医学生物学6.ppt

第四节 受精,精子和卵子结合成合子(受精卵)的过程称为受精(fertilization)。人类卵细胞与精子结合的部位是在输卵管壶腹部。成群的精子在运行过程中经过子宫、输卵管肌肉的收缩运动，大批精子失去活力而衰亡，最后只有20200个左右的精子到达卵细胞的周围，最终只能有一个精子与一个卵子结合形成受精卵。,一配子的成熟与运行（一）精子的成熟与运行,哺乳类动物的精子要在附睾中停留1221天，附睾上皮分泌多种糖蛋白覆盖于精子表面，才能获得主动运动与受精的能力。射精后，注入阴道穹窿的精子液化后才具有充分的运动力。,（二）卵的成熟与运行,核的成熟主要表现为初级卵母细胞恢复并完成第一次减数分裂，次级卵母细胞停留在第二次减数分裂的中期。胞质的成熟表现为在胞质内形成皮质颗粒，并沿次级卵母细胞膜分布，颗粒外周有膜包被，内含酶。,卵的成熟包括核的成熟和胞质的成熟,卵排出后附着在卵巢表面，由伞部上皮纤毛的摆动与肌肉收缩将其扫拂入输卵管并在壶腹部停留。若遇精子，即在此受精。,二受精（一）精子获能(capacitation),哺乳动物（包括人）刚射出的精子是不能与卵受精的，它需要在雌（女）性生殖道中孵育一段时间，才获得受精能力，这种现象称为获能。,获能的本质是：精子在子宫或输卵管中，覆盖精子表面特别是顶体区的精浆物质和去能因子逐渐被去除，暴露出精子受体部位而使精子特异地与卵的受体或者卵释放的物质相作用，并在与卵的外围屏障（如，放射冠、透明带）接触中发生顶体反应。,（二）顶体反应(acrosome reaction),在输卵管壶腹，获能精子靠近或与卵的外围屏障接触时，覆盖在顶体表面的细胞膜与顶体外膜多处发生融合并释放出多种酶系，这一过程称为顶体反应。,（三）精卵融合(sperm-egg fusion),精子穿过卵透明带后，进入卵黄周间隙，其头部与卵膜接触，头部赤道段的细胞膜首先与卵膜发生融合，精子细胞膜通过融合成为卵膜的一部分，整个精子也就进入卵中，这个过程称为精卵融合。,获能、顶体反应、与卵融合是精子具备受精能力的三个要素。三者之一缺如则该精子不能进入卵内。,（四）皮质反应与透明带反应,精卵融合时诱导卵膜特征发生改变，产生膜电荷变化，卵膜立即阻挡第二个精子进入卵内，这一机制称为卵膜封闭。激活后的卵胞浆，发生细胞外排作用，排出皮质颗粒。皮质颗粒与透明带发生作用并修饰透明带，使透明带拒绝其他精子穿过，这一机制称为透明带反应。,（五）雌、雄原核形成与融合,精卵开始融合时，次级卵母细胞被激活，完成第二次减数分裂，形成卵细胞和第二极体。卵细胞单倍染色体向细胞中央移动，核膜形成，染色体疏散成为染色质，雌原核形成。,精子核进入卵内后，核膜崩溃，在被激活的卵胞浆中某种（些）因子的刺激下，高度浓缩的精子核染色质解凝聚，核内精蛋白被组蛋白替换，新形成的原核膜包在染色质外周，形成雄原核。,伴随精、卵原核的发育，精、卵原核的DNA合成和染色体复制同步进行。精、卵原核的核膜消失，两原核染色体组互相混合，进行第一次卵裂，新的生命开始。,卵细胞结构,卵细胞在受精之前,精子游向卵细胞,精子已开始进入卵细胞,精子头部已进入卵细胞,精卵融合卵细胞完成第二次减数分裂,雌原核和雄原核形成，第二极体排出,雌雄原核融合后，两原核染色体混合进行第一次卵裂(中期),第一次卵裂(后期),第一次卵裂结束(二细胞期),第二次卵裂结束(四细胞期),受精天 桑椹期,受精5天 晚期胚泡,受精、卵裂、胚泡形成与开始植入子宫内膜,第五节卵裂及胚泡形成,受精卵的分裂称为卵裂(cleavage)，所形成的细胞称为卵裂球(blastomere)。