遗传优生学第二章

第三章遗传的基础知识 第一节遗传的基础第二节遗传的基本规律第三节人体性状和行为的遗传 第一节人类遗传的细胞学基础 一 细胞概述 细胞是人体生命活动的基本组成单位 一般由细胞膜 细胞核和细胞质构成 细胞核是细胞内最重要的细胞器 核内包含有遗传物质的载体 染色体 染色体或染色质的主要化学成分是DNA 组蛋白 非组蛋白和少量的RNA 人体的生长主要是通过细胞体积的增大和细胞数目的增加而实现的 因此 细胞分裂是生物体进行生长发育和繁殖后代的基础 每一种生物的细胞内 染色体的数量是一定的 例如 水稻24条 大豆40条 烟草48条 普通小麦42条 蚕豆12条 陆地棉52条 大麦14条 豌豆14条 茶树30条 玉米20条 马铃薯48条 人46条 高粱20条 甘薯90条 组蛋白是指所有真核生物的核中 与DNA结合存在的碱性蛋白质的总称 非组蛋白是指细胞核中组蛋白以外的酸性蛋白质 二 细胞有丝分裂1 细胞周期细胞从一次有丝分裂结束至下一次有丝分裂结束的时期 称为一个细胞周期 DNA合成前期 G1期 有丝分裂间期DNA合成期 S期 细胞周期DNA合成后期 G2期 前期有丝分裂期 M期 中期后期末期 有丝分裂间期 1 DNA合成前期 G1期 从上次细胞分裂完成到DNA合成开始前的阶段为G1期 主要进行细胞体积的增长 并为DNA的合成做准备 2 DNA合成期 S期 从DNA合成开始到DNA合成结束的全过程 染色体的数目在这个时期加倍 3 DNA合成后期 G2期 从DNA合成结束到有丝分裂期开始之前的阶段 为进入有丝分裂期做准备 有丝分裂期 是DNA 染色质等已经复制完成的细胞 将染色质加工 包装成染色体 并把它们均等的分成两份 形成两个子细胞的过程 1 前期 这一时期的主要表现为染色体凝集 分裂极出现 核膜 核仁的解体 消失 2 中期 这一时期主要是纺锤体形成 染色体在纺锤丝的牵引下排列在细胞的赤道面上 形成赤道板 3 后期 每个染色体的着丝粒分裂为二 每条染色体的两条染色单体各自分开而成为两条独立的染色体 并在纺锤丝的牵引下分别移向两极 4 末期 细胞核重新形成 细胞质发生分裂并形成两个子细胞的阶段 染色体凝集 分裂极出现 核膜 核仁的解体 消失 纺锤体形成 染色体在纺锤丝的牵引下排列在细胞的赤道面上 形成赤道板 每个染色体的着丝粒分裂为二 每条染色体的两条染色单体各自分开而成为两条独立的染色体 并在纺锤丝的牵引下分别移向两极 末期 细胞核重新形成 细胞质发生分裂并形成两个子细胞的阶段 有丝分裂的遗传学意义从遗传学的观点看 有丝分裂的重要意义就在于其分裂产物都是相同的 它们精确地含有和亲代细胞核完全相同的遗传物质 这种均亲分裂的方式是遗传物质在同一世代内稳定存在和传递的根本保证 三 减数分裂减数分裂也是有丝分裂的一种 是发生在特殊器官 特殊时期的特殊的有丝分裂 减数分裂是在精子或卵子的发生过程中 精母细胞 或卵母细胞 只进行一次DNA复制 而发生两次连续的细胞分裂 形成四个精子 或一个卵子和三个极体的过程 结果是在成熟的配子中 染色体数目减少一半 1 减数第一次分裂的基本过程被分为前期I 中期I 后期I 末期I前期I 分为5个时期 1 细线期 染色体完成复制 开始凝集 2 偶线期 各同源染色体分别配对 称为联会 配对的两条同源染色体分别由4条染色单体组成 称为四分体 同源染色体是指形态 大小 结构相同的一对染色体 它们一条来自父方 一条来自母方 3 粗线期 同源染色体配对后 染色体明显变短变粗 结合紧密 同源染色体之间发生DNA交换 导致染色体重组 