋白、酶蛋白合成 CaM、cyclin、CDK 合成 G1 末期，中心粒开始复制 细胞体积增大 DNA 复制（细胞分裂的首要条件）组蛋白、非组蛋白合成 染色质装配 中心粒复制 微管蛋白开始合成 成熟促进因子（MPF）合成 有丝分裂因子合成 核纤层磷酸化 染色质凝聚 微管蛋白合成 分裂期/M 期 细胞周期 前期 中期 后期 末期 特点 染色质凝集 核膜崩解 核仁消失 确定分裂极 中心粒向两极移动 纺锤体形成 从核膜消失到有丝分裂器形成的时期。赤道板形成 染色体最大程度压缩 所有染色体排列到赤道板 在着丝粒和动粒的作用下，每条染色体的两个姐妹染色单体分向两极。从染色体到达两极开始到形成两个子细胞为止。染色体解旋成细线，核仁、核膜重现。亲本细胞核染色体精确均等分配给两个子细胞。RNA 停止合成。蛋白质合成减少。机体细胞或体外培养细胞的增殖状态类型：持续增殖细胞/周期细胞：细胞过 R 点后，始终保持旺盛的增殖活性，连续进行增殖。特点：分化低，能量和物质代谢水平高，对外界信号敏感，周期时间恒定 （上皮基底细胞，骨髓造血干细胞，胚胎细胞，体外培养的对数生长期细胞，恶性肿瘤细胞）暂不增殖细胞/G0期细胞：较长时间停留在 G1期，合成大量特异性的 RNA 和蛋白质。随后，代谢活性下降，处于细胞增殖的静止状态（G10 期）。在一定条件下仍可被激活，增殖。（肝肾胰脏器的实质细胞，某些免疫淋巴细胞）终末分化细胞/终端分化细胞/不育细胞：不可逆地脱离细胞周期，丧失分裂能力，但保持一定的生理功能的细胞。（哺乳动物的红细胞，角化上皮细胞，肌细胞，神经元）有丝分裂器：由纺锤体、中心粒和染色体构成 着丝粒（centromere):染色体主缢痕部位的染色质.动粒:附着于着丝粒上的一种细胞器，外侧有纺锤体微管附着，内侧与着丝粒相互交织.每条中期染色体有两个动粒，分别位于着丝粒两侧.第三章 生命的延续 第一节 无性生殖与有性生殖 有丝分裂：遗传物质复制一次，细胞分裂一次 无丝分裂/直接分裂：二分裂 减数分裂：遗传物质复制一次，细胞分裂二次 无性生殖特点：无遗传物质的重组发生，子代继承的遗传信息与亲代基本相同 有性生殖：两性生殖细胞经过结合形成合子的过程 第二节 配子发生 配子发生（gametogenesis）是有性生殖过程中精子和卵子的形成过程。其共同特点是除有丝分裂外，在成熟期要进行减数分裂（meiosis），又称成熟分裂。一、精子发生 精原细胞（睾丸曲细精管）精子 1.增殖期 A 型精原细胞 干细胞，分化较低，有丝分裂 B 型精原细胞 进入减数分裂 2.生长期 B 型精原细胞体积增大，形成初级精母细胞（primary spermatocyte）（各期生精细胞 biggest）3.成熟期 第一次减数分裂：形成两个次级精母细胞 第二次减数分裂：形成 4 个精细胞 4.变形期 头部 顶体形成 核染色质凝集 颈部 尾部形成 中间段，主段，末段，鞭毛 9+2 微管 二、卵子发生 从卵原细胞（oogonium）发育为卵子的过程称为卵子发生（oogenesis）。1.增殖期 胚胎期：原始生殖细胞-卵原细胞-初级卵母细胞 2.生长期 卵原细胞体积增大成初级卵母细胞。停留在前期I的双线期。女性生殖细胞在卵泡（follicle）中发育。原始卵泡-初级卵泡（透明带）-次级卵泡（放射冠-颗粒层）-成熟卵泡 3.成熟期 第一次减数分裂：次级卵母细胞第一极体 第二次减数分裂：卵细胞第二极体 第三节 减数分裂 时期 特点 减数分裂 前期 细线期 染色体复制完成，染色粒，染色线 偶线期 配对联会 粗线期 四分体，过程较长 双线期 联会复合体阶梯，交叉端化 终变期 二阶梯高度螺化，核膜核仁消失 中期 各二阶体排在赤道板，纺锤体形成 后期。末期。减数分裂 前期 二分体凝聚，核膜消失 中期。后期。末期。联会：每对形态、大小相同的同源染色体从靠近核膜的某一点开始相互靠拢在一起，在相同的位置上的染色体准确配对的过程 四分体：含有 4 条染色单体的二阶体 非姐妹染色单体：同源染色体的染色单体之间互称为非姐妹染色单体 交叉端化：联会的同源染色体相互排斥而发生分离，交叉点向两端移动 意义：遗传基础多样化，使后代对环境有更大的适应性 第四节 受精 精子和卵子结合成合子（受精卵）的过程称为受精（fertilization）。