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1、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(heterochromat
2、in),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
3、,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
4、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
5、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
6、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
7、,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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、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),