分子遺傳學(xué)課件2-染色體

第二部分遺傳信息的載體---染色體染色質(zhì)：

真核細胞間期細胞核內(nèi)伸展開的DNA蛋白質(zhì)纖維。染色體：

真核細胞有絲分裂期高度螺旋化的DNA蛋白質(zhì)纖維，是間期染色質(zhì)進一步緊密盤繞折疊的結(jié)果。染色質(zhì)和染色體是真核細胞內(nèi)遺傳物質(zhì)DNA分子的存在形式；這種結(jié)構(gòu)形式對遺傳信息的穩(wěn)定、傳遞和表達都有極為重要的影響。第一節(jié)細胞的結(jié)構(gòu)與功能根據(jù)構(gòu)成生物體的基本單位，可以將生物分為非細胞生物：包括病毒、噬菌體(細菌病毒)，具有前細胞形態(tài)的構(gòu)成單位；細胞生物：以細胞為基本單位的生物；根據(jù)細胞核和遺傳物質(zhì)的存在方式不同又可以分為：真核生物(eukaryote)：(真核細胞)原生動物、單細胞藻類、真菌、高等植物、動物、人類原核生物(prokaryote)：(原核細胞)細菌、藍藻(藍細菌)真核細胞：細胞膜、細胞質(zhì)、細胞核及(植物)細胞壁原核細胞(prokaryoticcell)的基本結(jié)構(gòu)

主要從原核細胞與真核細胞的區(qū)別上來認識原核細胞。最根本的區(qū)別在于細胞核結(jié)構(gòu)上：原核細胞只有核物質(zhì)，沒有核膜和核仁，沒有真正的細胞核結(jié)構(gòu)；其它區(qū)別包括：細胞大??；染色體結(jié)構(gòu)；細胞質(zhì)內(nèi)細胞器;等多個方面。

細胞壁(cellwall)與動物細胞不同，植物細胞具有細胞壁及穿壁胞間連絲(plasmodesma)。對細胞的形態(tài)和結(jié)構(gòu)起支撐和保護作用。正是因為存在這一獨特的結(jié)構(gòu)，使得植物遺傳的研究與動物遺傳研究有了比較大的差異(更困難)，尤其是在進入分子水平或者說是在進行細胞工程和基因工程研究時，這一點尤其突出。構(gòu)成植物細胞壁的化學(xué)成分有：？纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)細胞膜(plasmamembrane/plasmalemma)主要由磷脂雙分子層和蛋白分子組成。細胞內(nèi)的許多其它構(gòu)成部分也具有膜結(jié)構(gòu)，稱為膜相結(jié)構(gòu)(membranousstructure)；相對地，不具有膜的部分則稱為非膜相結(jié)構(gòu)(non-membranousstructure)。膜結(jié)構(gòu)對細胞形態(tài)、生理生化功能具有重要作用，如：選擇性透過某些物質(zhì)，而大分子物質(zhì)則通過膜的微孔進出細胞；提供生理生化反應(yīng)的場所；對細胞內(nèi)空間進行分隔，形成結(jié)構(gòu)、功能不同又相互協(xié)調(diào)的區(qū)域。細胞質(zhì)(cytoplasm)細胞質(zhì)的構(gòu)成成分除了由蛋白分子、脂肪、游離氨基酸和電解質(zhì)組成的基質(zhì)外，具有許多重要的結(jié)構(gòu)，稱為細胞器主要細胞器線粒體:動力工廠內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，物質(zhì)合成核糖體：RNA及蛋白質(zhì)構(gòu)成，物質(zhì)合成場所高爾基體：扁平囊泡,加工、合成、修復(fù)質(zhì)體(植物細胞特有):白色體、有色體、葉綠體溶酶體：單層小泡，含各種水解酶微體：過氧化物酶體、乙醛酸循環(huán)體，代謝中心粒、鞭毛、纖毛：運動、參與細胞分裂液泡(植物細胞特有)：內(nèi)容有機物、色素等在此要強調(diào)的細胞器是：核糖體：主要成分是蛋白質(zhì)和rRNA，是合成蛋白質(zhì)的主要場所，是遺傳信息表達的主要途徑。線粒體和葉綠體：分別是有氧呼吸和光合作用的場所，但它們含有DNA、RNA等成分，研究表明：這些核酸分子也具有遺傳物質(zhì)的功能.細胞核(nucleus)細胞核的形狀一般為圓球形，其形狀、大小也因生物和組織而異。細胞核一般為5-25

