遗传与优生的细胞.ppt
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1、第第2章遗传的细胞学基础章遗传的细胞学基础第1节真核细胞的基本结构体系第2节细胞周期与有丝分裂第3节减数分裂第4节配子发生和性别决定学习目标学习目标 区分生物膜与细胞膜、载体与受体、细胞外基质与核基质、染色质与染色体、同源染色体与姐妹染色单体等名词概念。比较有丝分裂与减数分裂的异同并掌握其生物学意义 简述精子和卵的发生过程及染色体数目的变化特点。第一节第一节 真核细胞的基本结构体系真核细胞的基本结构体系电电镜镜下下结结构构膜相结构膜相结构非膜相结构非膜相结构核膜核膜细胞膜细胞膜内质网内质网高尔基复合体高尔基复合体线粒体线粒体溶酶体溶酶体过氧化氢体过氧化氢体核糖体核糖体中心粒中心粒微管微管微丝微
2、丝中等纤维中等纤维细胞质基质细胞质基质核仁核仁染色质染色质核基质核基质真核细胞的三大结构体系:生物膜系统 细胞骨架系统 遗传信息表达系统一、生物膜系统一、生物膜系统概念:概念:细胞膜、核膜以及内质网、高尔基体、线粒体细胞膜、核膜以及内质网、高尔基体、线粒体等细胞器,都是由膜构成的,这些膜的等细胞器,都是由膜构成的,这些膜的化学组成化学组成相相似,基本结构大致相同,统称为生物膜似,基本结构大致相同,统称为生物膜。单层膜单层膜:双层膜:双层膜:线粒体、叶绿体、核膜线粒体、叶绿体、核膜细胞膜、内质网、高尔基体、液泡膜、溶酶体细胞膜、内质网、高尔基体、液泡膜、溶酶体单层膜单层膜:双层膜:双层膜:线粒体
3、、叶绿体、核膜线粒体、叶绿体、核膜细胞膜、内质网、高尔基体、液泡膜、溶酶体细胞膜、内质网、高尔基体、液泡膜、溶酶体单层膜单层膜:双层膜:双层膜:线粒体、叶绿体、核膜线粒体、叶绿体、核膜 生物膜生物膜化学组成化学组成 共性共性:蛋白质、脂类、少量糖蛋白质、脂类、少量糖特异性:各种膜上的特异性:各种膜上的蛋白质蛋白质不同不同功能特点功能特点:一定的流动性、选择透过性。一定的流动性、选择透过性。糖蛋白分子糖蛋白分子生物膜的液态镶嵌模型生物膜的液态镶嵌模型(一)、细胞膜(一)、细胞膜细细胞胞的的外外表表面面包包被被有有一一层层单单位位膜膜,使使细细胞胞具具有有了了一一定定的的形形态态,这这就就是是细细
4、胞胞膜膜或或称称质质膜膜。细细胞胞膜膜主主要要由由蛋蛋白白质质和和脂脂类类组组成成。细细胞胞膜膜是是细细胞胞的的边边界界,它它限限定定细细胞胞的的范范围围,与与细细胞胞的的渗渗透透、识识别别、信信息息传递等特性有关。传递等特性有关。(二)线粒体(二)线粒体动力工厂动力工厂l线粒体是细胞进行有氧呼吸和供能的场所l电镜下由内外两层膜围成。l是动物细胞中核外唯一含有DNA的细胞器。(三)内膜系统(三)内膜系统1、内质网、内质网物质运输的通道物质运输的通道内质网是由一层单位膜构成的网状结构,广泛分布在细胞质中,分为两类:即粗面内质网和滑面内质网。内质网与核内质网与核膜外层相连膜外层相连内质网腔与两层核
5、内质网腔与两层核膜之间的腔相通膜之间的腔相通内质网与细内质网与细胞膜相连胞膜相连核膜外表面和内质核膜外表面和内质网上均有核糖体附网上均有核糖体附着着核膜外表面和内质核膜外表面和内质网上均有核糖体附网上均有核糖体附着着滑面内质网与脂质、糖类代谢有关滑面内质网与脂质、糖类代谢有关粗面内质网主要与蛋白质的合成有关粗面内质网主要与蛋白质的合成有关(2)高尔基体高尔基体加工、包装车加工、包装车间间1.结构是由一层单位膜构成的扁平囊、小囊泡、大囊泡组成的圆盘状结构。2.高尔基体的功能:与细胞分泌有关;合成和运输多糖、糖脂和糖蛋白;还与溶酶体的形成有关。(3)溶酶体溶酶体细胞内的消化器细胞内的消化器官官 结