4 双线期 联会复合体逐渐消失 同源染色体逐渐分开 但仍有几点相连 5 终变期 染色体变成紧密凝集状态 核仁消失 染色体凝集成短棒状 开始形成纺锤体 中期I 核膜破裂 分散于核中的四分体在纺锤丝作用下向纺锤丝中部移动 最后排列到赤道板上 后期I 同源染色体分离并向两极移动 每一极获得单倍数量的染色体 每条染色体含有两条染色单体 同时 非同源染色体在分向两极时相互独立 父方和母方来源的非同源染色体实现了自由组合 末期I 新的核膜重新形成 纺锤体消失 同时细胞质分裂 形成两个子细胞 每个子细胞中染色体数目比体细胞减少了一半 2 减数第二次分裂减数第一次分裂完成后 并不进行DNA复制 而是直接进入又一次分裂 其基本过程与有丝分裂期基本相同 末期 减数分裂的遗传学意义减数分裂使染色体数减半 这样使雌雄配子受精结合为合子时 其染色体数仍为2n 从而保证了亲子代间染色体数目的恒定性 保证了物种的相对稳定性 同时 减数分裂为生物的变异提供了重要的遗传物质基础 有利于生物的适应和进化 并为人工选择提供了丰富的材料 三 人类的配子发生1 精子的发生精子的发生起源于男性睾丸曲细精管上皮中的精原细胞 可分为增殖期 生长期 成熟期和变形期四个时期 1 增殖期 睾丸内的精原细胞通过有丝分裂大量增殖而使其数目增加 精原细胞内染色体数目与体细胞一样 2 生长期 精原细胞经过多次有丝分裂后 细胞体积增大 成长为初级精母细胞 初级精母细胞染色体仍为二倍体 3 成熟期 减数分裂期 每个初级精母细胞经过第一次减数分裂形成两个次级精母细胞 每个次级精母细胞中含有23条染色体 每个次级精母细胞再经过第二次减数分裂 各形成2个精细胞 其中2个精细胞中含有X染色体 2个精细胞中含有Y染色体 每一个精细胞中都含有23条染色体 4 变形期 精细胞经过一系列形态和生理变化 发育成为具有头 颈 尾的精子 父亲年龄效应 男性在性成熟后 精原细胞不断增殖 生长 并通过减数分裂 变形后形成精子 精子的数量很大 每次排精 达3亿到5亿个精子 细胞经过数百次减数分裂 同样 DNA需进行数百次复制 对于一个男性而言 年龄越大 DNA复制的数目也越大 发生DNA编码错误的风险也越高 因此 子代患单基因遗传病及点突变的风险也越高 此即为父亲年龄效应 2 卵子的发生 1 增殖期 卵巢生发上皮细胞的卵原细胞 经过有丝分裂大量增殖使卵原细胞数目增加 人的卵原细胞有23对染色体 卵原细胞的增殖在胚胎期6个月左右就已经完成了 2 生长期 卵原细胞进入生长期 体积明显增大成长为初级卵母细胞 初级卵母细胞仍为二倍体 3 成熟期 减数分裂期 初级卵母细胞进行减数分裂 经过第一次减数分裂 形成一个体积较大的次级卵母细胞和一个体积很小的极体 它们的染色体数是23条 次级卵母细胞接着进行第二次分裂 形成一个体积较大的卵细胞和一个体积较小的第二极体 同时 第一极体也进行减数分裂 形成两个第二极体 这样一个初级卵母细胞经过减数分裂形成一个卵细胞和三个极体 极体不发育退化消失 卵细胞里含有23条染色体 经过减数分裂形成的卵细胞不经过变形即是成熟的卵 初级 次级 母亲年龄效应 从女婴出生到青春期 卵巢中的初级卵母细胞始终停留在第一次减数分裂前期 部分初级卵母细胞停留的时间更长 可达50年之久 随着母亲年龄的增高 初级卵母细胞经历更多环境因素的影响 可能造成减数分裂的异常 如染色体不分离 导致卵细胞染色体数目的异常 受精后发育成染色体异常的后代 因此 母亲年龄增高 出生染色体异常患儿的可能性增高 此为母亲年龄效应 第二节人类染色体 一 