第二节 遗传的细胞基础,医 学 遗 传 学,染色质和染色体,第二节 遗传的细胞基础,染色质和染色体是同一物质在细胞周期的不同时期中，执行不同生理功能时所表现的不同存在形式。 间期：细丝状染色质 分裂期：高度螺旋盘绕，折叠缩短变粗，呈条状或棒状的染色体 染色质和染色体是由DNA、组蛋白、非组蛋白、RNA等组成的核蛋白复合物，是核基因的载体,第二节 遗传的细胞基础,染色质和染色体,（一）染色质的分子结构,染色质是一条DNA分子缠绕无数核小体核心组成的核蛋白纤维,染色质（chromatin） 细丝状的串珠结构,一、染色质,（二）常染色质（euchromatin）和异染色质（heterochromatin）,常染色质： 间期核内纤维折叠盘曲程度小，分散度大，染色较浅且具有转录活性的染色质。 异染色质： 间期核内纤维折叠盘曲紧密，呈凝集状态，染色较深且没有转录活性的染色质。,一、染色质,一、染色质,（二）常染色质（euchromatin）和异染色质（heterochromatin）,异染色质部分的DNA合成较晚，发生在细胞周期S期的后期。 异染色质具有较高比例的C、T碱基，一般为高度重复的DNA序列。 多拷贝基因常位于异染色质区，如rRNA、5sRNA、tRNA。,（三）性染色质,性染色质定义： 是间期核中由性染色体X和Y的异染色质部分显示出来的一种特殊结构。 性染色质有X和Y染色质。,46,xx,46,xy,一、染色质,1949年，Barr在雌猫神经元细胞核发现一种浓缩小体。后来在其它雌性哺乳动物也发现这种显示性别差异的结构，称为X染色质(Barr小体,X小体) 。 正常女性的间期细胞核中紧贴核膜内缘的染色较深，大小约1m的椭圆小体,1、X染色质(X-chromatin),（三）性染色质,一、染色质,X染色质的数量,（三）性染色质,1、X染色质(X-chromatin),X染色质数目X染色体数目1,女性两个X染色体上的每个基因座两个等位基因所形成的产物，与只有一个X染色体半合子的男性相比较，基因产物多少？ 某一X连锁的突变基因纯合女性的病情与半合子的男性相比，严重程度？,1、X染色质(X-chromatin),（三）性染色质,由于雌性细胞中的两条X染色体中的一条发生异固缩，失去转录活性，这样保证了雌雄两性细胞中都只有一条X染色体保持转录活性，使两性X连锁基因产物的量保持在相同水平上，这种效应称为X染色体的剂量补偿(dosage compensation),剂量补偿,（三）性染色质,1、X染色质(X-chromatin),Lyon假说要点,失活发生在胚胎发育早期：此前2条X染色体都有活性（人类晚期囊胚期，约为妊娠16天） ； X染色体的失活是随机的：可以来自父亲，也可以来自母亲； 失活是完全的：雌性哺乳动物体内仅有一条X染色体有活性，另一条在遗传上是失活的，在间期细胞核中异固缩为X染色质 失活是恒定的：一旦失活发生，其子代细胞失活的X染色体是恒定的；,（三）性染色质,1、X染色质 (X-chromatin),Lyon假说的修正,1、X染色体失活并不是完全的。约1/3基因能够逃逸失活， X染色体数目异常的个体在表型上有别于正常个体，出现多种异常临床症状 2、X染色体失活并非完全随机。优先失活的有： *有缺失的X染色体； *当X染色体有平衡易位时，正常的X染色体。,（三）性染色质,1、X染色质(X-chromatin),2、Y染色质(Y-chromatin),正常男性的间期细胞用荧光染料染色后，细胞核内可出现一个强荧光小体，直径0.3um左右，称为Y染色质 Y染色体长臂远端部分为异染色质，可被荧光染料染色，男性特有,Y染色质,Y染色质数目Y染色体数目,（三）性染色质,染色质的基本单位核小体(nucleosome),二、染色体,染色体一、二级结构,二、染色体,染色质经过多级螺旋包装成染色体,直径 长度 DNA双螺旋 2nm 5cm 压缩7倍 串珠状核小体（一级结构）11nm 压缩6倍 螺线管（二级结构） 30nm 压缩40倍 超螺线管（三级结构） 200nm 压缩5倍 中期染色体（四级结构） 700nm*2,二、染色体,（一）人类染色体的形态结构,二、染色体,DNA复制时，由于受DNA聚合酶特性限制，子代DNA链的最后一个片断去除引物后，无法填补空隙，易造成子代DNA链的缩短。,DNA复制与端粒、端粒酶,染色体在细胞分裂过程中是怎样实现完全复制，同时染色体如何受到保护而不至于发生降解？,端 粒,概念：位于真核生物染色体末端（一条链的3-OH），由蛋白质和DNA紧密结合的结构。 人类端粒：（TTAGGG)n重复序列，n=250-1500,端粒功能： 避免染色体DNA链的缩短；防止染色体的融合或降解；维持染色体结构的稳定性和完整性。,端粒长度取决于端粒酶的活性 端粒酶:是一种自身携带RNA模板的逆转录酶，可以催化合成端粒DNA（TTAGGG重复序列）。 端粒酶的生物学功能： 端粒酶活性提高端粒序列延长遗传信息稳定性增高； 活化端粒酶端粒DNA序列延长细胞分裂旺盛细胞寿命延长； 抑制端粒酶活性可以限制转化细胞生长抑制肿瘤的形成。,2009年诺贝尔“生理学或医学奖” 端粒和端粒酶,2009年诺贝尔“生理学或医学奖”授予3位美国科学家，以表彰他们“发现端粒和端粒酶是如何保护染色体的”。