遗传的细胞基础.ppt
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）,