人类染色体的数目和结构1 1956 蒋有兴首先确定人的正常体细胞有染色体46条 男性为46 XY 女性为46 XX 精子和卵子各有23条染色体 精子为22 X或22 Y 卵子为22 X 染色体的形态一般以细胞有丝分裂中期的染色体为标准 称为中期染色体 2 染色体形态和结构相关的术语染色单体 两条染色单体通过着丝粒相联主缢痕 着丝粒区 着丝粒处浅染内缢 称为主缢痕 着丝粒将染色体分为短臂 p 和长臂 q 端粒 在短臂和长臂的末端分别有一特化部位成为端粒 副缢痕 在某些染色体臂上的非着丝粒区也能见到浅染内缢的区域 称为副缢痕 随体 位于染色体末端的球形染色体节段 通过副缢痕区与染色体主体部分相连 每条染色体最主要的形态特征是染色体的相对长度和着丝粒的位置 3 人类染色体的类型根据着丝粒的位置不同 人类染色体可分为三种类型 中央着丝粒染色体 亚中着丝粒染色体 近端着丝粒染色体 二 人类染色体核型核型是细胞分裂中期染色体特征的总和 包括染色体的数目 大小和形态特征等方面 核型的表达 首先写出染色体总数 随之用逗号隔开 再写出性染色体的组成 若为染色体数目或结构的异常 则加上逗号 再写明这些特殊的改变的情况 如正常男性的核型 46 XY 正常女性的核型 46 XX45 X 47 XXY 47 XY 21 46 XX lq 三 人类染色体的畸变 1 染色体数目畸变多倍体 指染色体数目增加了一套或数套 即含有3个或3个以上的染色体组的细胞或个体 单倍体 单倍体胎儿尚未发现 单体 某对染色体减少了一条 2n 1 细胞内染色体总数为45 如45 X 三体 某对染色体增加了一条 2n 1 细胞内染色体总数为47 目前发现的人类染色体数目异常中占最多的一类 非整倍体 染色体数目不是23的整倍数时 叫非整倍体 如亚二倍体 亚三倍体 2 染色体结构畸变许多理化及生物因素可引起染色体断裂 产生两个或多个节段 这些片段重接时再发生错误连接 形成了不同的染色体片段重组 即染色体结构畸变 缺失 del 染色体部分丢失 如46 XX del 2 q23 重复 dup 染色体的某一区段加倍的结构变异称为重复 如46 XX dup 5p 女性 第5号染色体短臂片段重复倒位 inv 一条染色体发生两次断裂后 断裂的片段倒转180 重新连接 形成倒位 易位 t 两条及两条以上的染色体的断裂产生的染色体片段位置的改变叫易位 46 XY t 2 5 q21 q31 第三节人类遗传的分子基础 一 核酸核酸是生物体内的高分子化合物 包括DNA 脱氧核糖核酸 和RNA 核糖核酸 1 DNADNA的化学组成 DNA分子是由几千至几千万个脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子 其基本组成单位是脱氧核苷酸 一个脱氧核苷酸由脱氧核糖 磷酸和碱基三部分组成 组成DNA的碱基有四种 分别是腺嘌呤 A 鸟嘌呤 G 胞嘧啶 C 和胸腺嘧啶 T DNA的分子结构 1953年 美国生物学家沃森和英国物理学家克里克提出了DNA分子的双螺旋结构模型 DNA双螺旋模型 DNA分子是由两条走向相反的多脱氧核苷酸链构成 两条多脱氧核苷酸链以一共同轴为中心 盘绕成右手螺旋结构 DNA分子长链的外侧是磷酸和脱氧核糖 长链的横档由一对碱基组成 相互对应的碱基通过氢键连接形成碱基对 并且碱基配对有一定规律 A T G C DNA的功能储存 复制和转录遗传信息储存 DNA分子能够储存足够的遗传信息 决定生物各种性状的遗传信息就蕴藏在碱基对的排列顺序中 