緒論

生物學(xué)（biology)是研究生命現(xiàn)象的本質(zhì)，并探討生命發(fā)生、發(fā)展規(guī)律的一種生命科學(xué)。

它不僅對探索生物體的生命現(xiàn)象具有重要的科學(xué)意義，而且對改善人類的生存質(zhì)量，提高人民的生活水平，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，豐富人類的精神生活都具有廣泛的社會意義。

第一節(jié) 生物學(xué)的形成與發(fā)展

一、形成

“生物學(xué)”一詞最早出現(xiàn)在1800年的一份不起眼的德國醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)注釋中；1820年在英語中廣泛流行。

二、

一、生物學(xué)的發(fā)展

1、19世紀(jì)以前，唯心主義占統(tǒng)治地位，生物學(xué)進(jìn)展緩慢

2、19世紀(jì)以后，唯物主義占統(tǒng)治地位，生物學(xué)取得巨大進(jìn)展

3、20世紀(jì)后,生物學(xué)取得迅猛發(fā)展

三、生物學(xué)發(fā)展的趨勢 

1、  向微觀和宏觀雙向同時進(jìn)行

2、多個學(xué)科之間相互交叉 、相互滲透，新方法、新技術(shù)、新概念廣泛應(yīng)用。

第二節(jié) 生物學(xué)與醫(yī)學(xué)的關(guān)系

一、生長、發(fā)育

生長、發(fā)育與環(huán)境-基因-神經(jīng)-免疫-內(nèi)分泌有關(guān)。

主要研究侏儒癥、衰老、腫瘤等。

二、分化

分化是受精卵產(chǎn)生的同質(zhì)細(xì)胞逐漸形成形態(tài)、功能和結(jié)構(gòu)等方面穩(wěn)定 性差異的過程。

主要是對腫瘤的研究。

三 、干細(xì)胞與醫(yī)學(xué)

干細(xì)胞是指一類尚末分化，但具分裂增生能力、并分化產(chǎn)生一種以上“專業(yè)‘細(xì)胞的特化細(xì)胞。分胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。

主要對惡性腫瘤、器官移植等方面的研究。

四、克隆技術(shù)

克隆(Clone)是通過無性方式，由單個細(xì)胞或個體產(chǎn)生的和親代非常相似的一群細(xì)胞或生物體。如克隆羊“多莉” 。

主要對器官移植的研究。

五、基因組醫(yī)學(xué)

基因組指“人類基因組計劃”（已完成)和“后基因組計劃”（疾病基因組學(xué)、比較基因組學(xué)、藥物基因組學(xué)、環(huán)境基因組學(xué)等)。

對人類疾病的預(yù)防和治療具有重大作用。

六、生殖醫(yī)學(xué)

人類生殖是通過兩性的精卵結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的。

主要是避孕和不孕、不育癥等的理論基礎(chǔ)。

學(xué)習(xí)該課程的要求和方法

第一章 生命的特征與其源

第一節(jié) 生命的基本特征

一、核酸、蛋白質(zhì)-共同的生命大分子基礎(chǔ)

二、細(xì)胞-相似的生命基本單位

三、新陳代謝-高度一致的生命基本運(yùn)動形式

四、信息傳遞-維持機(jī)體生命活動的統(tǒng)一機(jī)制

五、生長和發(fā)育-生物體量邊與質(zhì)變轉(zhuǎn)化的表現(xiàn)形式

六、生殖-生生不息的基礎(chǔ)

七、遺傳變異-生命的中樞

八、進(jìn)化-生命發(fā)展的全部歷史

九、生物與環(huán)境的統(tǒng)一-自然界相互依存的基本法則

第二章  生命的基本單位-細(xì)胞

細(xì)胞是生命體形態(tài)結(jié)構(gòu)和生命活動的基本單位。

細(xì)胞學(xué)說：由施萊登和施旺于1838-1939年提出：認(rèn)為細(xì)胞是有機(jī)體，一切動植物都是由細(xì)胞發(fā)育而來,并由細(xì)胞和細(xì)胞產(chǎn)物所構(gòu)成；每個細(xì)胞作為一個相對獨(dú)立的單位，既有它“自己的”生命,又對與其它細(xì)胞共同組成的整體的生命有所助益；新的細(xì)胞可以通過老的細(xì)胞繁殖產(chǎn)生

第一節(jié) 生命的基本特征

一、細(xì)胞的基本概念

1、一切有機(jī)體都由細(xì)胞構(gòu)成，細(xì)胞是構(gòu)成有機(jī)體的基本單位

 細(xì)胞具有獨(dú)立的、有序的自控代謝體系，

2、細(xì)胞是代謝與功能的基本單位

3、細(xì)胞是有機(jī)體生長與發(fā)育的基礎(chǔ)

4、細(xì)胞是遺傳的基本單位，細(xì)胞具有遺傳的全能性

沒有細(xì)胞就沒有完整的生命

二、細(xì)胞的大小、形態(tài)和數(shù)量

1．大�。喝撕蛣游锏闹睆揭话阍�10-100um之間，支原體是最小的細(xì)胞直徑僅0.1um。

2．形態(tài)：細(xì)胞的形態(tài)多種多樣，這與它的功能相適應(yīng)。常見的有球形、或橢圓形、扁平形、立方形、圓柱形、長梭形、星形等。

3．?dāng)?shù)量：單細(xì)胞生物體僅有一個細(xì)胞組成，多細(xì)胞生物體根據(jù)其復(fù)雜的程度由數(shù)百至萬億。

三、原核細(xì)胞與真核細(xì)胞

原核細(xì)胞基本特點(diǎn)：

遺傳的信息量小，遺傳信息載體僅由一個環(huán)狀DNA構(gòu)成；

細(xì)胞內(nèi)沒有分化為以膜為基礎(chǔ)的具有專門結(jié)構(gòu)與功能

的細(xì)胞器和細(xì)胞核膜。

主要代表：

支原體（mycoplast)——目前發(fā)現(xiàn)的最小最簡單的細(xì)胞；

細(xì)菌

藍(lán)藻又稱藍(lán)細(xì)菌（Cyanobacteria)

真核細(xì)胞

以脂質(zhì)及蛋白質(zhì)成分為基礎(chǔ)的生物膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；

 以核酸（DNA或RNA)與蛋白質(zhì)為主要成分的遺傳信息表達(dá)系統(tǒng)

 由特異蛋白分子裝配構(gòu)成的細(xì)胞骨架系統(tǒng)。

原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的區(qū)別

第二節(jié) 細(xì)胞的物質(zhì)基礎(chǔ)

一、小分子物質(zhì)

（一)水

（二)無機(jī)鹽和離子

（三)有機(jī)小分子 分子量：100~1000

1．糖 五碳糖細(xì)胞中的糖類既有單糖，也有多糖。細(xì)胞中的單糖是作為能源以及與糖有關(guān)的化合物的原料存在。重要的單糖為五碳糖（戊糖)和六碳糖（己糖)，其中最主要的五碳糖為核糖，最重要的六碳糖為葡萄糖。葡萄糖不僅是能量代謝的關(guān)鍵單糖，而且是構(gòu)成多糖的主要單體 （核糖)；六碳糖（葡萄糖)

2．脂肪酸 直鏈脂肪烴有機(jī)酸，通式：CH3(CH2)nCOOH

脂類包括：脂肪酸、中性脂肪、類固醇、蠟、磷酸甘油酯、鞘脂、糖脂、類胡蘿卜素等。脂類化合物難溶于水，而易溶于非極性有機(jī)溶劑。

3．氨基酸 組成蛋白的氨基酸有20種，通式：RCH(NH2)COOH

4．核苷酸

二、大分子

（一)蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)在生命活動中，蛋白質(zhì)是一類極為重要的大分子，幾乎各種生命活動無不與蛋白質(zhì)的存在有關(guān)。蛋白質(zhì)不僅是細(xì)胞的主要結(jié)構(gòu)成分，而且更重要的是，生物專有的催化劑——酶是蛋白質(zhì)，因此細(xì)胞的代謝活動離不開蛋白質(zhì)。一個細(xì)胞中約含有104種蛋白質(zhì)，分子的數(shù)量達(dá)1011個。由許多氨基酸通過肽鍵相連而成的一種大分子多聚體。

1．蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)：①每一條特定的肽鏈都有其特異的氨基酸排列順序即一級結(jié)構(gòu)（線性結(jié)構(gòu))；

②每條多肽鏈再盤旋折疊而成二級結(jié)構(gòu)，主要有α螺旋和β折疊兩種；

③蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)是在二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步盤旋折疊而成特定空間構(gòu)象；

④由兩個或兩個以上的結(jié)構(gòu)域相互作用聚合而成的更復(fù)雜的蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)。

2．蛋白質(zhì)的類型；單純蛋白\結(jié)合蛋白

3．蛋白質(zhì)的作用：結(jié)構(gòu)支持\催化\傳遞\運(yùn)輸運(yùn)動\防御調(diào)節(jié)

4．細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)

（二)核酸

核酸是生物遺傳信息的載體分子，所有生物均含有核酸。核酸是由核苷酸單體聚合而成的大分子。核酸可分為核糖核酸RNA和脫氧核糖核酸兩大類DNA。當(dāng)溫度上升到一定高度時，DNA雙鏈即解離為單鏈，稱為變性（denaturation)或熔解（melting)，這一溫度稱為熔解溫度（meltingtemperature，Tm)。堿基組成不同的DNA，熔解溫度不一樣，含G—C對（3條氫鍵)多的DNA，Tm高；含A—T對（2條氫鍵)多的，Tm低。當(dāng)溫度下降到一定溫度以下，變性DNA的互補(bǔ)單鏈又可通過在配對堿基間形成氫鍵，恢復(fù)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，這一過程稱為復(fù)性（renaturation)或退火（annealing)。

1．DNA的結(jié)構(gòu) ①雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（平行、反向、互補(bǔ))

②遺傳信息的主要貯存庫。

2．RNA的結(jié)構(gòu)（三種)：①mRNA 是蛋白質(zhì)合成的模板。

②tRNA 是氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)工具。

③rRNA 是蛋白質(zhì)合成“工廠”核糖體的組成部分。

問題：DNA與RNA在化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)、位置、作用及核苷酸組成上的區(qū)別？

（三)新進(jìn)展

1．核酶、

2．肽核酸

第三節(jié) 細(xì)胞結(jié)構(gòu)

一、細(xì)胞膜和細(xì)胞表面

（一)細(xì)胞膜的化學(xué)組成

質(zhì)膜（plasma membrane)包在細(xì)胞外面，所以又稱細(xì)胞膜（cell membrane)，它不僅是區(qū)分細(xì)胞內(nèi)部與周圍環(huán)境的動態(tài)屏障，更是細(xì)胞物質(zhì)交換和信息傳遞的通道。圍繞各種細(xì)胞器的膜，稱為細(xì)胞內(nèi)膜。質(zhì)膜和內(nèi)膜在起源、結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成的等方面具有相似性，故總稱為生物膜（biomembrane)。生物膜是細(xì)胞進(jìn)行生命活動的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換、蛋白質(zhì)合成、物質(zhì)運(yùn)輸、信息傳遞、細(xì)胞運(yùn)動等活動都與膜的作用有密切的關(guān)系。

質(zhì)膜表面寡糖鏈形成細(xì)胞外被（cell coat)或糖萼（glycocalyx)；質(zhì)膜下的表層溶膠中具有細(xì)胞骨架成分組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，除對質(zhì)膜有支持作用外，還與維持質(zhì)膜的功能有關(guān)，所以這部分細(xì)胞骨架又稱為膜骨架。細(xì)胞外被、質(zhì)膜和表層胞質(zhì)溶膠構(gòu)成細(xì)胞表面。

1．膜脂

主要有三種：磷脂、膽固醇、糖脂；均為兼性分子；脂雙分子層組成生物膜的基本骨架。

2．膜蛋白 分為兩類：外在（外周)蛋白、內(nèi)在（鑲嵌)蛋白

3．膜糖：細(xì)胞外被（糖萼)——細(xì)胞表面

（二)細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)與特性

1． 細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)

質(zhì)膜的流動鑲嵌模型：流動鑲嵌模型突出了膜的流動性和不對稱性，認(rèn)為細(xì)胞膜由流動的脂雙層和嵌在其中的蛋白質(zhì)組成。磷脂分子以疏水性尾部相對，極性頭部朝向水相組成生物膜骨架，蛋白質(zhì)或嵌在脂雙層表面，或嵌在其內(nèi)部，或橫跨整個脂雙層，表現(xiàn)出分布的不對稱性

2．細(xì)胞膜的特性

①不對稱性；質(zhì)膜的內(nèi)外兩層的組分和功能有明顯的差異，稱為膜的不對稱性。

②流動性。質(zhì)膜的流動性由膜脂和蛋白質(zhì)的分子運(yùn)動兩個方面組成質(zhì)膜的流動性是保證其正常功能的必要條件。

二、細(xì)胞質(zhì)

（一)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER)

細(xì)胞由KR. Porter、A. Claude 和 EF. Fullam等人于1945年發(fā)現(xiàn)，他們在觀察培養(yǎng)的小鼠成纖維細(xì)胞時，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)內(nèi)部具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，建議叫做內(nèi)質(zhì)網(wǎng)endoplasmicreticulum，ER，后來發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)不僅僅存在于細(xì)胞的“內(nèi)質(zhì)”部，通常還有質(zhì)膜和核膜相連，并且與高爾基體關(guān)系密切，并且常伴有許多線粒體。

