1、分子遗传学课件染色体(与“染色体”有关PPT文档)第一节 细胞的结构与功能 根据构成生物体的基本单位，可以将生物分为 非细胞生物：包括病毒、噬菌体(细菌病毒)，具有前细胞形态的构成单位；细胞生物：以细胞为基本单位的生物；根据细胞核和遗传物质的存在方式不同又可以分为：真核生物(eukaryote)：(真核细胞)原生动物、单细胞藻类、真菌、高等植物、动物、人类 原核生物(prokaryote)：(原核细胞)细菌、蓝藻(蓝细菌)真核细胞：细胞膜、细胞质、细胞核及(植物)细胞壁原核细胞(prokaryotic cell)的基本结构 主要从原核细胞与真核细胞的区别上来认识原核细胞。最根本的区别在于细胞核
2、结构上：原核细胞只有核物质，没有核膜和核仁，没有真正的细胞核结构；其它区别包括：细胞大小；染色体结构；细胞质内细胞器;等多个方面。细胞壁(cell wall)与动物细胞不同，植物细胞具有细胞壁及穿壁胞间连丝(plasmodesma)。对细胞的形态和结构起支撑和保护作用。正是因为存在这一独特的结构，使得植物遗传的研究与动物遗传研究有了比较大的差异(更困难)，尤其是在进入分子水平或者说是在进行细胞工程和基因工程研究时，这一点尤其突出。构成植物细胞壁的化学成分有：？纤维素、半纤维素、果胶质细胞膜(plasma membrane/plasmalemma)主要由磷脂双分子层和蛋白分子组成。细胞内的许多其
3、它构成部分也具有膜结构，称为膜相结构(membranous structure)；相对地，不具有膜的部分则称为非膜相结构(non-membranous structure)。膜结构对细胞形态、生理生化功能具有重要作用，如：选择性透过某些物质，而大分子物质则通过膜的微孔进出细胞；提供生理生化反应的场所；对细胞内空间进行分隔，形成结构、功能不同又相互协调的区域。细胞质(cytoplasm)细胞质的构成成分除了由蛋白分子、脂肪、游离氨基酸和电解质组成的基质外，具有许多重要的结构，称为细胞器主要细胞器线粒体:动力工厂内质网：光面内质网、粗面内质网，物质合成核糖体：RNA及蛋白质构成，物质合成场所高尔基
4、体：扁平囊泡,加工、合成、修复质体(植物细胞特有):白色体、有色体、叶绿体溶酶体：单层小泡，含各种水解酶微体：过氧化物酶体、乙醛酸循环体，代谢中心粒、鞭毛、纤毛：运动、参与细胞分裂液泡(植物细胞特有)：内容有机物、色素等 在此要强调的细胞器是：核糖体：核糖体：主要成分是蛋白质和rRNA，是合成蛋白质的主要场所，是遗传信息表达的主要途径。线粒体和叶绿体线粒体和叶绿体：分别是有氧呼吸和光合作用的场所，但它们含有DNA、RNA等成分，研究表明：这些核酸分子也具有遗传物质的功能.细胞核(nucleus)细胞核的形状一般为圆球形，其形状、大小也因生物和组织而异。细胞核一般为5-25m(微米)，变动范围可
5、达1m-600 m。细胞核是遗传物质集聚的场所，对细胞发育和性状遗传起着控制作用。细胞核由四个部分组成：1.核膜；2.核液；3.核仁；4.染色质和染色体。通常由长到短对染色体进行编号。8 4.可能与核仁的形成有关，因此也称为核仁组织中心(nucleolus organizer).第49页，共180页。细胞器在细胞质中分布不均匀，在质分裂时分配也不是均等的；75圈，约合146bp.无融合生殖(apomixis)正常人外周血或细胞G显带深染带富含AT，富含长分散DNA序列，是DNA的重复区域，不编码表达基因，G显带浅带，富含GC，含有许多转录基因。在细胞学制片(光学)显微观察基础上，统计细胞内染色
6、体数目、并根据染色体的长度、着丝粒的位置、次缢痕和随体等特征区分、识别物种全部染色体的研究。应 用人类染色体分析：外周血培养制备染色体标本主要从原核细胞与真核细胞的区别上来认识原核细胞。无性生殖过程中，细胞增殖、后代个体生长发育都是通过有丝分裂完成的。提供生理生化反应的场所；核膜(nuclear membrane)核膜是双层膜，对核与质间起重要的分隔作用；但是细胞核与细胞质又不是完全隔离的，核膜上分布有一些直径约40-70nm的核孔(nuclear pore)，以利于质与核间进行大分子物质的交换。核膜在细胞分裂过程中存在一个“解体-重建”的过程，并可作为细胞分裂阶段划分的标志。进入细胞分裂中期
