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第 八 章. 人 类 染 色 体. 染色体( chromosome ) 是遗传物质 ( 基因 ) 的载体。它由 DNA 和蛋白质等构成,具有储存和传递遗传信息的作用。 染色体 数目 和 形态 是物种的标志。. 每个有核细胞都存在一套完整的人类基因组, 估计约 25 , 000 个基因。 基因是以特定形式存在于每个有核细胞的棒状 的染色体上。. 1888 年, Waldeyer 提出染色体这一名词; 1956 年, Tjio 和 Leven 证实人类体细胞的染色体数目为 46 条;
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第 八 章 人 类 染 色 体
染色体(chromosome) 是遗传物质(基因)的载体。它由DNA和蛋白质等构成,具有储存和传递遗传信息的作用。 • 染色体数目和形态是物种的标志。 • 每个有核细胞都存在一套完整的人类基因组, • 估计约25,000个基因。 • 基因是以特定形式存在于每个有核细胞的棒状 • 的染色体上。
1888年,Waldeyer提出染色体这一名词; • 1956年,Tjio和Leven证实人类体细胞的染色体数目为46条; • 1959年Down 、Turner、 Klinefelter综合征相继被报道(达10000多种异常); • 1968年,Q显带技术问世; • 80年代末,分子细胞遗传学(原位杂交、显微切割等技术)
从间期到分裂期,螺旋化 从分裂期到间期,解螺旋 第一节 人类染色体的基本特征 一、染色质和染色体 染色质和染色体实质上是同一物质在不同细胞周期、执行不同生理功能时不同的存在形式。 染色质 染色体
(一)染色质(chromatin) • 定义:间期细胞核中伸展开的DNA蛋白质纤维。 常染色质(euchromatin) 异染色质(heterochromatin) 1、分类: 常染色质在细胞间期螺旋化程度低,呈松散状,染色较浅而均匀,含有单一或重复序列的DNA,具有转录活性,常位于间期细胞核的中央部位。 异染色质在细胞间期螺旋化程度较高,呈凝集状,染色较深,多分布在核膜内表面,其DNA复制较晚,含有重复的DNA序列,很少进行转录或者无转录活性,是间期中不活跃的染色质。
异染色质特点: • 在细胞间期处于凝缩状态 • 是遗传惰性区,只含有不表达的基因 • 复制时间晚于其他染色质区域 异染色质分类: • 结构异染色质 • 功能异染色质:X染色质 常染色质和异染色质
特征 常染色质 异染色质 数量和分布 一般占染色体的极大部分 一般占染色体的少部分,位于着丝粒区、端粒、核仁形成区,染色体的中间、末端及整个染色体臂 染色反应 正常染色反应 特有染色反应 DNA 复制 正常复制 晚复制 凝缩程度 折叠疏松 折叠紧密 固缩行为 间期解螺旋,分裂时形成螺旋,分裂中期达到高峰 异固缩(正、负异固缩) 组成特性 含单一和重复序列,能进行转录 结构异染色质含重复和非重复DNA,不能转录;功能异染色质含有活动基因,有转录活性 化学性质 无差别 无差别 常染色质与异染色质的特性比较
2、性染色质(sex chromatin) X和Y染色体在间期细胞核中显示出来的一种特殊结构。 • X染色质(X chromatin) • Y染色质(Y chromatin)
正常雌性哺乳动物体细胞中,两条X染色体中只有一条在遗传上是有活性的,另一条在遗传上是失活的,在间期细胞核中螺旋化而呈固缩状态。正常雌性哺乳动物体细胞中,两条X染色体中只有一条在遗传上是有活性的,另一条在遗传上是失活的,在间期细胞核中螺旋化而呈固缩状态。 • 失活发生在胚胎发育早期(人类晚期囊胚期); • X染色体的失活是随机的; • 失活是完全的; • 失活是永久的和克隆式繁殖的。 Lyon 假 说 • 女性两个X染色体上的每个基因的两个等位基因所形成的产物,为什么不比只有一个X染色体半合子的男性的相应基因产物多? • 为什么正常男女性之间的X染色质存在差异? • 为什么某一X连锁的突变基因纯合女性的病情并不比半合子的男性严重?
