細(xì)胞遺傳學(xué)第二章

第二章遺傳的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)

●細(xì)胞的結(jié)構(gòu)●原核生物的染色體一般結(jié)構(gòu)、超微結(jié)構(gòu)與數(shù)目和染色質(zhì)●真核生物的染色體一般結(jié)構(gòu)、超微結(jié)構(gòu)與數(shù)目（核小體、端粒、著絲粒、端粒）●原核生物的染色體的復(fù)制●有絲分裂時(shí)的染色體●減數(shù)分裂時(shí)的染色體第一節(jié)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)1〕每種生物都是由1個(gè)或多個(gè)細(xì)胞組成的2〕細(xì)胞是生命的最小單位3〕生命的延續(xù)是以單個(gè)細(xì)胞的生長(zhǎng)和分裂為基礎(chǔ)的1生命的細(xì)胞理論4〕可獨(dú)自生存或具此潛力5〕可進(jìn)行高度有序的代謝6〕可感受并對(duì)環(huán)境的變化作出反應(yīng)7〕具有繁殖的潛力2細(xì)胞的結(jié)構(gòu)(StructureofCells)原核(Prokaryotic)細(xì)胞真核(Eukaryotic)細(xì)胞

2.1真核細(xì)胞(EukaryoticCells)具有細(xì)胞核和其他細(xì)胞器(Haveanucleusandotherorganelles)真核生物(Eukaryoticorganisms)植物(Plants)動(dòng)物(Animals)原生生物(Protistans)真菌(Fungi)高爾基體溶酶體核糖體細(xì)胞核核仁染色體葉綠體基粒漿膜核膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)線粒體內(nèi)吞小泡濾泡動(dòng)物細(xì)胞(AnimalCells)質(zhì)膜Plasmamembrane細(xì)胞核Nucleus核糖體Ribosomes內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Endoplasmicreticulum高爾基體Golgibody小泡Vesicles線粒體Mitochondria溶酶體Lysosome細(xì)胞骨架Cytoskeleton動(dòng)物細(xì)胞示意圖中心粒復(fù)合體嵴線粒體結(jié)構(gòu)示意圖微管中心粒細(xì)胞核細(xì)胞骨架示意圖細(xì)胞支架的功能：●與DNA復(fù)制有關(guān)，是DNA復(fù)制的支架●與基因表達(dá)有關(guān)，基因只有結(jié)合于核骨架上才能進(jìn)行轉(zhuǎn)錄●與染色體的構(gòu)建和核的重建有關(guān)●與細(xì)胞分裂、分化、癌變有關(guān)●病毒在宿主細(xì)胞內(nèi)的DNA復(fù)制、RNA的轉(zhuǎn)錄等均依賴于核骨架?！癜┗虻谋磉_(dá)是在核骨架上進(jìn)行的。細(xì)胞核(Nucleus)核孔復(fù)合體核孔：將細(xì)胞核內(nèi)外膜融合形成的小孔。(nuclearpores)

核孔在核膜上的密度很大，一個(gè)典型的哺乳動(dòng)物細(xì)胞核膜上有3000-4000個(gè)核孔。

核仁：光鏡下能見的結(jié)構(gòu)，球形，數(shù)目不等，位置不定。由致密纖維包圍的纖維中心

是rDNA存在的地方，這類DNA編碼的基因是rRNA，它轉(zhuǎn)錄下來的rRNA構(gòu)成了核仁纖維區(qū)的主要成分，這部分DNA稱為核仁組織者(nucleolarorganizer)。由致密的細(xì)纖維構(gòu)成的致密纖維組分由核糖核蛋白構(gòu)成的顆粒成分

人類的rDNA分布在10條染色體上，分別是13、14、15、21、22。核仁組織區(qū)定位在核仁染色體次縊痕部位，它們共同構(gòu)成的區(qū)域稱為核仁組織區(qū)。它包含有從5對(duì)核仁染色體上核仁組織區(qū)來的DNA袢環(huán)，這些袢環(huán)上含有核糖體核糖核酸（rRNA）的基因。