7、：核膜解体；进入细胞分裂末期：核膜重建。核液(nuclear sap)充满核内的液体状物质称为核液，也称为核浆或核内基质。核液主要成分为蛋白质、RNA、酶等。其中存在一种与核糖体大小类似的颗粒，据推测可能与核内蛋白质的合成有关。核仁和染色质存在于核液中。核仁(nucleolus)一个或几个；折光率高；呈球形；外无被膜。主要成分是蛋白质和RNA，还可能存在少量的类脂和DNA。细胞分裂过程中也会暂时分散。功能：可能与核糖体和核内的蛋白质合成有关。第二节.染色质(chromatin)和染色体(chromosome)采用碱性染料对未进行分裂的细胞核(间期核)染色，会发现其中具有染色较深的、纤细的网状物
8、，称为染色质。在细胞分裂过程，核内的染色质便卷缩而呈现为一定数目和形态的染色体。染色质和染色体是同一物质在细胞分裂过程中所表现的不同形态。染色体：是遗传信息的主要载体；具有稳定的、特定的形态结构和数目；具有自我复制能力；在细胞分裂过程中数目与结构呈连续而有规律性的变化。一.染色体的形态和结构染色体是所有生物细胞都具有的结构。各物种染色体都具有特定的数目与形态特征。而且同一物种内的各染色体间往往也能够通过其形态特征加以区分、识别。染色体的形态结构与数目在细胞分裂过程中有一系列规律性变化。识别染色体的形态特征的最佳时期是细胞有丝分裂中期和早后期。这时染色体收缩程度最大，形态最稳定，并且分散排列、易
9、于计数。在普通光学显微镜下观察需要对染色体进行染色。通常是采用染色体染色效果好，但细胞质着色少的碱性染料、酸性染料或孚尔根试剂染色。常见动物染色体数目常见动物染色体数目 染色体的形态特征 分析染色体形态特征的主要目的是区分、识别染色体。经过染色在普通光学显微镜下能够观察分析并用于染色体识别的特征主要有：染色体的大小(主要是指长度)；着丝粒的位置(染色体臂的相对长度)；次缢痕和随体的有无及位置；等。每一个中期染色体均每一个中期染色体均由两条染色单体构成，每由两条染色单体构成，每一条染色单体由一个一条染色单体由一个DNADNA分子螺旋而成。分子螺旋而成。两条染色单体互称为两条染色单体互称为姐妹染色
10、单体。两条染色姐妹染色单体。两条染色单体通过一个着丝粒彼此单体通过一个着丝粒彼此连接。着丝粒将染色体分连接。着丝粒将染色体分为两臂，长臂（为两臂，长臂（q q）和短）和短臂（臂（p p）。）。着丝粒(centromere)和染色体臂(arm)着丝粒是细胞分裂时，纺锤丝附着(attachment)的区域，又称为着丝点。着丝粒不会被染料染色，所以在光学显微镜下表现为染色体上一缢缩部位(无色间隔点)，所以又称为主缢痕(primary constriction)。着丝粒所连接的两部分称为染色体臂。对每条染色体而言，着丝粒在染色体上的相对位置是固定的，根据其位置和两臂的相对长度可以将染色体的形态分为：1
11、.中间着丝点染色体 2.近中着丝点染色体 3.近端着丝点染色体 4.端着丝点染色体 5.颗粒状着丝粒和端体 着丝粒(centromere)：缺少着丝粒的染色体片段在细胞分裂过程中不能正确分配到子细胞中，因此经常发生丢失；同一物种染色体间着丝粒的结构和功能没有本质区别，可以互换；*由两端保守边界序列和中间富含A+T序列(约90bp)构成。端体/端粒(telomere)：对染色体DNA分子末端起封闭、保护作用；防止DNA酶酶切；防止发生DNA分子间融合；保持DNA复制过程中的完整性。*端粒长度可能与细胞寿命有关。次缢痕(secondary constriction)和随体(satellite)某些
12、染色体的一个或两个臂上往往还具有另一个染色较淡的缢缩部位，称为次缢痕，通常在染色体短臂上。次缢痕末端所带有的圆形或略呈长形的突出体称为随体。次缢痕、随体的位置、大小也相对恒定，可以作为染色体识别的标志。次缢痕在细胞分裂时，紧密地与核仁相联系。可能与核仁的形成有关，因此也称为核仁组织中心(nucleolus organizer).染色体的大小 不同物种间染色体的大小差异很大，长度的变幅为(0.20-50 m)，宽度的变幅为(0.20-2.00 m)。同一物种不同染色体宽度大致相同，其染色体大小主要对长度而言。在进行染色体形态识别研究时，需要首先将同一物种不同染色体进行区分、编号；在各个染色体形态
13、特征中，染色体长度往往是编号的第一依据。通常由长到短对染色体进行编号。例：人类染色体编号。中间着丝点染色体 中间着丝点染色体(M,metacentric chromosome)的着丝点位于染色体中部，两臂长度大致相等；细胞分裂后期由于纺锤丝牵引着丝粒向两极移动，染色体表现为“V”形。染色体的类型:近中着丝点染色体 近中着丝点染色体(SM,sub-metacentric chromosome)的着丝点偏向染色体的一端，两臂长度不等，分别称为长臂和短臂；在细胞分裂后期染色体呈“L”形。近端着丝点染色体 近端着丝点染色体(ST,sub-telocentric chromosome)的着丝点接近染色体
