第二章第二章 遗传的细胞学基础遗传的细胞学基础医学遗传学遗传的细胞学基础第一节第一节 染色质与染色体染色质与染色体一、染色质的化学组成：一、染色质的化学组成：染染色色质质D N A蛋白质蛋白质少量少量RNA组组 蛋蛋 白白：H1、H2A、H2B、H3、H4非组蛋白非组蛋白医学遗传学遗传的细胞学基础1.1.DNA：22.5万个编码蛋白质基因万个编码蛋白质基因2.2.组蛋白：组蛋白：H1、H2A、H2B、H3、H4；组蛋白组蛋白 : DNA 1:1功能：功能：参与染色体的构建；维持染色体结构。参与染色体的构建；维持染色体结构。抑制抑制 DNA的复制和转录。的复制和转录。医学遗传学遗传的细胞学基础组蛋白的某些特征组蛋白的某些特征组蛋白组蛋白 分子量分子量 （KD) 氨基酸组成氨基酸组成 种类的变异种类的变异H1 20 富含赖氨酸富含赖氨酸 有种属特异性有种属特异性H2A 137 精、赖氨酸含量中等精、赖氨酸含量中等 相当保守相当保守H2B 137 精、赖氨酸含量中等精、赖氨酸含量中等 相当保守相当保守H3 157 富含精氨酸富含精氨酸 高度保守高度保守H4 112 富含精氨酸富含精氨酸 高度保守高度保守医学遗传学遗传的细胞学基础2.非组蛋白：非组蛋白： 酸性蛋白质，富含天门冬氨酸、谷氨酸性蛋白质，富含天门冬氨酸、谷氨酸等酸性氨基酸。酸等酸性氨基酸。功能：功能：1）参与染色体的构建）参与染色体的构建2）启动基因复制）启动基因复制3）调控基因转录）调控基因转录3. RNA、少量的水、无机盐、少量的水、无机盐医学遗传学遗传的细胞学基础二、染色质的分子结构二、染色质的分子结构 核小体是染色质的基本组成单位，为核小体是染色质的基本组成单位，为染色质的一级结构，染色质的一级结构， 10nm。核小体：核心部核小体：核心部 + 连接部连接部医学遗传学遗传的细胞学基础球状组蛋白核心球状组蛋白核心H4DNA双螺旋双螺旋(140-160bp、1.75圈）圈）H3H4H3H2AH2AH2BH2BH4H3H3H4H2AH2AH2BH2B 10nm连接连接DNA（50-60bp） H1 H1核核小小体体核心部核心部连接部连接部DNA分子：分子：140-160bp、1.75圈圈组组 蛋蛋 白：白：2（H2A、H2B、H3、H4）八）八聚体聚体组组 蛋蛋 白：白：H1DNA分子：分子：5060bp核核小小体体医学遗传学遗传的细胞学基础医学遗传学遗传的细胞学基础医学遗传学遗传的细胞学基础核小体核小体 nucleosome医学遗传学遗传的细胞学基础三、染色质的类型三、染色质的类型 间期染色质按其形态特征与染色性间期染色质按其形态特征与染色性质的不同可分为两类：常染色质与异质的不同可分为两类：常染色质与异染色质。染色质。（一）常染色质（一）常染色质医学遗传学遗传的细胞学基础常染色质常染色质enchromatin（伸展染色质（伸展染色质 、功能性、功能性染色质）：染色质）：无明显螺旋和盘曲、染色浅、无明显螺旋和盘曲、染色浅、功能上活跃。多在功能上活跃。多在S S期的早、期的早、中期复制。中期复制。医学遗传学遗传的细胞学基础是间期核中处于凝缩状态染是间期核中处于凝缩状态染色质纤维色质纤维无转录活性，用碱性染料染无转录活性，用碱性染料染色时着色较深的染色质组分。色时着色较深的染色质组分。多位于核周近核膜处。多位于核周近核膜处。（二）异染色质（二）异染色质医学遗传学遗传的细胞学基础结构异染色质：结构异染色质：在所有细胞在所有细胞类型及各发育阶段中均处于类型及各发育阶段中均处于凝集状态。