第二章 遺傳的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)教材

遺傳的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)第二章

1遺傳的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)、細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)第二節(jié)、細(xì)胞增殖與分裂第三節(jié)、人類染色體2第一節(jié)細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)根據(jù)構(gòu)成生物體的基本單位，可以將生物分為非細(xì)胞生物：包括病毒、噬菌體(細(xì)菌病毒)，具有前細(xì)胞形態(tài)的構(gòu)成單位；細(xì)胞生物：以細(xì)胞為基本單位的生物；根據(jù)細(xì)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(xì)胞)

：原生動物、單細(xì)胞藻類、真菌、高等植物、動物、人類原核生物(prokaryote)(原核細(xì)胞)：細(xì)菌、藍(lán)藻(藍(lán)細(xì)菌)真核細(xì)胞：細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核及(植物、微生物)細(xì)胞壁3P6圖2-1原核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)4P8圖2-2動物和植物細(xì)胞的比較5一、細(xì)胞膜(plasmamembrane)主要由磷脂雙分子層和蛋白分子組成。細(xì)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(xì)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)則通過膜地的微孔進(jìn)出細(xì)胞；提供生理生化反應(yīng)的場所；對細(xì)胞內(nèi)空間進(jìn)行分隔，形成結(jié)構(gòu)、功能不同又相互協(xié)調(diào)的區(qū)域。6二、細(xì)胞質(zhì)(cytoplasm)細(xì)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(xì)胞器(organelle)：如線粒體(mitochondria)、質(zhì)體(plastid)、核糖體(ribosome)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmicreticulum)等。在此要強(qiáng)調(diào)的細(xì)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(dá)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。7三、細(xì)胞核(nucleus)細(xì)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。植物細(xì)胞核一般為5-25

m，變動范圍可達(dá)1-600

m。遺傳物質(zhì)集聚的場所，控制細(xì)胞發(fā)育和性狀遺傳。細(xì)胞核組成：1.核膜；2.核液；3.核仁；4.染色質(zhì)和染色體。81.核膜(nuclearmembrane)核膜是雙層膜，對核與質(zhì)間起重要的分隔作用；但不是完全隔絕，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(jìn)行大分子物質(zhì)的交換。核膜在細(xì)胞分裂過程中存在一個“解體-重建”的過程，并可作為細(xì)胞分裂階段劃分的標(biāo)志。進(jìn)入細(xì)胞分裂中期：核膜解體；進(jìn)入細(xì)胞分裂末期：核膜重建。92.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。103.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(xì)胞分裂過程中也會暫時分散(周期與核膜相近)。功能：可能與核糖體和核內(nèi)的蛋白質(zhì)合成有關(guān)。114.染色質(zhì)(chromatin)和染色體(chromosome)是同一物質(zhì)在細(xì)胞分裂過程中所表現(xiàn)的不同形態(tài)。采用堿性染料對未進(jìn)行分裂的細(xì)胞核(間期核)染色，其中染色較深的、纖細(xì)的網(wǎng)狀物，稱為染色質(zhì)。在細(xì)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(xì)胞分裂過程中數(shù)目與結(jié)構(gòu)呈連續(xù)而有規(guī)律的變化。12第一節(jié)、細(xì)胞的結(jié)構(gòu)

細(xì)胞是生物（人）體進(jìn)行生命活動的基本結(jié)構(gòu)和功能單位細(xì)胞質(zhì)高爾基體細(xì)胞膜：液態(tài)鑲嵌，嵌有蛋白，脂質(zhì)雙層溶酶體線粒體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)核膜細(xì)胞核核仁染色質(zhì)（堿性染料著色,遺傳信息的載體,遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)）13第二節(jié)細(xì)胞的增殖與分裂

一、細(xì)胞周期生物保持生長所必須的三個前提：首先細(xì)胞體積的增加其次遺傳物質(zhì)的復(fù)制最后要有一種機(jī)制保證遺傳物質(zhì)能從母細(xì)胞精確地傳遞給子細(xì)胞，即細(xì)胞分裂。所以說細(xì)胞分裂是生物進(jìn)行生長和繁殖的基礎(chǔ)。14細(xì)胞分裂的方式：