14、的一端，染色体两臂长度相差很大。细胞分裂后期染色体近似棒状。端着丝点染色体 端着丝点染色体(T,telocentric chromosome)的着丝点位于染色体的一端，因而染色体只有一条臂，细胞分裂后期呈棒状。但是有人认为真正的端着丝点染色体可能并不存在，人们所观察到的端着丝粒染色体可能只是由于短臂太短，在光学显微镜下不能观察到而已。颗粒状 另外，还有一种形态比较特殊的染色体，称为颗粒状或粒状染色体。其两条臂都极短，所以整个染色体呈颗粒状。染色体的形态示意图(有丝分裂后期)染色体臂长度和着丝粒的位置是染色体识别与编号的另一个重要特征。染色单体(chromatid)在有丝分裂中期所观察到的染色体
15、是经过间期复制的染色体，均包含有两条成分、结构和形态一致的染色单体。一条染色体的两个染色单体互称为姊妹染色单体(sister chromatid)。染色体的形态示意图(有丝分裂中期)原核生物染色体 化学组成：核酸分子：通常只有一个DNA或RNA分子，是遗传信息的载体。蛋白质：DNA-binding protein，小分子、富于带正电荷氨基酸，与核酸分子结合以保持其结构的稳定性。形态结构：单链/双链；环状/线性；在DNA结合蛋白及染色体外RNA的共同作用下以负超螺旋的方式装配成染色体。细菌染色体多为双链环状DNA分子原核生物染色体 染色体的核型及分析 1、概念 核型：根据每物种生物染色体的数目、
16、大小和形状等特征借助显微照相技术，将单个细胞内的同源染色体剪下，依次配对和分组排列就构成了该个体的染色体核型。组型：将核型以示意图的方式表现出来称为组型。染色体组型分析(genome analysis)，又称核型分析(analysis of karyotype):在细胞学制片(光学)显微观察基础上，统计细胞内染色体数目、并根据染色体的长度、着丝粒的位置、次缢痕和随体等特征区分、识别物种全部染色体的研究。当这些特征仍然不足以区分、识别物种各对同源染色体的时候，常常需要运用染色体显带资料。genome 染色体组 基因组 一个物种细胞核内全部遗传物质(染色体/基因)的总和 染色体带形：通过一系列特殊
17、的处理，使得螺旋化程度和收缩方式不同的染色体区段发生不同的反应，再经过染色，使其呈现不同程度的染色区段(往往是异染色质区段被染色)。而这些精心设计的处理和染色方法就称为染色体分带、显带(chromosome banding)不同的处理方法往往可以得到不同的染色体带形。由于染色体的部分螺旋化方式、程度是特定的，因此一种好的分带程序能够使染色体呈现丰富而稳定的带形。带型分析：利用细胞内各染色体带形进一步区分、识别染色体的工作。染色体显带的方法：Q带：是用荧光分带技术获得的一种带型。用奎丫因荧光染料染液处理后，在荧光镜下可见到明暗相间的不同区带。G带：用染料吉母沙处理后显出的带型，这种带型明暗相间，
18、分布在染色体的全部长度上，带型反映了染色粒位置，可制成永久玻片，在光镜下观察。R带：（反G带）用丫定橙染色，G带浅，R带深；用吉母沙染色，G带深，R带浅。带带:是显带技术中最简单的一种带型。使用这种技术，能是显带技术中最简单的一种带型。使用这种技术，能使着丝粒型的异染色质着色，这种异染色质通常位于着丝使着丝粒型的异染色质着色，这种异染色质通常位于着丝粒周围并常含有高度重复序列的粒周围并常含有高度重复序列的DNA。因为通常都在着丝。因为通常都在着丝粒处出现，所以称之为粒处出现，所以称之为C带带染色体的形状指标染色体的形状指标(1)相对长度：即每一个染色体的长度与相对长度：即每一个染色体的长度与一
19、套正常的含有一个一套正常的含有一个X染色体的单倍体染染色体的单倍体染色体组长度色体组长度 之比；之比；(2)着丝粒指数：用短臂的长度对染色着丝粒指数：用短臂的长度对染色体的长度体的长度 之比表示；之比表示；(3)臂比：用长臂与短臂的长度之比表示；臂比：用长臂与短臂的长度之比表示；其中又以相对长度和着丝粒指数较为重要。其中又以相对长度和着丝粒指数较为重要。染色体的相对长度和着丝粒指数染色体的相对长度和着丝粒指数染色体号码相对长度着丝粒指数染色体号码相对长度着丝粒指数1 8.440.433 48.361.1662 8.020.397 39.231.8243 6.830.315 46.951.577