m(微米)，變動范圍可達1

m-600

m。細胞核是遺傳物質(zhì)集聚的場所，對細胞發(fā)育和性狀遺傳起著控制作用。細胞核由四個部分組成：1.核膜；2.核液；3.核仁；4.染色質(zhì)和染色體。核膜(nuclearmembrane)核膜是雙層膜，對核與質(zhì)間起重要的分隔作用；但是細胞核與細胞質(zhì)又不是完全隔離的，核膜上分布有一些直徑約40-70nm的核孔(nuclearpore)，以利于質(zhì)與核間進行大分子物質(zhì)的交換。核膜在細胞分裂過程中存在一個“解體-重建”的過程，并可作為細胞分裂階段劃分的標志。進入細胞分裂中期：核膜解體；進入細胞分裂末期：核膜重建。核液(nuclearsap)充滿核內(nèi)的液體狀物質(zhì)稱為核液，也稱為核漿或核內(nèi)基質(zhì)。核液主要成分為蛋白質(zhì)、RNA、酶等。其中存在一種與核糖體大小類似的顆粒，據(jù)推測可能與核內(nèi)蛋白質(zhì)的合成有關(guān)。核仁和染色質(zhì)存在于核液中。

核仁(nucleolus)一個或幾個；折光率高；呈球形；外無被膜。主要成分是蛋白質(zhì)和RNA，還可能存在少量的類脂和DNA。細胞分裂過程中也會暫時分散。功能：可能與核糖體和核內(nèi)的蛋白質(zhì)合成有關(guān)。第二節(jié).染色質(zhì)(chromatin)和染色體(chromosome)采用堿性染料對未進行分裂的細胞核(間期核)染色，會發(fā)現(xiàn)其中具有染色較深的、纖細的網(wǎng)狀物，稱為染色質(zhì)。在細胞分裂過程，核內(nèi)的染色質(zhì)便卷縮而呈現(xiàn)為一定數(shù)目和形態(tài)的染色體。染色質(zhì)和染色體是同一物質(zhì)在細胞分裂過程中所表現(xiàn)的不同形態(tài)。染色體：是遺傳信息的主要載體；具有穩(wěn)定的、特定的形態(tài)結(jié)構(gòu)和數(shù)目；具有自我復(fù)制能力；在細胞分裂過程中數(shù)目與結(jié)構(gòu)呈連續(xù)而有規(guī)律性的變化。

一.染色體的形態(tài)和結(jié)構(gòu)染色體是所有生物細胞都具有的結(jié)構(gòu)。各物種染色體都具有特定的數(shù)目與形態(tài)特征。而且同一物種內(nèi)的各染色體間往往也能夠通過其形態(tài)特征加以區(qū)分、識別。染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)與數(shù)目在細胞分裂過程中有一系列規(guī)律性變化。識別染色體的形態(tài)特征的最佳時期是細胞有絲分裂中期和早后期。這時染色體收縮程度最大，形態(tài)最穩(wěn)定，并且分散排列、易于計數(shù)。在普通光學(xué)顯微鏡下觀察需要對染色體進行染色。通常是采用染色體染色效果好，但細胞質(zhì)著色少的堿性染料、酸性染料或孚爾根試劑染色。常見動物染色體數(shù)目

染色體的形態(tài)特征分析染色體形態(tài)特征的主要目的是區(qū)分、識別染色體。經(jīng)過染色在普通光學(xué)顯微鏡下能夠觀察分析并用于染色體識別的特征主要有：染色體的大小(主要是指長度)；著絲粒的位置(染色體臂的相對長度)；次縊痕和隨體的有無及位置；等。

每一個中期染色體均由兩條染色單體構(gòu)成，每一條染色單體由一個DNA分子螺旋而成。兩條染色單體互稱為姐妹染色單體。兩條染色單體通過一個著絲粒彼此連接。著絲粒將染色體分為兩臂，長臂（q）和短臂（p）。著絲粒(centromere)和染色體臂(arm)著絲粒是細胞分裂時，紡錘絲附著(attachment)的區(qū)域，又稱為著絲點。著絲粒不會被染料染色，所以在光學(xué)顯微鏡下表現(xiàn)為染色體上一縊縮部位(無色間隔點)，所以又稱為主縊痕(primaryconstriction)。著絲粒所連接的兩部分稱為染色體臂。對每條染色體而言，著絲粒在染色體上的相對位置是固定的，根據(jù)其位置和兩臂的相對長度可以將染色體的形態(tài)分為：1.中間著絲點染色體2.近中著絲點染色體3.近端著絲點染色體4.端著絲點染色體5.顆粒狀著絲粒和端體著絲粒(centromere)：缺少著絲粒的染色體片段在細胞分裂過程中不能正確分配到子細胞中，因此經(jīng)常發(fā)生丟失；同一物種染色體間著絲粒的結(jié)構(gòu)和功能沒有本質(zhì)區(qū)別，可以互換；*由兩端保守邊界序列和中間富含A+T序列(約90bp)構(gòu)成。端體/端粒(telomere)：對染色體DNA分子末端起封閉、保護作用；防止DNA酶酶切；防止發(fā)生DNA分子間融合；保持DNA復(fù)制過程中的完整性。*端粒長度可能與細胞壽命有關(guān)。

次縊痕(secondaryconstriction)和隨體(satellite)某些染色體的一個或兩個臂上往往還具有另一個染色較淡的縊縮部位，稱為次縊痕，通常在染色體短臂上。次縊痕末端所帶有的圓形或略呈長形的突出體稱為隨體。次縊痕、隨體的位置、大小也相對恒定，可以作為染色體識別的標志。次縊痕在細胞分裂時，緊密地與核仁相聯(lián)系?？赡芘c核仁的形成有關(guān)，因此也稱為核仁組織中心(nucleolusorganizer).

