遗传学：4第四章 遗传的细胞学基础

第四章第四章 遗传的细胞学基础遗传的细胞学基础第一节第一节 染色体的结构与功能染色体的结构与功能 细胞结构细胞结构 细胞质细胞质 细胞核细胞核 染色体染色体各种生物的染色体数目各种生物的染色体数目 (1)人类 2n = 46 小家鼠 2n = 40金丝猴 44 大家鼠 42弥猴 42 豚鼠 64猪 40 免 44狗 78 鸡 78猫 38 鸭 80马 64 家蝇 12驴 62 蜜蜂 32/16山羊 60 佛蝗 24/23绵羊 54 蚊 6洋葱 2n = 16 链孢霉 n = 7大麦 14 青霉菌 4水稻 24 曲霉 8小麦 42 面包酵母 17玉米 20豌豆 14向日葵 84番茄 24各种生物的染色体数目各种生物的染色体数目 (2)体外培养人胚的肺成纤维细胞的中期染色体。体外培养人胚的肺成纤维细胞的中期染色体。第一次报道了人的染色体数目是第一次报道了人的染色体数目是46。( 1956 )普通黑腹果蝇普通黑腹果蝇的唾腺染色体的唾腺染色体唾腺染色体上宽窄黑白不同的带纹唾腺染色体上宽窄黑白不同的带纹蛋白质蛋白质 ( 组蛋白和非组蛋白组蛋白和非组蛋白 )核酸核酸 ( DNA 和和 RNA )非组蛋白中富含天门冬氨酸非组蛋白中富含天门冬氨酸,谷氨酸等谷氨酸等酸性氨基酸酸性氨基酸,为酸性蛋白质为酸性蛋白质.组蛋白中富含精氨酸和赖氨酸等碱性组蛋白中富含精氨酸和赖氨酸等碱性氨基酸氨基酸,属碱性蛋白质属碱性蛋白质.1、染色体的化学组成、染色体的化学组成:（1） Histone组蛋白的性质和类型组蛋白的性质和类型组蛋白是较小的蛋白质分子，包含大量的碱性氨基组蛋白是较小的蛋白质分子，包含大量的碱性氨基酸酸(arginine and lysine)，它们与带负电荷的，它们与带负电荷的DNA分分子结合在一起。子结合在一起。组蛋白主要分为五种：组蛋白主要分为五种：H1, H2A, H2B, H3, 和和H4。 它们在不同真核生物中非常相似。（如人类和豌它们在不同真核生物中非常相似。（如人类和豌豆豆H4,2aa；海胆和小牛胸腺；海胆和小牛胸腺H3,1aa）精细胞中是由精蛋白代替组蛋白，成熟的鱼类和鸟精细胞中是由精蛋白代替组蛋白，成熟的鱼类和鸟类的红细胞中类的红细胞中H1H1则被则被H5H5所取代。所取代。染色质中的组蛋白与染色质中的组蛋白与DNADNA的含量之比为：的含量之比为：1111。组蛋白的功能组蛋白的功能核小体组蛋白核小体组蛋白(nucleosomal histone), 包括包括H2AH2A、H2BH2B、H3H3和和H4, H4, 作用是与作用是与DNADNA组装成核小体。组装成核小体。H1H1不参加核小体的组建不参加核小体的组建, , 在构成核在构成核小体时起连接作用小体时起连接作用, ,并赋予染色质以并赋予染色质以极性。极性。（2） Nonhistone proteins Nonhistone chromosomal proteins include a large number of widely diverse structural, enzymatic, and regulatory proteins.Nonhistone proteins非组蛋白的功能非组蛋白的功能1 1、参与染色体的构建：染色体的结构支、参与染色体的构建：染色体的结构支持体持体2 2、启动、启动DNADNA复制复制3 3、调节基因表达的蛋白因子等调节基因表达的蛋白因子等 序列特异性序列特异性DNADNA结合蛋白结合蛋白(sequence-specific DNA-binding protein)。非组蛋白的特性非组蛋白的特性: : 呈酸性、带负电荷。呈酸性、带负电荷。核小体核小体(nucleosome )是染色是染色质包装的基本单位质包装的基本单位核小体核小体(nucleosome)是由是由200bpDNA双链和双链和8个组蛋白分子组成。核小体核心由组蛋白个组蛋白分子组成。核小体核心由组蛋白H2A，H2B，H3和和H4各各2个分子所组成的个分子所组成的八聚体以及在八聚体上缠绕一又四分之三八聚体以及在八聚体上缠绕一又四分之三圈的圈的146bp的的DNA组成。结合上组蛋白组成。结合上组蛋白H1后，后，DNA共缠绕二圈，含共缠绕二圈，含165bp，称染色质，称染色质小体小体(chromatosome)，染色质小体之间约为，染色质小体之间约为35bp。核小体核小体2、Nucleosome 核小体的结构特点核小体的结构特点 核小体是染色质的基本结构单位。核小体是染色质的基本结构单位。由由200200个左右碱基对的个左右碱基对的DNADNA和四种组蛋白结合而成；和四种组蛋白结合而成；其中四种组蛋白其中四种组蛋白(H2A、H2B、H3、H4 )各各2分子分子组成八聚体的小圆盘，是核小体的核心结构；组成八聚体的小圆盘，是核小体的核心结构；146个碱基对的个碱基对的DNA绕在小圆盘外外面绕在小圆盘外外面1 3/4圈。圈。每一分子的每一分子的H1与与DNA结合结合, 起稳定核小体结构的起稳定核小体结构的作用；作用；两相邻核小体之间以连接两相邻核小体之间以连接DNA(linker DNA)相连相连, 长度为长度为40bp不等不等。