20、4 6.300.284 29.071.8675 6.080.305 29.251.6556 5.900.264 39.051.6557 5.360.271 39.051.771x 5.120.261 40.122.1178 4.930.261 34.081.9759 4.800.244 35.432.59910 4.590.221 33.952.24311 4.610.227 40.142.32812 4.660.212 30.162.33913 3.740.236 17.083.22714 3.560.229 18.743.59615 3.460.214 20.303.70216 3.360
21、.183 41.332.7417 3.250.189 33.862.77118 2.930.164 30.933.04419 2.670.174 46.542.29920 2.560.165 45.452.52621 1.900.170 30.895.00222 2.040.182 30.484.932y 2.150.137 27.173.18246,XY46,XX人类染色体分析：外周血培养制备染色体标本原理:外周血中的淋巴细胞几乎都是处在G0期或G1期，一般情况下是不分裂的。当在培养基中加入植物血凝素（phytohemagglutinin PHA）时，这种小淋巴细胞受到刺激后转化为淋巴母细胞
22、，并开始进行有丝分裂。经过短期培养后，用秋水仙素处理、低渗、固定、滴片和染色，就可获得大量中期分裂相的细胞，制片后可以清楚地对染色体进行观察。这种培养方法是Moorhead于1960年建立的。在人类遗传分析中普遍采用外周血培养的方法获取分裂的细胞，进而开展临床和基础遗传学的研究，这对于遗传疾病的检出以及遗传咨询等工作发挥了重要作用。操作流程注意事项1.接种的血样愈新鲜愈好。2.培养中成败的关键,除了至为重要的PHA的效价外。培养的温度和培养液的酸碱度也十分重要。3.培养过程中，如发现血样凝集，可将培养瓶轻轻振荡，使凝块散开，继续放回37恒温箱内培养。4.制片过程中，如发现细胞膨胀得不大，细胞膜
23、没有破裂，染色体聚集一团伸展不开,可将固定时间延长。人类染色体的编号 1.按染色体的长度进行排列(分组)；2.按长臂长度进行与着丝点位置排列(M，SM，ST，T)；3.按随体的有无与大小(通常将带随体的染色体排在最前面)。人类染色体组型分析 A组1-3 最大 中间着丝点染色体 B组4-5 最大 亚中间着丝点染色体 C组6-12 中等 亚中间着丝点染色体 与X相似 D组13-15 中等 近端着丝点染色体 有随体 E组16-18 中等 中间着丝点染色体 F组 19-20 小 中间着丝点染色体 G组 21-22 小 近端着丝点染色体 有随体 与Y相似人类染色体组型分析*黑麦(Secale cerea
24、le,2n=14)染色体Giemsa C-带 G G显带深染带富含显带深染带富含ATAT，富含长分散，富含长分散DNADNA序列，是序列，是DNADNA的重的重复区域，不编码表达基因，复区域，不编码表达基因，G G显带浅带，富含显带浅带，富含GCGC，含有许，含有许多转录基因。这种多转录基因。这种DNADNA在间期核中呈现较为伸展的状态。在间期核中呈现较为伸展的状态。除了转录基因之外，它含有短分散除了转录基因之外，它含有短分散DNADNA序列。包括序列。包括AluAlu序序列。染色体上大多数断裂点和重排被认为是发生在浅染列。染色体上大多数断裂点和重排被认为是发生在浅染带。带。常规常规G-ban
25、dingG-banding使每个单倍体（使每个单倍体（2424条染色体）都可以显示条染色体）都可以显示350350550550条带，条带，每条带大约代表每条带大约代表5x105x106 610 x1010 x106 6bpbp的的DNADNA。每个基因长度不等，每个基因长度不等，从从10102 2bpbp（a a珠蛋白基因）珠蛋白基因）2x102x106 6bpbp（抗肌萎缩蛋白基因）。（抗肌萎缩蛋白基因）。估计平均每估计平均每3000bp3000bp为一个基因，每条染色体可能代表几为一个基因，每条染色体可能代表几个或几百个基因个或几百个基因染色体显带核型的识别人类细胞遗传学命名的国际体制（I
