醫(yī)學生物學6課件

第四節(jié)受精精子和卵子結合成合子(受精卵)的過程稱為受精(fertilization)。人類卵細胞與精子結合的部位是在輸卵管壺腹部。成群的精子在運行過程中經過子宮、輸卵管肌肉的收縮運動，大批精子失去活力而衰亡，最后只有20~200個左右的精子到達卵細胞的周圍，最終只能有一個精子與一個卵子結合形成受精卵。一．配子的成熟與運行（一）．精子的成熟與運行哺乳類動物的精子要在附睪中停留12~21天，附睪上皮分泌多種糖蛋白覆蓋于精子表面，才能獲得主動運動與受精的能力。射精后，注入陰道穹窿的精子液化后才具有充分的運動力。（二）．卵的成熟與運行核的成熟主要表現為初級卵母細胞恢復并完成第一次減數分裂，次級卵母細胞停留在第二次減數分裂的中期。胞質的成熟表現為在胞質內形成皮質顆粒，并沿次級卵母細胞膜分布，顆粒外周有膜包被，內含酶。卵的成熟包括核的成熟和胞質的成熟卵排出后附著在卵巢表面，由傘部上皮纖毛的擺動與肌肉收縮將其掃拂入輸卵管并在壺腹部停留。若遇精子，即在此受精。獲能的本質是：精子在子宮或輸卵管中，覆蓋精子表面特別是頂體區(qū)的精漿物質和去能因子逐漸被去除，暴露出精子受體部位而使精子特異地與卵的受體或者卵釋放的物質相作用，并在與卵的外圍屏障（如，放射冠、透明帶）接觸中發(fā)生頂體反應。（二）．頂體反應(acrosomereaction)在輸卵管壺腹，獲能精子靠近或與卵的外圍屏障接觸時，覆蓋在頂體表面的細胞膜與頂體外膜多處發(fā)生融合并釋放出多種酶系，這一過程稱為頂體反應。獲能、頂體反應、與卵融合是精子具備受精能力的三個要素。三者之一缺如則該精子不能進入卵內。

（四）．皮質反應與透明帶反應精卵融合時誘導卵膜特征發(fā)生改變，產生膜電荷變化，卵膜立即阻擋第二個精子進入卵內，這一機制稱為卵膜封閉。激活后的卵胞漿，發(fā)生細胞外排作用，排出皮質顆粒。皮質顆粒與透明帶發(fā)生作用并修飾透明帶，使透明帶拒絕其他精子穿過，這一機制稱為透明帶反應。（五）．雌、雄原核形成與融合

精卵開始融合時，次級卵母細胞被激活，完成第二次減數分裂，形成卵細胞和第二極體。卵細胞單倍染色體向細胞中央移動，核膜形成，染色體疏散成為染色質，雌原核形成。伴隨精、卵原核的發(fā)育，精、卵原核的DNA合成和染色體復制同步進行。精、卵原核的核膜消失，兩原核染色體組互相混合，進行第一次卵裂，新的生命開始。卵細胞結構卵細胞在受精之前精子已開始進入卵細胞精子頭部已進入卵細胞精卵融合卵細胞完成第二次減數分裂雌原核和雄原核形成，第二極體排出雌雄原核融合后，兩原核染色體混合進行第一次卵裂(中期)第一次卵裂(后期)第一次卵裂結束(二細胞期)第二次卵裂結束(四細胞期)受精３天桑椹期受精5天晚期胚泡第五節(jié)．卵裂及胚泡形成受精卵的分裂稱為卵裂(cleavage)，所形成的細胞稱為卵裂球(blastomere)。卵裂的特點是細胞數目迅速增多，但胚胎體積并不增大，細胞體積隨著分裂逐漸變小。28小時（第一次卵裂）72小時（桑椹胚）第4天（早期胚泡）第5天（晚期胚泡）減數分裂有絲分裂生殖細胞體細胞DNA復制一次，細胞分裂兩次，染色體數目減半染色體數目不變同源染色體配對，非同源染色體自由組合無形成4個遺傳物質相似的子細胞形成2個完全相同的子細胞課后思考題：1、簡述精子與卵子的形成及其兩者的區(qū)別。2、減數分裂中染色體發(fā)生了哪些變化？3、試比較有絲分裂和減數分裂過程。4、說明減數分裂的生物學意義。第四章生命的遺傳與變異遺傳和變異是生命的基本特征之一。生殖：當生物生長發(fā)育到一定階段，能夠產生與自己相似的個體。遺傳：生物通過生殖產生子代，子代與親代之間或子代個體之間相似的現象稱為遺傳。變異：親子之間或子代個體之間的差異稱為變異?！?/p>