卵裂的特点是细胞数目迅速增多，但胚胎体积并不增大，细胞体积随着分裂逐渐变小。,0小时（受精）,28小时（第一次卵裂）,72小时（桑椹胚）,第4天（早期胚泡）,第5天（晚期胚泡）,课后思考题：1、简述精子与卵子的形成及其两者的区别。2、减数分裂中染色体发生了哪些变化？3、试比较有丝分裂和减数分裂过程。4、说明减数分裂的生物学意义。,第四章生命的遗传与变异,遗传和变异是生命的基本特征之一。,生殖：当生物生长发育到一定阶段，能够产生与自己相似的个体。,遗传：生物通过生殖产生子代，子代与亲代之间或子代个体之间相似的现象称为遗传。,变异：亲子之间或子代个体之间的差异称为变异。,遗传保持物种的稳定性 变异是物种进化的源泉,第一节 遗传的分子基础,生命的遗传与变异是由遗传信息所决定的。遗传的分子基础 D N A,遗传信息蕴藏在DNA分子的核苷酸排列顺序中，通过DNA的准确复制，将遗传信息传给了下一代，通过指导蛋白质合成，控制着生物的各种性状。,一DNA结构特征及其生物学意义（1）1928，Griffith，细菌转化实验,肺炎双球菌,光滑(S型)，有夹膜：致病粗糙(R型)(多糖细胞壁)：非致病,加热灭活的S型菌活的R型菌,小鼠致病死亡,（2）1944，Avery等证明DNA是遗传物质,（3）1953，Watson和Crick提出并确定了DNA双螺旋结构,DNA碱基互补的双螺旋分子结构为遗传信息的储存、传递、修复以及分析奠定了基础，体现了生物体内结构和功能的统一性。,1953年，Watson和Crick提出并确定了 DNA双螺旋结构，DNA分子是由反向平行的两条多核苷酸链组成，两链之间根据碱基互补原则通过氢键相连，形成双螺旋结构。,一条链为 5-A T T G C C A-3 另一条是 3-T A A C G G T-5这两条链为互补链。,1.DNA双螺旋结构要点：,（1）DNA分子是由两条相互平行方向相反的多核苷酸链围绕着同一中心轴形成的双螺旋结构。（2）两条长链的磷酸戊糖在外侧，碱基在双螺旋内侧，按碱基互补配对原则（A=T，G三C）以氢键相连。（3）相邻碱基对间距0.34nm，一个螺旋包含10个碱基对，旋转360，螺距为3.4nm。,DNA的双链形成,3.4nm,含10个碱基对,DNA双螺旋结构模型,DNA功能：DNA是遗传物质，具有储存、复制和传递遗传信息的作用。,2.RNA的结构与功能,RNA为单链(一条多核苷酸链)可自身回折形成局部假双链。,类型：mRNA（信使RNA）tRNA（转运RNA）rRNA（核糖体RNA）,tRNA三叶草型模式图,反密码子,mRNA tRNA rRNA,细胞中含量,5%10%10%15%80%90%,沉降系数,6S25S 4S 5.8S、18S、28S,结构特征,功能,三种RNA分子的结构特征和功能作用,单链，线形，局部呈假双链，形成发夹式结构。,单链，三叶草形，局部假双链，柄部3，有CCA三个碱基，连接氨基酸部位；其相对端呈环形，称反密码环，中央有三个碱基，为反密码子。,单链，螺旋形，局部可形成假双链结构。,转录DNA中的遗传信息，作为合成蛋白质的模板。,运输活化的氨基酸到核糖体上的mRNA的特定位点，特定的tRNA运输特定的氨基酸。,核糖体的组成成分。,核酸是细胞内储存和传递遗传信息的生物大分子。