26、SCN）是分析、描述染色体的依据。对于显带染色体带的描述首先应明确界标、区、带的含义：界标（landmark）：是染色体上划分区的标志，通常是指染色体上具有稳定而又显著的形态学特 征的结构。包括：染色体长、短臂的末端；着丝粒；长、短臂上某些稳定而显著的染色体带（深带或浅带）。区：为位于两相邻界标之间的区域。带：每一染色体都应看作是由一系列序贯的带组成，即没有非带区。它借其较深或较浅的着色强度，可清楚的与相邻带相区别。每一染色体均以界标为界区分为若干区，每个区中都含有一定数量、一定排列顺序、一定大小和染色深浅不同的带。区和带均从着丝粒开始，向臂的远端序贯编号。靠近着丝粒的两个区分别标记为长臂或短
27、臂的“1”区，其次由近及远排列为“2”区、“3”区等。作为界标的带属于此界标以远的区并为该区的 1 号带。被着丝粒一分为二的带分属长、短臂，分别标记为长臂的1 区1带和短臂的1 区1带。记述一特定带时，需要写明4 个内容：染色体号；臂的符号；区的号序；带的号序。这些内容按顺序书写，不用间隔或加标点。例如：1p31表示第一号染色体 短臂 3区 1 带。G-banging G-banging 界界标、区和带标、区和带如：如：2p132p13高分辨显带染色体 由于细胞同步化制片技术的应用和染色体显带技术的改进，使人们从早中期、前中期、晚前期细胞得到更长、带纹更丰富的染色体，称为高分辨显带染色体。高分
28、辨染色体带纹数的增多是由于对常规中期染色体显带中的某些带逐级细分所致，逐级细分产生的带称为亚带、次亚带。高分辨染色体带的命名，应在原带之后加小数点，并在小数点后面加新的数字表示亚带、次亚带。亚带、次亚带的编号仍按由近及远的原则进行。如：1p3632其小数点后的32 是指高分辨带，即1p3632 表示第一号染色体 短臂 3区 6带 第3亚带 第2次亚带。高分辨显带技术的应用，使染色体核型分析能够发现和证实一般带型分析所发现不了的、更细微的染色体异常。第154页，共180页。染色体臂长度和着丝粒的位置是染色体识别与编号的另一个重要特征。带:是显带技术中最简单的一种带型。收集细胞细胞质的构成成分除了
29、由蛋白分子、脂肪、游离氨基酸和电解质组成的基质外，具有许多重要的结构，称为细胞器第130页，共180页。应 用第126页，共180页。165 45.第176页，共180页。G带：用染料吉母沙处理后显出的带型，这种带型明暗相间，分布在染色体的全部长度上，带型反映了染色粒位置，可制成永久玻片，在光镜下观察。370C，培养68 hr第57页，共180页。第34页，共180页。染色体的形态结构与数目在细胞分裂过程中有一系列规律性变化。染色体的形态结构与数目在细胞分裂过程中有一系列规律性变化。荧光原位杂交（荧光原位杂交（Fluorescence in Fluorescence in situ hybri
30、dizationsitu hybridization，FISHFISH）FISH是细胞遗传学方法和分子遗传学方法是细胞遗传学方法和分子遗传学方法相结合的产物，可以认为是分子细胞遗传相结合的产物，可以认为是分子细胞遗传学技术。学技术。基本原理基本原理：应用：应用Digoxingenin 或或Biotin 标标记探针记探针DNA（Nick translation 标记法标记法），），变性成单链后与变性后的染色体或细胞核变性成单链后与变性后的染色体或细胞核靶靶DNA杂交。在荧光显微镜下观察并记录杂交。在荧光显微镜下观察并记录结果。结果。应应 用用1 1、基因定位、基因定位2 2、检测染色体的数目和结
31、构异常、检测染色体的数目和结构异常3 3、遗传病的诊断和产前诊断、遗传病的诊断和产前诊断FISH FISH 技术的发展技术的发展1 1、单色、单色FISHFISH 2 2、多色、多色FISHFISH（2424种染色）种染色）3 3、DNADNA纤维纤维FISHFISH 4 4、比较基因组杂交、比较基因组杂交1、单色单色FISH2、多色、多色FISH（24种染色）种染色）分析染色体核型意义 染色体核型不仅能代表一个个体、一个物种或更大类群的特征，而且能表明染色体组的构成和识别一个染色体组中的特定染色体；用于研究物种的遗传和变异；研究系统演化；远缘杂交；人类染色体及其他遗传病；辐射的遗传效应。第三