1、無絲分裂(mitosis)：也叫直接分裂，細(xì)胞核拉長，縊裂成兩部分，接著細(xì)胞質(zhì)也分裂，從而成為兩個細(xì)胞。因?yàn)樵谡麄€分裂過程中看不到紡錘絲，故稱為無絲分裂，是低等生物如細(xì)菌等的主要分裂方式。2、有絲分裂(amitosis)

也叫間接分裂，在細(xì)胞分裂過程中，由于有紡綞絲的出現(xiàn)故稱為有絲分裂。高等生物的細(xì)胞分裂主要是以有絲分裂方式進(jìn)行。15細(xì)胞分裂的方式無絲分裂有絲分裂等數(shù)分裂（有絲分裂）減數(shù)分裂高等植物細(xì)胞周期G1(DNA合成前期)細(xì)胞質(zhì)分裂間期有絲分裂S(DNA合成期)G2(DNA合成后期)核分裂(分為前、中、后、末期）1617二、有絲分裂過程有絲分裂包含兩個緊密相連的過程：先是細(xì)胞核分裂，即核分裂為兩個；后是細(xì)胞質(zhì)分裂，即細(xì)胞分裂為二，各含有一個核。細(xì)胞分裂是一個連續(xù)的過程，但為了便于描述起見，一般把核分裂的變化特征分為四個時期，前期、中期、后期和未期。

現(xiàn)把這4個時期描述如下：181、前期

前期：細(xì)胞核內(nèi)出現(xiàn)細(xì)長而卷曲的染色體，以后逐漸縮短變粗，每個染色體含有兩個染色單體。核仁和核膜逐漸模糊不明顯，出現(xiàn)紡綞絲。看模式圖19前期的四個時期模式圖20核仁和核膜消失，細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)由來自兩極的紡錘絲所構(gòu)成的紡錘體。各個染色體的著絲點(diǎn)均排列在紡錘體中間的赤道面上。染色體具有曲型的形狀，因此是鑒別和計數(shù)的好時期。2.中期模式圖照片21每個染色體的著絲點(diǎn)分裂為二，各條染色體單體各成為一個染色體，由紡錘絲拉向二極。3、后期224、末期在兩極圍繞著染色體出現(xiàn)新的核膜，染色體變得松亂細(xì)長，核仁重新出現(xiàn)。一個細(xì)胞內(nèi)形成兩個子核，接著細(xì)胞質(zhì)分裂，在紡錘體的赤道板區(qū)域形成細(xì)胞板，分裂為兩個子細(xì)胞。又恢復(fù)為分裂前的間期狀態(tài)。如圖：235.中期6.后期7-9.末期24有絲分裂過程中的一些特殊情況：

1、細(xì)胞核進(jìn)行多次重復(fù)的分裂，而細(xì)胞質(zhì)卻不分裂，因而形成具有很多游離核的多核細(xì)胞。2、核內(nèi)染色體分裂，即染色體中的染色線連續(xù)復(fù)制，但其細(xì)胞核本身不分裂，結(jié)果加倍了的這些染色體都留在一個核里，這就稱為核內(nèi)有絲分裂(endomitosis)。25三、有絲分裂的遺傳學(xué)意義首先是核內(nèi)每個染色體準(zhǔn)確地復(fù)制分裂為二，為形成兩個子細(xì)胞在遺傳組成上與母細(xì)胞完全一樣提供了基礎(chǔ)。其次是復(fù)制的各對染色體有規(guī)則而均勻地分配到兩個子細(xì)胞中去，從而使兩個細(xì)胞與母細(xì)胞具有同樣質(zhì)量和數(shù)量的染色體。這種均等方式的有絲分裂既維持了個體的正常生長和發(fā)育，也保證了物種的連續(xù)性和穩(wěn)定性。26第四節(jié)細(xì)胞的減數(shù)分裂一、減數(shù)分裂的過程減數(shù)分裂:(meiosis)稱為成熟分裂，是在性母細(xì)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。因?yàn)樗贵w細(xì)胞染色體數(shù)目減半，故稱為減數(shù)分裂。減數(shù)分裂的主要特點(diǎn)：

