醫(yī)學(xué)生物學(xué)6課件

第四節(jié)受精精子和卵子結(jié)合成合子(受精卵)的過(guò)程稱為受精(fertilization)。人類(lèi)卵細(xì)胞與精子結(jié)合的部位是在輸卵管壺腹部。成群的精子在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)過(guò)子宮、輸卵管肌肉的收縮運(yùn)動(dòng)，大批精子失去活力而衰亡，最后只有20~200個(gè)左右的精子到達(dá)卵細(xì)胞的周?chē)?，最終只能有一個(gè)精子與一個(gè)卵子結(jié)合形成受精卵。一．配子的成熟與運(yùn)行（一）．精子的成熟與運(yùn)行哺乳類(lèi)動(dòng)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(dòng)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)力。（二）．卵的成熟與運(yùn)行核的成熟主要表現(xiàn)為初級(jí)卵母細(xì)胞恢復(fù)并完成第一次減數(shù)分裂，次級(jí)卵母細(xì)胞停留在第二次減數(shù)分裂的中期。胞質(zhì)的成熟表現(xiàn)為在胞質(zhì)內(nèi)形成皮質(zhì)顆粒，并沿次級(jí)卵母細(xì)胞膜分布，顆粒外周有膜包被，內(nèi)含酶。卵的成熟包括核的成熟和胞質(zhì)的成熟卵排出后附著在卵巢表面，由傘部上皮纖毛的擺動(dòng)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(yīng)。（二）．頂體反應(yīng)(acrosomereaction)在輸卵管壺腹，獲能精子靠近或與卵的外圍屏障接觸時(shí)，覆蓋在頂體表面的細(xì)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(guò)程稱為頂體反應(yīng)。獲能、頂體反應(yīng)、與卵融合是精子具備受精能力的三個(gè)要素。三者之一缺如則該精子不能進(jìn)入卵內(nèi)。

（四）．皮質(zhì)反應(yīng)與透明帶反應(yīng)精卵融合時(shí)誘導(dǎo)卵膜特征發(fā)生改變，產(chǎn)生膜電荷變化，卵膜立即阻擋第二個(gè)精子進(jìn)入卵內(nèi)，這一機(jī)制稱為卵膜封閉。激活后的卵胞漿，發(fā)生細(xì)胞外排作用，排出皮質(zhì)顆粒。皮質(zhì)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(guò)，這一機(jī)制稱為透明帶反應(yīng)。（五）．雌、雄原核形成與融合