32、节 染色体的结构模型 染色体的单线性.未经复制的染色体含有一个染色单体。染色单体含有一条双链DNA分子与蛋白质结合后形成的一条线性、无分支染色质线。间期DNA分子通过半保留方式复制后就产生两条完全相同的DNA分子，所以含有两条姊妹染色单体。染色质的不同状态：在DNA进行复制或转录时(主要在间期)，必须(局部)以DNA单链状态存在，所以核小体的结构也必须解开(染色质呈松弛状态)；而在细胞分裂中期，染色质呈高度螺旋化状态，并且每条染色体都呈现其固有的形态特征。很显然这两种状态间的转换不是随机、无序的卷缩，而应该是按照一定的规律转换的。一.染色质的基本结构(真核细胞)染色质是染色体在细胞分裂间期所表
33、现的形态，呈纤细的丝状结构，也称为染色质线(chromatin fiber)1.化学组成(1).DNA：约占30%，每条染色体一个双链DNA分子 是遗传信息的载体，也就是所谓的遗传物质(2).蛋白质 组蛋白(histone)：呈碱性，结构稳定；与DNA结合形成、维持染色质结构，与DNA含量呈一定的比例 非组蛋白：呈酸性，种类和含量不稳定；作用还不完全清楚，可能与染色质结构调节有关，在DNA遗传信息的表达中有重要作用(3).另外，可能存在少量的RNA 2.基本结构单位.串珠模型：染色质的基本结构单位是核小体、连接丝(linker)、组蛋白H1。每个基本单位约180-200个核苷酸对(碱基对,bp
34、-base pair).核小体(nucleosome),又称纽体(-body)(约11nm).组蛋白：H2A、H2B、H3、H4四种组蛋白各两分子的八聚体，直径约10nm).DNA链：DNA双螺旋链盘绕于组蛋白八聚体表面1.75圈，约合146bp.连接丝(linker)：核小体间的连接部分，两个核小体之间的DNA双链；含50-60碱基对，变化范围8-114bp。组蛋白H1：结合于连接丝与核小体的接合部位。去除H1不影响核小体的基本结构。*采用酶解等方法轻微处理可以消化掉H1，而不影响其它蛋白质分子。染色体的结构模型 贝克等(Bak,A.L.,1977)：染色体四级结构模型理论能够在一定程度上解
35、释染色质状态转化的过程 1.DNA+组蛋白核小体+连接丝 2.核小体螺线体(solenoid)3.螺线体超螺线体(super-solenoid)4.超螺线体染色体DNA+组蛋白组蛋白核小体核小体+连接丝连接丝核小体核小体+连接丝连接丝螺线体螺线体(solenoid)螺线体螺线体超螺线体超螺线体(super-solenoid)超螺线体超螺线体染色体染色体*染色体形成过程中长度与宽度的变化 常染色质和异染色质 染色是染料分子与染色质线中DNA分子结合，使染色质线在光学显微镜下呈一定的颜色。如果DNA链存在状态不同，与染料间反应也将有所不同；DNA链的密度不同，一定区域内结合染料分子的量不同，染色深
36、浅也将有所不同。通常根据间期染色反应，可以将染色质分为异染色质和常染色质。异染色质(heterochromatin)：在细胞间期染色质线中，染色很深的区段。常染色质(euchromatin)：染色质线中染色很浅的区段。常染色质和异染色质 结构差异:两者结构上连续，化学性质上没有差异，只是核酸螺旋化程度(密度)不同。异染色质在间期的复制晚于常染色质，间期仍然高度螺旋化状态，紧密卷缩(异固缩,heteropycnosis)，所以染色很深；而常染色质区处于松散状态，染色质密度较低，因此染色较浅。功能差异:遗传信息的表达(转录)主要在间期进行，并需要染色质(局部)处于解螺旋状态。异染色质在遗传功能上是
37、惰性的，一般不编码蛋白质，主要起维持染色体结构完整性的作用。常染色质间期活跃表达，带有重要的遗传信息。组成性异染色质与兼性异染色质 组成性(constitutive).构成染色体的特殊区域，如：着丝点部位等；在所有组织、细胞中均表现异固缩现象；只与染色体结构有关，一般无功能表达；*主要是卫星DNA。兼性(facultative).可存在于染色体的任何部位；在一些组织中不表现异固缩现象(象常染色质一样正常表达)，而在其它组织中表现异固缩现象(完全不表达)；携带组织特异性表达的遗传信息。X染色体是一个特例，教材上的例子并不恰当。观看染色体四级结构模型动画 第四节 体细胞分裂与细胞周期 生物的繁殖以
38、细胞分裂为基础；对多细胞生物而言，其生长发育也通过细胞分裂实现。体细胞分裂的方式可以分为无丝分裂和有丝分裂两种。关于这两种分裂方式的过程、特征和异同已学过，在此作一简单回顾：一、无丝分裂(amitosis)；二、有丝分裂(mitosis)；三、细胞周期(cell cycle)。无丝分裂(amitosis)无丝分裂的分裂过程较简单快速，整个分裂过程中不出现纺锤体。以前人们认为无丝分裂只在衰老细胞和病态组织中，但近年研究发现高等生物的许多正常组织(如：植物的薄型组织、木质部细胞、绒毡层细胞和胚乳细胞)，也常发生无丝分裂。有丝分裂 (一)、有丝分裂的过程 有丝分裂包括两个紧密相连的过程：核分裂、细胞