染色體的大小不同物種間染色體的大小差異很大，長度的變幅為(0.20-50

m)，寬度的變幅為(0.20-2.00

m)。同一物種不同染色體寬度大致相同，其染色體大小主要對長度而言。在進行染色體形態(tài)識別研究時，需要首先將同一物種不同染色體進行區(qū)分、編號；在各個染色體形態(tài)特征中，染色體長度往往是編號的第一依據(jù)。通常由長到短對染色體進行編號。例：人類染色體編號。

中間著絲點染色體中間著絲點染色體(M,metacentricchromosome)的著絲點位于染色體中部，兩臂長度大致相等；細胞分裂后期由于紡錘絲牽引著絲粒向兩極移動，染色體表現(xiàn)為“V”形。染色體的類型:

近中著絲點染色體近中著絲點染色體(SM,sub-metacentricchromosome)的著絲點偏向染色體的一端，兩臂長度不等，分別稱為長臂和短臂；在細胞分裂后期染色體呈“L”形。近端著絲點染色體近端著絲點染色體(ST,sub-telocentricchromosome)的著絲點接近染色體的一端，染色體兩臂長度相差很大。細胞分裂后期染色體近似棒狀。端著絲點染色體端著絲點染色體(T,telocentricchromosome)的著絲點位于染色體的一端，因而染色體只有一條臂，細胞分裂后期呈棒狀。但是有人認為真正的端著絲點染色體可能并不存在，人們所觀察到的端著絲粒染色體可能只是由于短臂太短，在光學(xué)顯微鏡下不能觀察到而已。

顆粒狀另外，還有一種形態(tài)比較特殊的染色體，稱為顆粒狀或粒狀染色體。其兩條臂都極短，所以整個染色體呈顆粒狀。染色體的形態(tài)示意圖(有絲分裂后期)染色體臂長度和著絲粒的位置是染色體識別與編號的另一個重要特征。染色單體(chromatid)在有絲分裂中期所觀察到的染色體是經(jīng)過間期復(fù)制的染色體，均包含有兩條成分、結(jié)構(gòu)和形態(tài)一致的染色單體。一條染色體的兩個染色單體互稱為姊妹染色單體(sisterchromatid)。染色體的形態(tài)示意圖(有絲分裂中期)原核生物染色體

化學(xué)組成：核酸分子：通常只有一個DNA或RNA分子，是遺傳信息的載體。蛋白質(zhì)：DNA-bindingprotein，小分子、富于帶正電荷氨基酸，與核酸分子結(jié)合以保持其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。形態(tài)結(jié)構(gòu)：單鏈/雙鏈；環(huán)狀/線性；在DNA結(jié)合蛋白及染色體外RNA的共同作用下以負超螺旋的方式裝配成染色體。細菌染色體多為雙鏈環(huán)狀DNA分子原核生物染色體