遗传信息实际上就是DNA分子中碱基对的不同排列组合 复制 半保留复制 新合成的子代DNA分子中 只有一条链是新合成的 而另一条链是保留了原来DNA分子中的一条链 因此被称为半保留复制 转录 转录是指以DNA分子中的一条链为模板 互补合成RNA的过程 2 RNA化学组成 基本组成单位是核苷酸 核苷酸也由三部分组成 磷酸 核糖和碱基 组成RNA的碱基也有四种 腺嘌呤 A 鸟嘌呤 G 胞嘧啶 C 和尿嘧啶 U 种类与功能 信使RNA 转运RNA和核糖体RNA 均参与细胞中蛋白质的合成 二 基因基因是具有某种特定遗传效应的DNA片段 在染色体上呈直线性排列 是遗传的基本单位 一个DNA上有三万多个基因 显性基因 控制显性性状的基因称为显性基因 通常用一个大写的英文字母来表示 隐性基因 控制隐性性状的基因称为隐性基因 通常用一个小写的英文字母来表示 表现型 将生物个体表现出来的性状称为表现型 基因型 与表现型相关的基因组成称为基因型 一对基因彼此相同的个体称为纯合体 一对基因彼此不同的个体称为杂合体 等位基因 是指位于同源染色体上相同位点上 控制相对性状的一对基因 复等位基因 在一个群体中 某特定的基因座上的等位基因种类有三种或三种以上 但具体到特定的某个个体则仅含有其中的一种 纯合体 或两种 杂合子 如控制血型的基因是由IA IB和i三种基因组成的复等位基因 三 基因突变1 概念 基因突变是指基因在分子结构上发生碱基对的组成或排列顺序的改变 2 特点 基因突变在生物界中普遍存在 基因突变是随机发生的 在自然条件下 对一种生物而言 基因突变的频率是很低的 大多数基因突变对生物体是有害的 基因突变是不定向的 3 基因突变的诱发因素 物理因素 化学因素 生物因素4 基因突变产生的后果及对人类的影响 中性突变 分子病 先天性代谢病 恶性肿瘤 第四节遗传的基本规律 一 孟德尔的遗传规律1 分离定律 生物体在形成生殖细胞时 成对的等位基因彼此分离 分别进入不同的生殖细胞 分离定律的细胞学基础 减数分裂时同源染色体的分离 孟德尔 GregorJohannMendel 1822年7月20日 1884年1月6日 是 现代遗传学之父 fatherofmoderngenetics 是遗传学的奠基人 1865年发现遗传定律 1822年孟德尔出生在一个贫寒的农民家里 父母都是园艺家 2 自由组合定律 两对或两对以上的等位基因位于非同源染色体上 在形成配子时 等位基因彼此分离 非等位基因自由组合 以均等的机会组合到不同的配子中去 自由组合定律的实质是非等位基因自由组合其细胞学基础是 在形成配子的减数分裂过程中 非同源染色体的随机组合 二 连锁与互换定律1 连锁定律 连锁 摩尔根把位于一条染色体上的基因相伴随传递的现象称为连锁 连锁定律的内容 两对或两对以上的等位基因位于同一对染色体上 在形成配子时 同一条染色体上的不同基因彼此连锁在一起作为一个整体传递 2 互换定律不完全连锁 连锁的基因在传递过程中大部分联合传递 少部分发生交换 这种遗传现象称为不完全连锁 互换定律的内容 在减数分裂形成配子时 同源染色体之间发生局部交换 使连锁基因发生交换 改变了原来的基因组合 形成了新的基因连锁关系 不完全连锁的实质是同源非姐妹染色单体间发生的交换而产生的基因重组 同源染色体上的联会和交换是不完全连锁发生的细胞学基础 连锁与互换定律的内容 生物在形成配子时 位于同一染色体上基因彼此连锁在一起作为一个整体传递的规律称为连锁定律 同源染色体上的等位基因可以发生交换称为互换定律 第五节人体性状和行为的遗传 一 