核仁的功能核仁是細(xì)胞核中rRNA合成的中心核仁是rRNA加工成熟的區(qū)域

人的rRNA轉(zhuǎn)錄初的前體物質(zhì)是45SrRNA，要經(jīng)過剪接，形成28SrRNA、18SrRNA和5.8SrRNA。此外，在核仁組織區(qū)之外還有編碼5S的rDNA序列。核仁是核糖體大小亞基裝配的工廠在核仁的顆粒區(qū)，是核糖體前體物質(zhì)組裝的地方，即合成好RNA與胞質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)在此組裝成顆粒。植物細(xì)胞(PlantCells)細(xì)胞壁Cellwall中央液泡Centralvacuole葉綠體Chloroplast質(zhì)膜Plasmamembrane細(xì)胞核Nucleus核糖體Ribosomes內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Endoplasmicreticulum高爾基體Golgibody小泡Vesicles線粒體Mitochondria溶酶體Lysosome細(xì)胞骨架Cytoskeleton原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的區(qū)別

原核細(xì)胞

真核細(xì)胞核膜染色體數(shù)目核小體結(jié)構(gòu)核仁遺傳交換內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體溶酶體線粒體葉綠體核糖體大小無有1

≥1無有

無有質(zhì)粒介導(dǎo)，單向配子融合無有無有無有無有無植物中有70s80s細(xì)胞壁有植物有真核細(xì)胞和原核細(xì)胞比較圖須注意的是：成熟的哺乳動(dòng)物血紅細(xì)胞沒有細(xì)胞核；禽類的血紅細(xì)胞卻含有細(xì)胞核。第二節(jié)

原核生物的染色體一般結(jié)構(gòu)、超微結(jié)構(gòu)與數(shù)目、染色體復(fù)制

真核生物：高等動(dòng)植物、原生動(dòng)物、真菌以及一些藻類。原核生物：細(xì)菌、病毒以及藍(lán)藻。噬菌體(感染細(xì)菌的病毒)和病毒既不是原核生物，也不是真核生物，只是一種超分子的亞細(xì)胞生命形式，必須在寄主體內(nèi)進(jìn)行繁殖，噬菌體適應(yīng)了原核生物的遺傳戰(zhàn)略，動(dòng)物的病毒和植物病毒使用真核生物的遺傳法則。原核生物染色體：原核生物的遺傳物質(zhì)只以裸露的核酸分子存在，雖與少量蛋白質(zhì)結(jié)合，但不形成染色體結(jié)構(gòu)，但習(xí)慣上也被稱為染色體，為環(huán)狀。1原核生物的染色體一般結(jié)構(gòu)大腸桿菌大腸桿菌原核生物的染色體DNA包括2部分：環(huán)狀基因組DNA

（雙鏈環(huán)狀----大腸桿菌）。DNA集中在細(xì)胞質(zhì)中的低電子密度區(qū)，稱核區(qū)或核質(zhì)體（nuclearbody），DNA高度緊密地卷曲和纏繞。

環(huán)狀質(zhì)粒DNA（Plasmid）：是染色體外能夠進(jìn)行自主復(fù)制的遺傳單位或遺傳因子，為裸露的閉合環(huán)狀DNA分子(簡(jiǎn)稱cccDNA)。細(xì)菌質(zhì)粒的相對(duì)分子質(zhì)量一般較小，約為細(xì)菌染色體的0.5%～3%。所含遺傳信息量為2～200個(gè)基因，能進(jìn)行自我復(fù)制，有時(shí)能整合到核DNA中去?；蚪MDNA質(zhì)粒DNA質(zhì)粒DNA根據(jù)拷貝數(shù)的多少可以分為松弛型質(zhì)粒和嚴(yán)謹(jǐn)型質(zhì)粒。嚴(yán)謹(jǐn)型質(zhì)粒的拷貝在1---10之間，松弛型質(zhì)粒的拷貝數(shù)在10-100之間，甚至更多。質(zhì)粒的不相容性：同一種宿主細(xì)胞中不能同時(shí)含有2種不同的質(zhì)粒DNA，其中一種必然會(huì)隨著宿主細(xì)胞的傳代而發(fā)生丟失現(xiàn)象。2原核生物的染色體超微結(jié)構(gòu)（以大腸桿菌為例）類核（nucleoid）

DNA并非散布在整個(gè)細(xì)胞中，而是集中在一小區(qū)域，形成類核（包括DNA、RNA和蛋白質(zhì)），呈腳手架結(jié)構(gòu)。該支架(scafford）由100個(gè)DNA環(huán)組成，每個(gè)環(huán)長(zhǎng)40Kb，13微米，為負(fù)超螺旋結(jié)構(gòu)，兩端點(diǎn)被蛋白質(zhì)固定。類

核

的

結(jié)