1．粗面型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（roughendoplasimic reticulum，RER，圖6-20)RER呈扁平囊狀，排列整齊，膜圍成的空間稱為ER腔（lumen)，膜外有核糖體附著。

2．光面型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（smoothendoplasimic reticulum，SER，圖6-21)SER呈分支管狀或小泡狀，無核糖體附著。肌肉細(xì)胞中的肌質(zhì)網(wǎng)是一種特化的SER，稱為肌質(zhì)網(wǎng)，可貯存Ca²⁺，引起肌肉收縮。細(xì)胞不含純粹的RER或SER，它們分別是ER連續(xù)結(jié)構(gòu)的一部分。

ER主要功能是合成蛋白質(zhì)和脂類，分泌性蛋白和跨膜蛋白都是在ER中合成的。ER合成的脂類除滿足自身需要外，還提供給高爾基體、溶酶體、內(nèi)體、質(zhì)膜、線粒體、葉綠體等膜性細(xì)胞結(jié)構(gòu)。

（二)高爾基復(fù)合體（GC)

1889年，Golgi用銀染法在貓頭鷹的神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)觀察到了清晰的結(jié)構(gòu)，因此定名為高爾基體。20世紀(jì)50年代以后才正確認(rèn)識它的存在和結(jié)構(gòu)。

電鏡下，GC由扁平囊、小囊泡和大囊泡三部分組成，蛋白質(zhì)加工場所。

常分布于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與細(xì)胞膜之間，呈弓形或半球形，凸出的一面對著內(nèi)質(zhì)網(wǎng)稱為形成面（forming face)或順面（cis face)。凹進(jìn)的一面對著質(zhì)膜稱為成熟面（mature face)或反面（trans face)。順面和反面都有一些或大或小的運(yùn)輸小泡，在具有極性的細(xì)胞中，高爾基體常大量分布于分泌端的細(xì)胞質(zhì)中

（三)溶酶體

1955年de Duve與Novikoff首次發(fā)現(xiàn)溶酶體（lysosome)。它是單層膜圍繞、內(nèi)含多種酸性水解酶類的囊泡狀細(xì)胞器，其主要功能是進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)消化。

1． 溶酶體的形態(tài)結(jié)構(gòu)與酶類

單位膜圍成的囊狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)含60多種酸性水解酶，專門從事細(xì)胞內(nèi)消化作用。

溶酶體膜的特性（1)膜上鑲嵌有質(zhì)子泵，可將H⁺泵入溶酶體內(nèi)，以維持溶酶體內(nèi)的酸性環(huán)境；（2)膜蛋白呈高度糖基化狀態(tài)糖鏈伸向膜內(nèi)側(cè)，可保護(hù)自身膜結(jié)構(gòu)免受內(nèi)部水解酶的消化；（3)膜上具有多種載體蛋白，用于水解產(chǎn)物向外轉(zhuǎn)運(yùn)。

2． 溶酶體的發(fā)生與分類

初級溶酶體是在高爾基體的trans面以出芽的形式形成的，其形成過程如下。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上核糖體合成溶酶體蛋白→進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔進(jìn)行N-連接的糖基化修飾→進(jìn)入高爾基體Cis面膜囊→N-乙酰葡糖胺磷酸轉(zhuǎn)移酶識別溶酶體水解酶的信號斑→將N-乙酰葡糖胺磷酸轉(zhuǎn)移在1~2個甘露糖殘基上→在中間膜囊切去N-乙酰葡糖胺形成M6P配體→與trans膜囊上的受體結(jié)合→選擇性地包裝成初級溶酶體

具有異質(zhì)性，形態(tài)大小及內(nèi)含的水解酶種類都可能有很大的不同，標(biāo)志酶為酸性磷酸酶。根據(jù)完成其生理功能的不同階段可分為初級溶酶體（primarylysosome)，次級溶酶體（secondary lysosome)和殘體小體（residual body)。

（四)過氧化物酶體（微體)

過氧化物酶體（peroxisome)又稱微體（microbody)，由J. Rhodin（1954)首次在鼠腎小管上皮細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)。是一種具有異質(zhì)性的細(xì)胞器，在不同生物及不同發(fā)育階段有所不同。直徑約0.2~1.5um，通常為0.5um，呈圓形，橢圓形或啞呤形不等，由單層膜圍繞而成（圖6-31)。共同特點(diǎn)是內(nèi)含一至多種依賴黃素（flavin)的氧化酶和過氧化氫酶（標(biāo)志酶)，已發(fā)現(xiàn)40多種氧化酶，如L-氨基酸氧化酶，D-氨基酸氧化酶等等，其中尿酸氧化酶（urateoxidase)的含量極高，以至于在有些種類形成酶結(jié)晶構(gòu)成的核心

（五)線粒體

1890年R. Altaman首次發(fā)現(xiàn)線粒體，命名為bioblast，以為它可能是共生于細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立生活的細(xì)菌。

1898年Benda首次將這種顆命名為mitochondrion。

1．線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu)

線粒體一般呈粒狀或桿狀，但因生物種類和生理狀態(tài)而異，可呈環(huán)形，啞鈴形、線狀、分杈狀或其它形狀。主要化學(xué)成分是蛋白質(zhì)和脂類，其中蛋白質(zhì)占線粒體干重的65-70%，脂類占25-30%。一般直徑0.5~1μm，長1.5~3.0μm，在胰臟外分泌細(xì)胞中可長達(dá)10~20μm，稱巨線粒體。數(shù)目一般數(shù)百到數(shù)千個，肝細(xì)胞約1300個線粒體，占細(xì)胞體積的20%；單細(xì)胞鞭毛藻僅1個，酵母細(xì)胞具有一個大型分支的線粒體，巨大變形中達(dá)50萬個；許多哺乳動物成熟的紅細(xì)胞中無線粒體。通常分布在細(xì)胞功能旺盛的區(qū)域。如在肝細(xì)胞中呈均勻分布，在腎細(xì)胞中靠近微血管，呈平行或柵狀排列，腸表皮細(xì)胞中呈兩極性分布，集中在頂端和基部，在精子中分布在鞭毛中區(qū)。

超微結(jié)構(gòu)

線粒體由內(nèi)外兩層膜封閉，包括外膜、內(nèi)膜、膜間隙和基質(zhì)四個功能區(qū)隔。在肝細(xì)胞線粒體中各功能區(qū)隔蛋白質(zhì)的含量依次為：基質(zhì)67%，內(nèi)膜21%，外8%膜，膜間隙4%。

（1)外膜 (outmembrane)

含40%的脂類和60%的蛋白質(zhì)，具有孔蛋白（porin)構(gòu)成的親水通道，允許分子量為5KD以下的分子通過，1KD以下的分子可自由通過。標(biāo)志酶為單胺氧化酶。

（2)內(nèi)膜 （inner membrane)

含100種以上的多肽，蛋白質(zhì)和脂類的比例高于3:1。心磷脂含量高（達(dá)20%)、缺乏膽固醇，類似于細(xì)菌。通透性很低，僅允許不帶電荷的小分子物質(zhì)通過，大分子和離子通過內(nèi)膜時需要特殊的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。線粒體氧化磷酸化的電子傳遞鏈位于內(nèi)膜，因此從能量轉(zhuǎn)換角度來說，內(nèi)膜起主要的作用。內(nèi)膜的標(biāo)志酶為細(xì)胞色素C氧化酶。

內(nèi)膜向線粒體基質(zhì)褶入形成嵴（cristae)嵴上覆有基粒（elementaryparticle)，基粒由頭部（F₁偶聯(lián)因子)和基部（F₀偶聯(lián)因子)構(gòu)成，F(xiàn)₀嵌入線粒體內(nèi)膜

（3)膜間隙(intermembranespace)

是內(nèi)外膜之間的腔隙，延伸至嵴的軸心部，腔隙寬約6-8nm。由于外膜具有大量親水孔道與細(xì)胞質(zhì)相通，因此膜間隙的pH值與細(xì)胞質(zhì)的相似。標(biāo)志酶為腺苷酸激酶。

（4)基質(zhì)（matrix)

為內(nèi)膜和嵴包圍的空間。除糖酵解在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行外，其他的生物氧化過程都在線粒體中進(jìn)行�；�質(zhì)具有一套完整的轉(zhuǎn)錄和翻譯體系。包括線粒體DNA（mtDNA)，70S型核糖體，tRNAs 、rRNA、DNA聚合酶、氨基酸活化酶等。

基粒的結(jié)構(gòu)

ATP合酶（ATP synthetase， 圖7-13)，分子量500KD，狀如蘑菇。分為球形的F₁（頭部)，柄部是一種被稱為寡霉素敏感的蛋白和嵌入膜中的F₀（基部)，它可以利用質(zhì)子動力勢合成ATP，也可以水解ATP，轉(zhuǎn)運(yùn)質(zhì)子，屬于F型質(zhì)子泵。每個肝細(xì)胞線粒體通常含15000個ATP合酶、每個酶每秒鐘可產(chǎn)生100個ATP。

F₁由5種多肽組成α₃β₃γδε復(fù)合體，具有三個ATP合成的催化位點(diǎn)（每個β亞基具有一個)。α和β單位交替排列，狀如桔瓣。γ貫穿αβ復(fù)合體（相當(dāng)于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子)，并與F₀接觸，ε幫助γ與F₀結(jié)合。δ與F₀的兩個b亞基形成固定αβ復(fù)合體的結(jié)構(gòu)（相當(dāng)于發(fā)電機(jī)的定子)。

F₀由三種多肽組成ab₂c₁₂復(fù)合體，嵌入內(nèi)膜，12個c亞基組成一個環(huán)形結(jié)構(gòu)，具有質(zhì)子通道，可使質(zhì)子由膜間隙流回基質(zhì)。

2．線粒體的化學(xué)組成及酶類

復(fù)合物Ⅰ：即NADH-輔酶Q氧化還原酶

復(fù)合物Ⅱ：琥珀酸 -輔酶Q氧化還原酶

復(fù)合物 Ⅲ：輔酶Q-細(xì)胞色素c氧化還原酶

復(fù)合物 Ⅳ：細(xì)胞色素c氧化酶

由復(fù)合物 Ⅰ、 Ⅲ 、Ⅳ和Ⅱ 、 Ⅲ 、Ⅳ分別組成兩條電子傳遞鏈

3．線粒體的半自主作用

1963年M. 和 S. Nass發(fā)現(xiàn)線粒體DNA（mtDNA)后，人們又在線粒體中發(fā)現(xiàn)了RNA、DNA聚合酶、RNA聚合酶、tRNA、核糖體、氨基酸活化酶等進(jìn)行DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)翻譯的全套裝備，說明線粒體具有獨(dú)立的遺傳體系。

雖然線粒體也能合成蛋白質(zhì)，但是合成能力有限。線粒體1000多種蛋白質(zhì)中，自身合成的僅十余種。線粒體的核糖體蛋白、氨酰tRNA 合成酶、許多結(jié)構(gòu)蛋白， 都是核基因編碼， 在細(xì)胞質(zhì)中合成后，定向轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體的，因此稱線粒體為半自主細(xì)胞器

人的線粒體DNA，1981年發(fā)現(xiàn)人的線粒體DNA全長16569bp，編碼的多肽為細(xì)胞色素c氧化酶的3個亞基，F(xiàn)₀的2個亞基，NADH脫氫酶的7個亞基和細(xì)胞色素b等13條多肽。此外線粒體DNA還能合成12S和16SrRNA及22種tRNA。

4．線粒體的生物發(fā)生

線粒體的增殖是通過已有的線粒體的分裂。

（六)核糖體

由rRNA和蛋白質(zhì)組成，含大小兩個亞基，是蛋白質(zhì)合成場所。重要活性部位有：①mRNA結(jié)合部位；②P位；③G位；④A位；⑤肽基轉(zhuǎn)移酶部位；⑥E位。

（七)細(xì)胞骨架

纖維蛋白構(gòu)成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，由微管、微絲和中間纖維組成

三、細(xì)胞核

核一般呈圓形，但因生物的種類而異。在旺盛分裂的組織中，核呈圓形，在長形細(xì)胞中多呈橢圓形，在扁平細(xì)胞中多為扁圓形，在蛾蝶類的絲腺細(xì)胞中為分枝狀，在胚乳細(xì)胞中呈網(wǎng)狀。通常一個細(xì)胞一個核，肝細(xì)胞和心肌細(xì)胞可有雙核，破骨細(xì)胞可有6~50個細(xì)胞核，骨骼肌細(xì)胞可有數(shù)百個核；高等植物的氈絨層可有2~4個核。正在生長的細(xì)胞中，核位于細(xì)胞中央，在分化成熟的細(xì)胞中，常因細(xì)胞內(nèi)含物或特殊結(jié)構(gòu)的存在，核被擠到邊緣。

細(xì)胞核的主要結(jié)構(gòu)包括：①核膜（nuclearenvelope)、②核仁（nucleolus)、③核基質(zhì)（nuclear matrix)、④染色質(zhì)（chromatin)。

在生命活動過程中處于極為重要的地位，是細(xì)胞內(nèi)遺傳信息貯存、復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的場所。

（一)核膜

是包在核外的雙層膜結(jié)構(gòu)。它將DNA與細(xì)胞質(zhì)分隔開，形成核內(nèi)特殊的微環(huán)境，保護(hù)DNA分子免受損傷；使 DNA的復(fù)制和RNA的翻譯表達(dá)在時空上分隔開來；此外染色體定位于核膜上，有利于解旋、復(fù)制、凝縮、平均分配到子核，核被膜還是核質(zhì)物質(zhì)交換的通道。