细胞内遗传信息的流动方向：,DNA,RNA,转录,翻译,蛋白质,DNA是遗传信息的储存库，首先DNA转录形成RNA，再由RNA指导蛋白质的合成，即“中心法则”,DNA RNA,戊 糖：,脱氧核糖 核糖,碱 基：,A G C T A G C U,磷 酸：,磷 酸,磷 酸,核苷酸种类,脱氧腺苷酸（dAMP)腺苷酸（AMP）脱氧鸟苷酸（dGMP)鸟苷酸（GMP）脱氧胞苷酸（dCMP)胞苷酸（CMP）脱氧胸苷酸（dTMP)尿苷酸（UMP）,结 构,双 链 单 链,存在部位,主要存在细胞核中 主要存在细胞质中,功 能,储存、复制和传递遗传信息 参与蛋白质的合成,DNA与RNA的区别,组成,3.生物学意义：DNA碱基互补的双螺旋结构为遗传信息的储存、复制、传递、修复及分析奠定了基础。（1）DNA碱基的排列顺序，储存大量遗传信息。（2）碱基互补结构是DNA复制和修复的基础。（3）DNA双链的互补性是DNA分析技术的基础。,二、人类基因组,人类基因组：人类细胞中所有的遗传信息就构成了人类基因组，即人类细胞中所含有的所有DNA序列总和。,人类基因组,线粒体基因组核基因组,（一）线粒体基因组及其主要特征,线粒体是真核细胞含DNA的细胞器，每个线粒体有510个环状DNA。人的mtDNA含有16569bp双链闭合环状DNA分子，不与组蛋白结合；共有37个基因，编码13种多肽；结构紧凑，无内含子；能自主复制；线粒体内无DNA修复系统，突变率较高；线粒体遗传为母系遗传。,（二）核基因组及其主要特征,存在于细胞核内的基因为核基因核内DNA为双链线状DNA分子每个基因组DNA约有2.8109 bp共有2.0万2.5万个基因基因在基因组内的分布不均匀,基因组DNA,单一序列：占基因组 60%70%,重复序列：占基因组 30%40%,指在基因组中只出现1次或很少几次的DNA序列，称为单一序列（单拷贝序列），约占基因组的60%70%，长度：800-1000bp，结构基因。,基因序列 10%编码蛋白质的基因,单一序列,非基因序列：不编码蛋白质的基因。,有编码序列（外显子）非编码序列（内含子）,1单一序列(unique sequence),2重复序列(repetitive sequence),指基因组中重复出现的许多拷贝的序列，约占基因组的30%40%。,串联重复序列(tandem repetitive sequence)分散重复序列(interspersed repetitive sequence),通常是指短串联重复DNA序列，一般重复的长度为2200bp，大多数重复的拷贝数多(高度重复)，长度可达105 bp，也称为卫星DNA(satellite DNA)。,（1）串联重复序列,小卫星DNA(minisatellite DNA)微卫星DNA(microsatellite DNA)短串联重复序列(short tandem repeat，STR),（2）分散重复序列分布于基因组内散在的重复序列，通常为非编码序列。,短分散核元件：重复长度100400bp,（SINE）次数高达106，如：人类Alu家族,长分散核元件：重复长度50007000bp（LINE）次数达102104 主要位于异染色质区，很少有表达的基因,三、断裂基因的基本结构,断裂基因是真核生物基因结构的特点，原核生物基因是连续编码的DNA片段。,断裂基因（split gene）：基因由编码序列 和非编码序列两部分组成，非编码 序列将编码序列隔开，称为断裂基因。,GC框,CAAT框,增强子,外显子：具有编码意义,内含子：无编码意义,启动子,终止子,TATA框,侧翼序列,人的结构基因,1.外显子和内含子,外显子（exon）：指基因内的编码序列。内含子(intron)：指两个外显子之间的非编码序列。内含子在转录后被切掉，因此成熟mRNA中无内含子。,特点：,（1）不同基因的外显子和内含子的数目、大小各不相同。