染色體的核型及分析1、概念核型：根據(jù)每物種生物染色體的數(shù)目、大小和形狀等特征借助顯微照相技術(shù)，將單個細胞內(nèi)的同源染色體剪下，依次配對和分組排列就構(gòu)成了該個體的染色體核型。組型：將核型以示意圖的方式表現(xiàn)出來稱為組型。染色體組型分析(genomeanalysis)，又稱核型分析(analysisofkaryotype):在細胞學(xué)制片(光學(xué))顯微觀察基礎(chǔ)上，統(tǒng)計細胞內(nèi)染色體數(shù)目、并根據(jù)染色體的長度、著絲粒的位置、次縊痕和隨體等特征區(qū)分、識別物種全部染色體的研究。當這些特征仍然不足以區(qū)分、識別物種各對同源染色體的時候，常常需要運用染色體顯帶資料。genome染色體組基因組一個物種細胞核內(nèi)全部遺傳物質(zhì)(染色體/基因)的總和染色體帶形：通過一系列特殊的處理，使得螺旋化程度和收縮方式不同的染色體區(qū)段發(fā)生不同的反應(yīng)，再經(jīng)過染色，使其呈現(xiàn)不同程度的染色區(qū)段(往往是異染色質(zhì)區(qū)段被染色)。而這些精心設(shè)計的處理和染色方法就稱為染色體分帶、顯帶(chromosomebanding)不同的處理方法往往可以得到不同的染色體帶形。由于染色體的部分螺旋化方式、程度是特定的，因此一種好的分帶程序能夠使染色體呈現(xiàn)豐富而穩(wěn)定的帶形。帶型分析：利用細胞內(nèi)各染色體帶形進一步區(qū)分、識別染色體的工作。染色體顯帶的方法：Q帶：是用熒光分帶技術(shù)獲得的一種帶型。用奎丫因熒光染料染液處理后，在熒光鏡下可見到明暗相間的不同區(qū)帶。G帶：用染料吉母沙處理后顯出的帶型，這種帶型明暗相間，分布在染色體的全部長度上，帶型反映了染色粒位置，可制成永久玻片，在光鏡下觀察。R帶：（反G帶）用丫定橙染色，G帶淺，R帶深；用吉母沙染色，G帶深，R帶淺。Ｃ帶:是顯帶技術(shù)中最簡單的一種帶型。使用這種技術(shù)，能使著絲粒型的異染色質(zhì)著色，這種異染色質(zhì)通常位于著絲粒周圍并常含有高度重復(fù)序列的DNA。因為通常都在著絲粒處出現(xiàn)，所以稱之為C帶染色體的形狀指標(1)相對長度：即每一個染色體的長度與一套正常的含有一個X染色體的單倍體染色體組長度之比；(2)著絲粒指數(shù)：用短臂的長度對染色體的長度之比表示；(3)臂比：用長臂與短臂的長度之比表示；其中又以相對長度和著絲粒指數(shù)較為重要。

染色體的相對長度和著絲粒指數(shù)染色體號碼相對長度著絲粒指數(shù)18.44±0.43348.36±1.16628.02±0.39739.23±1.82436.83±0.31546.95±1.57746.30±0.28429.07±1.86756.08±0.30529.25±1.65565.90±0.26439.05±1.65575.36±0.27139.05±1.771x5.12±0.26140.12±2.11784.93±0.26134.08±1.97594.80±0.24435.43±2.599104.59±0.22133.95±2.243114.61±0.22740.14±2.328124.66±0.21230.16±2.339133.74±0.23617.08±3.227143.56±0.22918.74±3.596153.46±0.21420.30±3.702163.36±0.18341.33±2.74173.25±0.18933.86±2.771182.93±0.16430.93±3.044192.67±0.17446.54±2.299202.56±0.16545.45±2.526211.90±0.17030.89±5.002222.04±0.18230.48±4.932y2.15±0.13727.17±3.18246,XY46,XX人類染色體分析：外周血培養(yǎng)制備染色體標本原理:外周血中的淋巴細胞幾乎都是處在G0期或G1期，一般情況下是不分裂的。當在培養(yǎng)基中加入植物血凝素（phytohemagglutininPHA）時，這種小淋巴細胞受到刺激后轉(zhuǎn)化為淋巴母細胞，并開始進行有絲分裂。經(jīng)過短期培養(yǎng)后，用秋水仙素處理、低滲、固定、滴片和染色，就可獲得大量中期分裂相的細胞，制片后可以清楚地對染色體進行觀察。這種培養(yǎng)方法是Moorhead于1960年建立的。在人類遺傳分析中普遍采用外周血培養(yǎng)的方法獲取分裂的細胞，進而開展臨床和基礎(chǔ)遺傳學(xué)的研究，這對于遺傳疾病的檢出以及遺傳咨詢等工作發(fā)揮了重要作用。操作流程正常人外周血或細胞RPMI1640培養(yǎng)基+15%小牛血清=5ml

370C，培養(yǎng)68hr加秋水仙素，培養(yǎng)2～4hr（抑制細胞分裂）

收集細胞離心，去上清液（1000rpm/10min）低滲處理，0.075MKCI，370C，25min預(yù)固定，甲醇：冰醋酸=3：1離心，去上清液（1000rpm/10min）重復(fù)固定三次制片，染色，觀察，染色體分析注意事項1.接種的血樣愈新鮮愈好。2.培養(yǎng)中成敗的關(guān)鍵,除了至為重要的PHA的效價外。培養(yǎng)的溫度和培養(yǎng)液的酸堿度也十分重要。

3.培養(yǎng)過程中，如發(fā)現(xiàn)血樣凝集，可將培養(yǎng)瓶輕輕振蕩，使凝塊散開，繼續(xù)放回37℃恒溫箱內(nèi)培養(yǎng)。4.制片過程中，如發(fā)現(xiàn)細胞膨脹得不大，細胞膜沒有破裂，染色體聚集一團伸展不開,可將固定時間延長。

人類染色體的編號1.按染色體的長度進行排列(分組)；2.按長臂長度進行與著絲點位置排列(M，SM，ST，T)；3.按隨體的有無與大小(通常將帶隨體的染色體排在最前面)。

