遗传学第二章遗传的物质基础课件.ppt

遗传学第二章遗传的物质基础第1页，此课件共58页哦第一节第一节 细胞的基本结构细胞的基本结构第二节第二节 染色体的结构染色体的结构第三节第三节 染色体在细胞分裂中的行为染色体在细胞分裂中的行为第四节第四节 DNA的结构的结构第五节第五节 RNA的分子结构的分子结构第六节第六节 DNA的复制的复制第2页，此课件共58页哦第一节第一节 细胞的基本结构细胞的基本结构v自学第3页，此课件共58页哦v细胞：是由膜包围的，能进行独立繁殖的最细胞：是由膜包围的，能进行独立繁殖的最小原生质团。小原生质团。v原生质：指细胞内所含的生活物质，真核细原生质：指细胞内所含的生活物质，真核细胞包括细胞膜、细胞质与细胞核。胞包括细胞膜、细胞质与细胞核。v细胞器：指存在于细胞中，利用光学或者电细胞器：指存在于细胞中，利用光学或者电子显微镜可以分辨的、具有一定形态特点并子显微镜可以分辨的、具有一定形态特点并执行特定功能的结构。执行特定功能的结构。真核细胞的一般结构真核细胞的一般结构第4页，此课件共58页哦细胞的基本特征细胞的基本特征v具有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白构成的具有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白构成的生物膜。生物膜。v所有细胞都具有两种核酸：所有细胞都具有两种核酸：DNADNA与与RNARNA。v所有细胞都具有蛋白质合成的机器核所有细胞都具有蛋白质合成的机器核糖体。糖体。v所有细胞都以一分为二的分裂方式进行所有细胞都以一分为二的分裂方式进行增殖。增殖。第5页，此课件共58页哦1.染色质染色质(chromatin)v染色质染色质：间期细胞核内由：间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白和、组蛋白、非组蛋白和少量少量RNA组成、易被碱性染料染色的线性复合结构。组成、易被碱性染料染色的线性复合结构。包括包括常染色质常染色质和和异染色质异染色质。0v 常染色质常染色质(euchromatina)间期着色浅、螺旋化程度低、较伸展。间期着色浅、螺旋化程度低、较伸展。v 异染色质异染色质(heterochromatin)间期着色深、螺旋化程度高、凝集状态间期着色深、螺旋化程度高、凝集状态 一、一、染色质与染色体染色质与染色体第二节第二节 染色体的结构染色体的结构第6页，此课件共58页哦v染色体染色体是染色质在细胞分裂过程中经过紧密缠绕、折叠、是染色质在细胞分裂过程中经过紧密缠绕、折叠、凝缩、精巧包装而成的具有固定形态的遗传物质存在形式，凝缩、精巧包装而成的具有固定形态的遗传物质存在形式，是高度螺旋化的是高度螺旋化的DNA蛋白质纤维。蛋白质纤维。2.染色体染色体(chromosome)v染色质和染色体是真核生物遗传物质存在的两种不同形态，染色质和染色体是真核生物遗传物质存在的两种不同形态，两者不存在成分上的差异，仅反映它们处于细胞分裂周期两者不存在成分上的差异，仅反映它们处于细胞分裂周期的不同功能阶段而已。的不同功能阶段而已。