精卵開(kāi)始融合時(shí)，次級(jí)卵母細(xì)胞被激活，完成第二次減數(shù)分裂，形成卵細(xì)胞和第二極體。卵細(xì)胞單倍染色體向細(xì)胞中央移動(dòng)，核膜形成，染色體疏散成為染色質(zhì)，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(fù)制同步進(jìn)行。精、卵原核的核膜消失，兩原核染色體組互相混合，進(jìn)行第一次卵裂，新的生命開(kāi)始。卵細(xì)胞結(jié)構(gòu)卵細(xì)胞在受精之前精子已開(kāi)始進(jìn)入卵細(xì)胞精子頭部已進(jìn)入卵細(xì)胞精卵融合卵細(xì)胞完成第二次減數(shù)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(jìn)行第一次卵裂(中期)第一次卵裂(后期)第一次卵裂結(jié)束(二細(xì)胞期)第二次卵裂結(jié)束(四細(xì)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(xì)胞稱為卵裂球(blastomere)。卵裂的特點(diǎn)是細(xì)胞數(shù)目迅速增多，但胚胎體積并不增大，細(xì)胞體積隨著分裂逐漸變小。28小時(shí)（第一次卵裂）72小時(shí)（桑椹胚）第4天（早期胚泡）第5天（晚期胚泡）減數(shù)分裂有絲分裂生殖細(xì)胞體細(xì)胞DNA復(fù)制一次，細(xì)胞分裂兩次，染色體數(shù)目減半染色體數(shù)目不變同源染色體配對(duì)，非同源染色體自由組合無(wú)形成4個(gè)遺傳物質(zhì)相似的子細(xì)胞形成2個(gè)完全相同的子細(xì)胞課后思考題：1、簡(jiǎn)述精子與卵子的形成及其兩者的區(qū)別。2、減數(shù)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(shù)分裂過(guò)程。4、說(shuō)明減數(shù)分裂的生物學(xué)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(dāng)生物生長(zhǎng)發(fā)育到一定階段，能夠產(chǎn)生與自己相似的個(gè)體。遺傳：生物通過(guò)生殖產(chǎn)生子代，子代與親代之間或子代個(gè)體之間相似的現(xiàn)象稱為遺傳。變異：親子之間或子代個(gè)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(jìn)化的源泉第一節(jié)遺傳的分子基礎(chǔ)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(chǔ)——DNA遺傳信息蘊(yùn)藏在DNA分子的核苷酸排列順序中，通過(guò)DNA的準(zhǔn)確復(fù)制，將遺傳信息傳給了下一代，通過(guò)指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，控制著生物的各種性狀。一．DNA結(jié)構(gòu)特征及其生物學(xué)意義（1）1928，Griffith，細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)肺炎雙球菌光滑(S型)，有夾膜：致病粗糙(R型)(多糖細(xì)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(zhì)（3）1953，Watson和Crick提出并確定了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA堿基互補(bǔ)的雙螺旋分子結(jié)構(gòu)為遺傳信息的儲(chǔ)存、傳遞、修復(fù)以及分析奠定了基礎(chǔ)，體現(xiàn)了生物體內(nèi)結(jié)構(gòu)和功能的統(tǒng)一性。1953年，Watson和Crick提出并確定了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，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(jù)堿基互補(bǔ)原則通過(guò)氫鍵相連，形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。一條鏈為5′-ATTGCCA-3′另一條是3′-TAACGGT-5′這兩條鏈為互補(bǔ)鏈。1.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：（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(jié)構(gòu)。（2）兩條長(zhǎng)鏈的磷酸戊糖在外側(cè)，堿基在雙螺旋內(nèi)側(cè)，按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則（A=T，G三C）以氫鍵相連。（3）相鄰堿基對(duì)間距0.34nm，一個(gè)螺旋包含10個(gè)堿基對(duì)，旋轉(zhuǎn)360°，螺距為3.4nm。DNA的雙鏈形成3.4nm含10個(gè)堿基對(duì)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型DNA功能：DNA是遺傳物質(zhì)，具有儲(chǔ)存、復(fù)制和傳遞遺傳信息的作用。2.RNA的結(jié)構(gòu)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(lèi)型：①mRNA（信使RNA）②tRNA（轉(zhuǎn)運(yùn)RNA）③rRNA（核糖體RNA）tRNA三葉草型模式圖反密碼子mRNAtRNArRNA細(xì)胞中含量5%~10%10%~15%80%~90%沉降系數(shù)6S~25S4S5.8S、18S、28S結(jié)構(gòu)特征功能三種RNA分子的結(jié)構(gòu)特征和功能作用單鏈，線形，局部呈假雙鏈，形成發(fā)夾式結(jié)構(gòu)。單鏈，三葉草形，局部假雙鏈，柄部3，有CCA三個(gè)堿基，連接氨基酸部位；其相對(duì)端呈環(huán)形，稱反密碼環(huán)，中央有三個(gè)堿基，為反密碼子。單鏈，螺旋形，局部可形成假雙鏈結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)錄DNA中的遺傳信息，作為合成蛋白質(zhì)的模板。運(yùn)輸活化的氨基酸到核糖體上的mRNA的特定位點(diǎn)，特定的tRNA運(yùn)輸特定的氨基酸。核糖體的組成成分。核酸是細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存和傳遞遺傳信息的生物大分子。細(xì)胞內(nèi)遺傳信息的流動(dòng)方向：DNARNA轉(zhuǎn)錄翻譯蛋白質(zhì)