6、构:是由一层单位膜包围着的、含有多种酸性水解酶的囊泡状结构的细胞器。功能:溶酶体在细胞内具有消化、防御和保护作用,是细胞内的消化器官。肿瘤、类风湿性关节炎、休克、发热和矽肺等疾病均与溶酶体有关。核糖体核糖体蛋白质的合成场所蛋白质的合成场所 核糖体为核糖体为非膜相结构非膜相结构,是细胞中数量最多,是细胞中数量最多,体积最小的细胞器。体积最小的细胞器。电镜下,为椭圆形结电镜下,为椭圆形结构,由大亚基和小亚构,由大亚基和小亚基构成。基构成。核糖体既可以游离在核糖体既可以游离在细胞质中,也可以附细胞质中,也可以附着在内质网上。着在内质网上。二、细胞骨架二、细胞骨架细胞为什么能维持一定的形态?细胞为什么
7、能维持一定的形态?推测有细胞骨架存在。推测有细胞骨架存在。“人人”有一定的形态是由于有一定的形态是由于 有骨骼系统作为支架。有骨骼系统作为支架。细胞骨架是指真核细胞中由微管细胞骨架是指真核细胞中由微管、微丝微丝和中等纤维等蛋白质成分构成的一个复和中等纤维等蛋白质成分构成的一个复合的网架系统。合的网架系统。细胞骨架细胞骨架核骨架核骨架细胞骨架的功能细胞骨架的功能 细胞的骨架是指真核细胞中的蛋白纤维网架体系,包括微管、微丝和中等纤维等,是无膜的结构。主要功能是维持细胞的一定形态,保持细胞内部结构的有序性,还与细胞运动、物质运输、能量转换、信息传递、细胞分裂和分化等生命活动密切相关。三、遗传信息表达
8、系统 DNA-蛋白质,RNA-蛋白质复合体是细胞遗传信息载体与表达系统。构成了细胞遗传信息储存与复制、核酸转录与蛋白质翻译的体系。(一)染色质和染色体(一)染色质和染色体染色质:细胞间期核内伸展开的染色质:细胞间期核内伸展开的染色质:细胞间期核内伸展开的染色质:细胞间期核内伸展开的DNA-DNA-DNA-DNA-蛋白质纤维。蛋白质纤维。蛋白质纤维。蛋白质纤维。染色体:有丝分裂阶段,染色质高度螺旋化,紧密盘染色体:有丝分裂阶段,染色质高度螺旋化,紧密盘染色体:有丝分裂阶段,染色质高度螺旋化,紧密盘染色体:有丝分裂阶段,染色质高度螺旋化,紧密盘绕折叠的产物。绕折叠的产物。绕折叠的产物。绕折叠的产物
9、。DNA(deoxyribonucleic acid)DNA(deoxyribonucleic acid)DNA(deoxyribonucleic acid)DNA(deoxyribonucleic acid)组蛋白(组蛋白(组蛋白(组蛋白(H H H H1 1 1 1、H H H H2 2 2 2A A A A、H H H H2 2 2 2B B B B、H H H H3 3 3 3、H H H H4 4 4 4)蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质 非组蛋白非组蛋白非组蛋白非组蛋白 染色质染色质染色质染色质染色体染色体 (分裂间期)(分裂间期)(分裂间期)(分裂间期)(分裂期)(分裂期)(分裂期)(分
10、裂期)螺旋化螺旋化 染色质和染色体是同一遗传物质在细胞间期和染色质和染色体是同一遗传物质在细胞间期和染色质和染色体是同一遗传物质在细胞间期和染色质和染色体是同一遗传物质在细胞间期和分裂期的两种不同形态。分裂期的两种不同形态。分裂期的两种不同形态。分裂期的两种不同形态。染色体的基本单染色体的基本单染色体的基本单染色体的基本单位是位是位是位是核小体核小体;核小体由核心颗粒和核小体由核心颗粒和DNADNA长链构长链构成。成。核心颗粒:由核心颗粒:由四种组蛋白(四种组蛋白(四种组蛋白(四种组蛋白(H2AH2AH2AH2A、H2BH2BH2BH2B、H3H3H3H3、H4H4H4H4)各各各各2 2 2
