第二章 遗传的细胞学基础

遗传的细胞学基础第一节、细胞的基本结构第二节、细胞增殖与分裂第三节、人类染色体目前一页\总数三十五页\编于七点1第一节细胞的基本结构根据构成生物体的基本单位，可以将生物分为非细胞生物：包括病毒、噬菌体(细菌病毒)，具有前细胞形态的构成单位；细胞生物：以细胞为基本单位的生物；根据细胞核和遗传物质的存在方式不同又可以分为：真核生物(eukaryote)(真核细胞)

：原生动物、单细胞藻类、真菌、高等植物、动物、人类原核生物(prokaryote)(原核细胞)：细菌、蓝藻(蓝细菌)真核细胞：细胞膜、细胞质、细胞核及(植物、微生物)细胞壁目前二页\总数三十五页\编于七点2P6图2-1原核细胞的结构目前三页\总数三十五页\编于七点3P8图2-2动物和植物细胞的比较目前四页\总数三十五页\编于七点4一、细胞膜(plasmamembrane)主要由磷脂双分子层和蛋白分子组成。细胞内的许多其它构成部分也具有膜结构，称为膜相结构(membranousstructure)；相对地，不具有膜的部分则称为非膜相结构(non-membranousstructure)。膜结构对细胞形态、生理生化功能具有重要作用，如：选择性透过某些物质，而大分子物质则通过膜地的微孔进出细胞；提供生理生化反应的场所；对细胞内空间进行分隔，形成结构、功能不同又相互协调的区域。目前五页\总数三十五页\编于七点5二、细胞质(cytoplasm)细胞质的构成成分除了由蛋白分子、脂肪、游离氨基酸和电解质组成的基质外，具有许多重要的结构，称为细胞器(organelle)：如线粒体(mitochondria)、质体(plastid)、核糖体(ribosome)、内质网(endoplasmicreticulum)等。在此要强调的细胞器是：核糖体：主要成分是蛋白质和rRNA，是合成蛋白质的主要场所，是遗传信息表达的主要途径。线粒体和叶绿体：分别是有氧呼吸和光合作用的场所，但它们含有DNA、RNA等成分，研究表明：这些核酸分子也具有遗传物质的功能。目前六页\总数三十五页\编于七点6三、细胞核(nucleus)细胞核的形状一般为圆球形，其形状、大小也因生物和组织而异。植物细胞核一般为5-25m，变动范围可达1-600m。遗传物质集聚的场所，控制细胞发育和性状遗传。细胞核组成：1.核膜；2.核液；3.核仁；4.染色质和染色体。目前七页\总数三十五页\编于七点71.核膜(nuclearmembrane)核膜是双层膜，对核与质间起重要的分隔作用；但不是完全隔绝，核膜上分布有一些直径约40-70nm的核孔(nuclearpore)，以利于质与核间进行大分子物质的交换。核膜在细胞分裂过程中存在一个“解体-重建”的过程，并可作为细胞分裂阶段划分的标志。进入细胞分裂中期：核膜解体；进入细胞分裂末期：核膜重建。目前八页\总数三十五页\编于七点82.核液(nuclearsap)充满核内的液体状物质称为核液，也称为核浆或核内基质。核液主要成分为蛋白质、RNA、酶等。其中存在一种与核糖体大小类似的颗粒，据推测可能与核内蛋白质的合成有关。核仁和染色质存在于核液中。目前九页\总数三十五页\编于七点93.核仁(nucleolus)一个或几个、折光率高、呈球形、外无被膜。主要成分是蛋白质和RNA，还可能存在少量的类脂和DNA。细胞分裂过程中也会暂时分散(周期与核膜相近)。功能：可能与核糖体和核内的蛋白质合成有关。目前十页\总数三十五页\编于七点104.染色质(chromatin)和染色体(chromosome)是同一物质在细胞分裂过程中所表现的不同形态。采用碱性染料对未进行分裂的细胞核(间期核)染色，其中染色较深的、纤细的网状物，称为染色质。在细胞分裂过程，核内的染色质便卷缩而呈现为一定数目和形态的染色体。染色体：是遗传信息的主要载体；具有稳定的、特定的形态结构和数目；具有自我复制能力；在细胞分裂过程中数目与结构呈连续而有规律的变化。目前十一页\总数三十五页\编于七点11第一节、细胞的结构

细胞是生物（人）体进行生命活动的基本结构和功能单位细胞质高尔基体细胞膜：液态镶嵌，嵌有蛋白，脂质双层溶酶体线粒体内质网核膜细胞核核仁染色质（碱性染料着色,遗传信息的载体,遗传的物质基础）目前十二页\总数三十五页\编于七点12第二节细胞的增殖与分裂

一、细胞周期生物保持生长所必须的三个前提：首先细胞体积的增加其次遗传物质的复制最后要有一种机制保证遗传物质能从母细胞精确地传递给子细胞，即细胞分裂。所以说细胞分裂是生物进行生长和繁殖的基础。目前十三页\总数三十五页\编于七点13细胞分裂的方式：1、无丝分裂(mitosis)：也叫直接分裂，细胞核拉长，缢裂成两部分，接着细胞质也分裂，从而成为两个细胞。因为在整个分裂过程中看不到纺锤丝，故称为无丝分裂，是低等生物如细菌等的主要分裂方式。2、有丝分裂(amitosis)