（一）配子的成熟与运行 1.精子的成熟与运行 哺乳类动物的精子要在附睾中停留 1221 天，附睾上皮分泌多种糖蛋白覆盖于精子表面，才能获得主动运动与受精的能力。注入阴道穹窿的精子液化后才具有充分的运动力。2.卵的成熟与运行 卵的成熟包括核的成熟和胞质的成熟 核的成熟：为初级卵母细胞恢复并完成第一次减数分裂，次级卵母细胞停留在第二次减数分裂的中期。胞质的成熟：在胞质内可见皮质颗粒形成，并沿次级卵母细胞膜分布，颗粒外周有膜包被，内含酶。卵排出后附着在卵巢表面，由伞部上皮纤毛的摆动与肌肉收缩将其扫拂入输卵管并在壶腹部停留。（二）受精 精子具备受精能力的三个要素：1.精子获能 哺乳动物（包括人）刚射出的精子是不能与卵受精的，它需要在雌（女）性生殖道中孵育一段时间，才获得受精能力，这种现象称为获能。获能本质：精子在子宫或输卵管中，覆盖精子表面特别是顶体区的精浆物质和去能因子逐渐被去除，暴露出精子受体部位而使精子特异地与卵的受体或者卵释放的物质相作用，并在与卵的外围屏障接触中发生顶体反应。2.顶体反应 在输卵管壶腹，获能精子靠近或与卵的外围屏障接触，覆盖在顶体表面的细胞膜与顶体外膜多处发生融合并释放出多种酶系，这一过程称为顶体反应。3.精卵融合 精子穿过卵透明带后，进入卵黄周间隙，头部细胞膜与卵膜融合，进而成为卵膜的一部分，整个精子也就进入卵中，这个过程称为精卵融合。4.皮质反应与透明带反应 精卵融合时，诱导卵膜特征发生改变，产生膜电荷变化，卵膜立即阻挡第二个精子进入卵内，这一机制称为卵膜封闭。激活后的卵胞浆排出皮质颗粒,与透明带发生作用并修饰透明带，使透明带拒绝其他精子穿过，这一机制称为透明带反应。5.雌雄原核形成与融合 第五节 卵裂及形成 卵裂及胚泡形成：受精_卵裂_二细胞期-桑葚期-早期胚胎-晚期胚胎 第三章 生命的遗传与变异 在生殖过程中亲代和子代之间或者子代个体之间相似的现象称为遗传。基本特征信息由父方和母方传递给下一代，这种信息传递称为遗传。遗传是保守的，相对的,亲子之间或子代个体之间的差异称为变异。变异是积极的，绝对的 第一节 遗传的分子基础 一、DNA 结构特征及其生物学意义 英国的细菌学家 Griffith，肺炎链球菌实验 美国纽约洛克菲勒研究所的 Avery：DNA 是生命的遗传物质，蛋白质不是生命的遗传物质。Hershey,Alfred Day：放射性同位素标记噬菌体实验 富兰克林，Wilkins,Crick,Watson:DNA 双螺旋结构 （1）DNA 分子是由两条脱氧核糖核苷酸长链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。（2）每条链上磷酸和脱氧核糖交替连接，位于双螺旋结构外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。（3）两条链上的碱基按照碱基互补配对原则彼此配对，通过氢键连接成碱基对。碱基互补配对原则：A-T，G-C DNA 双螺旋结构理论是现代分子生物学的理论基础 DNA 双螺旋结构的生物学意义：1、（控制生命活动）遗传信息储存在 DNA 的碱基排列顺序中。2、碱基互补是 DNA 复制和修复的基础。3、碱基互补是 DNA 分析技术的基础。中心法则：遗传信息的传递及维护 遗传信息的表达 DNA 是遗传的物质基础。二、人类基因组 1.核基因组（DNA）1）单一序列 2）重复序列：高度重复序列，中度重复序列：短分散元件，长分散元件 轻度重复序列，短串联重复序列：小卫星 DNA，微卫星 DNA 端粒重复序列 DNA 在 CsCl 密度梯度离心中，由于 GC 的含量少于 AT，当重复序列的 GC 与 AT 的比率有差异时，可在 DNA主峰旁形成卫星 DNA。卫星 DNA 构成着丝粒，端粒和 Y 染色体长臂上的异染色质区。称为卫星 DNA。多基因家族：人类组蛋白基因家族 histone gene family：一个基因的多次拷贝成簇排列在同一条染色体上，形成一个基因簇。珠蛋白基因家族 globin gene family：一个多基因家族中的不同成员成簇分布于几条不同的染色体上，这些成员的序列虽然有些不同，但是编码一组关系密切的蛋白质。