核小体中组蛋白八聚体中核小体中组蛋白八聚体中的组蛋白连接顺序是的组蛋白连接顺序是: :H2A H2B H4 H3 H3 - H4 H2B H2A核小体的机算机模拟图核小体的机算机模拟图 (左侧为正面，右为侧面左侧为正面，右为侧面 ) Chromosome packing核小体核小体(nucleosome)螺线管螺线管(solenoid)超螺线管超螺线管(supersolenoid)染色体染色体(chromosome) 从核小体开始到染色体从核小体开始到染色体, DNA总共压缩总共压缩: 压缩压缩7倍倍 压缩压缩6倍倍 压缩压缩40倍倍 压缩压缩5倍倍 DNA核小体核小体 螺线管螺线管 超螺线管超螺线管染色单体染色单体30nm 30nm 纤维纤维染染色色体体的的四四级级结结构构染染色色体体的的电电镜镜照照片片3 3、染色体的主要结构染色体的主要结构着丝着丝粒粒(centromere)主缢痕主缢痕(Primary constriction) 次缢痕次缢痕(secondary constriction)随体随体(satellite)端粒端粒(telomere)主缢痕与主缢主缢痕与主缢痕痕四种不同位置着丝粒的染色体四种不同位置着丝粒的染色体中部着丝粒近中部着丝粒近端着丝粒端部着丝粒染色体类型染色体类型1、染色体大小：、染色体大小： 大型染色体大型染色体（macrochromosome）：人，蚕豆）：人，蚕豆 小型染色体小型染色体 （microchromosome）：鸟类）：鸟类2、染色体数目：、染色体数目： 正常染色体正常染色体 （Achromosome) 超数染色体超数染色体 （supernumerary chromosome 或或B染色体）染色体）3、染色体功能、染色体功能 常染色体常染色体 （autosome） 性染色体性染色体 （sex chromosome）湖北贝母湖北贝母 的的B染色体染色体DNA结构稳定遗传的功能序列结构稳定遗传的功能序列 ARS序列：自主复制序列，或复制起点序列：自主复制序列，或复制起点序列序列 CEN序列：着丝粒序列序列：着丝粒序列 TEL序列：端粒序列序列：端粒序列DNADNA稳定遗传的三种功能稳定遗传的三种功能位点位点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 人工染色体人工染色体(artificial chromosome) 人工构建的含有稳定染色体的天然结构人工构建的含有稳定染色体的天然结构序列，即序列，即ARSARS、CENCEN、TELTEL序列的微小染色序列的微小染色体，可以象天然染色体一样在寄主细胞体，可以象天然染色体一样在寄主细胞中稳定复制和遗传，称为人工染色体。中稳定复制和遗传，称为人工染色体。Yeast artificial chromosome 5、染色体与疾病诊断、染色体与疾病诊断 疾病的诊断：早老症 性别的判定：巴尔小体 胎儿右图显示患Hutchinson-Gilford综合症的8岁男孩,左图为正常的9岁男孩.衰老学说衰老学说 差错学派：代谢产物积累差错学派：代谢产物积累 自由基学说自由基学说 遗传学派：程序性死亡遗传学派：程序性死亡 复制性死亡复制性死亡 长寿基因长寿基因第二节第二节 细胞分裂细胞分裂 一、细胞周期一、细胞周期（cell cycle）是从一个细胞的任何一个分期阶段到子细胞的同是从一个细胞的任何一个分期阶段到子细胞的同等阶段中的各种事件等阶段中的各种事件 S 期期 G1期期 间期（间期（interphase） 细胞周期细胞周期 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 期有丝分裂细胞停止分裂G2 期S 期 ( DNA 合成 )真核生物细胞周期间期S期G2期前期中期后期末期非分裂细胞有丝分裂细胞周期细胞的有丝分裂细胞的有丝分裂细胞有丝分裂模式图间期前期早中期中期后期末期细胞有丝分裂图间期前期早中期中期后期早末期晚末期细胞的减数分裂细胞的减数分裂前期 I细线期偶线期粗线期双线期终变期中期 I后期 I末期 I胞质分裂前期 II中期 II后期 II末期 II联会复合体联会复合体 联会复合体（联会复合体（synaptonemal complex，SC）联会时总是夹在两条同源染色体之）联会时总是夹在两条同源染色体之间。间。 包括两个侧体和一个中体，主要由蛋白包括两个侧体和一个中体，主要由蛋白质组成。质组成。 拉链结构。与同源染色体配对和染色体拉链结构。与同源染色体配对和染色体交换有关。交换有关。交叉是交换的结果交叉是交换的结果leptonemazygonemapachynemadiplonemadiakinesismetaphasetelophaseanaphase动物细胞植物细胞第3个月第4个月笫7个月出生减 数 分 裂 和 有 丝 分 裂 比 较 图初级卵母细胞卵细胞和第二极体卵原细胞次级卵母细胞和第一极体卵子精原细胞初级精母细胞次级精母细胞精细胞精子精子和卵子的形成过程小孢子囊大孢子囊减数分裂小孢子大孢子孢子体二倍体单倍体胚囊花粉粒卵子精子授精合子(受精卵)基因和染色体行为的平行性基因和染色体行为的平行性 基因基因 染色体染色体配对配对 A a A分离分离 a自由自由 A B A b组合组合 或或 a b a B细 胞 分 裂 时 非 同 源 染 色 体 的 重 新 组 合