1．核被膜

是雙層膜結(jié)構(gòu)由內(nèi)核膜（inner nuclearmembrane)、外核膜（outer nuclear membrane)和核周隙（perinuclearspace)三部分構(gòu)成。核被膜上有核孔與細(xì)胞質(zhì)相通。

外核膜胞質(zhì)面附有核糖體，并與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連，核周隙與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔相通，可以說是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的一部分。外核膜上附著10nm的中間纖維intermediatefilament，可見核是被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和中間纖維相對固定的。

核周隙寬20~40nm，腔內(nèi)電子密度低，一般不含固定的結(jié)構(gòu)。

2．核孔復(fù)合體

核孔是細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)之間物質(zhì)交換的通道，一方面核的蛋白都是在細(xì)胞質(zhì)中合成的，通過核孔定向輸入細(xì)胞核，另一方面細(xì)胞核中合成的各類RNA、核糖體亞單位需要通過核孔運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)。此外注射實(shí)驗(yàn)證明，小分子物質(zhì)能夠以自由擴(kuò)散的方式通過核孔進(jìn)入細(xì)胞核。

核孔由至少50種不同的蛋白質(zhì)（nucleoporin)構(gòu)成，稱為核孔復(fù)合體（nuclear porecomplex，NPC)。由環(huán)孔顆粒、周邊顆粒、中央顆粒和無定形物質(zhì)組成。一般哺乳動物細(xì)胞平均有3000個核孔。細(xì)胞核活動旺盛的細(xì)胞中核孔數(shù)目較多，反之較少。

3．核纖層

內(nèi)核膜的內(nèi)表面有一層網(wǎng)絡(luò)狀纖維蛋白質(zhì)，叫核纖層（nuclear lamina)，核纖層的作用有以下兩個方面：（1)保持核的形態(tài)； （2)參與染色質(zhì)和核的組裝。

（二)核仁（necleolus)

核仁見于間期的細(xì)胞核內(nèi)，呈圓球形，一般1-2個，也有多達(dá)3-5個的。核仁的位置不固定，或位于核中央，或靠近內(nèi)核膜，核仁的數(shù)量和大小因細(xì)胞種類和功能而異。一般蛋白質(zhì)合成旺盛和分裂增殖較快的細(xì)胞有較大和數(shù)目較多的核仁，反之核仁很小或缺如。

1．核仁的化學(xué)組成

核仁主要成分為蛋白質(zhì)（80%)、RNA（10%-11%)、DNA（8%)和少量的脂類

2．核仁的形態(tài)結(jié)構(gòu)

核仁與其他的細(xì)胞器不同，周圍沒有界膜包圍，在電子顯微鏡下可辨認(rèn)出有3個特征性的區(qū)域：①纖維成分：由緊密排列、直徑為5-8nm的纖維絲組成其主要成分是RNA和蛋白質(zhì)，他們構(gòu)成了核仁的海綿狀網(wǎng)架。②顆粒成分：由直徑15-20nm的顆粒構(gòu)成，是不同加工階段的RNP。 ③核仁相隨染色質(zhì)分為兩部分，一部分位于核仁周圍，稱為核仁周染色質(zhì)，屬異染色質(zhì)，一部分位于核仁內(nèi)，為常染色質(zhì)，即核仁組織區(qū)，是rDNA所在的位置。④核仁基質(zhì)：為無定型的蛋白質(zhì)性液體物質(zhì)。

3．核仁周期

核仁是一種動態(tài)結(jié)構(gòu)，在分裂間期，由于細(xì)胞需要合成大量的蛋白質(zhì)，核仁組織區(qū)的rDNA快速進(jìn)行rRNA轉(zhuǎn)錄，在其周圍裝配核體亞單位從而形成了典型的核仁結(jié)構(gòu)。在分裂前期核仁組織區(qū)的rDNA停止了rRNA轉(zhuǎn)錄，其周圍核體亞單位散去，核仁消失，分裂末期又重新出現(xiàn)。核仁的主要功能是轉(zhuǎn)錄rRNA和組裝核糖體單位。

核糖體的組裝

（三)核基質(zhì)

核基質(zhì)（nuclear matrix)或稱核骨架（nucleoskeleton)為真核細(xì)胞核內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是指除核被膜、染色質(zhì)、核纖層及核仁以外的核內(nèi)網(wǎng)架體系。由于核基質(zhì)與DNA復(fù)制，RNA轉(zhuǎn)錄和加工，染色體組裝及病毒復(fù)制等生命活動密切相關(guān)，故日益受到重視。

核骨架纖維粗細(xì)不等，直徑為3-30nm，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與核纖層，與核孔復(fù)合體相接，將染色質(zhì)和核仁網(wǎng)絡(luò)在其中。核骨架-核纖層-中間纖維三者相互聯(lián)系形成一個貫穿于核、質(zhì)間的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這一系統(tǒng)較微管、微絲具有更高的穩(wěn)定性。

（四)染色質(zhì)與染色體

染色質(zhì)和染色體是同一物質(zhì)在不同細(xì)胞周期中的形態(tài)表現(xiàn)。

1．染色質(zhì)的化學(xué)組成

染色質(zhì)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成，

DNA是染色質(zhì)的主要成分。

組蛋白帶正電荷，含精氨酸，賴氨酸，屬堿性蛋白，其含量恒定，在真核細(xì)胞中組蛋白共有5種，分為兩類：一類是高度保守的核心組蛋白（core histone)包括H₂A、H₂B、H₃、H₄四種；另一類是可變的連接組蛋白（linker histone)即H₁。

與組蛋白不同，非組蛋白是一類富含天門冬氨酸和谷氨酸的酸性蛋白。非組蛋白的功能是：①幫助DNA分子折疊，以形成不同的結(jié)構(gòu)域，從而有利于DNA的復(fù)制和基因的轉(zhuǎn)錄；②協(xié)助啟動DNA復(fù)制；③控制基因轉(zhuǎn)錄，調(diào)節(jié)基因表達(dá)。

2．染色質(zhì)的超微結(jié)構(gòu)與組裝

人體的一個細(xì)胞核中有23對染色體，每條染色體的DNA雙螺旋若伸展開，平均長為5cm，核內(nèi)全部DNA連結(jié)起來約1.7-2.0m，而細(xì)胞核直徑不足10um。因此，不難想象DNA是以螺旋和折疊的方式壓縮起來的，壓縮比例高達(dá)上萬倍，這種壓縮的最初級結(jié)構(gòu)就是核小體。

核小體是一種串珠狀結(jié)構(gòu)，由核心顆粒和連結(jié)線DNA兩部分組成，可描述如下：①每個核小體單位包括約200bp的DNA、一個組蛋白核心和一個H₁；②由H₂A、H₂B、H₃、H₄各兩分子形成八聚體，構(gòu)成核心顆粒；③DNA分子以左手螺旋纏繞在核心顆粒表面，每圈80bp，共1.75圈，約146bp，兩端被H₁鎖合；④相鄰核心顆粒之間為一段60bp的連接線DNA。

核小體和螺線管結(jié)構(gòu)

染色體的包裝方式

3．常染色質(zhì)與異染色質(zhì)

間期核中染色質(zhì)可分為異染色質(zhì)（heterochromatin)和常染色質(zhì)（euchromatin)。常染色質(zhì)是進(jìn)行活躍轉(zhuǎn)錄的部位，呈疏松的環(huán)狀，電鏡下表現(xiàn)為淺染；纖維直徑約10nm，易被核酸酶在一些敏感的位點(diǎn)（hypersensitivesites)降解。異染色質(zhì)的特點(diǎn)是：在間期核中處于凝縮狀態(tài)，無轉(zhuǎn)錄活性，也叫非活動染色質(zhì)(inactivechromatin)；是遺傳惰性區(qū)；在細(xì)胞周期中表現(xiàn)為晚復(fù)制、早凝縮，即異固縮現(xiàn)象(heteropycnosis

結(jié)構(gòu)（恒定)異染色質(zhì)（constitutiveheterochromatin)：在所有細(xì)胞內(nèi)和都呈異固縮的染色質(zhì)，多定位于著絲粒區(qū)（圖12-15)，端粒，次縊痕及染色體臂的某些節(jié)段，在間期聚集成多個染色中心（chromocenter)，由相對簡單的高度重復(fù)序列構(gòu)成。

兼性（功能)異染色質(zhì)（facultativeheterochromatin)：是指不同細(xì)胞類型或不同發(fā)育時期出現(xiàn)的異染色質(zhì)區(qū)。雌性哺乳類動物的X染色體就是一類特殊的兼性異染色質(zhì)。在哺乳動物細(xì)胞內(nèi)如有兩個X染色體（通常為雌性)，則其中的一個染色體常表現(xiàn)為異染色質(zhì)（圖12-16)，稱巴氏小體（barr body)。人的胚胎發(fā)育到16天以后，一條X染色體轉(zhuǎn)變?yōu)榘褪闲◇w，呈塊狀緊靠核膜，染色反應(yīng)表現(xiàn)為深染。因此通過檢查羊水中胚胎細(xì)胞的巴氏小體可預(yù)測胎兒的性別。

第四節(jié)  細(xì)胞的功能

一、細(xì)胞膜的物質(zhì)運(yùn)輸

（一)穿膜運(yùn)輸

是離子和小分子過膜的形式包括簡單擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散、主動運(yùn)輸

1．簡單擴(kuò)散

也叫自由擴(kuò)散（free diffusing)，特點(diǎn)是：①沿濃度梯度（或電化學(xué)梯度)擴(kuò)散；②不需要提供能量；③沒有膜蛋白的協(xié)助。

脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越�。环菢O性分子比極性容易透過，小分子比大分子容易透過。具有極性的水分子容易透過是因水分子小，可通過由膜脂運(yùn)動而產(chǎn)生的間隙。

非極性的小分子如O₂、CO₂、N₂可以很快透過脂雙層，不帶電荷的極性小分子，如水、尿素、甘油等也可以透過人工脂雙層，盡管速度較慢

2．協(xié)助擴(kuò)散

運(yùn)輸特點(diǎn)是： ①比自由擴(kuò)散轉(zhuǎn)運(yùn)速率高； ②存在最大轉(zhuǎn)運(yùn)速率； 在一定限度內(nèi)運(yùn)輸速率同物質(zhì)濃度成正比。如超過一定限度，濃度再增加，運(yùn)輸也不再增加。因膜上載體蛋白的結(jié)合位點(diǎn)已達(dá)飽和； ③有特異性，即與特定溶質(zhì)結(jié)合。這類特殊的載體蛋白主要有離子載體和通道蛋白兩種類型。

3．主動運(yùn)輸

主動運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)是：①逆濃度梯度（逆化學(xué)梯度)運(yùn)輸；②需要能量（由ATP直接供能)或與釋放能量的過程偶聯(lián)（協(xié)同運(yùn)輸)；③都有載體蛋白。

主動運(yùn)輸所需的能量來源主要有：

  協(xié)同運(yùn)輸中的離子梯度動力；

ATP驅(qū)動的泵通過水解ATP獲得能量；

（1)離子泵：實(shí)際上就是Na⁺-K⁺ATP酶，一般認(rèn)為是由2個大亞基、2個小亞基組成的4聚體。Na⁺-K⁺ATP酶通過磷酸化和去磷酸化過程發(fā)生構(gòu)象的變化，導(dǎo)致與Na⁺、K⁺的親和力發(fā)生變化。在膜內(nèi)側(cè)Na⁺與酶結(jié)合，激活A(yù)TP酶活性，使ATP分解，酶被磷酸化，構(gòu)象發(fā)生變化，于是與Na⁺結(jié)合的部位轉(zhuǎn)向膜外側(cè)；這種磷酸化的酶對Na⁺的親和力低，對K⁺的親和力高，因而在膜外側(cè)釋放Na⁺、而與K⁺結(jié)合。K⁺與磷酸化酶結(jié)合后促使酶去磷酸化，酶的構(gòu)象恢復(fù)原狀，于是與K⁺結(jié)合的部位轉(zhuǎn)向膜內(nèi)側(cè)，K⁺與酶的親和力降低，使K⁺在膜內(nèi)被釋放，而又與Na⁺結(jié)合。其總的結(jié)果是每一循環(huán)消耗一個ATP；轉(zhuǎn)運(yùn)出三個Na⁺，轉(zhuǎn)進(jìn)兩個K⁺。

Na-K泵示意圖

（2)協(xié)同運(yùn)輸：協(xié)同運(yùn)輸（cotransport)是一類靠間接提供能量完成的主動運(yùn)輸方式。物質(zhì)跨膜運(yùn)動所需要的能量來自膜兩側(cè)離子的電化學(xué)濃度梯度，而維持這種電化學(xué)勢的是鈉鉀泵或質(zhì)子泵。動物細(xì)胞中常常利用膜兩側(cè)Na⁺濃度梯度來驅(qū)動，植物細(xì)胞和細(xì)菌常利用H⁺濃度梯度來驅(qū)動。根據(jù)物質(zhì)運(yùn)輸方向與離子沿濃度梯度的轉(zhuǎn)移方向，協(xié)同運(yùn)輸又可分為：同向協(xié)同（symport)與反向協(xié)同（antiport)。

小腸對葡萄糖的吸收

反向協(xié)同

（二)膜泡運(yùn)輸

真核細(xì)胞通過胞吞作用（endocytosis)和胞吐作用（exocytosis)完成大分子與顆粒性物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸。在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，質(zhì)膜內(nèi)陷，形成包圍細(xì)胞外m.f1411.cn/sanji/物質(zhì)的囊泡，因此又稱膜泡運(yùn)輸。