假基因 2.线粒体基因组 mtDNA:双链环状的 DNA 分子、裸露不与组蛋白结合,分散在线粒体基质中，长约 5um、含 16569 个碱基对。共有 37 个基因。（2 个 rRNA（12S 和 16S）基因，22 个 tRNA 基因，13 个蛋白质基因）外环为重链（H）富含 G（12 种多肽链，12S rRNA，16S rRNA，14 种 tRNA）内环为轻链（L）富含 C（1 种多肽链，8 种 tRNA）mtDNA 与 nDNA 不同:无内含子，唯一非编码区为D-环区。无核苷酸结合蛋白，缺少组蛋白的保护。mtDNA易发生突变，并容易得到保存。每个线粒体内含有210 个拷贝的 mtDNA 分子。每个细胞可具有数千个 mtDNA 分子。母系遗传。三、断裂基因的基本结构 基因：合成一条多肽链或 RNA 分子的一段 DNA 序列/具有特定功能的一段 DNA 序列：蛋白质基因，RNA 基因 断裂基因：编码序列是不连续的而且被若干个非编码序列（内含子）隔开 结构基因的组成：1.外显子：基因内的编码序列，DNA 转录后保留在成熟 RNA（mRNA）中的 DNA 序列 2.内含子：外显子之间的非编码 DNA 序列 GT-AT 法则 3.侧翼序列：基因的 5端和 3端两侧都有一段不被转录的非编码区，对基因转录调控器主要作用 启动子：TATA 框CAAT 框GC 框 增强子：增强转录效率，且不受距离变化的影响 终止子：反向重复序列和特异序列 四、DNA 复制 原核生物：一个起始点，向两个方向复制，呈形两个复制叉汇于一点，复制成两个 DNA 分子。真核生物：多个起始点，向两个方向复制。1半保留复制 2复制子：一个复制起点所进行复制的 DNA 区段 3半不连续复制 前导链（冈崎片段），后随链 五、基因的表达与调控（一）基因的表达 基因的表达：基因表达是 DNA 分子中所存在的遗传信息通过转录和翻译形成具有生物活性蛋白质或通过转录形成 RNA 发挥功能作用的过程。原核生物：转录和翻译同步进行。真核生物：转录在核中进行；翻译在细胞质中进行。1.转录：剪接，戴帽，加尾。转录的 RNA 分子称为核内异质 hnRNA 2.翻译：按照 mRNA 上密码子的信息指导氨基酸单体合成为多肽链的过程，这一过程称为 mRNA 的翻译。mRNA 的翻译需要有 mRNA、tRNA、核糖体、多种氨基酸和多种酶等的共同参与。翻译过程(即多肽链的合成)包括起始、多肽链延长和翻译终止 3 个基本阶段。一段 mRNA 可以相继与多个核糖体结合，同时进行多条同一种肽链的合成。染色体的特点：简并性，通用性（二）基因表达的调控 转录前调控 转录水平的调控：顺式作用元件：DNA，反式作用因子：蛋白质 转录后调控 翻译水平的调控 翻译后修饰：蛋白质加工：糖基化，水解 六、基因突变（与修复）基因突变：DNA 分子中的核苷酸组成或排列顺序的改变 1.碱基置换：DNA 分子中的一个碱基被另一个碱基所替代。单个碱基的改变：点突变 转换：嘌呤被嘌呤所取代，一种嘧啶被另一种嘧啶所取代颠换：嘌呤取代嘧啶/嘧啶取代嘌呤 1）同义突变：兼并性 2）错义突变 3）无义突变 4）终止密码突变 2.移码突变：DNA 编码序列中插入或缺失一个或几个碱基对 3.动态突变：不稳定三核苷酸重复序列突变 第二节 遗传的细胞基础 一、染色质（一）染色质的分子结构（二）常染色质和异染色质 常染色质：细胞间期处于解螺旋状态的具有转录活性的染色质 异染色质：细胞间期处于凝缩状态 兼性异染色质、结构异染色质 常染色质与异染色质的区别 特征 常染色质 异染色质 状态 螺旋化程度低 螺旋化程度高 结构 结构松散 结构紧密 大小 R=10nm R=20-30nm 染色 浅 深 位置 核中央 核膜边缘 功能 复制转录活跃 复制转录不活跃 （三）性染色质（细胞间期细胞核中性染色体的异染色质部分显示出的一种特殊结构）X 染色质：X 小体，巴氏小体 Y 染色质 二、染色体 人体染色体类型：中央着丝粒染色体；亚中着丝粒染色体；端着丝粒染色体 三、人体的正常核型 核型：一个体细胞中的全部染色体，按其大小、形态特征顺序排列所构成的图像（一）人体染色体非显带核型（二）人体染色体显带核型 染色体序号:1-23 臂的符号:长臂 b，短臂 p 区的序号 带的序号：亚带，次亚带 例：一号染色体，短臂，3 区，1 带，第 1 亚带 四、染色体的多态性 第三节 遗传的基本规律 一、分离定律 1859 年，达尔文提出进化论 1865 年，孟德尔揭示了生物遗传基本规律 豌豆的遗传育种/豌豆单因子杂交实验：闭花授粉 性状：生物所具有的形态、机能或生化特点。