39、质分裂。通常有丝分裂主要是指核分裂，特别是在遗传学中更主要讨论细胞核分裂 有丝分裂过程可分为五个时期，即：间期、前期、中期、后期、末期 应当注意的是：有丝分裂过程本身是一个连续的自然过程。细胞分裂时期是人为划分的，是根据所观察到整个有丝分裂过程中的各种形态、结构和状态的差异而进行的划分；其目的是便于对整个过程进行研究的描述。间期(interphase)指细胞上一次分裂结束到下一次分裂开始之前的时期。特征：染色质解螺旋、松散分布在细胞质中，核仁染色深。在光学显微镜下细胞状态不发生明显变化(早期有人称之为静止期)。事实上细胞处于生理、生化反应高度活跃的阶段，其呼吸和合成代谢都非常旺盛。为细胞分裂奠
40、定物质和能量基础：1)DNA的复制2)组蛋白的合成3)能量准备4)其它物质的合成 DNA合成是间期最重要的准备，因此一般根据DNA合成的特点，将间期分为：合成前期(G1)、合成期(S)、合成后期(G2)。前期(prophase)当染色体呈可见的细线时标志着细胞分裂开始，进入细胞分裂前期。前期可以观察到细胞内发生下列变化：每个染色体两条染色质线(染色单体)开始螺旋化、卷曲；着丝粒尚未复制分裂，因而螺旋、卷曲逐渐可见的两条染色单体同一个着丝粒联结；核仁、核膜逐渐解体，前期结束时核仁消失。中期(metaphase)核仁、核膜消失标志着细胞分裂中期开始。主要特征：染色单体进一步螺旋、收缩直至呈最短、最
41、粗的状态;纺锤丝形成一个三维的结构，称为纺锤体(spindle)；纺锤丝与染色体的着丝点附着，并牵引染色体，使其着丝粒均匀分成在垂直于两极的一个平面上，常将这个平面称为赤道板(或赤道面)染色体臂自由分布在赤道面的两侧。染色体形态稳定，排列均匀，是研究染色体形态和数目的最佳时期。有丝分裂中期染色体形态图4.后期(anaphase)特征：由于纺锤丝的牵引作用，着丝粒发生分裂；每条染色体的两条染色单体，分别由纺锤丝拉向两极；两极都具有相同的染色(单)体数。后期就是从着丝粒分裂到染色单体到达两极的过程。5.末期(telophase)染色体到达两极后：核膜、核仁重建；染色体螺旋化，呈松散状态；细胞质分裂
42、或细胞板形成(物理性)。有丝分裂过程示意图有丝分裂的遗传学意义 可从两个方面来理解：1.核内染色体准确复制、分裂，为两个子细胞的遗传组成与母细胞完全一样打下基础；2.染色体复制产生的两条姊妹染色单体分别分配到两个子细胞中，子细胞与母细胞具有相同的染色体数目和组成。通过有丝分裂能够维持了生物个体的正常生长和发育(组织及细胞间遗传组成的一致性)；并且保证了物种的连续性和稳定性(单细胞生物及无性繁殖生物个体间及世代间的遗传组成的一致性)。细胞质遗传：线粒体和叶绿体中DNA也具有遗传物质的功能，并且能够复制、分配到子细胞中；细胞器在细胞质中分布不均匀，在质分裂时分配也不是均等的；细胞质遗传物质与染色体
43、具有不同的遗传规律。有丝分裂动画 细胞的减数分裂(meiosis)减数分裂是性母细胞成熟时，配子形成过程中所发生的一种特殊的有丝分裂，又称成熟分裂(maturation division)。其结果是产生染色体数目减半的性细胞，所以称为减数分裂。减数分裂的特殊性表现在：具有一定的时间性和空间性：生物个体性成熟后，动物性腺和植物造孢组织细胞中进行。连续进行两次分裂：遗传物质经过一次复制，连续两次分裂，导致染色体数目的减半。同源染色体在第一次分裂前期(前期I，PI)相互配对(paring)，也称为联会(synapsis)；并且在同源染色体间发生片段的交换。一、减数分裂的过程 (一)、间期(前间期,p
44、reinterphase)(二)、减数第一分裂 (meiosis I)(三)、中间期 (interkinesis)(四)、减数第二分裂 (meiosis)前期I(prophase I,PI),中期I(metaphase I,MI)后期I(anaphase I,AI)末期I(telophase I,TI)前期II(prophase II,PII),中期II(metaphase II,MII)后期II(anaphase II,AII)末期II(telophase II,TII)(一)、间期(interphase)性母细胞进入减数分裂前的间期称为前减数分裂间期，也称为前间期。这一时期是为性细胞进入减