第7页，此课件共58页哦 二、染色体的形态结构二、染色体的形态结构随体随体次缢痕次缢痕短臂短臂主缢痕主缢痕长臂长臂第8页，此课件共58页哦 三、染色体的类型三、染色体的类型第9页，此课件共58页哦v不同物种存在差异不同物种存在差异v同一物种相对恒定同一物种相对恒定v体细胞中成双体细胞中成双v生殖细胞中成单生殖细胞中成单 水稻水稻2n=24 玉米玉米2n=20 陆地棉陆地棉2n=52 萝卜萝卜2n=18 番茄番茄2n=24 四、染色体的数目四、染色体的数目第10页，此课件共58页哦五、染色体的结构五、染色体的结构 核小体核小体 nulieosome 超螺线管超螺线管supersolenoid螺线管螺线管 solenoid染色体染色体 chromosome第11页，此课件共58页哦 一级结构一级结构核小体核小体 二级结构二级结构螺线体螺线体 三级结构三级结构超螺线体超螺线体 四级结构四级结构中期染色体中期染色体第12页，此课件共58页哦从从DNA到染色体到染色体 DNADNA核小体核小体螺线管螺线管超超螺线管螺线管染色单体染色单体第13页，此课件共58页哦六、特殊染色体六、特殊染色体1.多线染色体多线染色体v双双翅翅目目昆昆虫虫(如如果果蝇蝇)幼幼虫虫的的唾唾腺腺细细胞胞、肠肠细细胞胞、气气管管细细胞胞等等就就发发现多线染色体。现多线染色体。v在在幼幼虫虫发发育育期期间间,染染色色体体要要进进行行4-15次次复复制制,复复制制后后的的新新老老链链不不分分离离,因因而而一一个个染染色色体体中中就就有有24-215条条DNA分分子子,果果蝇蝇幼幼虫虫唾唾腺腺细细胞胞核核中中DNA的的含含量量就就比比一一般般细细胞胞多多了了1000多多倍倍,这这种种只只复复制制不不分分离离的的巨巨大大染染色色体体就就称称为为多多线线染染色色体体.由由于于多多线线染染色色体体中中平平行行排排列列的的染染色色体纤维各段凝缩紧密程度不同体纤维各段凝缩紧密程度不同,因而呈现出横行带纹现象因而呈现出横行带纹现象.第14页，此课件共58页哦v 果蝇唾腺多线染色体果蝇唾腺多线染色体多线染色体的产生多线染色体的产生第15页，此课件共58页哦2.灯刷染色体灯刷染色体v从从上上世世纪纪末末到到本本世世纪纪初初,自自鱼鱼类类、爬爬行行类类、鸟鸟类类以以及及某某些些无无脊脊椎椎动动物物的的卵卵母母细细胞胞中中发发现现了了另另一一类类巨巨染染色色体体,其其特特点点是是在在中中轴轴的的两两侧侧有有许许多多精精细细而而成成对对的的环环状状突突起起,类类似似灯刷灯刷,因而称为灯刷染色体因而称为灯刷染色体.第16页，此课件共58页哦v灯刷染色体灯刷染色体(lampbrush chromosome)(lampbrush chromosome)存在于动物卵母细胞中，是双线期存在于动物卵母细胞中，是双线期4 4个染色单体；此期细胞合成个染色单体；此期细胞合成mRNAmRNA和储备物质。爪蟾卵母细胞灯和储备物质。爪蟾卵母细胞灯刷染色体含有上万个刷染色体含有上万个loopsloops，虽然大，虽然大部分部分DNADNA仍凝集在仍凝集在chromomereschromomeres，每个每个looploop对应于一个特定的对应于一个特定的DNADNA序序列。列。第17页，此课件共58页哦一、染色体在有丝分裂中的行为一、染色体在有丝分裂中的行为v细细胞胞的的增增殖殖是是通通过过有有丝丝分分裂裂(mitosis)实实现现的的，有有丝丝分分裂裂的的结结果果是是把把一一个个细细胞胞的的整整套套染染色色体体均均等等地地分分向向两两个个子子细细胞胞，所所以以新新形形成成的的两两个个子子细细胞胞在在遗遗传传物物质质上上跟原来的细胞是相同的。跟原来的细胞是相同的。第三节第三节 染色体在细胞分裂中的行为染色体在细胞分裂中的行为第18页，此课件共58页哦1.1.细菌的有丝分裂细菌的有丝分裂 v细细菌菌属属原原核核类类(prokaryote)。细细菌菌染染色色体体位位于于细细胞胞内内的的核核区区，核核区区外外面面没没有有核核膜膜，所所以以称称为为原原核核。每每一一原原核核类类细细胞胞中中通通常常只只有有一一个个染染色色体体，染染色色体体的的结结构构简简单单，是是一一个个裸裸露露的的DNA分子。分子。