1、首先是各對同源染色體在細(xì)胞分裂的前期配對(pairing)，或稱聯(lián)會(synapsis)。

2、其次是細(xì)胞在分裂過程中包括兩次分裂：第一次是減數(shù)的，第二次是等數(shù)的。27二、減數(shù)分裂的遺傳學(xué)意義首先，減數(shù)分裂后形成的四個子細(xì)胞，發(fā)育為雌性細(xì)胞或雄性細(xì)胞，各具有半數(shù)的染色體（n）雌雄性細(xì)胞受精結(jié)合為合子，受精卵（合子），又恢復(fù)為全數(shù)的染色體zn。保證了親代與子代間染色體數(shù)目的恒定性，為后代的正常發(fā)育和性狀遺傳提供了物質(zhì)基礎(chǔ)；同時保證了物種相對的穩(wěn)定性。

28其次，各對染色體中的兩個成員在后期Ｉ分向兩極是隨機(jī)的，即一對染色體的分離與任何另一對染體的分離不發(fā)生關(guān)聯(lián)，各個非同源染色體之間均可能自由組合在一個子細(xì)胞里，n對染色體，就可能有2n種自由組合方式。（如圖）29

此外，同源染色體的非妹妹染色單體之間還可能出現(xiàn)各種方式的交換，這就更增加了這種差異的復(fù)雜性。為生物的變異提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。例如，水稻n＝12，其非同源染色體分離時的可能組合數(shù)為212=4096。各個子細(xì)胞之間在染色體組成上將可能出現(xiàn)多種多樣的組合。

30四人類的配子發(fā)生

配子發(fā)生：精子和卵子的形成過程。

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授粉過程就是指成熟的花粉粒落在雌蕊柱頭上。1、自花授粉－－同一朵花內(nèi)或同株上花朵間的授粉。2、異花授粉－－不同株的花朵間授粉。二、受精受精：雄配子(精子)與雌配子(卵細(xì)胞)融合為一個合子。植物在受精前有一個授粉的過程授粉方式可分為兩大類：32染色質(zhì)：是細(xì)胞間期核內(nèi)伸展開的DNA蛋白質(zhì)纖維。染色質(zhì)DNA(deoxyribonucleicacid)

蛋白質(zhì):組蛋白（H1、H2A、H2B、H3、H4）非組蛋白染色質(zhì)染色體（分裂間期）（分裂期）

螺旋化第三節(jié)、染色質(zhì)與染色體33

基本單位：核小體核心顆粒：四種組蛋白（H2A、H2B、H3、H4）構(gòu)成八聚體，外面圍繞13/4

周的核心DNA連接區(qū)：相鄰兩個核小體由60bp的DNA相連，H1位于表面

染色體（23對，46條）——DNA鏈——總長2米——細(xì)胞核直徑0.006mm34四級結(jié)構(gòu):由超螺線管在纏繞折疊——中期染色體（兩條染色單體）（直徑1400nm,÷5）三級結(jié)構(gòu)：螺線管進(jìn)一步折疊螺旋化——超螺線管（直徑0.4μm,÷40)二級結(jié)構(gòu)：串珠進(jìn)一步螺旋化，每6個核小體一個螺旋——螺線管（直徑30nm,÷6)一級結(jié)構(gòu)：無數(shù)個核小體通過一條DNA分子串聯(lián)起來——串珠狀纖維（÷7）

染色體形成動畫35第三節(jié)常染色質(zhì)和異染色質(zhì)

間期細(xì)胞核染色質(zhì)狀態(tài)染色