人类染色体.docx

第九章 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真核细胞的基因大 部分存在于细胞核内的染色体上，通过细胞分裂，基因随着染色体的 传递而传递，从母细胞传给子细胞、从亲代传给子代各种不同生物 的染色体数目、形态、大小各具特征；而在同种生物中，染色体的形 态、数目是恒定的所以，染色体数目和形态是物种的标志Mammalian chromosomes have two biological functionsTo perpetuate the hereditary material during development of an individual. By replicating and ensuring that duplicated equally between daughter cells during mitotic cell division, they perpetuate the DNA within the cells of an individual during development, growth and cell turnover.To shuffle the hereditary material between successive generations. This is achieved by meiotic mechanisms entailing independent assortment of and recombination between parental homologs.对人类染色体的研究已有较长的历史 。

1888 年德国解剖学家 Waldeyer根据细胞有丝分裂和生殖细胞减数分裂观察到的现象，提出 了染色体这一名词但由于实验技术和研究方法的限制，对人类染色 体数目的确定经历了漫长的历程，直到 1956 年， Tjio 和 Leven 的实验 才明确证实了人类体细胞的染色体数目为 46 条此后染色体技术很 快被应用于临床 1959 年 Lejeune 对 3 例 Down 综合征患儿进行了染 色体检查，发现患者比正常人多了一条第 21 号染色体，从而确诊了 第一例染色体病；1960 年又发现了慢性粒细胞性白血病患者的 Ph 小 体；1968 年， Q 显带技术问世，并相继出现了各种染色体显带技术， 提高了染色体分析的精确性，发现了一些过去所不能发现的染色体结 构异常；1976 年高分辨显带技术的出现，加速了染色体研究的步伐 80 年代末分子生物学研究迅速发展，并与细胞遗传学结合，出现了分 子细胞遗传学这一新的研究领域分子细胞遗传学是综合利用细胞遗 传学和分子遗传学技术或结合其它某种技术以解决单独应用细胞遗 传学技术无法解决的染色体异常或变异目前可以从检测单个碱基突 变至10kb DNA的缺失，扩大到检测更大的DNA缺失，从基因水平 上揭示各种遗传病的本质。

第一节 人类染色体的基本特征一、染色质和染色体染色质(chromatin)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在细胞从间期到分裂期过程 中，染色质通过螺旋化凝缩(Condensation)成为染色体，而在细胞从 分裂期到间期过程中，染色体又解螺旋舒展成为染色质一)染色质染色质是间期细胞核中伸展开的DNA蛋白质纤维间期细胞核的 染色质可根据其所含核蛋白分子螺旋化程度以及功能状态的不同，分 为常染色质(euchromatin)和异染色质(heterochromatin)1.常染色质和异染色质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，呈凝集状态，而且染色较深，多分布在核膜内表面，其 DNA复制较晚，含有重复DNA序列，很少进行转录或无转录活性， 是间期核中不活跃的染色质异染色质通常具有三个特点：①在细胞 间期处于凝缩状态；②是遗传惰性区，只含有不表达的基因；③复制 时间晚于其它染色质区域异染色质又分为两种：一种称为结构异染 色质(constitutive heterochromatin)或称专性异染色质。

结构异染色 质是异染色质的主要类型，这类异染色质在各种细胞中总是处于凝缩 状态(正异固缩)，一般为高度重复的DNA序列，没有转录活性，常 见于染色体的着丝粒区、端粒区、次溢痕以及Y染色体长臂远端2/3 区段等；另一种叫功能异染色质或称为兼性异染色质（ facultative heterochromatin）,这类染色质是在特定细胞或在一定发育阶段由常染 色质凝缩转变而形成的在浓缩时，基因失去了活性，无转录功能； 当其处于松散状态时，又能够转变为常染色质，恢复其转录活性（负 异固缩）如 X 染色质就是一种兼性异染色质（表9-1）表 9-1 常染色质与异染色质的特性比较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2.性染色质 性染色质（sex chromatin）是X和Y （染色体）在 间期细胞核中显示出来的一种特殊结构。