1．胞吞作用

是質(zhì)膜內(nèi)陷將外來的大分子和顆粒物質(zhì)包圍，形成小泡轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)的過程�？煞譃橥淌勺饔�、胞飲作用和受體介導(dǎo)的胞吞作用。

（1)吞噬作用：細(xì)胞內(nèi)吞較大的固體顆粒物質(zhì)（圖5-13)，如細(xì)菌、細(xì)胞碎片等，稱為吞噬作用（phagocytosis)。吞噬現(xiàn)象是原生動物獲取營養(yǎng)物質(zhì)的主要方式，在后生動物中亦存在吞噬現(xiàn)象。如：在哺乳動物中，中性顆粒白細(xì)胞和巨噬細(xì)胞具有極強(qiáng)的吞噬能力，以保護(hù)機(jī)體免受異物侵害。

（2)胞飲作用：細(xì)胞吞入的物質(zhì)為液體或極小的顆粒物質(zhì)（圖5-14)，這種內(nèi)吞作用稱為胞飲作用（pinocytosis)。胞飲作用存在于白細(xì)胞、腎細(xì)胞、小腸上皮細(xì)胞、肝巨噬細(xì)胞和植物細(xì)胞。

（3)受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用

2．胞吐作用

與內(nèi)吞作用的順序相反，某些大分子物質(zhì)通過形成小囊泡從細(xì)胞內(nèi)部移至細(xì)胞表面，小囊泡的膜與質(zhì)膜融合，將物質(zhì)排出細(xì)胞之外，這個過程稱為外排作用（exocytosis)，細(xì)胞內(nèi)不能消化的物質(zhì)和合成的分泌蛋白都是通過這種途徑排出的。

二、細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸

（一)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的運(yùn)輸與分選

1．蛋白質(zhì)的運(yùn)輸與分選

1)門控運(yùn)輸（gatedtransport)：如核孔可以選擇性的主動運(yùn)輸大分子物質(zhì)和RNP復(fù)合體，并且允許小分子物質(zhì)自由進(jìn)出細(xì)胞核。

2)跨膜運(yùn)輸（transmembranetransport)：蛋白質(zhì)通過跨膜通道進(jìn)入目的地。如細(xì)胞質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)在信號序列的引導(dǎo)下，通過線粒體上的轉(zhuǎn)位因子，以解折疊的線性分子進(jìn)入線粒體。

3)膜泡運(yùn)輸（vesiculartransport)：蛋白質(zhì)被選擇性地包裝成運(yùn)輸小泡，定向轉(zhuǎn)運(yùn)到靶細(xì)胞器。如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向高爾基體的物質(zhì)運(yùn)輸、高爾基體分泌形成溶酶體、細(xì)胞攝入某些營養(yǎng)物質(zhì)或激素，都屬于這種運(yùn)輸方式。

2．兩種類型的分選信號

①信號肽（signalsequence)：存在于蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)上的線性序列，通常15-60個氨基酸殘基，有些信號序列在完成蛋白質(zhì)的定向轉(zhuǎn)移后被信號肽酶（signalpeptidase)切除.

②信號斑（signal patch)：存在于完成折疊的蛋白質(zhì)中，構(gòu)成信號斑的信號序列之間可以不相鄰，折疊在一起構(gòu)成蛋白質(zhì)分選的信號。

（二)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的加工與分泌

三、細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換

葡萄糖徹底氧化轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰拷?jīng)歷如下代謝過程：

① 糖酵解  ②乙酰輔酶A形成  ③三羧酸循環(huán)  ④電子傳遞和氧化磷酸化 

其中 ①在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行，②③在線粒體基質(zhì)中，④在線粒體內(nèi)膜中進(jìn)行。

四、細(xì)胞的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

（一)信號分子與受體

1．信號分子：能以某種方式引起細(xì)胞發(fā)生功能改變的外界物質(zhì)。

2．受體：能識別信號分子并與之結(jié)合而引發(fā)其所在細(xì)胞產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)的生物大分子。

（二)膜受體類型及信號傳遞途徑

五、細(xì)胞識別

1．相同受體間相互作用

2．受體與細(xì)胞表面大分子間相互作用

3．相同受體與游離大分子間相互作用

六、細(xì)胞消化與防御

1．異噬作用：細(xì)胞通過胞吞作用形成內(nèi)體或吞噬小體，再與含溶酶體酶的小泡融合進(jìn)行消化。

2．自噬作用：含溶酶體酶的小泡與細(xì)胞內(nèi)自噬小體融合形成自噬性溶酶體進(jìn)行消化。

3． 自溶作用

4． 胞外消化

七、細(xì)胞的支持與運(yùn)動

1．細(xì)胞骨架特別是微管參與決定了細(xì)胞的幾何形狀。

2．所有細(xì)胞運(yùn)動都與細(xì)胞骨架體系（尤其是微管、微絲)有關(guān)，同時需要ATP和動力蛋白。

第五節(jié)  細(xì)胞增殖周期

細(xì)胞增殖是通過細(xì)胞周期（cell cycle)來實(shí)現(xiàn)的，而細(xì)胞周期的有序運(yùn)行是通過相關(guān)基因的嚴(yán)格監(jiān)視和調(diào)控來保證的。細(xì)胞無限制增長對個體來說意味著癌癥，個體無限制繁殖對地球來說意味著災(zāi)難。一個大腸桿菌若按20分鐘分裂一次，并保持這一速度，則兩天即可超過地球的重量。

一、細(xì)胞周期一些概念

細(xì)胞周期指連續(xù)分裂的細(xì)胞由一次有絲分裂結(jié)束到下一次有絲分裂結(jié)束所經(jīng)歷的過程，所需的時間叫細(xì)胞周期時間。

可分為四個階段：①G₁期(gap1)，指從有絲分裂完成到期DNA復(fù)制之前的間隙時間；②S期(synthesisphase)，指DNA復(fù)制的時期，只有在這一時期H³-TDR才能摻入新合成的DNA中；③G₂期(gap2)，指DNA復(fù)制完成到有絲分裂開始之前的一段時間；④M期又稱D期(mitosis ordivision)，細(xì)胞分裂開始到結(jié)束。

體內(nèi)細(xì)胞的動態(tài)

從增殖的角度來看，可將高等動物的細(xì)胞分為三類：①連續(xù)分裂細(xì)胞，在細(xì)胞周期中連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)因而又稱為周期細(xì)胞，如表皮生發(fā)層細(xì)胞、部分骨髓細(xì)胞。②休眠細(xì)胞暫不分裂，但在適當(dāng)?shù)拇碳は驴芍匦逻M(jìn)入細(xì)胞周期，稱G₀期細(xì)胞，如淋巴細(xì)胞、肝、腎細(xì)胞等。③不分裂細(xì)胞，指不可逆地脫離細(xì)胞周期，不再分裂的細(xì)胞，又稱終端細(xì)胞，如神經(jīng)、肌肉、多形核細(xì)胞等等。

二、細(xì)胞周期各時相的動態(tài)及特點(diǎn)

（一)G1期（合成前期)

G1期是細(xì)胞生長的主要階段，也是為進(jìn)入S期準(zhǔn)備必要的物質(zhì)基礎(chǔ)的時期。在此期，細(xì)胞進(jìn)行生物合成，產(chǎn)生大量的RNA和蛋白質(zhì)。

（二)S期（合成期)

細(xì)胞由G1期進(jìn)入S期，主要進(jìn)行DNA的復(fù)制，組蛋白和非組蛋白等染色質(zhì)蛋白的合成。 DNA的復(fù)制是細(xì)胞增殖的關(guān)鍵，細(xì)胞增殖的主要物質(zhì)基礎(chǔ)是細(xì)胞質(zhì)和遺傳物質(zhì)的倍增，前者的合成貫穿于整個細(xì)胞周期，后者復(fù)制僅局限于S期。

（三)G2期（合成后期)

這一時期主要為M期進(jìn)行多種結(jié)構(gòu)和功能準(zhǔn)備。這時期細(xì)胞繼續(xù)進(jìn)行RNA和蛋白質(zhì)的合成，進(jìn)行細(xì)胞生長，同時還合成一些特殊的蛋白質(zhì)，如合成一種可溶性的蛋白激酶，它可使核纖層磷酸化，達(dá)到一定程度便引起核膜破裂，也合成使染色質(zhì)凝集的成熟促進(jìn)因子，構(gòu)成紡錘絲的微管蛋白。

（四)M期(分裂期)

這一時期將確保親本細(xì)胞核染色體能精確均等地分配給兩個細(xì)胞，使分裂后的細(xì)胞保持遺傳上的一致性。為了便于描述，根據(jù)細(xì)胞核的形態(tài)變化，認(rèn)為地分為前、中、后、末四個時期。

三、有絲分裂各期的主要特征

（一)核分裂

1． 前期

前期的主要事件是：①染色質(zhì)凝縮，②分裂極確立與紡錘體開始形成，③核仁解體，④核膜消失。

前期最顯著的特征是染色質(zhì)通過螺旋化和折疊，變短變粗，形成光學(xué)顯微鏡下可以分辨的染色體，每條染色體包含2個染色單體。

早在S期兩個中心粒已完成復(fù)制，在前期移向兩極，兩對中心粒之間形成紡錘體微管，當(dāng)核膜解體時，兩對中心粒已到達(dá)兩極，并在兩者之間形成紡錘體，

2．中期

指從核膜消失到有絲分裂器形成的時期。該期染色體最大程度地被壓縮，由動粒微管牽引排列在紡錘體的中央形成赤道板。有絲分裂器是由紡錘體、中心粒和染色體組成。染色體兩邊的牽引力就像拔河一樣達(dá)到平衡

3．后期

指姊妹染色單體分開并移向兩極的時期，當(dāng)子染色體到達(dá)兩極后，標(biāo)志這一時期結(jié)束。后期可以分為兩個方面：①后期A，指染色體向兩極移動的過程。這是因?yàn)槿旧�體著絲點(diǎn)微管在著絲點(diǎn)處去組裝而縮短，在分子馬達(dá)的作用下染色體向兩極移動，體外實(shí)驗(yàn)證明即使在不存在ATP的情況下，染色體著絲點(diǎn)也有連接到正在去組裝的微管上的能力，使染色體發(fā)生移動。②后期B，指兩極間距離拉大的過程。這是因?yàn)橐环矫鏄O體微管延長，結(jié)合在極體微管重疊部分的馬達(dá)蛋白提供動力，推動兩極分離，另一方面星體微管去組裝而縮短，結(jié)合在星體微管正極的馬達(dá)蛋白牽引兩極距離加大。

4．末期

是從子染色體到達(dá)兩極，至形成兩個新細(xì)胞為止的時期。末期涉及子核的形成和胞質(zhì)分裂兩個方面。

（二)胞質(zhì)分裂

雖然核分裂與胞質(zhì)分裂（cytokinesis)是相繼發(fā)生的，但屬于兩個分離的過程，例如大多數(shù)昆蟲的卵，核可進(jìn)行多次分裂而無胞質(zhì)分裂，某些藻類的多核細(xì)胞可長達(dá)數(shù)尺，以后胞質(zhì)才分裂形成單核細(xì)胞。

動物細(xì)胞的胞質(zhì)分裂是以形成收縮環(huán)的方式完成的，收縮環(huán)在后期形成，由大量平行排列的肌動蛋白和結(jié)合在上面的myosin II等成分組成，用細(xì)胞松馳素及肌動蛋白和肌球蛋白抗體處理均能抑制收縮環(huán)的形成。不難想象胞質(zhì)收縮環(huán)工作原理和肌肉收縮時一樣的。

四、細(xì)胞周期的調(diào)控

五、細(xì)胞周期與醫(yī)學(xué)

第三章  生命的延續(xù)

第一節(jié)  無性生殖與有性生殖

一、無性生殖：由母體直接產(chǎn)生新個體的生殖方式。如細(xì)菌的分裂生殖。

二、有性生殖：是高等動植物普遍存在的生殖方式。由兩性親本產(chǎn)生配子，兩性配子結(jié)合形成合子，合子發(fā)育成新個體。

第二節(jié)   配子發(fā)生

一、精子發(fā)生

指精原細(xì)胞發(fā)育為精子的過程，約需64-72天。精子的發(fā)生在睪丸曲細(xì)精管內(nèi)進(jìn)行，可分為增殖期、生長期、成熟期、變形期等4個時期。

（一)增殖期：精原細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂

（二)生長期：精原細(xì)胞體積增大，形成初級精母細(xì)胞。

（三)成熟期：初級精母細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂形成四個精細(xì)胞。

（四)變形期：精細(xì)胞變形形成精子的過程。

二、卵子的發(fā)生

（一)增殖期：卵原細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂

（二)生長期：卵原細(xì)胞體積增大，形成初級卵母細(xì)胞。初級卵母細(xì)胞進(jìn)入第一次減數(shù)分裂并停止在前期的雙線期。

（三)成熟期：初級精母細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂形成一個卵細(xì)胞和三個極體。

第三節(jié)  減數(shù)分裂

數(shù)分裂（Meiosis)的特點(diǎn)是DNA復(fù)制一次，而細(xì)胞連續(xù)分裂兩次，形成單倍體的精子和卵子，通過受精作用又恢復(fù)二倍體，減數(shù)分裂過程中同源染色體間發(fā)生交換，使配子的遺傳多樣化，增加了后代的適應(yīng)性，因此減數(shù)分裂不僅是保證生物種染色體數(shù)目穩(wěn)定的機(jī)制，同且也是物種適應(yīng)環(huán)境變化不斷進(jìn)化的機(jī)制。