人類染色體組型分析A組1-3最大中間著絲點染色體B組4-5最大亞中間著絲點染色體C組6-12中等亞中間著絲點染色體與X相似D組13-15中等近端著絲點染色體有隨體E組16-18中等中間著絲點染色體F組19-20小中間著絲點染色體G組21-22小近端著絲點染色體有隨體與Y相似人類染色體組型分析*黑麥(Secalecereale,2n=14)染色體GiemsaC-帶G-顯帶：是最常用的方法。標本經(jīng)胰蛋白酶處理后，應(yīng)用Giemsa染色，鏡檢、分析,顯示深染和淺染相間的帶紋。

G顯帶深染帶富含AT，富含長分散DNA序列，是DNA的重復(fù)區(qū)域，不編碼表達基因，G顯帶淺帶，富含GC，含有許多轉(zhuǎn)錄基因。這種DNA在間期核中呈現(xiàn)較為伸展的狀態(tài)。除了轉(zhuǎn)錄基因之外，它含有短分散DNA序列。包括Alu序列。染色體上大多數(shù)斷裂點和重排被認為是發(fā)生在淺染帶。常規(guī)G-banding使每個單倍體（24條染色體）都可以顯示350～550條帶，每條帶大約代表5x106～10x106bp的DNA。每個基因長度不等，從102bp（a珠蛋白基因）～2x106bp（抗肌萎縮蛋白基因）。估計平均每3000bp為一個基因，每條染色體可能代表幾個或幾百個基因

染色體顯帶核型的識別《人類細胞遺傳學(xué)命名的國際體制》（ISCN）是分析、描述染色體的依據(jù)。對于顯帶染色體帶的描述首先應(yīng)明確界標、區(qū)、帶的含義：界標（landmark）：是染色體上劃分區(qū)的標志，通常是指染色體上具有穩(wěn)定而又顯著的形態(tài)學(xué)特征的結(jié)構(gòu)。包括：①染色體長、短臂的末端；②著絲粒；③長、短臂上某些穩(wěn)定而顯著的染色體帶（深帶或淺帶）。區(qū)：為位于兩相鄰界標之間的區(qū)域。帶：每一染色體都應(yīng)看作是由一系列序貫的帶組成，即沒有非帶區(qū)。它借其較深或較淺的著色強度，可清楚的與相鄰帶相區(qū)別。每一染色體均以界標為界區(qū)分為若干區(qū)，每個區(qū)中都含有一定數(shù)量、一定排列順序、一定大小和染色深淺不同的帶。區(qū)和帶均從著絲粒開始，向臂的遠端序貫編號?？拷z粒的兩個區(qū)分別標記為長臂或短臂的“1”區(qū)，其次由近及遠排列為“2”區(qū)、“3”區(qū)等。作為界標的帶屬于此界標以遠的區(qū)并為該區(qū)的1號帶。被著絲粒一分為二的帶分屬長、短臂，分別標記為長臂的1區(qū)1帶和短臂的1區(qū)1帶。記述一特定帶時，需要寫明4個內(nèi)容：①染色體號；②臂的符號；③區(qū)的號序；④帶的號序。這些內(nèi)容按順序書寫，不用間隔或加標點。例如：1p31表示第一號染色體短臂3區(qū)1帶。G-banging界標、區(qū)和帶如：2p13高分辨顯帶染色體由于細胞同步化制片技術(shù)的應(yīng)用和染色體顯帶技術(shù)的改進，使人們從早中期、前中期、晚前期細胞得到更長、帶紋更豐富的染色體，稱為高分辨顯帶染色體。高分辨染色體帶紋數(shù)的增多是由于對常規(guī)中期染色體顯帶中的某些帶逐級細分所致，逐級細分產(chǎn)生的帶稱為亞帶、次亞帶。高分辨染色體帶的命名，應(yīng)在原帶之后加小數(shù)點，并在小數(shù)點后面加新的數(shù)字表示亞帶、次亞帶。亞帶、次亞帶的編號仍按由近及遠的原則進行。如：1p36．32其小數(shù)點后的32是指高分辨帶，即1p36．32表示第一號染色體短臂3區(qū)6帶第3亞帶第2次亞帶。高分辨顯帶技術(shù)的應(yīng)用，使染色體核型分析能夠發(fā)現(xiàn)和證實一般帶型分析所發(fā)現(xiàn)不了的、更細微的染色體異常。R-banding