第19页，此课件共58页哦v图 细菌细胞的有丝分裂 第20页，此课件共58页哦Color-enhanced electron micrograph of E.coli undergoing cell division.第21页，此课件共58页哦2.2.真核类的有丝分裂真核类的有丝分裂v因因为为真真核核类类的的细细胞胞所所含含有有的的染染色色体体数数目目往往往往较较多多，因因而而其细胞分裂也更为复杂。其细胞分裂也更为复杂。v有有丝丝分分裂裂过过程程是是一一个个连连续续的的过过程程，但但为为说说明明的的方方便便起起见见，通通常常将将其其分分成成前前期期、中中期期、后后期期和和末末期期四四个个时时期期，在在两两次次有有丝分裂中间的时期称为丝分裂中间的时期称为间期间期。第22页，此课件共58页哦 细胞周期细胞周期(cell cycle)上一次细胞分裂结束起到下一次细胞分裂止，细胞所经上一次细胞分裂结束起到下一次细胞分裂止，细胞所经历的变化过程和时间。历的变化过程和时间。例如：蚕豆根尖例如：蚕豆根尖 19.5小时。小时。间期间期 分裂期分裂期 G1 S G2 M 5 7.5 5 2 第23页，此课件共58页哦v图 真核生物细胞周期示意图第24页，此课件共58页哦间期间期(interphase)：光学显微镜下，细胞核是均匀一致的，光学显微镜下，细胞核是均匀一致的，看不到染色体，似乎静止看不到染色体，似乎静止(活跃的代谢状态活跃的代谢状态)。间期可分为三个时期：间期可分为三个时期：G1期：期：DNA合成前期合成前期 S 期：期：DNA合成期合成期 G2期：期：DNA合成后期合成后期第25页，此课件共58页哦(1)前期前期(prophase)：v间期核内的染色体细丝开始螺旋化，缩短变粗，染色体逐渐清间期核内的染色体细丝开始螺旋化，缩短变粗，染色体逐渐清晰起来。每一染色体含有纵向并列的两条染色单体，前期快结晰起来。每一染色体含有纵向并列的两条染色单体，前期快结束时，染色体缩得很短。束时，染色体缩得很短。核膜核仁逐渐消失。核膜核仁逐渐消失。v 第26页，此课件共58页哦(2)中期中期(metaphase)：v中期开始时，核膜崩解，核质与胞质混和。纺锤体的细丝中期开始时，核膜崩解，核质与胞质混和。纺锤体的细丝纺纺锤丝与染色体的着丝粒区域连接。染色体向赤道面移动，着丝粒区域排锤丝与染色体的着丝粒区域连接。染色体向赤道面移动，着丝粒区域排列在赤道板上。这时最为容易计算染色体的数目。列在赤道板上。这时最为容易计算染色体的数目。纺锤丝出现，染色体聚集，纺锤丝出现，染色体聚集，着丝点排列在赤道面上。着丝点排列在赤道面上。第27页，此课件共58页哦(3)后期后期(anaphase)：v每一染色体的着丝粒已分裂为二，相互离开。着丝粒离开后，即每一染色体的着丝粒已分裂为二，相互离开。着丝粒离开后，即被纺锤丝拉向两极，同时并列的染色单体也跟着分开，分别向两被纺锤丝拉向两极，同时并列的染色单体也跟着分开，分别向两极移动。这时染色体又是单条了，也可叫做子染色体。极移动。这时染色体又是单条了，也可叫做子染色体。着丝点分开，染色单体分向两极着丝点分开，染色单体分向两极第28页，此课件共58页哦(4)末期末期(telophase)v两组子染色体到达两极，染色体的螺旋结构逐渐消失，又出现两组子染色体到达两极，染色体的螺旋结构逐渐消失，又出现核的重建过程。两个子核形成后，接着便发生细胞质的分割过核的重建过程。两个子核形成后，接着便发生细胞质的分割过程，把母细胞分隔成两个子细胞，细胞分裂结束程，把母细胞分隔成两个子细胞，细胞分裂结束(图图)。染色体到达两极且解螺旋，染色体到达两极且解螺旋，子细胞、核仁核膜逐渐形成。子细胞、核仁核膜逐渐形成。