一、第一次減數(shù)分裂

（一)前期I

減數(shù)分裂的特殊過程主要發(fā)生在前期I，通常人為劃分為5個時期：①細(xì)線期（leptotene)、②合線期（zygotene)、③粗線期（pachytene)、④雙線期（diplotene)、⑤終變期（diakinesis)。必須注意的是這5個階段本身是連續(xù)的，它們之間并沒有截然的界線

1)細(xì)線期: 染色體呈細(xì)線狀，具有念珠狀的染色粒。持續(xù)時間最長，占減數(shù)分裂周期的40%。細(xì)線期雖然染色體已經(jīng)復(fù)制，但光鏡下分辨不出兩條染色單體。由于染色體細(xì)線交織在一起，偏向核的一方，所以又稱為凝線期(synizesis)，在有些物種中表現(xiàn)為染色體細(xì)線一端在核膜的一側(cè)集中，另一端放射狀伸出，形似花束，稱為花束期(bouquetstage)。

2)偶線期：持續(xù)時間較長，占有絲分裂周期的20%。亦稱偶線期，是同源染色體配對的時期，這種配對稱為聯(lián)會(synapsis)。這一時期同源染色體間形成聯(lián)會復(fù)合體(synaptonemalcomplex，SC)。在光鏡下可以看到兩條結(jié)合在一起的染色體，稱為二價體（bivalent)。每一對同源染色體都經(jīng)過復(fù)制，含四個染色單體，所以又稱為四分體（tetrad

3)粗線期：持續(xù)時間長達(dá)數(shù)天，此時染色體變短，結(jié)合緊密，在光鏡下只在局部可以區(qū)分同源染色體，這一時期同源染色體的非姊妹染色單體之間發(fā)生交換的時期。在果蠅粗線期SC上具有與SC寬度相近的電子致密球狀小體，稱為重組節(jié)，與DNA的重組有關(guān)。

4)雙線期：聯(lián)會的同源染色體相互排斥、開始分離，但在交叉點(diǎn)(chiasma)上還保持著聯(lián)系。雙線期染色體進(jìn)一步縮短，在電鏡下已看不到聯(lián)會復(fù)合體。植物細(xì)胞雙線期一般較短，但在許多動物中雙線期停留的時間非常長，人的卵母細(xì)胞在五個月胎兒中已達(dá)雙線期，而一直到排卵都停在雙線期，排卵年齡大約在12-50歲之間。成熟的卵細(xì)胞直到受精后，才迅速完成兩次分裂，形成單倍體的卵核。

在魚類、兩棲類、爬行類、鳥類以及無脊椎動物的昆蟲中，雙線期的二價體解螺旋而形成燈刷染色體，這一時期是卵黃積累的時期。

5)終變期：二價體顯著變短，并向核周邊移動，在核內(nèi)均勻散開。所以是觀察染色體的良好時期。

由于交叉端化過程的進(jìn)一步發(fā)展，故交叉數(shù)目減少，通常只有一至二個交叉。終變期二價體的形狀表現(xiàn)出多樣性,如V形、O形等。

（二)中期I：核仁消失，核被膜解體，標(biāo)志進(jìn)入中期I，中期I的主要特點(diǎn)是染色體排列在赤道面上。每個二價體有4個著絲粒、姊妹染色單位的著絲粒定向于紡錘體的同一極，故稱聯(lián)合定向(co-orientation)。

（三)后期I：二價體中的兩條同源染色體分開，分別向兩極移動。由于相互分離的是同源染色體，所以染色體數(shù)目減半。但每個子細(xì)胞的DNA含量仍為2C。同源染色體隨機(jī)分向兩極，使母本和父本染色體重所組合，產(chǎn)生基因組的變異。如人類染色體是23對，染色體組合的方式有223個（不包括交換)，因此除同卵孿生外，幾乎不可能得到遺傳上等同的后代。

（四)末期I染色體到達(dá)兩極后，解旋為細(xì)絲狀、核膜重建、核仁形成，同時進(jìn)行胞質(zhì)分裂。

二、第二次減數(shù)分裂

第二次減數(shù)分裂的間期很短，并無DNA的復(fù)制。

（一)前期Ⅱ

每個二分體凝縮，核膜消失。

（二)中期Ⅱ

個二分體排列于赤道面上形成赤道板，著絲�？v裂而

成2條染色體，其著絲粒區(qū)的動原粒連于紡錘絲的微管

（三)后期Ⅱ

各染色體被紡錘絲拉向兩極。

（四)末期Ⅱ

各染色體移至兩極后，解旋伸展，分別形成細(xì)胞核。結(jié)果，分裂后所形成的細(xì)胞中只含單倍數(shù)染色體，以人來說只含23條染色體。

第四節(jié)   受精（fertilization)

精子與卵子結(jié)合形成受精卵的過程稱為受精。

第一節(jié)  遺傳的分子基礎(chǔ)

一、DNA結(jié)構(gòu)特征及其生物學(xué)意義

1．DNA分子中堿基的排列順序就是DNA序列。

2．DNA分子的雙螺旋堿基互補(bǔ)結(jié)構(gòu)是復(fù)制和修復(fù)的基礎(chǔ)。

3．DNA分子雙鏈的互補(bǔ)性是DNA分析技術(shù)的基礎(chǔ)。

二、人類基因組

（一)線粒體基因組及其主要特征

基因組（genome)是細(xì)胞內(nèi)全部遺傳物質(zhì)的總稱。細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)包括存在于細(xì)胞核內(nèi)的全部DNA和存在于線粒體內(nèi)的DNA，前者稱為核基因組（nuclear genome)，后者稱為線粒體基因組（mitochondrialgenome)。

（二)核基因組及其主要特征

組成基因組的DNA序列：核基因組包括3×10⁹bp，約含3-5萬基因。根據(jù)DNA出現(xiàn)的拷貝數(shù)可以將組成基因組的DNA序列分為三類：

1．單一序列（uniquesequences)：在一個基因組中只出現(xiàn)一次或很少幾次，約占基因組DNA的60%，大多數(shù)結(jié)構(gòu)基因?qū)儆趩我恍蛄校?/p>

2．重復(fù)序列

（1)高度重復(fù)序列（highlyrepetitive sequences)：約占基因組DNA的10%，重復(fù)單位的長度小于200bp，在基因組中出現(xiàn)的拷貝數(shù)在10⁶-10⁸，如組成端粒和著絲粒的序列屬于高度重復(fù)序列；

（2)中度重復(fù)序列（moderatelyrepetitive sequences)：約占基因組DNA的30%，重復(fù)單位的長度在200bp以上，在基因組的拷貝數(shù)在10²-10⁵，少數(shù)基因?qū)儆谥卸戎貜?fù)序列。

3．多基因家族（multigenefamily)及假基因

多基因家族指由一個祖先基因經(jīng)過重復(fù)和突變所形成的一組基因，其中至少有一個功能基因。多基因家族有兩類：一類串聯(lián)排列在同一條染色體上，稱為基因簇（gene cluster)，如α基因簇；另一類是不同成員分布在不同染色體上。

在多基因家族成員中某些基因不能合成相應(yīng)的蛋白產(chǎn)物，稱為假基因。

三、斷裂基因的基本結(jié)構(gòu)

大多數(shù)真核生物基因的編碼序列不是連續(xù)排列的，被非編碼序列隔開，因此，稱為斷裂基因（split gene)。

1．外顯子（exon)和內(nèi)含子（intron)

基因內(nèi)的編碼序列稱為外顯子。

位于兩外顯子之間的非編碼序列稱為內(nèi)含子。

外顯子內(nèi)含子接頭序列：在外顯子與內(nèi)含子接頭有一段高度保守的序列，是RNA剪接的信號，稱為接頭序列。每個內(nèi)含子的5’端以GT開始，在3’端以AG結(jié)束，所以又稱為GT-AG法則。

2．側(cè)翼序列（flankingsequences)：在基因的兩側(cè)不被轉(zhuǎn)錄的非編碼序列，這些序列在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中起重要作用。它們包括位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游的啟動子序列、位于轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)下游的終止子序列和位置不固定的轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列，如增強(qiáng)子、靜止子等。

1)啟動子（promoters)：是一段特異的核苷酸序列，通常位于基因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游的100bp范圍，是RNA聚合酶的結(jié)合部位，能啟動和促進(jìn)轉(zhuǎn)錄過程。啟動子決定了雙鏈DNA中的轉(zhuǎn)錄鏈，常見序列有：

TATA框（TATA box)：位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游大約-20～-30bp處，是高度保守的一段序列，由7個堿基組成，即TATAA（T)AA（T)，其中只有兩個堿基可以有變化。TATA框能夠與轉(zhuǎn)錄因子TFⅡ結(jié)合，再與RNA聚合酶Ⅱ形成復(fù)合物，從而準(zhǔn)確地識別轉(zhuǎn)錄的起始位置，對于轉(zhuǎn)錄水平有著定量效應(yīng)。

CAAT框（CAAT box)：位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-70～-80bp，也是一段保守序列，由9個堿基組成，其序列為GGC（T)CAATCA，其中只有一個堿基可以變化。轉(zhuǎn)錄因子CTF能夠識別CAAT框并且與之結(jié)合，其C端有著激活轉(zhuǎn)錄的功能。所以CAAT框有促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的功能。

GC框（GC box)：其順序?yàn)镚GCGGG，有兩個拷貝，位于CAAT框兩側(cè)。轉(zhuǎn)錄因子Sp1能識別GC框并且與之結(jié)合，其N端有激活轉(zhuǎn)錄的作用。所以，GC框有激活轉(zhuǎn)錄的功能。

2)增強(qiáng)子（enhancer)：增強(qiáng)子能增強(qiáng)啟動子發(fā)動轉(zhuǎn)錄的作用，從而明顯地提高基因轉(zhuǎn)錄的效率。增強(qiáng)子的位置不固定，可以位于啟動子上游，也可以位于啟動子下游，可以距離啟動子很遠(yuǎn)，也可以距離啟動子較近。

3)終止子（terminator)：終止子為反向重復(fù)序列，是RNA聚合酶停止工作的信號，反向重復(fù)序列轉(zhuǎn)錄后，可以形成發(fā)夾式結(jié)構(gòu)，并且形成一串U。發(fā)夾式結(jié)構(gòu)阻礙了RNA聚合酶的移動，一串U的U與DNA模板中的A結(jié)合不穩(wěn)定，從模板上脫落下來，轉(zhuǎn)錄終止。

四、DNA的復(fù)制（replication)

真核生物的復(fù)制過程：

（1)從復(fù)制起始點(diǎn)開始雙向復(fù)制，再起始點(diǎn)兩側(cè)分別形成復(fù)制叉，隨著復(fù)制叉的移動，相鄰的復(fù)制子匯合，當(dāng)所有的復(fù)制子匯合，復(fù)制完成。（2)DNA的復(fù)制是半不連續(xù)的。由于DNA聚合酶只能使DNA鏈的3ˊ端加脫氧核苷酸，所以新的DNA鏈只能沿5ˊ→3ˊ的方向進(jìn)行。以3ˊ→5ˊ鏈為模板，DNA沿5ˊ→3ˊ方向復(fù)制，復(fù)制是連續(xù)的，復(fù)制速度快，新合成的鏈為前導(dǎo)鏈；以5ˊ→3ˊ方向復(fù)制，需要引物RNA提供3ˊ末端，先合成岡崎片段，然后去掉引物RNA，在DNA連接酶作用下補(bǔ)上一段DNA，復(fù)制是不連續(xù)的，復(fù)制速度慢，新合成的鏈為后隨鏈。（3)DNA的復(fù)制是半保留的。

五、基因的表達(dá)與調(diào)控：

（一)基因的表達(dá)

儲存在DNA中的遺傳信息通過在細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)錄（transcription)形成mRNA，并由mRNA在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)經(jīng)過翻譯（translation)轉(zhuǎn)變成具有生物活性的蛋白質(zhì)分子的過程，稱為基因表達(dá)（geneexpression)。

1．轉(zhuǎn)錄（transcription)：

在細(xì)胞核內(nèi)，以DNA鏈為模板合成mRNA的過程稱為轉(zhuǎn)錄。在雙鏈DNA中，做為轉(zhuǎn)錄模板的DNA單鏈稱為模板鏈（templatestrand)或反義鏈（anti-sense strand)，不作為模板的DNA單鏈稱為非模板鏈或有義鏈（sense strand)。雙鏈DNA解旋后，RNA聚合酶沿著DNA模板移動，到達(dá)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)后，即開始合成RNA。DNA轉(zhuǎn)錄后的初級產(chǎn)物為hnRNA（heterogeniousnuclear RNA)，初級產(chǎn)物需要經(jīng)過加工后成為成熟的mRNA。加工過程包括：

加帽：在RNA的5’端接上一個甲基化帽，即7-甲基鳥嘌呤核苷酸。

剪接：是指在酶的作用下，將初級RNA中的內(nèi)含子序列切掉，并將各外顯子序列拼接起來；

加尾：在腺苷酸聚合酶的作用下，在RNA的3’端加接一連串腺苷酸，形成多聚腺苷酸（poly A)尾。

2．翻譯（translation)：

在細(xì)胞質(zhì)中，以mRNA為模板，tRNA為運(yùn)載工具，將活化氨基酸在核糖體上裝配成多肽鏈的過程，多肽鏈經(jīng)過修飾加工成為有生物學(xué)活性的蛋白質(zhì)。