他们的研究成果揭示：端粒变短，细胞就老化；如果端粒酶活性很高，端粒的长度就能得到保持，细胞的老化就被延缓,submetacentric chromosome,metacentric chromosome,acrocentric chromosome,（二）人类染色体的形态结构,二、染色体,（三）人类染色体的数目,2n=46条， n=23,二、染色体,性染色体与性别决定,取决于精子中带有的是X染色体还是Y染色体。,二、染色体,Y染色体,TDF: 睾丸决定因子，是性别决定的关键基因 SRY：性别决定区域Y,性染色体在性别决定中起决定作用,性染色体学说,性染色体与性别决定,二、染色体,核型分析：将待测细胞的全套染色体进行数目、形态特征分析后，确定其与正常核型的异同，称为核型分析(karyotype analysis)。,核型：一个体细胞中的全部染色体，按其大小、 形态特征所构成的图像,三、人类的正常核型,三、人类的正常核型,（一）人类染色体非显带核型,Denver体制（丹佛体制）,是人类染色体识别、编号、分组和核型描述的标准的命名系统，主要根据染色体长度、着丝粒位置等，将人的体细胞46条染色体进行配对、顺序排列、编号。 其中22对为男女共有，称常染色体(autosome)，以其长度递减和着丝粒位置依次编为122号；另一对随性别而异，称为性染色体(sex chromosome)。XX代表女性，XY代表男性。,三、人类的正常核型,Denver体制（丹佛体制）,正常核型的描述方法：染色体总数，性染色体,正常男性 46 ，XY,正常女性 46 ，XX,三、人类的正常核型,（一）人类染色体非显带核型,核型分析中常用的符号和术语,核型分析中常用的符号和术语,1968年，瑞典细胞化学家Caspersson创立染色体显带技术,（二）人类染色体显带核型,Q带：带纹明暗 氮芥喹吖因(QM),三、人类的正常核型,1.人类染色体显带,G带：带纹深浅 胰酶Giemsa,三、人类的正常核型,（二）人类染色体显带核型,1.人类染色体显带,R带：显示与G带相反的带 盐溶液处理Giemsa,三、人类的正常核型,（二）人类染色体显带核型,1.人类染色体显带,C带： Y染色体 着丝粒 副缢痕 NaOH 或 Ba(OH)2处理Giemsa,三、人类的正常核型,（二）人类染色体显带核型,1.人类染色体显带,N带：染色体的随体及核仁组织者区呈现特异的黑色银染物 AgNO3Giemsa,三、人类的正常核型,（二）人类染色体显带核型,1.人类染色体显带,人类G显带染色体模式图,1970年,巴黎,第四届国际人类细胞遗传学会议 规定了正常及异常核型的命名格式和原则 是显带染色体统一的识别和描述的标准系统 提出了一些统一的符号和术语,人类细胞遗传学国际命名体制，ISCN （International System for human Cytogenetic Nomenclature）,2.染色体显带核型的识别,（二）人类染色体显带核型,界标（landmark）：每一染色体上具有重要意义、稳定的、有显著形态学特征的指标，包括染色体两臂的末端、着丝粒和某些显著的带 区（region）：两相邻界标之间为区 带（band） 带的描述的四个内容： 染色体序号； 臂的符号； 区的序号； 带的序号,1q12,显带染色体的描述,2.染色体显带核型的识别,3.高分辨显带染色体,一套单倍体染色体即可显示550-850条或更多的带纹，即在中期染色体原有的带纹上分出更多更细的亚带，称为高分辨显带染色体。,（二）人类染色体显带核型,亚带要保持原有的区和界标的带号 在原带号数之后加小数点，仍从着丝粒往臂端序贯编号,亚带编号原则,3.高分辨显带染色体,（二）人类染色体显带核型,更多、更细微的染色体结构异常，染色体结构畸变的断裂点定位更准确,3.高分辨显带染色体,（二）人类染色体显带核型,四、染色体的多态性,在健康人群中，存在各种染色体的恒定的微小变异，包括结构、带纹宽窄和着色强度等。这类变异是按照孟德尔方式遗传的，通常没有明显的表型效应或病理学意义，称染色体多态性。,第二节 遗传的细胞基础,染色体多态性主要表现在： Y长臂远端2/3区域； 1、9、16染色体异染色质区和次级缢痕； D、G组的短臂、随体、NOR区。,1号与9号染色体多态现象,染色体多态可以作为一种遗传标记，孟德尔式遗传。,第二节 遗传的细胞基础,四、染色体的多态性,概念： 常染色质 、异染色质、高分辨显带染色体 X染色质、剂量补偿、核型分析 2.丹佛体制（Denver体制） 3.人类细胞遗传学国际命名体制（ISCN） 4.Lyon假说的要点及修正,复 习,结构性异染色质：在各类细胞的全部发育过程中都处于凝缩状态的染色质。大多位于着丝粒区和端粒区，以及核仁组织者区等，不具有转录活性 。如高度重复的DNA序列。,兼性异染色质：是指在特定细胞的某一发育阶段所具有的凝缩状态的染色质。由常染色质凝缩转变而成，浓缩时无转录功能，处于松散状态时恢复转录活性，如X染色质。,Constitutive heterochromatin,facultative heterochromatin,一、染色质,（二）常染色质（euchromatin）和异染色质（heterochromatin）,