X染色质A、B、C、D、E:分别为含0、1、2、3、4、5个X染色质X染色质A、B、C、D、E:分别为含0、1、2、3、4、5个X染色质
人类X染色体上约有1/3的基因可能逃避完全失活人类X染色体上约有1/3的基因可能逃避完全失活
Y染色质:长臂远端部分为异染色质,可被染色发出荧光。Y染色质:长臂远端部分为异染色质,可被染色发出荧光。
(二)染色体 从染色质到染色体的多级螺线管模型。 1.一级结构:由核小体组成的细纤丝。 核小体(核体):核心[4种组蛋白(H2A、H2B、H3、H4各2个分子)]。DNA缠绕在组蛋白核心外1.75圈,构成核粒(核心加上外圈的DNA);核粒之间有连接DNA及组蛋白H1。 DNA压缩7倍。
2.二级结构(螺旋管): 每圈6个核小体,直径30 nm、 内径10 nm,间距11nm,DNA 压缩了6倍,成为染色质粗纤丝。 3.三级结构(超螺线管): 染色质粗纤丝继续螺旋化, 形成超螺线管。直径400nm, 长度11~60 m。DNA压缩40倍
4.四级结构(染色单体): 超螺线管再次压缩成光镜下可见的2-10μm的染色体,DNA压缩5倍。 总计压缩倍数=7×6×40×5= 8400倍 DNA 核小体 螺旋管 超螺线管 染色单体 7 6 40 5
二、人类染色体的数目、结构和形态 (一)人类染色体的数目 • 染色体组(chromosome set) : 一个正常生殖细胞(配子)中所含的全套染色体称为一个染色体组。 • 基因组(genome): 一个染色体组所含的全部基因。
中期染色体的形态特征 (二)染色体的结构、形态 1、主缢痕(初级缢痕;着丝粒区):染色较浅、向内凹陷成狭小 区段的部位。 着丝粒(centromere):两条染色单体连接的部位。 着丝点(动粒)(kinetochore):两染色单体外侧表层与纺锤丝接触 部位,由微管蛋白组装而成。
2、次缢痕(副缢痕;核仁形成区):主缢痕外着色较浅的染色体缢缩区,不能弯曲。常在短臂出现。位置相对稳定。2、次缢痕(副缢痕;核仁形成区):主缢痕外着色较浅的染色体缢缩区,不能弯曲。常在短臂出现。位置相对稳定。 次缢痕在细胞分裂时,紧密地与核仁相联系。与核仁的形成有关,因此也称为核仁组织区(nucleolus organizer ,NOR)。 3、随体:次缢痕末端具有的圆形或略成长形的染色体节段。 次缢痕、随体的位置、大小也相对恒定,可以作为染色体识别的标志。 不是所有染色体都有次缢痕:玉米, 6;小麦,1B, 6B;人类,13,14,15,21,22
次缢痕 次缢痕 蚕豆:有丝分裂中期染色体(排列于赤道面上,箭头表示两条大染色体)。
4、端粒:末端特化的着色较深部位。由端粒DNA和端粒蛋白组成。4、端粒:末端特化的着色较深部位。由端粒DNA和端粒蛋白组成。 • 端粒在染色体中没有明显的外部形态特征,但往往表现对碱性 • 染料着色较深。 • 作用:对染色体DNA分子末端起封闭、保护作用;抑制细胞凋 • 亡,与寿命长短有关。 • 防止DNA酶酶切; • 防止发生DNA分子间融合; • 保持DNA复制过程中的完整性。
根据人类染色体着丝粒的位置可将染色体分为3种类型根据人类染色体着丝粒的位置可将染色体分为3种类型 • 中着丝粒染色体(metacentric chromosome) • 亚中着丝粒染色体(submetacentric chromosome) • 近端着丝粒染色体(acrocentric chromosome)
染色体类型 符号 臂比① 着丝粒指数② 后期形态 中间着丝粒染色体 M 1.00-1.67 0.500-0.375 V 亚中着丝粒染色体 SM 1.68-3.00 0.374-0.250 L 近端着丝粒染色体 ST 3.01-7.00 0.249-0.125 I 顶端着丝粒染色体 T 7.01-∞ 0.124-0.000 I 根据着丝粒的位置和染色体两臂的长度比(臂比),将染色体 分成4类: 注:①臂比:长臂长度/短臂长度; ②短臂长度/染色体总长度
中间着丝粒(M);V 亚中着丝粒(SM); L 近端着丝粒(ST); I 顶端着丝粒(T); I
三、性别决定及性染色体 • 人类性别是由细胞中的性染色体所决定的。 • 性染色体:X染色体和Y染色体。 • Y染色体: • 拟常染色体区域 • Y特异区域: 性别决定区域Y(Sex-determining region Y,SRY) 睾丸决定因子(Testis-determining factor,TDF)