（二)基因表達(dá)的調(diào)控

真核生物的調(diào)控

（1)轉(zhuǎn)錄前調(diào)控：組蛋白與DNA結(jié)合后，可以抑制基因表達(dá)。非組蛋白可以解除組蛋白對DNA轉(zhuǎn)錄的抑制，促進(jìn)DNA轉(zhuǎn)錄，是轉(zhuǎn)錄前調(diào)控的重要方式。

（2)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控：是人類基因表達(dá)調(diào)控的關(guān)鍵，可以通過啟動子、增強(qiáng)子等特異序列與相應(yīng)的蛋白質(zhì)結(jié)合激活或抑制轉(zhuǎn)錄過程而到達(dá)調(diào)控基因表達(dá)的目的。

（3)轉(zhuǎn)錄后調(diào)控：主要是初級RNA加工過程受到調(diào)控。通過不同的加工可以由一個基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物產(chǎn)生出不同的成熟mRNA，從而翻譯出不同的蛋白質(zhì)。

（4)翻譯水平調(diào)控：核糖體數(shù)量、mRNA的成熟度、啟動因子、延伸因子、釋放因子和各種酶等均能影響蛋白質(zhì)合成。

（5)翻譯后調(diào)控：多肽鏈合成后要通過修飾、加工，才能成為具有一定生物活性的蛋白質(zhì)。

六、基因的突變與修復(fù)

（一)基因突變（gene mutation)

1． 基因突變的概念

2． 基因突變類型

（1)點(diǎn)突變(pointmutation)或堿基替換（base substitution)

概念：一個堿基對被另一個堿基對所替代。

主要類型：

1)轉(zhuǎn)換（transition)：嘌呤代替嘌呤，或嘧啶代替嘧啶

2)顛換（transversion)：嘌呤被嘧啶所替代或嘧啶被嘌呤所替代。

效應(yīng)：點(diǎn)突變的效應(yīng)取決于突變所累及的區(qū)域

同義突變（same sensemutation)：盡管堿基序列發(fā)生了改變，但并不改變其所編碼的氨基酸。例如， GCG（Ala)→GCC（Ala)；

錯義突變（missensemutation)：堿基改變導(dǎo)致所編碼的氨基酸發(fā)生改變，即由一種氨基酸密碼子變?yōu)榱硪环N氨基酸密碼子。如GCA（Ala)→GAA（Glu)；

無義突變（nonsensemutation)：由編碼氨基酸的密碼子突變?yōu)榻K止密碼，突變導(dǎo)致肽鏈合成提前終止。如TCA（Ser)→TAA（Stop)；

終止密碼子突變(terminationcodon mutation)：

（2)移碼突變（frameshiftmutation)：如果缺失或插入的堿基數(shù)不是3的倍數(shù)，導(dǎo)致插入或缺失位點(diǎn)之后的閱讀框架發(fā)生改變，這類突變稱為移碼突變。移碼突變不僅導(dǎo)致改變位點(diǎn)之后的全部氨基酸組成發(fā)生改變，而且也會改變肽鏈長度，所以移碼突變的后果通常比點(diǎn)突變嚴(yán)重得多。

（3)動態(tài)突變（dynamicmutation)：存在于外顯子（編碼區(qū)或非翻譯區(qū))中的3核苷酸重復(fù)序列的重復(fù)次數(shù)在一代一代傳遞過程中發(fā)生明顯增加，從而導(dǎo)致某些遺傳病的發(fā)生，這類突變稱為動態(tài)突變。例如，脆性X綜合征就是由于FMR1基因的5’端非翻譯區(qū)內(nèi)（CCG)n重復(fù)次數(shù)增加所致。當(dāng)n小于或等于50時，表型正常；當(dāng)n大于200時，表現(xiàn)為智力低下；當(dāng)n界于50和200之間時，個體表型正常，稱為前突變。

（二)DNA的修復(fù)

主要有兩種：切除修復(fù)和復(fù)制后修復(fù)。

第二節(jié)  遺傳的細(xì)胞基礎(chǔ)

一、染色質(zhì)

（一)染色質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)：

染色質(zhì)由DNA、組蛋白（histone)、非組蛋白和少量RNA組成。

（二)常染色質(zhì)與異染色質(zhì)

細(xì)胞核內(nèi)能被堿性染料染色的物質(zhì)，稱為染色質(zhì)（chromatin)。染色質(zhì)可以分為常染色質(zhì)（euchromatin)和異染色質(zhì)（heterochromatin)兩大類：常染色質(zhì)呈較松散狀態(tài)，它們均勻地分布在整個細(xì)胞核內(nèi)，染色較淺，具有轉(zhuǎn)錄活性；異染色質(zhì)在整個細(xì)胞周期都處于高度螺旋化狀態(tài)，在細(xì)胞核中形成染色較深的團(tuán)塊，存在于異染色質(zhì)中的基因是沒有轉(zhuǎn)錄活性的。

（三)性染色質(zhì)

１．X染色體（X chromosome)

女性細(xì)胞中含有兩條X染色體，而男性細(xì)胞中只含有一條X染色體，但女性X染色體基因的產(chǎn)物并不比男性多。對此，英國遺傳學(xué)家Mary Lyon在1961年首先提出了“X失活假說”，或稱為“Lyon假說”，其要點(diǎn)是：

1) 在間期細(xì)胞中，女性的兩條X染色體中，只有一條X染色體有轉(zhuǎn)錄活性，另一條X染色體無轉(zhuǎn)錄活性，呈固縮狀，形成X染色質(zhì)。這樣，在含有XX的細(xì)胞和XY的細(xì)胞中，其X染色體基因產(chǎn)物的量基本相等，此稱為劑量補(bǔ)償（dosagecompensation)。不論細(xì)胞內(nèi)有幾條X染色體，只有一條X染色體是具有轉(zhuǎn)錄活性的，其余的X染色體均失活形成X染色質(zhì)。

2) 失活發(fā)生在胚胎發(fā)育早期。

３)失活是隨機(jī)的，即失活的X染色體可以來自父方也可以來自母方，但一個細(xì)胞中的某條X染色體一旦失活，由該細(xì)胞增殖而來的所有子細(xì)胞都具有相同的失活X染色體。

２．Y染色質(zhì)

（１)形態(tài)：男性間期細(xì)胞被熒光染料染色后在細(xì)胞核內(nèi)出現(xiàn)的強(qiáng)熒光小體。

（２)來源：Y染色體長臂遠(yuǎn)端部分異染色質(zhì)。

（３)數(shù)目：與Y染色體數(shù)相同。

二、染色體

（一)人類染色體染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)

中期染色體由兩條姊妹染色單體組成，兩條姊妹染色單體通過著絲粒相連，著絲粒處凹陷縮窄，因此也稱為主縊痕（primaryconstriction)。著絲粒將染色體分為上、下兩部分，上部分稱為短臂（short arm， p)，下部分稱為長臂（long arm，q)。在有些中期染色體的長、短臂上可見凹陷縮窄區(qū)，稱為次縊痕（secondaryconstriction)；人類近端著絲粒染色體的短臂末端可見球狀結(jié)構(gòu)，稱為隨體（satellite)。隨體柄部為縮窄的次縊痕，與核仁形成有關(guān)，稱為核仁形成區(qū)。

（二)人類染色體的類型

根據(jù)著絲粒位置，人類中期染色體可分為三種類型：中央著絲粒染色體（metacentricchromosome)的著絲粒位于染色體中部，染色體長臂和短臂長度相等或近似相等；亞中著絲粒染色體（submetacentricchromosome)著絲粒偏向一端，染色體兩臂不等，短臂短于長臂；近端著絲粒染色體（acrocentric chromosome)的著絲�？拷�染色體的一端。

（三)人類染色體的數(shù)目

中期分裂細(xì)胞中含有46條染色體，可構(gòu)成23對，1-22對為男女共有，稱為常染色體（autosomes)；另一對則男女不同，女性為兩條X染色體，男性為一條X染色體和一條Y染色體，X和Y染色體稱為性染色體（sexchromosomes)。

三、人類的正常核型

（一)人類染色體非顯帶核型

1、 概念：是一個細(xì)胞內(nèi)的全部染色體按其大小和形態(tài)特征排列所構(gòu)成的圖像。對這種圖像進(jìn)行分析稱為核型分析。

2、 核型描述：按國際標(biāo)準(zhǔn)，正常核型的描述包括兩部分：第一部分為染色體總數(shù)，第二部分為性染色體組成，兩者之間用“，”隔開。如正常男性的核型為46，XY。異常核型的描述除包括以上兩部分外，還包括畸變情況，也是用“，”與前面部分隔開。

３、人類染色體分組：根據(jù)著絲粒位置和染色體大小，將22對常染色體由大到小依次命名為1至22號，并將人類染色體分為7組，分別用大寫字母A-G表示。

A組：包括1-3號染色體，1號和3號為中央著絲粒染色體，2號為亞中著絲粒染色體；

B組：包括4-5號染色體，均為亞中著絲粒染色體；

C組：包括6-12號和X染色體，均為亞中著絲粒染色體，X染色體大小界于7號和8號染色體之間；

D組：包括13-15號染色體，為近端著絲粒染色體，可以有隨體；

E組：包括16-18號染色體，16號為中央著絲粒染色體，17和18號為亞中著絲粒染色體；

F組：包括19-20號染色體，為中央著絲粒染色體；

G組：包括21-22號和Y染色體，為近端著絲粒染色體，21、22號染色體可以有隨體。Y染色體的大小變異較大，大于21和22號染色體，其長臂常常平行靠攏。

（二)人類染色體顯帶核型

１、染色體顯帶

用各種染色體顯帶技術(shù)，使染色體沿其長軸顯示出明暗或深淺相間的帶紋，而每一號染色體都有其獨(dú)特的帶紋，這就構(gòu)成了每條染色體的帶型。

常見帶型的類型、特點(diǎn)及臨床應(yīng)用

（１)  Q帶（Q banding)： Q顯帶是用熒光染料對染色體標(biāo)本進(jìn)行染色，然后在熒光顯微鏡下進(jìn)行觀察。

（２)  G顯帶（G banding)：染色體標(biāo)本用熱、堿、蛋白酶等預(yù)處理后，再用Giemsa染色，可以顯示出與Q帶相似的帶紋。在光學(xué)顯微鏡下，可見Q帶亮帶相應(yīng)的部位，被Giemsa染成深帶，而Q帶暗帶相應(yīng)的部位被Giemsa染成淺帶。這種顯帶技術(shù)稱為G顯帶，所顯示的帶紋稱為G帶。是目前進(jìn)行染色體分析的常規(guī)帶型。

（３)  R顯帶（R banding)：所顯示的帶紋與G帶的深、淺帶帶紋正好相反，故稱為R帶（reversed band)。G帶淺帶如果發(fā)生異常，不易發(fā)現(xiàn)和識別，而R顯帶技術(shù)可以將G帶淺帶顯示出易于識別的深帶。

（４)C顯帶（C banding)：專門顯示著絲粒的顯帶技術(shù)。C顯帶也可使第1、9、16號和Y染色體長臂的異染色質(zhì)區(qū)染色。

（５)  T顯帶（T banding)：專門顯示染色體端粒的顯帶技術(shù)，用來分析染色體端粒。

（６)  N顯帶（N banding)：專門顯示核仁組織區(qū)的顯帶技術(shù)。

２、染色體顯帶核型的識別

區(qū)和帶的命名原則包括：1、長、短臂分別命名區(qū)，各區(qū)分別命名帶；2、用數(shù)字命名，從著絲粒向遠(yuǎn)端依次編號，靠近著絲粒的兩個帶分別為長、短臂的1區(qū)1帶；3、做為界標(biāo)的帶為遠(yuǎn)端區(qū)第1帶。

帶型描述包括4部分：染色體序號，臂符，區(qū)號和帶號，各部分之間無分隔符。如1p13表示1號染色體短臂1區(qū)3帶。

３、高分辨顯帶染色體

高分辨顯帶（high-resolutionbanding)：分裂中期一套單倍染色體一般顯示320條帶。70年代后期，采用細(xì)胞同步化方法和改進(jìn)的顯帶技術(shù)，獲得細(xì)胞分裂前中期、晚前期或早前期的分裂相，可以得到帶紋更多的染色體，能顯示550-850條帶，甚至2000條帶以上。這種顯帶技術(shù)稱為高分辨顯帶技術(shù)。

四、染色體的多態(tài)性

在正常人群中，染色體存在著各種的恒定微小變異，主要表現(xiàn)為同源染色體之間在形態(tài)結(jié)構(gòu)、帶紋寬窄和著色強(qiáng)度等存在著明顯的差異。通常無明顯的表型效應(yīng)或病理學(xué)意義，稱為染色體多態(tài)性。

第三節(jié)  遺傳的基本規(guī)律

一、  分離律

基因在體細(xì)胞內(nèi)成對存在，在生殖細(xì)胞形成時，成對的基因彼此分離，分別進(jìn)入不同的生殖細(xì)胞。

基因型與表現(xiàn)型對應(yīng)關(guān)系：

基因型 ：AA（顯性純合子)   Aa（雜合子)   aa（隱性純合子)

表現(xiàn)型：   顯性性狀顯性性狀隱性性狀

婚配型子代類型及比例

AA×AA  AA （100%)

AA×Aa  AA （50%)， Aa（50%)

AA×aa  Aa （100%)

Aa×Aa  AA  （25%)，Aa （50%)，aa （25%)