例如：-珠蛋白基因全长1.7kb，有3个外显子，2个内含子，编码146个氨基酸。苯丙氨酸羟化酶基因全长85kb，含13个外显子，编码451个氨基酸。,（2）二者都可转录，内含子不编码氨基酸。（3）外显子和内含子的接头部位有高度保守序列，为剪接信号，每个内含子5端头两个核苷酸都是GT，3端尾部都是AG，这种接头形式称为GT-AG法则。外显子和内含子具有不固定性，有时可见某一段DNA序列，作为A基因时是外显子，而作为B基因时则是内含子。,GT-AG法则,2.侧翼序列,侧翼序列：每个基因的 5端和3端两侧都有一段不被转录的非编码区，称为侧翼序列。,侧翼序列,（1）启动子：启动基因转录（2）增强子：增强转录效率（3）终止子：终止转录,TATA 框 CAAT 框 GC 框,以上侧翼序列不被转录和翻译，属于基因转录的顺式作用元件，对基因表达起调控作用。,（1）启动子,（2）增强子,（3）终止子,人血红蛋白珠蛋白基因结构,内含子1（I1）,内含子2（I2）,外显子 3（E3）105 146,外显子 2（E2）31 104,5,3,转录起始点,TATA框RNA聚合酶结合决定转录起始点,CAAT框RNA聚合酶结合控制转录频率,外显子 1（E1）1 30,AATAAA,GC框 GC框,转录终止信号,TATA框：与RNA聚合酶结合，识别转录起始点。CAAT框：与转录因子结合，促进转录。GC框：与转录因子结合，激活转录。,启动子,终止子：位于3端非编码区，由反向重复序列形成发 卡结构，阻止RNA聚合酶移动，终止转录。,侧翼序列中的启动子、增强子、终止子等，均属于基因转录的顺式作用调控元件，也称调控序列，对基因表达起调控作用。,四DNA复制,细胞周期的S期DNA复制，通过有丝分裂储存在DNA序列中的遗传信息传递给子细胞，使来源于一个受精卵的所有体细胞含有相同的遗传信息；通过减数分裂形成配子，再经受精把遗传信息传递给下一代。DNA复制的特点就在于能准确的自我复制。,1.半保留复制,1,解旋2条单链,2,分别以2条单链为模板，按碱基配对原则合成互补的新链，结果合成后的DNA分子，保留了亲代的一条旧链，而又互补合成了一条新链，故称半保留复制。一个DNA经自我复制合成两个完全相同的DNA分子。,2.半不连续复制,DNA复制是以复制叉形式双向复制，由于DNA聚合酶只能从3端加脱氧核苷酸，因此复制时只能按5 3方向合成新链。,以3 5 单链为模板合成的新链，按5 3 方向连续复制，复制速度快，称为前导链。,5 3 DNA链为模板合成的新链，需分段合成（岗崎片段），合成速度慢，称为后随链。,3.复制子,真核生物的DNA，一个复制起始点所进行复制的DNA区段为复制单位，称为复制子。（含30kb300kb）复制子仅有起点，而无终点，从复制起点开始双向复制，在复制点两侧分别形成一个复制叉，随复制叉的移动，许多复制子汇合相连，完成复制。常染色质早复制,异染色质晚复制,复制起始点,复制叉,复制起始点,复制叉,前导链,后随链,RNA引物,岗崎片段,DNA复制过程图解,4.DNA复制过程的要点：,（1）以DNA分子两条链各自为模板，从复制起点开始，双向复制。（2）以3 5的模板链上合成的新链为前导链，连续合成，速度快。（3）以5 3的模板链上合成的新链为后随链，片段合成，速度慢。（4）DNA新链合成只能按5 3方向延伸。,5.DNA复制的特点：,（1）DNA的两条链各自为模板，从复制起始点开始，双向复制，形成复制叉，以复制子作为复制单位。（2）多个复制起始点，无终止点。（3）半保留复制，半不连续复制。（4）DNA合成的新链按5 3方向延伸。（5）DNA能准确的自我复制。,