反G帶，因其恰好與G帶著色深淺相反熒光原位雜交（Fluorescenceinsituhybridization，F(xiàn)ISH）FISH是細胞遺傳學(xué)方法和分子遺傳學(xué)方法相結(jié)合的產(chǎn)物，可以認為是分子細胞遺傳學(xué)技術(shù)?；驹恚簯?yīng)用Digoxingenin或Biotin標記探針DNA（Nicktranslation標記法），變性成單鏈后與變性后的染色體或細胞核靶DNA雜交。在熒光顯微鏡下觀察并記錄結(jié)果。應(yīng)用1、基因定位2、檢測染色體的數(shù)目和結(jié)構(gòu)異常3、遺傳病的診斷和產(chǎn)前診斷FISH技術(shù)的發(fā)展1、單色FISH2、多色FISH（24種染色）3、DNA纖維FISH4、比較基因組雜交1、單色FISH2、多色FISH（24種染色）分析染色體核型意義染色體核型不僅能代表一個個體、一個物種或更大類群的特征，而且能表明染色體組的構(gòu)成和識別一個染色體組中的特定染色體；用于研究物種的遺傳和變異；研究系統(tǒng)演化；遠緣雜交；人類染色體及其他遺傳?。惠椛涞倪z傳效應(yīng)。

第三節(jié)染色體的結(jié)構(gòu)模型

染色體的單線性.未經(jīng)復(fù)制的染色體含有一個染色單體。染色單體含有一條雙鏈DNA分子與蛋白質(zhì)結(jié)合后形成的一條線性、無分支染色質(zhì)線。間期DNA分子通過半保留方式復(fù)制后就產(chǎn)生兩條完全相同的DNA分子，所以含有兩條姊妹染色單體。染色質(zhì)的不同狀態(tài)：在DNA進行復(fù)制或轉(zhuǎn)錄時(主要在間期)，必須(局部)以DNA單鏈狀態(tài)存在，所以核小體的結(jié)構(gòu)也必須解開(染色質(zhì)呈松弛狀態(tài))；而在細胞分裂中期，染色質(zhì)呈高度螺旋化狀態(tài)，并且每條染色體都呈現(xiàn)其固有的形態(tài)特征。很顯然這兩種狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換不是隨機、無序的卷縮，而應(yīng)該是按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換的。一.染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)(真核細胞)染色質(zhì)是染色體在細胞分裂間期所表現(xiàn)的形態(tài)，呈纖細的絲狀結(jié)構(gòu)，也稱為染色質(zhì)線(chromatinfiber)1.化學(xué)組成(1).DNA：約占30%，每條染色體一個雙鏈DNA分子是遺傳信息的載體，也就是所謂的遺傳物質(zhì)(2).蛋白質(zhì)組蛋白(histone)：呈堿性，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；與DNA結(jié)合形成、維持染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，與DNA含量呈一定的比例非組蛋白：呈酸性，種類和含量不穩(wěn)定；作用還不完全清楚，可能與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)有關(guān)，在DNA遺傳信息的表達中有重要作用(3).另外，可能存在少量的RNA2.基本結(jié)構(gòu)單位.串珠模型：染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位是核小體、連接絲(linker)、組蛋白H1。每個基本單位約180-200個核苷酸對(堿基對,bp-basepair).核小體(nucleosome),又稱紐體(

-body)(約11nm).組蛋白：H2A、H2B、H3、H4四種組蛋白各兩分子的八聚體，直徑約10nm).DNA鏈：DNA雙螺旋鏈盤繞于組蛋白八聚體表面1.75圈，約合146bp.連接絲(linker)：核小體間的連接部分，兩個核小體之間的DNA雙鏈；含50-60堿基對，變化范圍8-114bp。組蛋白H1：結(jié)合于連接絲與核小體的接合部位。去除H1不影響核小體的基本結(jié)構(gòu)。*采用酶解等方法輕微處理可以消化掉H1，而不影響其它蛋白質(zhì)分子。染色體的結(jié)構(gòu)模型貝克等(Bak,A.L.,1977)：染色體四級結(jié)構(gòu)模型理論能夠在一定程度上解釋染色質(zhì)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程1.DNA+組蛋白