遺傳保持物種的穩(wěn)定性●變異是物種進化的源泉第一節(jié)遺傳的分子基礎生命的遺傳與變異是由遺傳信息所決定的。遺傳的分子基礎——DNA遺傳信息蘊藏在DNA分子的核苷酸排列順序中，通過DNA的準確復制，將遺傳信息傳給了下一代，通過指導蛋白質合成，控制著生物的各種性狀。一．DNA結構特征及其生物學意義（1）1928，Griffith，細菌轉化實驗肺炎雙球菌光滑(S型)，有夾膜：致病粗糙(R型)(多糖細胞壁)：非致病加熱滅活的S型菌＋活的R型菌小鼠致病死亡（2）1944，Avery等證明DNA是遺傳物質（3）1953，Watson和Crick提出并確定了DNA雙螺旋結構DNA堿基互補的雙螺旋分子結構為遺傳信息的儲存、傳遞、修復以及分析奠定了基礎，體現了生物體內結構和功能的統一性。1953年，Watson和Crick提出并確定了DNA雙螺旋結構，DNA分子是由反向平行的兩條多核苷酸鏈組成，兩鏈之間根據堿基互補原則通過氫鍵相連，形成雙螺旋結構。一條鏈為5′-ATTGCCA-3′另一條是3′-TAACGGT-5′這兩條鏈為互補鏈。1.DNA雙螺旋結構要點：（1）DNA分子是由兩條相互平行方向相反的多核苷酸鏈圍繞著同一中心軸形成的雙螺旋結構。（2）兩條長鏈的磷酸戊糖在外側，堿基在雙螺旋內側，按堿基互補配對原則（A=T，G三C）以氫鍵相連。（3）相鄰堿基對間距0.34nm，一個螺旋包含10個堿基對，旋轉360°，螺距為3.4nm。DNA的雙鏈形成3.4nm含10個堿基對DNA雙螺旋結構模型DNA功能：DNA是遺傳物質，具有儲存、復制和傳遞遺傳信息的作用。2.RNA的結構與功能RNA為單鏈(一條多核苷酸鏈)可自身回折形成局部假雙鏈。類型：①mRNA（信使RNA）②tRNA（轉運RNA）③rRNA（核糖體RNA）tRNA三葉草型模式圖反密碼子mRNAtRNArRNA細胞中含量5%~10%10%~15%80%~90%沉降系數6S~25S4S5.8S、18S、28S結構特征功能三種RNA分子的結構特征和功能作用單鏈，線形，局部呈假雙鏈，形成發(fā)夾式結構。單鏈，三葉草形，局部假雙鏈，柄部3，有CCA三個堿基，連接氨基酸部位；其相對端呈環(huán)形，稱反密碼環(huán)，中央有三個堿基，為反密碼子。單鏈，螺旋形，局部可形成假雙鏈結構。轉錄DNA中的遺傳信息，作為合成蛋白質的模板。運輸活化的氨基酸到核糖體上的mRNA的特定位點，特定的tRNA運輸特定的氨基酸。核糖體的組成成分。核酸是細胞內儲存和傳遞遺傳信息的生物大分子。細胞內遺傳信息的流動方向：DNARNA轉錄翻譯蛋白質

DNA是遺傳信息的儲存庫，首先DNA轉錄形成RNA，再由RNA指導蛋白質的合成，即“中心法則”

DNARNA

戊糖：

脫氧核糖核糖

堿基：AGCTAGCU

磷酸：磷酸磷酸核苷酸種類脫氧腺苷酸（dAMP)腺苷酸（AMP）脫氧鳥苷酸（dGMP)鳥苷酸（GMP）脫氧胞苷酸（dCMP)胞苷酸（CMP）脫氧胸苷酸（dTMP)尿苷酸（UMP）結構雙鏈單鏈存在部位主要存在細胞核中主要存在細胞質中功能儲存、復制和傳遞遺傳信息參與蛋白質的合成DNA與RNA的區(qū)別

組成3.生物學意義：

DNA堿基互補的雙螺旋結構為遺傳信息的儲存、復制、傳遞、修復及分析奠定了基礎。（1）DNA堿基的排列順序，儲存大量遺傳信息。（2）堿基互補結構是DNA復制和修復的基礎。（3）DNA雙鏈的互補性是DNA分析技術的基礎。二、人類基因組人類基因組：人類細胞中所有的遺傳信息就構成了人類基因組，即人類細胞中所含有的所有DNA序列總和。人類基因組線粒體基因組核基因組（一）線粒體基因組及其主要特征線粒體是真核細胞含DNA的細胞器，每個線粒體有5～10個環(huán)狀DNA。人的mtDNA含有16569bp雙鏈閉合環(huán)狀DNA分子，不與組蛋白結合；共有37個基因，編碼13種多肽；結構緊湊，無內含子；能自主復制；線粒體內無DNA修復系統，突變率較高；線粒體遺傳為母系遺傳。復合物Ⅰ細胞色素B復合物ⅣATP酶8/6tRNArRNA（二）核基因組及其主要特征存在于細胞核內的基因為核基因核內DNA為雙鏈線狀DNA分子每個基因組DNA約有2.8×109bp共有2.0萬~2.5萬個基因基因在基因組內的分布不均勻基因組DNA單一序列：占基因組60%～70%重復序列：占基因組30%～40%指在基因組中只出現1次或很少幾次的DNA序列，稱為單一序列（單拷貝序列），約占基因組的60%~70%，