第29页，此课件共58页哦间期间期早前期早前期晚前期晚前期中期中期后期后期末期末期有有 丝丝 分分 裂裂 第30页，此课件共58页哦v有丝分裂过程中染色体的变迁：有丝分裂过程中染色体的变迁：v从间期的从间期的S期期前期前期中期，每个染色体具有中期，每个染色体具有两根染色单两根染色单体体(即具两条完整的即具两条完整的DNA双链双链)；从后期；从后期末期末期下一个细下一个细胞周期的胞周期的G1期，在这些阶段中，所谓的染色体实质上期，在这些阶段中，所谓的染色体实质上只有只有一根染色单体一根染色单体(即只有一条即只有一条DNA双链双链)。第31页，此课件共58页哦二、染色体在减数分裂中的行为二、染色体在减数分裂中的行为v减减数数分分裂裂(meiosis)是是一一种种特特殊殊方方式式的的细细胞胞分分裂裂，是是在在配配子子形形成成过过程程中中发发生生的的，包包括括两两次次连连续续的的核核分分裂裂，但但染染色色体体只只复复制制一一次次，因因而而在在形形成成的的四四个个子子细细胞胞核核中中，每每个个核核只只含含有有单单倍倍数数的的染染色色体体，即即染染色色体体数数减减少少一一半半，所所以以把把它叫做减数分裂。它叫做减数分裂。第32页，此课件共58页哦v两两次次连连续续的的核核分分裂裂分分别别称称为为第第一一次次减减数数分分裂裂(减减数数分分裂裂I，meiosis I)和和第第二二次次减减数数分分裂裂(减减数数分分裂裂II，meiosis II)，在在两两次次减减数数分分裂裂中中都都能区分出前期、中期、后期和末期能区分出前期、中期、后期和末期(图图)。第33页，此课件共58页哦第一次分裂第一次分裂 (1)前期前期I第一次减数分裂的前期特别长，包括第一次减数分裂的前期特别长，包括细线期细线期、偶线期偶线期、粗线期粗线期、双线双线期期、终变期。终变期。细线期细线期leptotene 染色体细长如丝，首尾难分，彼此缠绕在一起染色体细长如丝，首尾难分，彼此缠绕在一起第34页，此课件共58页哦偶线期偶线期zygotene同源染色体开始彼此靠拢配对同源染色体开始彼此靠拢配对-联会联会第35页，此课件共58页哦粗线期粗线期pachytene二价体凝缩变短变粗呈粗线状可发生非姊妹染色单体的交换。二价体凝缩变短变粗呈粗线状可发生非姊妹染色单体的交换。粗线期：染色体继续缩短变粗，两条同源染色体配对完毕。粗线期：染色体继续缩短变粗，两条同源染色体配对完毕。因此原来是因此原来是2n条条染色体，经配对后形成染色体，经配对后形成n组组染色体，每一组染色体，每一组合有合有2条条同源染色体，这种配对的染色体叫做同源染色体，这种配对的染色体叫做双价体双价体(二价体二价体)。第36页，此课件共58页哦双线期双线期diplotene 染色体继续变短变粗，同源染色体开始染色体继续变短变粗，同源染色体开始排斥，有交叉结出现，呈麻花状。排斥，有交叉结出现，呈麻花状。双线期：双价体中的两条同源染色体开始分开，但分开不完全，双线期：双价体中的两条同源染色体开始分开，但分开不完全，并不形成两个独立的单价体，而是在两个同源染色体之间仍有若并不形成两个独立的单价体，而是在两个同源染色体之间仍有若干处发生干处发生交叉交叉而相互连接。交叉的地方实际上是染色单体发生而相互连接。交叉的地方实际上是染色单体发生了交换的结果了交换的结果第37页，此课件共58页哦终变期终变期diakinesis 交叉节端化，染色体更粗短，二价交叉节端化，染色体更粗短，二价体分散在核区内靠近核膜，可计数。体分散在核区内靠近核膜，可计数。终变期：两条同源染色体仍有交叉联系着，所以仍为终变期：两条同源染色体仍有交叉联系着，所以仍为n个个双价体。染色体变得更为粗短，螺旋化达到最高度，双价体双价体。染色体变得更为粗短，螺旋化达到最高度，双价体开始向赤道面移动，分裂进入中期开始向赤道面移动，分裂进入中期I。