体表性状的遗传 一 身高的遗传似乎为显性遗传 以父母身高预测子女身高的近似公式 儿子身高 父身高 母身高 1 08 2 女儿身高 父身高 0 923 母身高 2 二 体型的遗传1 瘦长型 无力型 2 健壮型 正力型 3 矮胖型 超力型 父母均为瘦长型 子女肥胖概率为7 父母肥胖 子女肥胖概率约为一般孩子的10倍 三 肤色的遗传多基因遗传 四 眼睛的遗传1 眼形 正常情况下 水平对斜眼是显性的 长睫毛对短睫毛是显性的 2 眼睑 双眼皮对单眼皮来说是显性的眼皮随年龄而变化 五岁时 双眼皮20 45岁时约占80 3 眼色 黑眼对其他眼是显性的 4 近视 高度近视表现出极明显的家族倾向性 遗传率高达80 近视中男性多于女性 高于六百度就算高度近视5 红绿色盲 X连锁隐性遗传病 男女患病比率11 20 1与人种有关系 五 毛发的遗传1 发色 黑色对浅色显性 单基因决定2 式样 羊毛法式基因对其他一切发式都是显性的羊毛发式 扭结发式 卷曲发式 波浪发式 直发发式3 秃头 男性秃头多见 六 鼻子的遗传 七 手的遗传1 惯用手2 多指 一个显性基因控制 二 血型的遗传人的血型是根据红细胞表面所含的凝集原不同而划分的 一 ABO血型系统是根据红细胞表面有无特异性抗原 凝集原 抗原 A和B来划分的血液类型系统 是人们最熟悉的 在实践中具有重要意义的血型系统 A型 红细胞上只有凝集原A的为A型血 其血清中有抗B凝集素 抗体 B型 红细胞上只有凝集原B的为B型血 其血清中有抗A的凝集素 AB型 红细胞上A B两种凝集原都有的为AB型血 其血清中无抗A 抗B凝集素 O型 红细胞上A B两种凝集原皆无者为O型 其血清中抗A 抗B凝集素皆有 抗原 是指能够刺激机体产生 特异性 免疫应答 并能与免疫应答产物抗体和致敏淋巴细胞在体内外结合 发生免疫效应 特异性反应 的物质 抗原的基本特性有两种 一是诱导免疫应答的能力 也就是免疫原性 二是与免疫应答的产物发生反应 也就是抗原性 抗体 antibody 指机体的免疫系统在抗原刺激下 由B淋巴细胞或记忆细胞增殖分化成的浆细胞所产生的 可与相应抗原发生特异性结合的免疫球蛋白 主要分布在血清中 也分布于组织液及外分泌液中 ABO血型不合引起胎儿溶血多见于母亲为O型 胎儿为A型或B型 故O型血女性与A B AB男性婚配 都有产生新生儿溶血的可能 二 Rh血型系统 凡是人体血液红细胞上有Rh凝集原者 为Rh阳性 反之为阴性在我国 RH阴性血型只占千分之三到四 Rh血型的遗传 Rh阴性基因是隐性基因 Rh阳性基因是显性基因 Rh血型不合引起的胎儿溶血 由于胎儿Rh血型 而母亲Rh血型为 时 胎儿红细胞所具有的抗原恰为母体所缺少 当胎儿红细胞通过胎盘进入母体循环 使母体产生相应的血型抗体 此抗体又经胎盘到胎儿循环作用于胎儿红细胞并导致溶血 本病是由于胎儿接受了母体的 通过胎盘 同族免疫抗体而发病 其发病条件是母体曾接受异种抗原刺激 产生相应的免疫抗体 母体所产生的抗体通过胎盘进入胎儿 胎儿对此抗体具有免疫敏感性而得病 一般ABO溶血病较Rh溶血症患儿病情轻 进展慢 经积极救治大多预后良好 但若已发生胆红素脑病则常有不可逆的神经系统严重后遗症 三 行为的遗传晕车晕船便秘梦游夜尿睡觉咬牙咬指甲 四 智力的遗传五 寿命的遗传六 运动能力的遗传姚明父母都是篮球运动员 父亲姚志源身高2 08米 曾效力于上海男篮 母亲方凤娣身高1 88米 是70年代中国女篮的主力队员 中国体坛10对双胞胎 李大双李小双 蒋文文蒋婷婷 李娆 李婷 李双红 李对红 射击 本章结束