凝集状态。兼性异染色质：兼性异染色质：是在某些类是在某些类型或阶段，原有的常染色质型或阶段，原有的常染色质凝聚并丧失转录活性后转变凝聚并丧失转录活性后转变而成的异染色质，可转化为而成的异染色质，可转化为常染色质。常染色质。巴氏小体巴氏小体医学遗传学遗传的细胞学基础医学遗传学遗传的细胞学基础四、染色体的包装四、染色体的包装（一）四级折叠模型（一）四级折叠模型1、一级折叠：、一级折叠： DNA核小体，核小体， 压缩压缩7 7倍。倍。医学遗传学遗传的细胞学基础 螺旋管是在组蛋白螺旋管是在组蛋白H1协助下，协助下，6个核小体个核小体缠绕一圈形成的中空性管缠绕一圈形成的中空性管. 内内10nm 外外30nm组蛋白组蛋白2、二级结构：核小体、二级结构：核小体螺线管螺线管 压缩压缩6倍。倍。医学遗传学遗传的细胞学基础医学遗传学遗传的细胞学基础n nsolenoid医学遗传学遗传的细胞学基础3 .三级结构：三级结构：超螺旋管超螺旋管 它是由螺旋管进一步盘曲而形成。将螺它是由螺旋管进一步盘曲而形成。将螺旋管长度压缩了旋管长度压缩了4040倍。倍。4. 四级结构：四级结构：染色单体染色单体, , 超螺旋管进一步超螺旋管进一步折叠又被压缩了折叠又被压缩了5 5倍。倍。医学遗传学遗传的细胞学基础医学遗传学遗传的细胞学基础染色体纵轴染色体纵轴18袢环袢环（30nm螺旋螺旋管）管）微微 带带一条染色单体约有一条染色单体约有10106 6个微带。个微带。（二）（二） 染色体支架染色体支架- -放射环模型放射环模型医学遗传学遗传的细胞学基础DNA核小体核小体螺线管螺线管伸展的袢环伸展的袢环浓缩袢环浓缩袢环染色体染色体医学遗传学遗传的细胞学基础医学遗传学遗传的细胞学基础Human Chromosomes医学遗传学遗传的细胞学基础扫描电镜下的染色体扫描电镜下的染色体医学遗传学遗传的细胞学基础第二节第二节 性染色质性染色质(一一) X染色质染色质 1949，Barr，在雌猫神经细胞核，在雌猫神经细胞核中发现浓缩小体，即中发现浓缩小体，即x染色质，后在正染色质，后在正常女性间期核中见到紧贴核膜内缘、染常女性间期核中见到紧贴核膜内缘、染色深，色深，1um的小体即为。正常男性则的小体即为。正常男性则无。无。 医学遗传学遗传的细胞学基础Lyon假说要点：假说要点：1、雌性哺乳动物细胞内仅有一条染色、雌性哺乳动物细胞内仅有一条染色体有活性，另一条在遗传上是失活的，体有活性，另一条在遗传上是失活的，在间期核中螺旋化异固缩为在间期核中螺旋化异固缩为X染色质。染色质。2、失活发生在胚胎早期，人胚、失活发生在胚胎早期，人胚16天左右天左右 。3、X染色体的失活是随机的。染色体的失活是随机的。 X染色体数染色体数= X染色质染色质+1 医学遗传学遗传的细胞学基础 X染色质染色质A、B、C、D、E：分别为含：分别为含0、1、2、3、4、5个个X染色质染色质 医学遗传学遗传的细胞学基础 正常男性在间期细胞，用荧光染料正常男性在间期细胞，用荧光染料染色后，在核内出现一强荧光小体，直染色后，在核内出现一强荧光小体，直径径0.3um，称，称y染色质。染色质。 (二二) Y染色质染色质医学遗传学遗传的细胞学基础Y Y染色质染色质医学遗传学遗传的细胞学基础 y染色体长臂远端部分为异染色质，被荧染色体长臂远端部分为异染色质，被荧光染料染色后发出荧光，女性中不存在，光染料染色后发出荧光，女性中不存在，细胞中细胞中y染色质数目与染色质数目与y染色体数目相同。