11、 2个分子个分子个分子个分子构成八聚体,外面围绕约构成八聚体,外面围绕约构成八聚体,外面围绕约构成八聚体,外面围绕约140140140140碱碱碱碱基对组成的基对组成的基对组成的基对组成的DNADNADNADNA链缠绕链缠绕链缠绕链缠绕1.751.751.751.75圈形圈形圈形圈形成扁圆形核小体;成扁圆形核小体;成扁圆形核小体;成扁圆形核小体;连接区连接区:相邻两个核小体间由相邻两个核小体间由相邻两个核小体间由相邻两个核小体间由50-60bp50-60bp50-60bp50-60bp的的的的DNADNADNADNA相连,其上还结相连,其上还结相连,其上还结相连,其上还结合合合合1 1 1 1
12、个组蛋白个组蛋白个组蛋白个组蛋白H1H1H1H1。细胞核(细胞核(d=6d=6mm)染色体染色体(2n=462n=46)DNADNA(总长总长2m2m)四级结构四级结构四级结构四级结构:由超螺线管再由超螺线管再由超螺线管再由超螺线管再缠绕折叠缠绕折叠缠绕折叠缠绕折叠中期染色体中期染色体中期染色体中期染色体(两条染色单体(两条染色单体(两条染色单体(两条染色单体 )(直)(直)(直)(直径径径径1400nm,51400nm,51400nm,51400nm,5)三级结构:螺线管进一步三级结构:螺线管进一步三级结构:螺线管进一步三级结构:螺线管进一步折叠螺旋化折叠螺旋化折叠螺旋化折叠螺旋化超螺线管超
13、螺线管超螺线管超螺线管(直径(直径(直径(直径0.40.40.40.4m,40)m,40)m,40)m,40)二级结构:串珠进一步螺二级结构:串珠进一步螺二级结构:串珠进一步螺二级结构:串珠进一步螺旋化,每旋化,每旋化,每旋化,每6 6 6 6个核小体一个个核小体一个个核小体一个个核小体一个螺旋螺旋螺旋螺旋螺线管(直径螺线管(直径螺线管(直径螺线管(直径30nm,6)30nm,6)30nm,6)30nm,6)一级结构:无数个核小体一级结构:无数个核小体一级结构:无数个核小体一级结构:无数个核小体通过一条通过一条通过一条通过一条DNADNADNADNA分子串联起分子串联起分子串联起分子串联起来来
14、来来串珠状纤维串珠状纤维串珠状纤维串珠状纤维(7777)螺线管和超级螺线管螺线管和超级螺线管螺线管进一步折叠螺旋化螺线管进一步折叠螺旋化超螺线管超螺线管三级结构三级结构每六个核小体围成每六个核小体围成1个螺旋个螺旋二级结构二级结构四级结构:中期染色体,长度压缩万倍,四级结构:中期染色体,长度压缩万倍,使大量的遗传信息在细胞分裂过程中,使大量的遗传信息在细胞分裂过程中,储藏在有限的空间中。储藏在有限的空间中。常染色质和异染色质常染色质和异染色质 染色染色状态状态位置位置转录活性转录活性常染色质常染色质浅浅分散疏松分散疏松核中央核中央有有异染色质异染色质深深致密凝缩致密凝缩核仁核膜核仁核膜低或无低
15、或无(二)、核仁、核糖体、核基质(二)、核仁、核糖体、核基质细胞核是细胞的真核细胞中体积最大、功能最重要的细胞器,主要功能是储存和复制遗传信息,控制细胞的代谢、生长、分化和繁殖等活动。核内除了染色质以外,还有核仁核基质。核膜外还有核糖体。核仁:主要功能是核糖体亚单位装配和rRNA转录核基质:又称核液,无定形物质,与DNA复制关系密切。核糖体核糖体蛋白质的合成场所蛋白质的合成场所核糖体为核糖体为非膜相结构非膜相结构,是,是细胞中数量最多,体积最细胞中数量最多,体积最小的细胞器。小的细胞器。电镜下,为椭圆形结构,电镜下,为椭圆形结构,由大亚基和小亚基构成。由大亚基和小亚基构成。核糖体既可以游离在细