構(gòu)大腸桿菌和染色體（大腸桿菌經(jīng)過裂解以后染色體釋放出來）DNA

DNA結(jié)合蛋白（該部分還包含RNA）E.coli

2.4×109Da，42000Kb（1300微米），閉合環(huán)狀，約編碼2000個(gè)基因。每200bp就有一個(gè)負(fù)超螺旋（=0.05）,即基因組中含5%的負(fù)超螺旋。超螺旋以兩種狀態(tài)存在：（1）自由狀態(tài)的超螺旋，可在環(huán)內(nèi)傳遞張力。（2）超螺旋受到束縛，不能傳遞張力。原核生物染色體的數(shù)目：原核生物染色體特點(diǎn)：◆染色體簡(jiǎn)單；◆遺傳信息含量少；◆多數(shù)為雙螺旋結(jié)構(gòu)，少數(shù)單鏈形式存在；◆核酸多數(shù)為環(huán)狀，少數(shù)為線狀。3原核生物的染色體的復(fù)制

21341單一染色體附著在細(xì)胞膜間體上2染色體復(fù)制，兩個(gè)子染色體分別附著在間體上，兩間體將的細(xì)胞膜延伸3每一子染色體（daughterchromosomes）進(jìn)入子細(xì)胞（daughtercells）4形成2個(gè)子細(xì)菌細(xì)胞，各有一染色體附著在細(xì)胞膜間體上3.1細(xì)菌的細(xì)胞分裂注：間體是由于細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)陷而成的在無絲分裂過程中不形成染色體，分裂速度快，消耗能量較少，在分裂過程中可繼續(xù)執(zhí)行細(xì)胞的功能，因而具有適應(yīng)意義。無絲分裂多出現(xiàn)在動(dòng)、植物生長(zhǎng)旺盛的組織器官中。如動(dòng)物的上皮組織、疏松結(jié)締組織、肝細(xì)胞；植物的薄壁組織、表皮、生長(zhǎng)點(diǎn)和胚乳等。3.2原核的復(fù)制起點(diǎn)和方向

E.coli

：定點(diǎn)、雙向等速?gòu)?fù)制。

T7：在近一端的17％處開始，向兩端延伸?？莶輻U菌：有固定的起始點(diǎn)，雙向不對(duì)稱復(fù)制。質(zhì)粒R6K：早期為單向復(fù)制，復(fù)制了約1/5基因組進(jìn)行時(shí)雙向復(fù)制。質(zhì)粒ColE1：有固定起始點(diǎn)，但卻為單向復(fù)制。原核生物特殊的復(fù)制類型3.3復(fù)制起始區(qū)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)富含A-T，這可能和雙鏈易于解開起始，與復(fù)制有關(guān)；含有多個(gè)回文結(jié)構(gòu)（9－14個(gè)GATC），

8個(gè)GATC較保守，GATC中的“A”已甲基化;具有4個(gè)反向重復(fù)順序，作為蛋白結(jié)合位點(diǎn)；此順序的右側(cè)毗鄰區(qū)域有兩個(gè)啟動(dòng)子，其可能的作用是：①轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生引物；②產(chǎn)生復(fù)制必要的蛋白；③產(chǎn)生調(diào)節(jié)功能的RNA；④起轉(zhuǎn)錄激活作用。3.4原核生物復(fù)制的酶系統(tǒng)DNA合成酶

DNA聚合酶的共同特點(diǎn)是：（1）需要提供合成模板；（2）不能起始新的DNA鏈，必須要有引物提供3'－OH；（3）合成的方向都是5‘→3’；（4）除聚合DNA外還有其它功能。E.coli中的3種DNA多聚酶

DNApolⅠDNApolⅡDNApolⅢ結(jié)構(gòu)分子量

109KD90KD900KD構(gòu)成

單體單體異多聚體分子數(shù)/細(xì)胞

400？10-20酶活性5→3`聚合酶

+++3`→5`外切酶

+++5`→3`外切酶

+－－(可切單鏈)突變體突變位點(diǎn)polApolBpolC(dnaE),dnaN,dnaZX,dnaQ,dnaT突變表型修復(fù)有缺陷能修復(fù)阻止復(fù)制3.4.2單鏈結(jié)合蛋白（Single-strandDNABindingprotein，SSB）又稱為雙螺旋去穩(wěn)定蛋白（helixdestabilizingprotein）由177個(gè)aa組成在E.coli

中以四聚存在分子量為74KDa在原核中SSB與DNA結(jié)合表現(xiàn)出協(xié)同效應(yīng)。（1）SSB之間的相互作用；（2）第一個(gè)SSB和DNA的結(jié)合改變了DNA的結(jié)構(gòu)。3.4.3解旋酶(helica