Aa×aa  Aa （50%)，aa （50%)

aa×aa  aa （100%)

細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)：減數(shù)分裂中，同源染色體的分離。

實(shí)質(zhì)：等位基因的分離。

二、自由組合定律

在生殖細(xì)胞形成時，成對的基因彼此分離，不成對的基因自由組合。

AaBb XAaBb 

生殖細(xì)胞   AB Ab aB ab

AB AABB AABb  AaBB   AaBb

Ab     AABb  AAbb  AaBb   Aabb

aB AaBB AaBb  aaBB   aaBb

ab AaBb Aabb  aaBb   aabb

兩個雙重雜合的個體婚配，其子代的表型分離比為A-B- ：A-bb：aaB-：aabb = 9：3：3：1。

細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)：減數(shù)分裂中，非同源染色體的自由組合。

實(shí)質(zhì)：非等位基因的自由組合。

三、連鎖與交換律（linkage andrecombination)

位于同一染色體上的兩個基因，在生殖細(xì)胞形成時，如果它們相距越近，一起進(jìn)入同一生殖細(xì)胞的可能性越大；如果相距較遠(yuǎn)，它們之間可以發(fā)生交換。

例如：AaBb × aabb

當(dāng)A、B位于同一條染色體上，a、b位于另一條同源染色體上，在生殖細(xì)胞形成時，可以形成AB，ab、Ab 和aB四種不同的生殖細(xì)胞，前兩種與親體類型一致，稱為親組合，后兩者與親體類型不同，稱為重組合。位于同一染色體上的基因一起遺傳，稱為連鎖（linkage)，位于同一染色體上的基因因?yàn)榻粨Q而進(jìn)入不同生殖細(xì)胞，稱為交換（crossing-over)。四種生殖細(xì)胞分別與ab生殖細(xì)胞受精，形成4種類型子代。重組合子代在全部子代中所占的比例稱為交換率（或重組率)。兩個基因相距越遠(yuǎn)，它們之間的重組率越高。因此，可以用基因之間的重組率來衡量它們之間的相對距離。

綜上所述，四個遺傳規(guī)律分別討論一對和兩對及兩對以上基因的傳遞規(guī)律。對于一對基因而言，如果位于常染色體上，遵循分離定律；如果位于性染色體上，遵循伴性遺傳定律；對于兩對或兩對以上基因而言，如果它們位于同一對染色體上，遵循連鎖互換定律；如果位于不同對染色體上，遵循自由組合定律。

第四節(jié)  遺傳的變異

遺傳病分類：單基因遺傳病、多基因遺傳病、染色體病、線粒體遺傳病和體細(xì)胞遺傳病等。

一、染色體異常與疾病

（一)染色體數(shù)目異常（chromosomenumerical aberration)

正常二倍體在數(shù)量上（整組或整條)的增加或減少，稱為染色體數(shù)目畸變。

１．染色體整倍性改變

正常生殖細(xì)胞中的染色體稱為一個染色體組（n)，在人類n=23。正常體細(xì)胞含有兩個染色體組，稱為二倍體（2n)。其中整組染色體的增減稱為整倍性變異（euploidabnormality)。

多倍體（polyploid)：如果體細(xì)胞的染色體不是由兩個染色體組，而是由兩個以上染色體組組成，稱為多倍體。

形成機(jī)制：1)雙雄受精（diandry)，即同時有兩個精子與卵子受精。2)雙雌受精（digyny)，即第二次減數(shù)分裂時，次級卵母細(xì)胞由于某種原因未形成第二極體，因此，原來應(yīng)分給第二極體的那一組染色體仍留在卵子內(nèi)，這樣的卵子與一個精子受精后，即可形成核型為69，XXY或69，XXX的受精卵。３)是核內(nèi)復(fù)制（endoreduplication)，一是核內(nèi)有絲分裂（endomitosis)。核內(nèi)復(fù)制是指在一次細(xì)胞分裂中，染色體不是復(fù)制一次，而是復(fù)制兩次，每條染色體形成四條染色單體。這時染色體兩兩平行排列在一起，其后經(jīng)過正常的分裂中期、后期和末期，形成的兩個子細(xì)胞均為四倍體細(xì)胞。核內(nèi)有絲分裂是體細(xì)胞染色體正常復(fù)制一次，但至分裂中期時核膜仍未破裂消失，也無紡錘絲形成和無后期和末期的胞質(zhì)分裂，結(jié)果細(xì)胞內(nèi)的染色體不是二倍體而成為四倍體。

２、染色體非整倍性的改變

個別染色體數(shù)目的增加或減少稱為非整倍性變異（aneuploidabnormality)。

亞二倍體（hypodiploid)：體細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目少于46條。最常見的亞二倍體是單體（2n-1)，即某號染色體只有一條。如21單體的細(xì)胞內(nèi)只有一條第21號染色體，核型表示為：45，XX，-21或45，XY，-21。

超二倍體（hyperdiploid)：細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目大于46條。最常見的超二倍體是三體（2n-1)，即某號染色體有三條。如21三體的體細(xì)胞內(nèi)含有三條21號染色體，核型表示為：47，XX，+21或47，XY，+21。

形成機(jī)理： 非整倍體的產(chǎn)生原因多數(shù)是在細(xì)胞分裂時，由于染色體不分離、丟失而引起的。

1) 染色體不分離（chromosome nondisjunction)：

減數(shù)分離不分離：減數(shù)分裂包括兩次分裂。如果后期I發(fā)生染色體不分離，所形成的成熟配子中，1/2將有n+1條染色體，1/2將有n-1條染色體，這種染色體異常的配子與正常配子受精，可產(chǎn)生三體（2n+1)和單體（2n-1)。如果后期II發(fā)生不分離，所形成的成熟配子中，1/2將有n條染色體，1/4將有n+1條染色體，1/4將有n-1條染色體。受精后，1/2將為二倍體（2n)，1/4將為三體（2n+1)，1/4將為單體（2n-1)。

有絲分裂不分離：受精卵在胚胎發(fā)育的早期階段──卵裂期的細(xì)胞分裂中，如果發(fā)生某一染色體的姐妹染色單體不分離，將導(dǎo)致嵌合體的產(chǎn)生。嵌合體（mosaic)是指一個個體同時存在兩種或兩種以上核型的細(xì)胞系。

   嵌合體個體中各細(xì)胞系的類型和數(shù)量比例，取決于發(fā)生染色體不分離的時期。染色體不分離發(fā)生的時期越晚，正常二倍體細(xì)胞所占比例越大，異常細(xì)胞系比例就越小，臨床癥狀就相對較輕。

 2)染色體丟失：染色體丟失是細(xì)胞分裂時在中、后期過程中，某一染色體的著絲粒未與紡錘絲相連，不能被牽引至某一極參與新細(xì)胞核的形成；或某一染色體在向一極移動時，由于某種原因引致行動遲緩，發(fā)生后期延遲，也不能參與新細(xì)胞核的形成，滯留在細(xì)胞質(zhì)中，最后分解消失，結(jié)果某一細(xì)胞即丟失了一條染色體而成為亞二倍體。

（二)染色體結(jié)構(gòu)畸變（chromosomestructural aberration)

導(dǎo)致染色體發(fā)生結(jié)構(gòu)畸變的基礎(chǔ)是斷裂及斷裂后的重接。如果一條染色體發(fā)生了斷裂，隨后在原位重接，稱為愈合或重建，將不引起遺傳效應(yīng)。如果染色體發(fā)生斷裂后，未在原位重接，這就引起染色體結(jié)構(gòu)畸變。

1．染色體結(jié)構(gòu)畸變的描述方法：染色體結(jié)構(gòu)畸變的表示方法有兩種

簡式：在這一方式中，染色體的結(jié)構(gòu)畸變只用斷裂點(diǎn)來表示。

繁式： 在這一方式中，對染色體的結(jié)構(gòu)畸變用改變了的染色體的帶紋組成來描述。

2．染色體結(jié)構(gòu)畸變的類型

（1)缺失（deletion)

末端缺失（terminaldeletion)：一條染色體的臂發(fā)生斷裂后未發(fā)生重接，而形成一條末端缺失的染色體和一個無著絲粒片段，后者因不與紡錘絲相連而在分裂后期不能向兩極移動而滯留在細(xì)胞質(zhì)中，因而經(jīng)過一次分裂后即消失。如1號染色體長臂的2區(qū)1帶處斷裂，且其遠(yuǎn)端的片段丟失，殘存的1號染色體由1號染色體的從短臂末端到長臂2區(qū)1帶組成。

簡式：46，XX，del（1)（q21)

繁式：46，XX，del（1)（pter→q21：)

當(dāng)染色體短臂末端存在時，從短臂末端開始描述；當(dāng)短臂末端缺失時，從長臂末端描述。

末端缺失導(dǎo)致部分基因的丟失，其效應(yīng)取決于缺失片段大小及丟失的基因的性質(zhì)。

中間缺失（interstitialdeletion)：一條染色體的同一臂發(fā)生兩次斷裂后，兩個斷裂點(diǎn)之間的片段丟失，近側(cè)斷端與遠(yuǎn)側(cè)斷端重接形成中間缺失的染色體。如1號染色體長臂2區(qū)1帶和3區(qū)1帶處各發(fā)生斷裂，中間的片段（2區(qū)1帶至3區(qū)1帶)丟失，2區(qū)1帶與3區(qū)1帶重接。

簡式：46，XX，del（1)（q21q31)

繁式：46，XX，del（1)（pter→q21：：q31→qter)

象末端缺失一樣，中間缺失的效應(yīng)取決于缺失片段的大小和缺失基因的性質(zhì)。

（2)重復(fù)（duplication)

 (3) 倒位(inversion)

臂內(nèi)倒位（paracentricinversion)：某一染色體臂內(nèi)發(fā)生兩次斷裂后，所形成的中間片段旋轉(zhuǎn)180度后重接。如2號染色體短臂上的1區(qū)3帶和2區(qū)4帶處分別斷裂，此二帶之間的片段旋轉(zhuǎn)180度后重接，盡管沒有帶的增加或減少，但帶的順序發(fā)生了改變。

簡式：46，XY，inv（2)（p13p24)

繁式：46，XY，inv（2)（pter→p24：：p13→p24：：p13→qter) 

臂間倒位（pericentricinversion)：一條染色體的長臂和短臂各發(fā)生一處斷裂后，斷裂點(diǎn)之間的片段旋轉(zhuǎn)180度后重接。如斷裂和重接發(fā)生在2號染色體短臂的2區(qū)1帶和長臂的3區(qū)1帶。

簡式：46，XY，inv（2)（p21q31)

繁式：46，XY，inv（2)（pter→p21：：q31→p21：：q31→qter)

（4)易位（translocation)

相互易位（reciprocaltranslocation)：兩條染色體發(fā)生斷裂后形成的兩個斷片相互交換而形成兩條衍生染色體（derivative chromosome)。如3號染色體在長臂2區(qū)1帶斷裂，10號染色體在長臂2區(qū)2帶斷裂，然后3號染色體帶著絲粒的片段與10號染色體無著絲粒片段重接形成衍生的3號染色體[der(3)]，10號染色體帶著絲粒的片段與3號染色體無著絲粒的片段重接形成衍生的10號染色體[der(10)]。

簡式：46，XX，t（3；10)（q21；q22)

繁式：46，XX，t（3；10)（3pter→3q21：：10q22→10qter；10pter→10q22：：3q21→3qter)

在描述易位染色體時，先描述染色體序號靠前的染色體，如3號和10號易位時，先描述3號；但當(dāng)常染色體和性染色體發(fā)生易位時，先描述性染色體。

相互易位在臨床上較常見，如果易位的兩條染色體在斷裂點(diǎn)重接，沒有發(fā)生片段的丟失或增加，這種相互易位稱為平衡易位。相反，如果出現(xiàn)片段的丟失或增加，則為非平衡易位�？梢酝ㄟ^比較染色體的斷裂點(diǎn)和重接點(diǎn)是否一致而確定是否為平衡易位。通常攜帶平衡易位的個體表型正常，但在其生殖細(xì)胞發(fā)生時，按同源染色體配對原則，易位染色體和正常染色體配對形成四射體結(jié)構(gòu)。這樣配對的同源染色體在后期I可以有不同的分離方式，其中對角分離、鄰近分離1和鄰近分離2較常見。

羅伯遜易位（Robertsoniantranslocation)：發(fā)生于近端著絲粒染色體的一種易位形式。因其斷裂點(diǎn)常發(fā)生于著絲粒處，故兩個近端著絲粒染色體發(fā)生斷裂后，常在著絲粒處重接，這種易位也稱為著絲粒融合（centric fusion)。如14號染色體和21號染色體在短臂的1區(qū)1帶和長臂1區(qū)1帶發(fā)生斷裂并重接，形成一條由21號長臂和14號染色體著絲粒至長臂組成的易位染色體，14號染色體短臂、21號染色體短臂和著絲粒丟失。

簡式：45，XX，t（14；21)（p11；q11)

繁式：45，XX，t（14；21)（14qter→14p11：：21q11→21qter)

（5)環(huán)狀染色體（ringchromosome)：當(dāng)一條染色體的長、短臂同時各發(fā)生一次斷裂，含有著絲粒節(jié)段的長、短臂斷端相接，形成環(huán)狀染色體。如2號染色體在長臂3區(qū)1帶和短臂2區(qū)1帶發(fā)生斷裂，無著絲粒的斷片丟失，帶有著絲粒的染色體兩個斷端相接。

簡式：46，XX，r（2)（p21q31)