長度：800-1000bp，結構基因。

基因序列10%編碼蛋白質的基因單一序列非基因序列：不編碼蛋白質的基因。有編碼序列（外顯子）非編碼序列（內含子）1．單一序列(uniquesequence)2．重復序列(repetitivesequence)指基因組中重復出現的許多拷貝的序列，約占基因組的30%~40%。串聯重復序列(tandemrepetitivesequence)分散重復序列(interspersedrepetitivesequence)通常是指短串聯重復DNA序列，一般重復的長度為2~200bp，大多數重復的拷貝數多(高度重復)，長度可達105bp，也稱為衛(wèi)星DNA(satelliteDNA)。（1）串聯重復序列小衛(wèi)星DNA(minisatelliteDNA)微衛(wèi)星DNA(microsatelliteDNA)短串聯重復序列(shorttandemrepeat，STR)衛(wèi)星DNA峰主DNA峰1.711.701.691.68ScCl密度吸光度（2）分散重復序列分布于基因組內散在的重復序列，通常為非編碼序列。短分散核元件：重復長度100～400bp,（SINE）次數高達106，如：人類Alu家族長分散核元件：重復長度5000～7000bp（LINE）次數達102～104

主要位于異染色質區(qū)，很少有表達的基因三、斷裂基因的基本結構斷裂基因是真核生物基因結構的特點，原核生物基因是連續(xù)編碼的DNA片段。斷裂基因（splitgene）：基因由編碼序列和非編碼序列兩部分組成，非編碼序列將編碼序列隔開，稱為斷裂基因。GC框CAAT框增強子外顯子：具有編碼意義內含子：無編碼意義啟動子終止子TATA框側翼序列人的結構基因1.外顯子和內含子外顯子（exon）：指基因內的編碼序列。內含子(intron)：指兩個外顯子之間的非編碼序列。內含子在轉錄后被切掉，因此成熟mRNA中無內含子。特點：（1）不同基因的外顯子和內含子的數目、大小各不相同。例如：β-珠蛋白基因全長1.7kb，有3個外顯子，2個內含子，編碼146個氨基酸。苯丙氨酸羥化酶基因全長85kb，含13個外顯子，編碼451個氨基酸。（2）二者都可轉錄，內含子不編碼氨基酸。（3）外顯子和內含子的接頭部位有高度保守序列，為剪接信號，每個內含子5′端頭兩個核苷酸都是GT，3′端尾部都是AG，這種接頭形式稱為GT-AG法則。外顯子和內含子具有不固定性，有時可見某一段DNA序列，作為A基因時是外顯子，而作為B基因時則是內含子。GT-AG法則ExonIntron2.側翼序列側翼序列：每個基因的5′端和3′端兩側都有一段不被轉錄的非編碼區(qū)，稱為側翼序列。側翼序列（1）啟動子：啟動基因轉錄（2）增強子：增強轉錄效率（3）終止子：終止轉錄①TATA框②CAAT框③GC框以上側翼序列不被轉錄和翻譯，屬于基因轉錄的順式作用元件，對基因表達起調控作用。（1）啟動子ExonIntronTATAboxExonIntronTATAboxCAATboxExonIntronTATAboxCAATboxGCboxExonIntronTATAboxCAATboxGCboxEnhancer（2）增強子ExonIntronTATAboxCAATboxGCboxEnhancerAATAAA（3）終止子人血紅蛋白珠蛋白基因結構內含子1（I1）內含子2（I2）外顯子3（E3）105146外顯子2（E2）3110453

轉錄起始點

TATA框RNA聚合酶結合決定轉錄起始點CAAT框RNA聚合酶結合控制轉錄頻率外顯子1（E1）130AATAAA

回文順序GC框GC框轉錄終止信號TATA框：與RNA聚合酶結合，識別轉錄起始點。CAAT框：與轉錄因子結合，促進轉錄。GC框：與轉錄因子結合，激活轉錄。啟動子終止子：位于3′端非編碼區(qū)，由反向重復序列形成發(fā)卡結構，阻止RNA聚合酶移動，終止轉錄。

側翼序列中的啟動子、增強子、終止子等，均屬于基因轉錄的順式作用調控元件，也稱調控序列，對基因表達起調控作用。四．DNA復制細胞周期的S期DNA復制，通過有絲分裂儲存在DNA序列中的遺傳信息傳遞給子細胞，使來源于一個受精卵的所有體細胞含有相同的遺傳信息；通過減數分裂形成配子，再經受精把遺傳信息傳遞給下一代。DNA復制的特點就在于能準確的自我復制。T—AA—TG—CC—GT—AA-TA-TA—TC—GG—CG—CA-TTATAATCGGCTATAAA

C

G

CTTGCG1.半保留復制1解旋2條單鏈2CGGCATATAA

C

G

CTTGCG分別以2條單鏈為模板，按堿基配對原則合成互補的新鏈，結果合成后的DNA分子，保留了親代的一條舊鏈，而又互補合成了一條新鏈，故稱半保留復制。一個DNA經自我復制合成兩個完全相同的DNA分子。A—TG—CAAA-TA-TA—TC—GC—GG—CG—CA—TTTA—TG—C