第38页，此课件共58页哦(2)中期中期I：v各个双价体排列在赤道面上，两个同源染色体上的着丝粒逐渐远离，各个双价体排列在赤道面上，两个同源染色体上的着丝粒逐渐远离，双价体开始分离，但仍有交叉联系着。双价体开始分离，但仍有交叉联系着。核仁核膜消失，纺锤丝形成，核仁核膜消失，纺锤丝形成，二二价体着丝粒相对排列在赤道面上，同价体着丝粒相对排列在赤道面上，同源染色体两个成员随机朝向一极。源染色体两个成员随机朝向一极。第39页，此课件共58页哦(3)后期后期I：v双价体中的双价体中的两条同源染色体两条同源染色体分开，分别向两极移动，每一染色体有分开，分别向两极移动，每一染色体有两个染色单体两个染色单体，在着丝粒区相连，在着丝粒区相连(相当于有丝分裂前期的一条染色相当于有丝分裂前期的一条染色体体)。这样，每一极得到。这样，每一极得到n条染色体，即在后期条染色体，即在后期I时染色体数目时染色体数目减半减半。双价体中哪一条染色体移向哪一极是完全随机的。双价体中哪一条染色体移向哪一极是完全随机的。第40页，此课件共58页哦(4)末期末期I：v核膜重建，核仁重新形成，接着进行胞质分裂，成为两个子细胞。核膜重建，核仁重新形成，接着进行胞质分裂，成为两个子细胞。v注意：注意：末期末期I的染色体只有的染色体只有n个，但每个染色体具有个，但每个染色体具有两条两条染色单体；染色单体；而有丝分裂末期的染色体数为而有丝分裂末期的染色体数为2n个，每个染色体只有个，每个染色体只有一一条染色单体。条染色单体。染色体到达两极，解螺旋，核膜核仁染色体到达两极，解螺旋，核膜核仁逐渐形成，胞质分裂形成二分体逐渐形成，胞质分裂形成二分体。第41页，此课件共58页哦(5)减数间期：减数间期：v在第一次分裂之末，两个子细胞进入间期，这时细胞核在第一次分裂之末，两个子细胞进入间期，这时细胞核的形态与有丝分裂间期相似，但有许多生物没有间期，的形态与有丝分裂间期相似，但有许多生物没有间期，后期染色体直接进入第二次减数分裂的晚前期，染色体后期染色体直接进入第二次减数分裂的晚前期，染色体仍旧保持原来的浓缩状态。不过不论有没有间期，在仍旧保持原来的浓缩状态。不过不论有没有间期，在两两次减数分裂之间都没有次减数分裂之间都没有DNA的合成及染色体的复制。的合成及染色体的复制。第42页，此课件共58页哦(6)前期II、中期II、后期II和末期II v前期前期II、中期、中期II、后期、后期II和末期和末期II的情况和有丝的情况和有丝分裂过程完全一样，也是每一染色体具有两分裂过程完全一样，也是每一染色体具有两条染色单体，所不同的是染色体在第一次分条染色单体，所不同的是染色体在第一次分裂过程中已经减数，只有裂过程中已经减数，只有n个染色体了。个染色体了。第43页，此课件共58页哦第二次分裂第二次分裂前期前期IIprophase 每条染色体有两个单体，共一个着丝每条染色体有两个单体，共一个着丝点，常呈点，常呈X状。子细胞染色体数目为状。子细胞染色体数目为 n。第44页，此课件共58页哦中期中期IImetophase 核膜核仁消失，纺锤丝出现。每核膜核仁消失，纺锤丝出现。每条染色体以着丝粒排列在赤道面上。条染色体以着丝粒排列在赤道面上。第45页，此课件共58页哦后期后期IIanaphase 每条染色体的着丝粒分裂为二，每条每条染色体的着丝粒分裂为二，每条单体在纺锤丝作用下分别移向两极。单体在纺锤丝作用下分别移向两极。第46页，此课件共58页哦末期末期IItelophase 到达两极的染色体解螺旋，到达两极的染色体解螺旋，核膜核仁相继出现，胞质分裂核膜核仁相继出现，胞质分裂第47页，此课件共58页哦四分体四分体the tetrad 由原来的一个母细胞经过两次连续由原来的一个母细胞经过两次连续的分裂产生四个子细胞，称为四分子。