也叫间接分裂，在细胞分裂过程中，由于有纺缍丝的出现故称为有丝分裂。高等生物的细胞分裂主要是以有丝分裂方式进行。目前十四页\总数三十五页\编于七点14细胞分裂的方式无丝分裂有丝分裂等数分裂（有丝分裂）减数分裂高等植物细胞周期G1(DNA合成前期)细胞质分裂间期有丝分裂S(DNA合成期)G2(DNA合成后期)核分裂(分为前、中、后、末期）目前十五页\总数三十五页\编于七点15目前十六页\总数三十五页\编于七点16二、有丝分裂过程有丝分裂包含两个紧密相连的过程：先是细胞核分裂，即核分裂为两个；后是细胞质分裂，即细胞分裂为二，各含有一个核。细胞分裂是一个连续的过程，但为了便于描述起见，一般把核分裂的变化特征分为四个时期，前期、中期、后期和未期。

现把这4个时期描述如下：目前十七页\总数三十五页\编于七点171、前期

前期：细胞核内出现细长而卷曲的染色体，以后逐渐缩短变粗，每个染色体含有两个染色单体。核仁和核膜逐渐模糊不明显，出现纺缍丝。看模式图目前十八页\总数三十五页\编于七点18前期的四个时期模式图目前十九页\总数三十五页\编于七点19核仁和核膜消失，细胞内出现由来自两极的纺锤丝所构成的纺锤体。各个染色体的着丝点均排列在纺锤体中间的赤道面上。染色体具有曲型的形状，因此是鉴别和计数的好时期。2.中期模式图照片目前二十页\总数三十五页\编于七点20每个染色体的着丝点分裂为二，各条染色体单体各成为一个染色体，由纺锤丝拉向二极。3、后期目前二十一页\总数三十五页\编于七点214、末期在两极围绕着染色体出现新的核膜，染色体变得松乱细长，核仁重新出现。一个细胞内形成两个子核，接着细胞质分裂，在纺锤体的赤道板区域形成细胞板，分裂为两个子细胞。又恢复为分裂前的间期状态。如图：目前二十二页\总数三十五页\编于七点225.中期6.后期7-9.末期目前二十三页\总数三十五页\编于七点23有丝分裂过程中的一些特殊情况：

1、细胞核进行多次重复的分裂，而细胞质却不分裂，因而形成具有很多游离核的多核细胞。2、核内染色体分裂，即染色体中的染色线连续复制，但其细胞核本身不分裂，结果加倍了的这些染色体都留在一个核里，这就称为核内有丝分裂(endomitosis)。目前二十四页\总数三十五页\编于七点24三、有丝分裂的遗传学意义首先是核内每个染色体准确地复制分裂为二，为形成两个子细胞在遗传组成上与母细胞完全一样提供了基础。其次是复制的各对染色体有规则而均匀地分配到两个子细胞中去，从而使两个细胞与母细胞具有同样质量和数量的染色体。这种均等方式的有丝分裂既维持了个体的正常生长和发育，也保证了物种的连续性和稳定性。目前二十五页\总数三十五页\编于七点25第四节细胞的减数分裂一、减数分裂的过程减数分裂:(meiosis)称为成熟分裂，是在性母细胞成熟时，配子形成过程中所发生的一种特殊的有丝分裂。因为它使体细胞染色体数目减半，故称为减数分裂。减数分裂的主要特点：1、首先是各对同源染色体在细胞分裂的前期配对(pairing)，或称联会(synapsis)。2、其次是细胞在分裂过程中包括两次分裂：第一次是减数的，第二次是等数的。目前二十六页\总数三十五页\编于七点26二、减数分裂的遗传学意义首先，减数分裂后形成的四个子细胞，发育为雌性细胞或雄性细胞，各具有半数的染色体（n）雌雄性细胞受精结合为合子，受精卵（合子），又恢复为全数的染色体zn。保证了亲代与子代间染色体数目的恒定性，为后代的正常发育和性状遗传提供了物质基础；同时保证了物种相对的稳定性。

目前二十七页\总数三十五页\编于七点27其次，各对染色体中的两个成员在后期Ｉ分向两极是随机的，即一对染色体的分离与任何另一对染体的分离不发生关联，各个非同源染色体之间均可能自由组合在一个子细胞里，n对染色体，就可能有2n种自由组合方式。（如图）目前二十八页\总数三十五页\编于七点28

此外，同源染色体的非妹妹染色单体之间还可能出现各种方式的交换，这就更增加了这种差异的复杂性。为生物的变异提供了重要的物质基础。例如，水稻n＝12，其非同源染色体分离时的可能组合数为212=4096。各个子细胞之间在染色体组成上将可能出现多种多样的组合。

目前二十九页\总数三十五页\编于七点29四人类的配子发生

配子发生：精子和卵子的形成过程。

目前三十页\总数三十五页\编于七点30

授粉过程就是指成熟的花粉粒落在雌蕊柱头上。1、自花授粉－－同一朵花内或同株上花朵间的授粉。2、异花授粉－－不同株的花朵间授粉。二、受精受精：雄配子(精子)与雌配子(卵细胞)融合为一个合子。植物在受精前有一个授粉的过程授粉方式可分为两大类：目前三十一页\总数三十五页\编于七点31染色质：是细胞间期核内伸展开的DNA蛋白质纤维。染色质DNA(deoxyribonucleicacid)蛋白质:组蛋白（H1、H2A、H2B、H3、H4）非组蛋白染色质染色体（分裂间期）（分裂期）

螺旋化第三节、染色质与染色体目前三十二页\总数三十五页\编于七点32

基本单位：核小体核心颗粒：四种组蛋白（H2A、H2B、H3、H4）构成八聚体，外面围绕13/4周的核心DNA连接区：相邻两个核小体由60bp的DNA相连，H1位于表面

染色体（23对，46条）——DNA链——总长2米——细胞核直径0.006mm目前三十三页\总数三十五页\编于七点33四级结构:由超螺线管在缠绕折叠——中期染色体（两条染色单体）（直径1400nm,÷5）三级结构：螺线管进一步折叠螺旋化——超螺线管（直径0.4μm,÷40)二级结构：