染色体数目相同。核性别：间期细胞核中染色质的性别差异。核性别：间期细胞核中染色质的性别差异。医学遗传学遗传的细胞学基础第三节第三节 人类性别决定的染人类性别决定的染色体机制色体机制医学遗传学遗传的细胞学基础性染色体学说：性染色体学说： 人类性别是细胞中的性染色体决定的人类性别是细胞中的性染色体决定的 ，但决定个体的表型性别是，但决定个体的表型性别是Y染色体。染色体。y上上有一个睾丸决定因子有一个睾丸决定因子(在短臂上在短臂上)基因基因(testis determining factor,TDF），有男），有男性化的强烈作用。性化的强烈作用。 医学遗传学遗传的细胞学基础X XX X女性女性46,XXX XY Y男性男性46,XYX XX XY Y配子配子X XX XX XY Y女性女性46,XX男性男性46,XY医学遗传学遗传的细胞学基础 1966年，把性别决定的基因称为睾丸决年，把性别决定的基因称为睾丸决定因子（定因子（testis-determining factor,TDF），），定位在定位在Y染色体短臂上。染色体短臂上。 1990年，在年，在Y11.3上，发现性别决定基上，发现性别决定基因（因（sex-determining region of Y chromosome ，SRY）。）。 但但SRY基因不是唯一决定睾丸发育的基基因不是唯一决定睾丸发育的基因。因。医学遗传学遗传的细胞学基础第四节第四节 配子发生与减数分裂配子发生与减数分裂一、配子发生一、配子发生（一）精子发生（一）精子发生1 1、部位：、部位：睾丸曲精细管中。睾丸曲精细管中。在雄性激素诱导下精原细胞开始分在雄性激素诱导下精原细胞开始分化。化。雄性个体性成熟后，连续进行。雄性个体性成熟后，连续进行。2 2、时间：、时间：医学遗传学遗传的细胞学基础 3 3、过程：、过程：(1)(1)增生期：增生期：精原细胞精原细胞(2n)(2n)，多次有丝分裂，多次有丝分裂(2)(2)生长期：生长期： 体积增大为初级精母细胞体积增大为初级精母细胞(2n)(2n)(3)(3)成熟期：成熟期： 减数分裂减数分裂第一次：第一次：2 2个次级精母细胞个次级精母细胞（n n）第二次：第二次：4 4个精细胞个精细胞(n)(n)(4)(4)变形期：变形期：医学遗传学遗传的细胞学基础( (二二) )卵子的发生卵子的发生1 1、部位：卵巢生发上皮、部位：卵巢生发上皮2 2、时间：、时间：卵原细胞的减数分裂是不连续的。卵原细胞的减数分裂是不连续的。医学遗传学遗传的细胞学基础排卵过程排卵过程医学遗传学遗传的细胞学基础3 3、过程：、过程：(1)(1)增生期：卵原细胞增生期：卵原细胞(2n)(2n)(2)(2)生长期：初级卵母细胞生长期：初级卵母细胞(3)(3)成熟期：减数分裂成熟期：减数分裂第一次：一个次级卵母细胞第一次：一个次级卵母细胞(n) (n) 一个第一极体一个第一极体(n)(n)第二次：一个卵细胞第二次：一个卵细胞(n)(n) 三个第二极体三个第二极体(n)(n)医学遗传学遗传的细胞学基础卵原细胞增殖在胚胎早期进行卵原细胞增殖在胚胎早期进行 前期前期 I 双线期双线期( (停顿停顿).).性成熟后，每月排放一个卵泡性成熟后，每月排放一个卵泡( (中期中期II ) )受精后，则继续发育受精后，则继续发育. .未受精，则退化消失未受精，则退化消失. .医学遗传学遗传的细胞学基础二、减数分裂二、减数分裂 是有性生殖个体的生殖细胞在形成是有性生殖个体的生殖细胞在形成过程中所进行的特殊分裂方式。