第 二 节 染色体分组、核型与显带技术 一、染色体分组、核型 • 染色体分组:A、B、C、D、E、F、G七组 • 核型(karyotype): 一个体细胞中的全部染色体,按其大小、形态特征顺序排列所构成的图像。 • 核型分析: 将待测细胞的核型进行染色体数目、形态特征的分析,确定其是否与正常核型完全一致,称为核型分析。 • 非显带核型: 按常规染色方法使染色体均匀着色所得到的染色体标本。
组号 染色体号 大小 着丝粒位置 次溢痕 随体 可鉴别程度 A 1~3 最大 中(1、3号) 亚中(2号) 1号常见 可鉴别 B 4~5 次大 亚中 难鉴别 C 6~12、X 中等 亚中 9号常见 难鉴别 E 17~18 小 中(16号) 亚中(17、18号) 16号可鉴别, 17、18难鉴别 F 19~20 次小 中 难鉴别 G 21~22、Y 最小 近端 21、22号有,Y无 难鉴别 人类核型分组与各组染色体形态特征(非显带标本)
二、人类染色体显带技术 染色体带:染色体标本经过一定程序处理,并用特定染料染色,使 染色体沿其长轴显现明暗或深浅详见的横行带纹,称为染色体带。 使染色体显带的方法,称为显带技术。 染色体带型:通过显带技术,使各号染色体都显现出独特的带纹, 从而构成染色体的带型。 • Q显带(Q banding) • G显带(G banding) • R显带(R banding) • T显带(T banding) • C显带(C banding) • N显带 • 高分辩染色体显带技术
芥子喹吖因或盐酸喹吖因 Q带(Q banding) 1968 Caspersson 染色体标本 Q显带 优点:方法稳定,显带效果好 缺点:需在荧光显微镜下进行观察,荧光衰退快Q带保存时间短
热、碱、蛋白酶 Giemsa染色 G显带(G banding) 1971 Seabright 染色体标本 G显带 优点:方法简单,带纹清晰,可长期保存,而且可在光学显微镜 下观察。
G 带 模 式 图
盐溶液 Giemsa染色 R显带(R banding) 染色体标本 R显带 所显示的带纹与G带的深、浅带带纹正好相反,故称为R带(reversed band)。
T-显带:末端显带 染色体标本加热后用Giemsa染色,使染色体末端区域特定性深 染,称T显带(T band)。
NaOH处理 Giemsa染色 C-显带:着丝粒显带 染色体标本 C显带 使着丝粒和次缢痕的结构异染色质部分深染。
用硝酸银染色,特异显示随体及核仁形成区。 N带(NOR):
高分辨染色体显带:先用氨甲喋呤使细胞分裂同步化,然后用秋水酰胺进行短时间处理,使之出现大量的晚前期和早中期的分裂相,显带后可制出分带细、带纹更多的染色体。
人类染色体的多态性常见部位 • Y染色体的长度变异; • D组、G组近端着丝粒染色体的短臂、随体及随体柄部次缢痕区(NOR)的变异 ; • 第1、9和16号染色体次缢痕的变异
三、人类染色体命名国际体制 界标(landmark)、区(region)、带(band) 描述一特定带时需要写明以下4个内容: • 染色体序号; • 臂的符号:短臂(p),长臂(q) • 区的序号; • 带的序号
符号术语 意 义 符号术语 意 义 A-G 染色体组的名称 1-22 常染色体序号 → 从…到… +或- 在染色体和组号前表示染色体或组内染色体增加或减少;在染色体臂或结构后面,表示这个臂或结构的增加或减少 / 表示嵌合体 ? 染色体分类或情况不明 : 断裂 :: 断裂与重接 ace 无着丝粒断片(见f) cen 着丝粒 chi 异源嵌合体 chr 染色体 ct 染色单体 del 缺失 der 衍生染色体 dic 双着丝粒 dir 正位 dis 远侧 dmin 双微体 dup 重复 e 交换 end (核)内复制 f 断片 fem 女性 核型分析中常用的符号和术语
fra 脆性部位 g 裂隙 h 副缢痕 i 等臂染色体 ins 插入 inv 倒位 mal 男性 mar 标记染色体 mat 母源的 min 微小体 mn 众数 mos 嵌合体 p 短臂 pat 父源的 ph 费城染色体 pro 近侧 psu 假 q 长臂 qr 四射体 r 环状染色体 rcp 相互易位 rea 重排 rac 重组染色体 rob 罗伯逊易位 s 随体 tan 串联易位 ter 末端 tr 三射体 tri 三着丝粒 var 可变区 核型分析中常用的符号和术语
一、名词解释 着丝点 核型 染色体带 二、简答题 1、简述常染色质和异染色质的区别。 2、简述莱昂假说的主要内容。