核小體+連接絲2.核小體

螺線體(solenoid)3.螺線體

超螺線體(super-solenoid)4.超螺線體

染色體DNA+組蛋白

核小體+連接絲核小體+連接絲

螺線體(solenoid)螺線體

超螺線體

(super-solenoid)超螺線體

染色體*染色體形成過程中長度與寬度的變化常染色質(zhì)和異染色質(zhì)染色是染料分子與染色質(zhì)線中DNA分子結(jié)合，使染色質(zhì)線在光學(xué)顯微鏡下呈一定的顏色。如果DNA鏈存在狀態(tài)不同，與染料間反應(yīng)也將有所不同；DNA鏈的密度不同，一定區(qū)域內(nèi)結(jié)合染料分子的量不同，染色深淺也將有所不同。通常根據(jù)間期染色反應(yīng)，可以將染色質(zhì)分為異染色質(zhì)和常染色質(zhì)。異染色質(zhì)(heterochromatin)：在細胞間期染色質(zhì)線中，染色很深的區(qū)段。常染色質(zhì)(euchromatin)：染色質(zhì)線中染色很淺的區(qū)段。常染色質(zhì)和異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)差異:兩者結(jié)構(gòu)上連續(xù)，化學(xué)性質(zhì)上沒有差異，只是核酸螺旋化程度(密度)不同。異染色質(zhì)在間期的復(fù)制晚于常染色質(zhì)，間期仍然高度螺旋化狀態(tài)，緊密卷縮(異固縮,heteropycnosis)，所以染色很深；而常染色質(zhì)區(qū)處于松散狀態(tài)，染色質(zhì)密度較低，因此染色較淺。功能差異:遺傳信息的表達(轉(zhuǎn)錄)主要在間期進行，并需要染色質(zhì)(局部)處于解螺旋狀態(tài)。異染色質(zhì)在遺傳功能上是惰性的，一般不編碼蛋白質(zhì)，主要起維持染色體結(jié)構(gòu)完整性的作用。常染色質(zhì)間期活躍表達，帶有重要的遺傳信息。組成性異染色質(zhì)與兼性異染色質(zhì)組成性(constitutive).構(gòu)成染色體的特殊區(qū)域，如：著絲點部位等；在所有組織、細胞中均表現(xiàn)異固縮現(xiàn)象；只與染色體結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般無功能表達；*主要是衛(wèi)星DNA。兼性(facultative).可存在于染色體的任何部位；在一些組織中不表現(xiàn)異固縮現(xiàn)象(象常染色質(zhì)一樣正常表達)，而在其它組織中表現(xiàn)異固縮現(xiàn)象(完全不表達)；攜帶組織特異性表達的遺傳信息。X染色體是一個特例，教材上的例子并不恰當。觀看染色體四級結(jié)構(gòu)模型動畫第四節(jié)體細胞分裂與細胞周期

生物的繁殖以細胞分裂為基礎(chǔ)；對多細胞生物而言，其生長發(fā)育也通過細胞分裂實現(xiàn)。體細胞分裂的方式可以分為無絲分裂和有絲分裂兩種。關(guān)于這兩種分裂方式的過程、特征和異同已學(xué)過，在此作一簡單回顧：一、無絲分裂(amitosis)；二、有絲分裂(mitosis)；三、細胞周期(cellcycle)。無絲分裂(amitosis)無絲分裂的分裂過程較簡單快速，整個分裂過程中不出現(xiàn)紡錘體。以前人們認為無絲分裂只在衰老細胞和病態(tài)組織中，但近年研究發(fā)現(xiàn)高等生物的許多正常組織(如：植物的薄型組織、木質(zhì)部細胞、絨氈層細胞和胚乳細胞)，也常發(fā)生無絲分裂。有絲分裂(一)、有絲分裂的過程有絲分裂包括兩個緊密相連的過程：核分裂、細胞質(zhì)分裂。通常有絲分裂主要是指核分裂，特別是在遺傳學(xué)中更主要討論細胞核分裂有絲分裂過程可分為五個時期，即：