45、数分裂作准备。其准备的内容包括：染色体复制；有丝分裂向减数分裂转化.特征：持续时间比有丝分裂间期长，特别是合成期较长；合成期间往往仅有约99.7%的DNA完成合成，而其余的0.3%在偶线期合成。1.前期 I(prophase I,PI),这一时期细胞内变化复杂，所经历的时间较长，细胞核比有丝分裂前期核要大些。根据核内变化特征，可进一步分为五个时期：(1).细线期(leptotene，PI1).(2).偶线期(zygotene，PI2).(3).粗线期(pachytene，PI3).(4).双线期(diplotene，PI4).(5).终变期(diakinesis，PI5).(1).细线期(le
46、ptonene，PI1)染色体开始螺旋收缩，在光学显微镜下呈细长线状；有时可以较为清楚地计数染色体数目。这时每个染色体含有两染色单体，由着丝点连接，但在光学显微镜下还不能分辨染色单体。(2).偶线期(zygotene，PI2)同源染色体的对应部位相互开始紧密并列，逐渐沿纵向配对在一起，称为联会现象(synapsis)。细胞内2n条染色体可配对形成n对染色体。配对的两条同源染色体称为二价体(bivalent)。细胞内二价体(n)的数目就是同源染色体的对数。联会复合体(synaptonemal complex)的结构 两条同源染色体在联会时形成一种特殊的结构联会复合体，其构成如图所示：两条同源染色
47、体的主要部分(染色质DNA)分布在联会复合体的外侧；中间部分(中央成分，central element)以蛋白质为主，也包含部分DNA(称为横丝)。(3).粗线期(pachytene，PI3)随着染色体的进一步螺旋，二价体逐渐缩短加粗，二价体具有四条染色单体，所以又称为四合体或四联体(tetrad)；联会复合体的结构完全形成；姊妹染色单体与非姊妹染色单体；非姊妹染色单体间会形成交叉(chiasmata)或交换(crossing over)现象，导致同源染色体发生片段交换(exchange)，最终导致同源染色体间发生遗传物质重组(recombination)。粗线期细胞形态图(4).双线期(di
48、plotene，PI4)染色体继续缩短变粗，在光学显微镜下四个染色单体均可见；非姊妹染色单体之间由于螺旋卷缩而相互排斥，同源染色体局部开始分开；非姊妹染色单体间的交换部位仍由横丝连接，因而同源染色体间仍由一至二个交叉联结。(5).终变期(diakinesis，PI5)染色体进一步浓缩，缩短变粗；同源染色体间排斥力更大，的交叉向二价体两端移动，逐渐接近于末端，该过程称为交叉端化(terminalization)。二价体在核内分散分布，因而常用以鉴定染色体数目，二价体数目就是同源染色体的对数。染色体交叉动态变化2.中期 I(metaphase I,MI)核仁和核膜消失，纺锤体形成，纺锤丝附着在着丝
49、点上并将二价体拉向赤道板位置。每个二价体的两同源染色体分布在赤道板的两侧，同源染色体的着丝点分别朝向两极，赤道板位置上是将同源染色体相连交叉部分(已经端化)。在二价体趋向赤道板的过程中，两条同源染色体的排列方向(着丝粒取向)是随机的。从纺锤体的极面观察，n个二价体分散排在赤道板的附近，因而这也是可用于鉴定染色体数目的重要时期之一。3.后期 I(anaphase I,AI)纺锤丝牵引染色体向两极运动，使得同源染色体末端脱开，一对同源染色体分别移向两极。每极具有一对同源染色体中的一条(共有n条染色体)，使得子细胞中染色体数目从2n减半到n。此过程并不进行着丝粒分裂，没有发生染色单体分离；每条染色体
50、都仍然具有两个染色单体，并且由着丝粒相连。4.末期 I(telophase I,TI)染色体到达两极之后，松散、伸长、变细(但通常并不完全解螺旋)；核仁、核膜逐渐形成(核分裂完成)，产生两个子核。细胞质也随之分裂，两个子细胞形成，称为二分体(dyad)。(三)、中间期(interkinesis)中间期是减数分裂的两次分裂之间的一个间歇。此时期与有丝分裂的间期相比有显著不同：时间很短暂。在许多动物之中，甚至没有明显的停顿和间歇存在。不进行DNA复制，中间期前后细胞中DNA的含量也没有变化。*染色体的螺旋化程度较高。(四)、减数第二分裂(meiosis)减数第二分裂是第一分裂所产生的两个子细胞继续