的分裂产生四个子细胞，称为四分子。第48页，此课件共58页哦第49页，此课件共58页哦三、减数分裂的遗传学意义v减数分裂是有性生殖生物产生性细胞所进行的细胞分裂方式；而两性性细胞受精结合(细胞融合)产生的合子是后代个体的起始点。v减数分裂不仅是生物有性繁殖必不可少的环节之一，也具有极为重要的遗传学意义。第50页，此课件共58页哦v保证了亲代与子代之间染色体数目的恒定性。保证了亲代与子代之间染色体数目的恒定性。双亲性母细胞双亲性母细胞(2n)经过减数分裂产生性细胞经过减数分裂产生性细胞(n)，实，实现了染色体数目的减半；现了染色体数目的减半；雌雄性细胞融合产生的合子雌雄性细胞融合产生的合子(及其所发育形成的后代及其所发育形成的后代个体个体)就具有该物种固有的染色体数目就具有该物种固有的染色体数目(2n)，保持了，保持了物种的相对稳定。子代的性状遗传和发育得以正物种的相对稳定。子代的性状遗传和发育得以正常进行。常进行。第51页，此课件共58页哦染色体数目的恒定第52页，此课件共58页哦v为生物的变异提供了重要的物质基础。为生物的变异提供了重要的物质基础。减数分裂中期减数分裂中期 I，二价体的两个成员的排列方，二价体的两个成员的排列方向是随机的，所以后期向是随机的，所以后期 I 分别来自双亲的两条分别来自双亲的两条同源染色体随机分向两极，因而所产生的性同源染色体随机分向两极，因而所产生的性细胞就可能会有细胞就可能会有2n种非同源染色体的组合形种非同源染色体的组合形式式(染色体重组，染色体重组，recombination of chromosome)。第53页，此课件共58页哦v如果某生物有两对同源染色体：AA和BB，产生的性细胞具有AA中的一条和BB中的一条。v非同源染色体在性细胞中可能有22=4种组合。中期 I 二价体的随机取向第54页，此课件共58页哦v为生物的变异提供了重要的物质基础为生物的变异提供了重要的物质基础。另一方面，非姊妹染色单体间的交叉导致同另一方面，非姊妹染色单体间的交叉导致同源染色体间的片段交换源染色体间的片段交换(exchange of segment)，使子细胞的遗传组成更加多样化，使子细胞的遗传组成更加多样化，为生物变异提供更为重要的物质基础为生物变异提供更为重要的物质基础(染色体染色体片断重组，片断重组，recombination of segment)。同。同时这也是连锁遗传规律及基因连锁分析的基时这也是连锁遗传规律及基因连锁分析的基础。础。第55页，此课件共58页哦非姊妹染色单体交叉与片断交换第56页，此课件共58页哦 减数分裂与有丝分裂的异同点减数分裂与有丝分裂的异同点 名名 称称 间间 期期 前前 期期 中中 期期有丝分裂有丝分裂 合成合成100%DNA 100%DNA 染色质染色质染色体染色体 着丝点排列着丝点排列 赤道板上赤道板上减数分裂减数分裂 间期间期,合成合成 前期前期,持续时间持续时间 中期中期,着着 99.7%DNA 99.7%DNA 长长,进行同源染色进行同源染色 丝点不排列丝点不排列 配对、联会、交配对、联会、交 赤道板上赤道板上,换和交叉换和交叉 。合。合 朝向两极朝向两极 成成0.3%DNA.0.3%DNA.第57页，此课件共58页哦v名名 称称 后后 期期 末末 期期 间间 期期v有丝分裂有丝分裂 着丝点分开着丝点分开 细胞质分裂形成细胞质分裂形成 v 染色单体分开染色单体分开 两个子细胞，染两个子细胞，染 v 色体数目不变色体数目不变 v减数分裂减数分裂 后期后期，着丝，着丝 末期末期，形成两个，形成两个 短，无短，无v 点不分开，同点不分开，同 子细胞，染色体数子细胞，染色体数 DNADNA合成合成v 源染色体分开源染色体分开 目减半目减半第58页，此课件共58页哦