DNA是遺傳信息的儲(chǔ)存庫(kù)，首先DNA轉(zhuǎn)錄形成RNA，再由RNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)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(lèi)脫氧腺苷酸（dAMP)腺苷酸（AMP）脫氧鳥(niǎo)苷酸（dGMP)鳥(niǎo)苷酸（GMP）脫氧胞苷酸（dCMP)胞苷酸（CMP）脫氧胸苷酸（dTMP)尿苷酸（UMP）結(jié)構(gòu)雙鏈單鏈存在部位主要存在細(xì)胞核中主要存在細(xì)胞質(zhì)中功能儲(chǔ)存、復(fù)制和傳遞遺傳信息參與蛋白質(zhì)的合成DNA與RNA的區(qū)別

組成3.生物學(xué)意義：

DNA堿基互補(bǔ)的雙螺旋結(jié)構(gòu)為遺傳信息的儲(chǔ)存、復(fù)制、傳遞、修復(fù)及分析奠定了基礎(chǔ)。（1）DNA堿基的排列順序，儲(chǔ)存大量遺傳信息。（2）堿基互補(bǔ)結(jié)構(gòu)是DNA復(fù)制和修復(fù)的基礎(chǔ)。（3）DNA雙鏈的互補(bǔ)性是DNA分析技術(shù)的基礎(chǔ)。二、人類(lèi)基因組人類(lèi)基因組：人類(lèi)細(xì)胞中所有的遺傳信息就構(gòu)成了人類(lèi)基因組，即人類(lèi)細(xì)胞中所含有的所有DNA序列總和。人類(lèi)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(xì)胞含DNA的細(xì)胞器，每個(gè)線粒體有5～10個(gè)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(jié)合；共有37個(gè)基因，編碼13種多肽；結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)內(nèi)含子；能自主復(fù)制；線粒體內(nèi)無(wú)DNA修復(fù)系統(tǒng)，突變率較高；線粒體遺傳為母系遺傳。復(fù)合物Ⅰ細(xì)胞色素B復(fù)合物ⅣATP酶8/6tRNArRNA（二）核基因組及其主要特征存在于細(xì)胞核內(nèi)的基因?yàn)楹嘶蚝藘?nèi)DNA為雙鏈線狀DNA分子每個(gè)基因組DNA約有2.8×109bp共有2.0萬(wàn)~2.5萬(wàn)個(gè)基因基因在基因組內(nèi)的分布不均勻基因組DNA單一序列：占基因組60%～70%重復(fù)序列：占基因組30%～40%指在基因組中只出現(xiàn)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(zhǎng)度：800-1000bp，結(jié)構(gòu)基因。

基因序列10%編碼蛋白質(zhì)的基因單一序列非基因序列：不編碼蛋白質(zhì)的基因。有編碼序列（外顯子）非編碼序列（內(nèi)含子）1．單一序列(uniquesequence)2．重復(fù)序列(repetitivesequence)指基因組中重復(fù)出現(xiàn)的許多拷貝的序列，約占基因組的30%~40%。串聯(lián)重復(fù)序列(tandemrepetitivesequence)分散重復(fù)序列(interspersedrepetitivesequence)通常是指短串聯(lián)重復(fù)DNA序列，一般重復(fù)的長(zhǎng)度為2~200bp，大多數(shù)重復(fù)的拷貝數(shù)多(高度重復(fù))，長(zhǎng)度可達(dá)105bp，也稱為衛(wèi)星DNA(satelliteDNA)。（1）串聯(lián)重復(fù)序列小衛(wèi)星DNA(minisatelliteDNA)微衛(wèi)星DNA(microsatelliteDNA)短串聯(lián)重復(fù)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(fù)序列分布于基因組內(nèi)散在的重復(fù)序列，通常為非編碼序列。短分散核元件：重復(fù)長(zhǎng)度100～400bp,（SINE）次數(shù)高達(dá)106，如：人類(lèi)Alu家族長(zhǎng)分散核元件：重復(fù)長(zhǎng)度5000～7000bp（LINE）次數(shù)達(dá)102～104