过程中所进行的特殊分裂方式。 细胞连续分裂两次，细胞连续分裂两次，DNA只复制只复制一次，结果产生染色体数目减半的生一次，结果产生染色体数目减半的生殖细胞（配子：精子或卵子）。殖细胞（配子：精子或卵子）。减数分裂减数分裂：医学遗传学遗传的细胞学基础（一）减数分裂前的间期（一）减数分裂前的间期（二）减数分裂过程（二）减数分裂过程医学遗传学遗传的细胞学基础减减数数分分裂裂第一次减数分裂第一次减数分裂第二次减数分裂第二次减数分裂前期前期中期中期后期后期末期末期前期前期中期中期后期后期末期末期细线期细线期偶线期偶线期粗线期粗线期双线期双线期终变期终变期医学遗传学遗传的细胞学基础1 .第一次减数分第一次减数分裂裂Meiosis I（MI）间期间期1）细线期）细线期leptotine 占减数分裂周期占减数分裂周期40%。又称花束期。又称花束期。前期前期I(细线期细线期)染色质染色质 染色线染色线 染色粒染色粒花束期花束期（1）前期）前期 I医学遗传学遗传的细胞学基础2）偶线期）偶线期zygotine 占减数分裂周期占减数分裂周期20%。称配对期。称配对期。1.同源染色体配对同源染色体配对 联会联会 (synapsis )2.二价体二价体(bivalent )形成形成前期前期I(偶线期偶线期)医学遗传学遗传的细胞学基础同源染色体同源染色体 Homologous chromosomes： 大小形态相同、结构相似、一条来自父亲大小形态相同、结构相似、一条来自父亲一条来自母亲，一条来自母亲， 上面载有等位基因的一对染上面载有等位基因的一对染色体色体(2n).(2n).医学遗传学遗传的细胞学基础 同源染色体配对并形成联会复合体同源染色体配对并形成联会复合体-Synaptonemal complex医学遗传学遗传的细胞学基础侧生组分侧生组分中央组分中央组分重组节重组节染色单体染色单体1,2染色单体染色单体 3,4一般认为它与同源染色体间交换的完成有关。一般认为它与同源染色体间交换的完成有关。医学遗传学遗传的细胞学基础1.二价体二价体 四分体四分体2.非姐妹染色单体之间出现交叉非姐妹染色单体之间出现交叉(chiasma)。前期前期I(粗线期粗线期)3）粗线期粗线期pachytene又叫重组期。又叫重组期。3.在联会复合体中出现重组节。在联会复合体中出现重组节。医学遗传学遗传的细胞学基础同源染色体同源染色体I的的2条条姐妹染色单体姐妹染色单体同源染色体同源染色体II的的2条条姐妹染色单体姐妹染色单体同源染色体同源染色体I的着丝点的着丝点同源染色体同源染色体II的着丝点的着丝点四分体四分体tetrad医学遗传学遗传的细胞学基础1. 交叉端化，同源染色体相互排斥、交叉端化，同源染色体相互排斥、分离。分离。2.联会复合体消失。联会复合体消失。前期前期I(双线期双线期)4）双线期）双线期diplotene 又称合成期。又称合成期。医学遗传学遗传的细胞学基础前期前期I(终变期终变期)5）终变期）终变期diakinesis 又称再凝集期。又称再凝集期。1. 染色质紧密凝集。染色质紧密凝集。2. 核仁核膜消失，终变期的结束标志前核仁核膜消失，终变期的结束标志前期期I的结束。的结束。