16、胞核糖体既可以游离在细胞质中,也可以附着在内质质中,也可以附着在内质网和核膜上。网和核膜上。第二节第二节细胞周期与有丝分裂细胞周期与有丝分裂 有丝分裂是人类及其他真核生物细胞增殖的基本形有丝分裂是人类及其他真核生物细胞增殖的基本形式,组成生物体的所有细胞都来自受精卵细胞无数式,组成生物体的所有细胞都来自受精卵细胞无数次的有丝分裂。次的有丝分裂。细胞分裂是有周期性的,细胞从上一次有丝分裂结细胞分裂是有周期性的,细胞从上一次有丝分裂结束开始到下一次有丝分裂结束为止所经历的过程称束开始到下一次有丝分裂结束为止所经历的过程称为细胞增殖周期。细胞周期包括间期和分裂期;间为细胞增殖周期。细胞周期包括间期和
17、分裂期;间期分为期分为G1、S期和期和G2;分裂期包括前期、中期、;分裂期包括前期、中期、后期和末期后期和末期。一、有丝分裂(Mitosis)有丝分裂:一个细胞分裂产生两个在遗传上有丝分裂:一个细胞分裂产生两个在遗传上与亲代完全相同的细胞的过程。与亲代完全相同的细胞的过程。特点:特点:DNA/DNA/染色体复制染色体复制1 1次;次;细胞分裂细胞分裂1 1次次产生产生2 2个子细胞;个子细胞;染色体数目仍是染色体数目仍是2n2n。意义:子代细胞保持了与亲代细胞相同的遗意义:子代细胞保持了与亲代细胞相同的遗传物质,从而保证了机体所有细胞的染色体传物质,从而保证了机体所有细胞的染色体数目恒定。数目
18、恒定。细胞从上一个有丝分裂结束到下一个有丝分细胞从上一个有丝分裂结束到下一个有丝分裂结束的全过程裂结束的全过程细胞周期(细胞周期(cell cyclecell cycle):):G1G1期:期:RNARNA和蛋白质合成,和蛋白质合成,是进入是进入S S期的前提;期的前提;S S 期:期:DNADNA合成复制;合成复制;G2G2期:加速合成期:加速合成RNARNA和蛋和蛋白质,为白质,为M M期准备。期准备。分裂期分裂期前期前期中期中期后期后期末期末期间期间期前期(前期(前期(前期(prophaseprophaseprophaseprophase):):):):染色质折叠变粗,核染色质折叠变粗,
19、核染色质折叠变粗,核染色质折叠变粗,核仁、核膜消失;仁、核膜消失;仁、核膜消失;仁、核膜消失;中期(中期(中期(中期(metaphasemetaphasemetaphasemetaphase):典型染色体,排列于典型染色体,排列于典型染色体,排列于典型染色体,排列于赤道板、纺锤体形成,并与染色体着丝粒赤道板、纺锤体形成,并与染色体着丝粒赤道板、纺锤体形成,并与染色体着丝粒赤道板、纺锤体形成,并与染色体着丝粒相连;相连;相连;相连;后期(后期(后期(后期(anaphaseanaphaseanaphaseanaphase):着丝粒纵裂、染色着丝粒纵裂、染色着丝粒纵裂、染色着丝粒纵裂、染色单体分别移
20、向两极;单体分别移向两极;单体分别移向两极;单体分别移向两极;末期(末期(末期(末期(telephasetelephasetelephasetelephase):染色体移至两极染色体移至两极染色体移至两极染色体移至两极并分散成染色质,核膜、核仁再现、并分散成染色质,核膜、核仁再现、并分散成染色质,核膜、核仁再现、并分散成染色质,核膜、核仁再现、细胞膜凹陷。细胞膜凹陷。细胞膜凹陷。细胞膜凹陷。有丝分裂的荧光显微图像有丝分裂的荧光显微图像有丝分裂的特征和意义有丝分裂的特征:染色体复制1次,细胞分裂1次,遗传物质平均分配给2个子细胞。有丝分裂的重要意义:使子细胞间与母细胞的遗传物质保持一致,保证了机
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