繁式：46，XX，r（2)（p21→q31)

（6)雙著絲粒染色體

（7)等臂染色體（isochromosome)：等臂染色體一般是由于著絲粒分裂異常造成的。在正常的細(xì)胞有絲分裂中期時，連接兩姐妹染色單體的著絲粒進(jìn)行縱裂，形成兩條各具有長、短臂的染色體。如果著絲粒發(fā)生橫裂，就將形成兩條等臂染色體。如X染色體著絲粒發(fā)生橫裂形成X染色體的等長臂和等短臂染色體。

X染色體等長臂染色體表示為：

簡式：46，X，i（Xq)

繁式：46，X，i（X)（qter→cen→qter)

X染色體等短臂染色體表示為：

簡式：46，X，i（Xp)

繁式：46，X，i（X)（pter→cen→pter)

（三)染色體病

１．常染色體病

由于常染色體異常所導(dǎo)致的疾病，稱為常染色體病。

（1)先天愚型（Down syndrome)：

先天愚型是一種常見的常染色體病，人群中的發(fā)病率約為1/650。1866年Down首先發(fā)現(xiàn)該病，1959年Lejeune等證實(shí)本綜合征由于多一條21號染色體所致。

Down綜合征的主要臨床特征為：智力低下，身體發(fā)育遲緩，有特殊面容，鼻跟低平，眼間距寬，眼裂小，外眼角上斜，內(nèi)眥贅皮，腭弓高尖，新生兒患者常有第三囟門，舌大常外伸，故又稱伸舌樣癡呆。50%有先天性心臟病，并有唇裂、腭裂及多指（趾)、并指（趾)等畸形�；颊呒�張力低，關(guān)節(jié)可過度屈曲。患者IgE降低，易患肺炎等呼吸道感染。皮膚紋理特征常有通貫手，三叉點(diǎn)高（t’)，徑側(cè)弓形紋和第5指只有一條褶紋。

核型：４７，ＸＸ（ＸＹ)，＋２１

先天愚型有三種不同核型：三體型、易位型和嵌合型，不同核型患者產(chǎn)生原因及遺傳情況不同。

（2)18三體綜合征

（3)13三體綜合征

（4)5p-綜合征（貓叫綜合征)

2．性染色體病

由于性染色體異常所引起的疾病，稱為性染色體病。

(1) 先天性睪丸發(fā)育不全綜合征（Klinefelter綜合征)

1956年Bradbury等及Plunkett和Barr在這類病人中發(fā)現(xiàn)性染色質(zhì)X小體為陽性。1959年Jacobs和Strong證實(shí)患者的核型為47，XXY。本癥X小體和Y小體均為陽性。

本癥患者的主要臨床癥狀是：表型為男性，在兒童期無任何癥狀，青春期開始后癥狀即逐漸明顯�；颊唧w高一般在180cm以上，具男性外生殖器，但呈去勢體征，陰莖短小，睪丸小或?yàn)?a class="channel_keylink" href="/edu/200904/109796.shtml" target="_blank">隱睪，睪丸組織切片可見曲細(xì)精管玻璃樣變，不能產(chǎn)生精子，故不能生育�；颊唧w毛稀少，無須，無喉結(jié)，常見男性乳房發(fā)育。皮下脂肪發(fā)達(dá)，皮膚細(xì)膩如女性，其性情體態(tài)表現(xiàn)為趨向女性化。少數(shù)患者有智力落后現(xiàn)象。

本癥的產(chǎn)生主要是由于患者雙親之一在生殖細(xì)胞形成過程中發(fā)生了性染色體不分離�；颊哳~外染色體起源分析表明，患者的額外染色體40%來自父親，60%來自母親，5/6的不分離發(fā)生在第一次減數(shù)分裂，1/6發(fā)生在第二次減數(shù)分裂。由于本癥患者不育，不會將多余的性染色體傳給后代。

（2)性腺發(fā)育不全（Turner綜合征)

1959年Ford等觀察到患者的核型為45，X。目前發(fā)現(xiàn)Turner綜合征的核型可以為：45，X.。

患者的主要特征為：表型為女性，體矮（身高12醫(yī)學(xué)全.在線m.f1411.cn0-140cm左右)，后發(fā)際低，50%有蹼頸，肘外翻，乳間距寬，青春期乳腺仍不發(fā)育，乳頭發(fā)育不良。性腺發(fā)育不全，雖有卵巢基質(zhì)但無濾泡，原發(fā)閉經(jīng)，外生殖器發(fā)育差等，并常并發(fā)腎畸形，色素斑，指（趾)甲發(fā)育不良。

（3)XYY 綜合征

（4)XXX綜合征

二、單基因遺傳病

系譜（pedigree)：用圖示的方式表示家系中各成員之間的相互關(guān)系及患病情況。

常用符號：

（一)常染色體顯性遺傳�。�autosomaldominant disease，AD)

定義：致病基因位于常染色體上，致病基因?yàn)轱@性基因。

1． 常染色體顯性遺傳婚配類型及系譜特征

完全顯性（completedominance)：

基因型與表現(xiàn)型的對應(yīng)關(guān)系：

基因型：  AA  Aa aa

表現(xiàn)型：  患者患者  正常

系譜特征：1)患者的親代之一為患者；

2)患者的同胞約有1/2發(fā)病，且男女發(fā)病機(jī)會相等；

  3)患者的子女約有1/2發(fā)��；

4)連續(xù)遺傳

2． 常染色體顯性遺傳的不同類型

（1)不完全顯性（incompletedominance)：純合子患者與雜合子患者的癥狀不同，純合子患者癥狀重。

基因型與表現(xiàn)型的對應(yīng)關(guān)系：

基因型：  AA  Aaaa

表現(xiàn)型：   重型患者  輕型患者  正常

（2)不規(guī)則顯性（irregulardominance)：有些雜合子不表現(xiàn)出臨床癥狀，但能將致病基因傳給下一代，下一代可能患病。

基因型與表現(xiàn)型的對應(yīng)關(guān)系：

基因型：  AA  Aaaa

表現(xiàn)型：  患者患者或正常  正常

在不規(guī)則顯性的情況下，一種顯性基因在雜合狀態(tài)下是否全部得到表現(xiàn)受到遺傳背景和環(huán)境因素的影響，其影響程度可以用外顯率（penetrance)來衡量。外顯率是指一定基因型的個體在特定的環(huán)境中形成相應(yīng)表現(xiàn)型的比例，一般用百分率（%)來表示。例如100個雜合子中，有90個雜合子表現(xiàn)出相應(yīng)的性狀，該基因的外顯率為90%。

   （3)共顯性（codominance)：在雜合子狀態(tài)下，兩個基因的作用都表現(xiàn)出來。

基因型與表現(xiàn)型對應(yīng)關(guān)系：

基因型：  I^MI^M  I^MI^N  I^NI^N

表現(xiàn)型：  M型 MN型 N型

ABO血型：

基因型：   I^AI^A   I^Ai I^BI^B I^Bi I^AI^B  ii

血型：  A  A   B B  AB  O

（4)延遲顯性（delayeddominance)：雜合子到一定年齡才表現(xiàn)出臨床癥狀。

基因型與表現(xiàn)型的對應(yīng)關(guān)系：

基因型：  AA  Aaaa

表現(xiàn)型：  患者患者或正常  正常

（5)早現(xiàn)遺傳：一些遺傳病在連續(xù)的世代傳遞過程中，其發(fā)病年齡一代比一代提早，且病情加重。如：強(qiáng)直性肌營養(yǎng)不良。

（6)從性遺傳：一些常染色體顯性遺傳，雜合子的表達(dá)受性別的影響，在某一性別表達(dá)出相應(yīng)表型，而另一性別不表達(dá)相應(yīng)表型；或者某一性別中的發(fā)病率高于另一性別。如：禿頂

（二)常染色體隱性遺傳�。�autosomalrecessive diseases，AR)

1、 定義：致病基因位于常染色體上，致病基因?yàn)殡[性基因。

2、 基因型與表現(xiàn)型的對應(yīng)關(guān)系：

基因型：  AA  Aaaa

表現(xiàn)型：  正常 正常（攜帶者) 患者

3、系譜特征：1)患者的雙親表型正常，但都為攜帶者；

  2)患者的同胞約有1/4發(fā)病，且男女發(fā)病機(jī)會相等；

  3)不連續(xù)遺傳

  4)近親結(jié)婚子代發(fā)病風(fēng)險增高

（三)X連鎖遺傳

1．X連鎖顯性遺傳�。╔-linkeddominant diseases，XD)

定義：致病基因位于X染色體上，致病基因?yàn)轱@性基因。

基因型與表現(xiàn)型的對應(yīng)關(guān)系：

基因型：  X^AX^A  X^AX^aX^aX^a X^AY   X^aY

表現(xiàn)型： 患者  患者 正常   患者 正常

系譜特征： 1)女性患者多于男性患者；

2)患者的雙親之一為患者；

3)女性患者的子女約有1/2發(fā)病；

4)男性患者的兒子正常，女兒均為患者；

5)連續(xù)遺傳

2．X連鎖隱性遺傳病（X-linkedrecessive diseases，XR)

定義：致病基因位于X染色體上，致病基因?yàn)殡[性基因。

基因型與表現(xiàn)型的對應(yīng)關(guān)系：

基因型：  X^AX^A X^AX^aX^aX^a X^AY   X^aY

表現(xiàn)型： 正常  正常（攜帶者)  患者   正常  患者

系譜特征： 1)男性患者多于女性患者；

2)男性患者的雙親正常，但母親為攜帶者；

3)由于交叉遺傳，患者的兄弟、姨表兄弟、舅父、外甥可能患病；

4)非連續(xù)遺傳

（四)Y連鎖遺傳�。╕-linkeddiseases，YL)

致病基因位于Y染色體上，隨Y染色體遺傳。

三、線粒體遺傳�。�mitochondrialdiseases)

致病基因位于線粒體基因組上，由于受精卵的細(xì)胞質(zhì)主要來自卵子，存在于細(xì)胞質(zhì)中的線粒體也來自卵子，所以線粒體遺傳病表現(xiàn)為母系遺傳，即男女均可患病，但只有女性患者的子代患病，男性患者子代正常。

四、多基因遺傳病

（一)數(shù)量性狀的遺傳

（二) 多基因假說

要點(diǎn)：（1)數(shù)量性狀受兩對以上基因控制；（2)基因都是共顯性；（3)基因?qū)Ρ硇妥饔梦⑿�，但有積累效應(yīng)；（4)基因積累效應(yīng)與環(huán)境共同作用，決定性狀。

特點(diǎn)：（1)兩個極端類型雜交，子一代都是中間類型，并出現(xiàn)少量的變異。（2)兩個中間類型個體交配，子二代的變異更廣泛，有可能出現(xiàn)極端類型。（3)一個隨機(jī)雜交的群體中，變異范圍更廣泛，多數(shù)個體接近中間型，極端變異個體很少。

（三)多基因遺傳病

（三) 

一些常見的畸形或疾病，它們的發(fā)病率大多超過0.1%,這些病的發(fā)病有一定的遺傳基礎(chǔ),常表現(xiàn)有家族聚集傾向,但同胞的發(fā)病率明顯低于單基因遺傳的分離比,一般在1%-10%,這些疾病為多基因遺傳病,其遺傳基礎(chǔ)是多對基因,同時也受環(huán)境因素影響.

1．易患性（liability)與發(fā)病閾值（threshold)

在多基因遺傳病中，遺傳基礎(chǔ)和環(huán)境因素的共同作用，決定一個個體是否易于患病，稱為易患性。易患性在群體中的變異分布是連續(xù)的，呈正態(tài)分布。在一個群體中，大部分個體的易患性接近平均值，易患性很低和很高的個體都很少。當(dāng)一個個體的易患性高達(dá)一定限度即閾值時，個體就患病。這樣連續(xù)分布的易患性變異就被閾值區(qū)分為兩部分，大部分為正常個體，小部分為患病個體。在一定的環(huán)境條件下，閾值代表著造成發(fā)病所需要的最少基因數(shù)。

2．遺傳率（heritability)

在多基因遺傳病中，易患性的高低受遺傳基礎(chǔ)和環(huán)境因素的雙重影響，其中遺傳因素所起作用的大小程度稱為遺傳度或遺傳率，一般用百分率表示。

3．多基因遺傳病的特點(diǎn)

1)發(fā)病有家族聚集傾向，患者親屬的發(fā)病率高于群體發(fā)病率，但同胞發(fā)病率遠(yuǎn)低于1/4；

2)同一級親屬的發(fā)病風(fēng)險相同；如患者的父母、同胞和子女均為一級親屬，其發(fā)病風(fēng)險相同；

3)隨著親屬級別的降低，患者親屬的發(fā)病風(fēng)險迅速降低；

4)近親結(jié)婚時，子女的發(fā)病風(fēng)險也增高，但不及常染色體隱性遺傳顯著；

5)發(fā)病率有種族差異。

4．多基因遺傳病的再發(fā)風(fēng)險估計

1)當(dāng)群體發(fā)病率在0.1%-1%、遺傳度在70%-80%時，患者一級親屬的發(fā)病風(fēng)險等于一般群體發(fā)病率的平方根；

2)一個家庭中患者數(shù)越多，患者親屬的發(fā)病風(fēng)險越高；

3)患者病情越重，其親屬的發(fā)病風(fēng)險越高；

4)當(dāng)發(fā)病率有性別差異時，發(fā)病率低的性別的親屬發(fā)病風(fēng)險高。