間期、前期、中期、后期、末期應(yīng)當注意的是：

有絲分裂過程本身是一個連續(xù)的自然過程。細胞分裂時期是人為劃分的，是根據(jù)所觀察到整個有絲分裂過程中的各種形態(tài)、結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的差異而進行的劃分；其目的是便于對整個過程進行研究的描述。間期(interphase)指細胞上一次分裂結(jié)束到下一次分裂開始之前的時期。特征：染色質(zhì)解螺旋、松散分布在細胞質(zhì)中，核仁染色深。在光學(xué)顯微鏡下細胞狀態(tài)不發(fā)生明顯變化(早期有人稱之為靜止期)。事實上細胞處于生理、生化反應(yīng)高度活躍的階段，其呼吸和合成代謝都非常旺盛。為細胞分裂奠定物質(zhì)和能量基礎(chǔ)：DNA的復(fù)制組蛋白的合成能量準備其它物質(zhì)的合成DNA合成是間期最重要的準備，因此一般根據(jù)DNA合成的特點，將間期分為：合成前期(G1)、合成期(S)、合成后期(G2)。前期(prophase)當染色體呈可見的細線時標志著細胞分裂開始，進入細胞分裂前期。前期可以觀察到細胞內(nèi)發(fā)生下列變化：每個染色體兩條染色質(zhì)線(染色單體)開始螺旋化、卷曲；著絲粒尚未復(fù)制分裂，因而螺旋、卷曲逐漸可見的兩條染色單體同一個著絲粒聯(lián)結(jié)；核仁、核膜逐漸解體，前期結(jié)束時核仁消失。中期(metaphase)核仁、核膜消失標志著細胞分裂中期開始。主要特征：染色單體進一步螺旋、收縮直至呈最短、最粗的狀態(tài);紡錘絲形成一個三維的結(jié)構(gòu)，稱為紡錘體(spindle)；紡錘絲與染色體的著絲點附著，并牽引染色體，使其著絲粒均勻分成在垂直于兩極的一個平面上，常將這個平面稱為赤道板(或赤道面)染色體臂自由分布在赤道面的兩側(cè)。染色體形態(tài)穩(wěn)定，排列均勻，是研究染色體形態(tài)和數(shù)目的最佳時期。有絲分裂中期染色體形態(tài)圖4.后期(anaphase)特征：由于紡錘絲的牽引作用，著絲粒發(fā)生分裂；每條染色體的兩條染色單體，分別由紡錘絲拉向兩極；兩極都具有相同的染色(單)體數(shù)。后期就是從著絲粒分裂到染色單體到達兩極的過程。5.末期(telophase)染色體到達兩極后：核膜、核仁重建；染色體螺旋化，呈松散狀態(tài)；細胞質(zhì)分裂或細胞板形成(物理性)。有絲分裂過程示意圖有絲分裂的遺傳學(xué)意義可從兩個方面來理解：核內(nèi)染色體準確復(fù)制、分裂，為兩個子細胞的遺傳組成與母細胞完全一樣打下基礎(chǔ)；染色體復(fù)制產(chǎn)生的兩條姊妹染色單體分別分配到兩個子細胞中，子細胞與母細胞具有相同的染色體數(shù)目和組成。通過有絲分裂能夠維持了生物個體的正常生長和發(fā)育(組織及細胞間遺傳組成的一致性)；并且保證了物種的連續(xù)性和穩(wěn)定性(單細胞生物及無性繁殖生物個體間及世代間的遺傳組成的一致性)。細胞質(zhì)遺傳：線粒體和葉綠體中DNA也具有遺傳物質(zhì)的功能，并且能夠復(fù)制、分配到子細胞中；細胞器在細胞質(zhì)中分布不均勻，在質(zhì)分裂時分配也不是均等的；細胞質(zhì)遺傳物質(zhì)與染色體具有不同的遺傳規(guī)律。有絲分裂動畫細胞的減數(shù)分裂(meiosis)減數(shù)分裂是性母細胞成熟時，配子形成過程中所發(fā)生的一種特殊的有絲分裂，又稱成熟分裂(maturationdivision)。其結(jié)果是產(chǎn)生染色體數(shù)目減半的性細胞，所以稱為減數(shù)分裂。減數(shù)分裂的特殊性表現(xiàn)在：具有一定的時間性和空間性：生物個體性成熟后，動物性腺和植物造孢組織細胞中進行。連續(xù)進行兩次分裂：遺傳物質(zhì)經(jīng)過一次復(fù)制，連續(xù)兩次分裂，導(dǎo)致染色體數(shù)目的減半。同源染色體在第一次分裂前期(前期I，PI)相互配對(paring)，也稱為聯(lián)會(synapsis)；并且在同源染色體間發(fā)生片段的交換。一、減數(shù)分裂的過程(一)、間期(前間期,

preinterphase)(二)、減數(shù)第一分裂

(meiosisI)(三)、中間期

(interkinesis)(四)、減數(shù)第二分裂

(meiosisⅡ)前期I(prophaseI,PI),中期I(metaphaseI,MI)后期I(anaphaseI,AI)末期I(telophaseI,TI)前期II(prophaseII,PII),中期II(metaphaseII,MII)后期II(anaphaseII,AII)末期II(telophaseII,TII)(一)、間期(interphase)性母細胞進入減數(shù)分裂前的間期稱為前減數(shù)分裂間期，也稱為前間期。這一時期是為性細胞進入減數(shù)分裂作準備。其準備的內(nèi)容包括：染色體復(fù)制；有絲分裂向減數(shù)分裂轉(zhuǎn)化.特征：持續(xù)時間比有絲分裂間期長，特別是合成期較長；合成期間往往僅有約99.7%的DNA完成合成，而其余的0.3%在偶線期合成。1.前期I(prophaseI,PI),這一時期細胞內(nèi)變化復(fù)雜，所經(jīng)歷的時間較長，細胞核比有絲分裂前期核要大些。根據(jù)核內(nèi)變化特征，可進一步分為五個時期：(1).細線期(leptotene，PI1).(2).偶線期(zygotene，PI2).(3).粗線期(pachytene，PI3).(4).雙線期(diplotene，PI4).(5).終變期(diakinesis，PI5).(1).細線期(leptonene，PI1)染色體開始螺旋收縮，在光學(xué)顯微鏡下呈細長線狀；有時可以較為清楚地計數(shù)染色體數(shù)目。這時每個染色體含有兩染色單體，由著絲點連接，但在光學(xué)顯微鏡下還不能分辨染色單體。(2).偶線期(zygotene，PI2)同源染色體的對應(yīng)部位相互