医学遗传学遗传的细胞学基础减数分裂过程减数分裂过程Meiosis I间期间期前期前期I(细线期细线期) leptotine前期前期I(偶线期偶线期) zygotine联会联会二价体形成二价体形成前期前期I(粗线期粗线期) pachytene二价体二价体四分体四分体出现交叉出现交叉前期前期I(双线期双线期) diplotene联会复合体消失联会复合体消失同源染色体同源染色体部分分离部分分离前期前期I(终变期终变期) diakinesis 医学遗传学遗传的细胞学基础中期中期I（2 2）中期）中期I Metaphase Iequatorial plate医学遗传学遗传的细胞学基础1.1.同源染色体分离，四分体同源染色体分离，四分体二分体二分体2.2.非同源染色体随机组合。非同源染色体随机组合。（3 3）后期）后期I Anaphase I医学遗传学遗传的细胞学基础（4）末期）末期 ITelophase I医学遗传学遗传的细胞学基础metaphase Ianaphase Itelophase Iinterphase医学遗传学遗传的细胞学基础2 . 2 . 第二次减数分裂第二次减数分裂 Meiosis II前期前期 II中期中期 II后期后期 II1. 二分体二分体单分体单分体2.非姐妹染色单体随机组合。非姐妹染色单体随机组合。末期末期 II医学遗传学遗传的细胞学基础（一）、减数分裂（一）、减数分裂 I间期间期前期前期I(细线期细线期)前期前期I(偶线期偶线期)1.同源染色体配对同源染色体配对 联会联会2.二价体形成二价体形成前期前期I(粗线期粗线期)1.二价体二价体四分体四分体2.非姐妹染色单非姐妹染色单体之间出现交叉。体之间出现交叉。前期前期I(双线期双线期)1.联会复合体消失联会复合体消失2.同源染色体某同源染色体某些部分分离些部分分离前期前期I(终变期终变期)中期中期I后期后期I1.同源染色体分离（四分体同源染色体分离（四分体二分体）二分体）2.非同源染色体随机组合非同源染色体随机组合末期末期I医学遗传学遗传的细胞学基础2、 减数分裂减数分裂 II中期中期 II后期后期 II1.姐妹染色单体分离（二分体姐妹染色单体分离（二分体单分体）单分体）2.非姐妹染色单体随机组合。非姐妹染色单体随机组合。末期末期 II前期前期 II医学遗传学遗传的细胞学基础1.1.保持遗传性状的相对稳定。保持遗传性状的相对稳定。 2n(46) n (23) 2n(46) n (23) 2.2.是遗传三大规律的细胞学基础。是遗传三大规律的细胞学基础。3.3.是人类复杂的遗传和变异的基础之一。是人类复杂的遗传和变异的基础之一。配子种类：配子种类：2 2232383886088388608受精卵种类：受精卵种类：2 22323222323764764减数分裂的生物学意义减数分裂的生物学意义医学遗传学遗传的细胞学基础医学遗传学遗传的细胞学基础46XY46XY46XY46XY 46XY 46XY 46XY46XY23X23Y23X23X23Y23Y23X23X23Y23Y精精子子发发生生精原细胞精原细胞(2n)初级精母细胞初级精母细胞(2n)次级精母细胞次级精母细胞(n)精细胞精细胞(n)精子精子(n)增殖期增殖期生长期生长期成熟期成熟期减数分裂减数分裂变形期变形期医学遗传学遗传的细胞学基础46XX46XX46XX46XX 46XX 46XX 46XX46XX23X23X卵卵子子发发生生卵原细胞卵原细胞(2n)初级卵母细胞初级卵母细胞(2n)次级卵母细胞次级卵母细胞(n)卵细胞卵细胞(n)增殖期增殖期生长期生长期成熟期成熟期减数分裂减数分裂23X23X 23X 23X第一极体第一极体(n)第二极体第二极体(n)医学遗传学遗传的细胞学基础