主要位于異染色質(zhì)區(qū)，很少有表達(dá)的基因三、斷裂基因的基本結(jié)構(gòu)斷裂基因是真核生物基因結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，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(kāi)，稱為斷裂基因。GC框CAAT框增強(qiáng)子外顯子：具有編碼意義內(nèi)含子：無(wú)編碼意義啟動(dòng)子終止子TATA框側(cè)翼序列人的結(jié)構(gòu)基因1.外顯子和內(nèi)含子外顯子（exon）：指基因內(nèi)的編碼序列。內(nèi)含子(intron)：指兩個(gè)外顯子之間的非編碼序列。內(nèi)含子在轉(zhuǎn)錄后被切掉，因此成熟mRNA中無(wú)內(nèi)含子。特點(diǎn)：（1）不同基因的外顯子和內(nèi)含子的數(shù)目、大小各不相同。例如：β-珠蛋白基因全長(zhǎng)1.7kb，有3個(gè)外顯子，2個(gè)內(nèi)含子，編碼146個(gè)氨基酸。苯丙氨酸羥化酶基因全長(zhǎng)85kb，含13個(gè)外顯子，編碼451個(gè)氨基酸。（2）二者都可轉(zhuǎn)錄，內(nèi)含子不編碼氨基酸。（3）外顯子和內(nèi)含子的接頭部位有高度保守序列，為剪接信號(hào)，每個(gè)內(nèi)含子5′端頭兩個(gè)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(nèi)含子具有不固定性，有時(shí)可見(jiàn)某一段DNA序列，作為A基因時(shí)是外顯子，而作為B基因時(shí)則是內(nèi)含子。GT-AG法則ExonIntron2.側(cè)翼序列側(cè)翼序列：每個(gè)基因的5′端和3′端兩側(cè)都有一段不被轉(zhuǎn)錄的非編碼區(qū)，稱為側(cè)翼序列。側(cè)翼序列（1）啟動(dòng)子：?jiǎn)?dòng)基因轉(zhuǎn)錄（2）增強(qiáng)子：增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄效率（3）終止子：終止轉(zhuǎn)錄①TATA框②CAAT框③GC框以上側(cè)翼序列不被轉(zhuǎn)錄和翻譯，屬于基因轉(zhuǎn)錄的順式作用元件，對(duì)基因表達(dá)起調(diào)控作用。（1）啟動(dòng)子ExonIntronTATAboxExonIntronTATAboxCAATboxExonIntronTATAboxCAATboxGCboxExonIntronTATAboxCAATboxGCboxEnhancer（2）增強(qiáng)子ExonIntronTATAboxCAATboxGCboxEnhancerAATAAA（3）終止子人血紅蛋白珠蛋白基因結(jié)構(gòu)內(nèi)含子1（I1）內(nèi)含子2（I2）外顯子3（E3）105146外顯子2（E2）3110453

轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)

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

回文順序GC框GC框轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)TATA框：與RNA聚合酶結(jié)合，識(shí)別轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)。CAAT框：與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。GC框：與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，激活轉(zhuǎn)錄。啟動(dòng)子終止子：位于3′端非編碼區(qū)，由反向重復(fù)序列形成發(fā)卡結(jié)構(gòu)，阻止RNA聚合酶移動(dòng)，終止轉(zhuǎn)錄。

側(cè)翼序列中的啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、終止子等，均屬于基因轉(zhuǎn)錄的順式作用調(diào)控元件，也稱調(diào)控序列，對(duì)基因表達(dá)起調(diào)控作用。四．DNA復(fù)制細(xì)胞周期的S期DNA復(fù)制，通過(guò)有絲分裂儲(chǔ)存在DNA序列中的遺傳信息傳遞給子細(xì)胞，使來(lái)源于一個(gè)受精卵的所有體細(xì)胞含有相同的遺傳信息；通過(guò)減數(shù)分裂形成配子，再經(jīng)受精把遺傳信息傳遞給下一代。DNA復(fù)制的特點(diǎn)就在于能準(zhǔn)確的自我復(fù)制。T—AA—TG—CC—GT—AA-TA-TA—TC—GG—CG—CA-TTATAATCGGCTATAAA

C

G

CTTGCG1.半保留復(fù)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(duì)原則合成互補(bǔ)的新鏈，結(jié)果合成后的DNA分子，保留了親代的一條舊鏈，而又互補(bǔ)合成了一條新鏈，故稱半保留復(fù)制。一個(gè)DNA經(jīng)自我復(fù)制合成兩個(gè)完全相同的DNA分子。A—TG—CAAA-TA-TA—TC—GC—GG—CG—CA—TTTA—TG—C