相对性状：一种生物同一性状的不同表现类型。显性性状：隐性性状 3:1 显性基因，隐性基因，等位基因，基因型，表现型，杂合子，纯合子 性状分离，测交实验 遗传学第一定律，即“分离定律”：一对等位基因在形成配子时完全独立地分离到不同的配子中去，相互不影响。细胞学基础:同源染色体的分离 二、自由组合定律 自由组合定律：在配子形成过程中非等位基因相互间进行自由组合。细胞学基础：非同源染色体的自由组合 三、连锁与交换定律 重要模式生物：果蝇 1.完全连锁 连锁定律：两对或两对以上等位基因位于一对同源染色体上，在遗传时，位于同一条染色体上的基因连在一起不分离。2.不完全连锁（交换）互换定律：减数分裂时，同源染色体可以发生重组交换，使原来的连锁基因发生了互换，导致同源染色体上基因的重新排列。细胞学基础：同源染色体的非姐妹染色单体的联会和交叉。摩尔根的贡献：发现并证实了连锁交换定律。连锁群(linkage group)：位于同一条染色体上的基因彼此间以连锁方式传递。同一连锁群 2 对等位基因间可以发生交换重组，重组率可以反映 2 个基因在染色体上的相对距离。遗传上以重组率作为图距来衡量基因间的距离，规定当重组率为 1%时计为 1 厘摩(cM)利用连锁定律确定基因在染色体上的相对位置，并建立了果蝇的基因图 第四节 遗传与人类疾病 遗传性疾病：遗传物质发生突变而引起的疾病（不等同于家族性疾病和先天性疾病）一、染色体异常和疾病 染色体畸形：在病理条件或环境因素作用下，细胞中的染色体形态结构和数目可发生改变 分为自发畸变和诱导畸变 畸变的实质：染色体上成群基因的增减或位置移动(一)染色体数目畸形 1.染色体整倍性改变：体细胞中染色体个数以 n 为基数成倍的增加或减少，形成单倍体或多倍体。多倍体形成机制：双雄受精；双雌受精；核内复制；核内有丝分裂 2.染色体非整倍性改变：体细胞中个别染色体数目增加或减少了一条或几条（最常见的染色体畸变类型）亚二倍体（单体），超二倍体（三体）（染色体数目畸形中最藏剑，种类最多的一类畸形）非整倍体形成机制：染色体不分离(二)染色体结构畸形/染色体重排 描述方法：简式和详式 类型：1.缺失：末端缺失；中间缺失 2.重复 3.倒位：臂内倒位臂间倒位 4.易位：相互易位；罗伯逊易位 5.环状染色体 6.双着丝粒染色体 7.等臂染色体(三)染色体病/染色体异常综合征 1.常染色体病：常染色体数目或结构异常引起的疾病 21 三体综合征：核型：三体（47，XX 或 XY，+21），易位型，嵌合型 18 三体综合征：核型多为三体（47，XX(XY),+18）13 三体综合征：和型多为三体（47，XX(XY),+13）5p-综合征：3.性染色体病/性染色体异常综合症：性染色体 X 或 Y 结构畸变或数目异常引起的疾病 先天性睾丸发育不全综合征：常见核型：47，XXY 先天性卵巢发育不全综合征：45，X XYY 综合征：47，XYY。48，XYYY。49,XYYYY.XXX 综合征或称 X 三体综合征 脆性 X 综合征 二、单基因遗传病（一）常染色体显性遗传病 AD 不完全显性 共显性 不规则显性（二）常染色体隐性遗传病（三）X 连锁遗传（四）Y 连锁遗传 三、线粒体遗传病 1.mtDNA 具有半自主性 2.线粒体基因组所用的遗传密码有些和通用密码不同 3.mtDNA 为母系遗传 4.mtDNA 在有丝分裂和减数分裂期间要经过复制分离 5.mtDNA 突变率极高 四、多基因遗传病（一）数量性状遗传（二）多基因假说 易患性：由遗传基础和环境因素的共同作用，决定了一个个体是否易于患病 易感性：在多基因遗传病中。由多基因遗传基础决定某种多基因病发病风险的高低 遗传率/遗传度：在多基因遗传病中，易患性的高低受遗传基础和环境因素的双重影响，其中遗传基础所起的作用的大小程度 计算：