包括X染色质和Y染色质1）X染色质（X chromatin）： 1949年Barr等人在雌猫神经元 细胞核中发现一种浓缩小体，在雄猫中则见不到这一结构进一步研 究发现，除猫以外，其它雌性哺乳类动物（包括人类）间期细胞中也 同样存在这种显示性别差异的结构而且不仅是神经元细胞，在其它 细胞的间期核中也可以见到这一结构称之为性染色质，也称 X 染色质或 X 小体（图 9-1）图9-1 X染色质 A、B、C、D、E：分别为含0、1、2、3、4个X染色质正常女性的间期细胞核中紧贴核膜内缘有一个染色较深，大小约 为1 m的椭圆形小体，即X染色质正常男性则没有X染色质为 什么正常男女性之间的X染色质存在差异？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？ 1961年，Mary Lyon提出 了 X染色体失活的假说（Lyon假说）对这些问题进行了解释Lyon 同时也注意到间期核内X染色质数目总是比X染色体数目少1,即 XX者有1个X染色质，XXX者有2个X染色质因此，两个X染 色体中有1个X染色体是异固缩的，并且是迟复制的。

在细胞代谢中， 异固缩的X染色体没有活性，只有1个X染色体有活性在异常细 胞中具有的额外X染色体也无活性对于正常男性，单个的X染色 体不发生异固缩，而且任何时候都是有活性的，故无X染色质X染色质在临床上有重要的应用价值，如可根据X染色质的有无 来鉴别胎儿性别，特别对X染色体数目异常的个体，且为嵌合体时， X 染色质分析可为分析者节省时间，并提高分析准确率Lyon假说的要点如下：①失活发生在胚胎发育早期（人类晚期囊 胚期一一约第16天左右）；②X染色体的失活是随机的，异固缩的X 染色体可以来自父亲也可以来自母亲；③失活是完全的，雌性哺乳动 物体细胞内仅有一条X染色体是有活性的，另一条X染色体在遗传 上是失活的；④失活是永久的和克隆式繁殖的一旦某一特定的细胞 内的X染色体失活，那么由此细胞而增殖的所有子代细胞也总是这一 个 X 染色体失活如果是父源的 X 染色体失活，则其子细胞中失活 的 X 染色体也是父源的，所有这个细胞的子代细胞中都将表达有活性 的母源X染色体在一个正常女性的细胞中，失活的X染色体既有 父源的，也有母源的因此，失活是随机的，但却是恒定的需要指出的是，虽然X染色体失活通常是随机的，但结构异常的 X染色体，如有缺失的X染色体是优先失活的；另一方面，在X染 色体平衡易位携带者个体中，通常是正常的X染色体优先失活。

另外 值得注意的是，虽然 X 失活是广泛的，但并不是完全的，失活的 X 染色体上基因并非都失去了活性，有一部分基因仍保持一定活性据 估计，人类X染色体上约有1/3的基因可能逃避完全失活（图9-2） 因此当X染色体数目偏离正常数目时，个体就表现出了多种异常临床 症状如47，XXY的个体不同于46，XY的个体；47，XXX的个体 不同于46, XX的个体，而且X染色体越多时，表型的异常更严重图9-2逃避失活基因（2）Y染色质（Y chromatin）：正常男性的间期细胞用荧光染料 染色后，在细胞核内可出现一强荧光小体，直径为0.3 m左右，称为 Y染色质或Y小体（图9-3）Y染色体长臂远端部分为异染色质，可 被荧光染料染色后发出荧光这是男性细胞中特有的，女性细胞中不 存在细胞中Y染色质的数目与Y染色体的数目相同如核型为47, XYY的个体，细胞核中有两个Y染色质Y染色质在性别鉴定和Y 染色体数目异常的分析中也有重要的应用价值图9-3 Y染色质（二）染色体染色质由无数个重复的核小体亚单位（nucleosome ）构成的核 小体是4种组蛋白（H2A、H2B、H3、H4各2个分子）组成的八聚体核 心表面围以长约146bp的DNA双螺旋所构成的，此时DNA分子被压缩 了6倍。

组蛋白H1位于相邻的两个核小体的连接Edna表面，核小体 进一步折叠或卷曲产生1/40倍压缩的30nm纤维状结构，相当于基本染 色质丝染色质丝进一步螺旋化，形成环状结构，这些环的基部附着 于非组蛋白构成的“支架”上这种纤维的直径约为240nm，它可能 是间期染色体的最终包装水平，称为染色单体丝染色体包装的最后 阶段发生在细胞进入有丝分裂或减数分裂时染色单体丝通过围绕中 心轴螺旋缠绕和向染色体中心方向的压缩作用形成染色体至此，几 厘米长的DNA成为了几微米长的染色体，其长度约为原来的万分之一（图9-4）这种有效的包装方式，使细胞在分裂过程中能够把携带遗传信息的DNA从染色体形式平均分配给子细胞图9-4从DNA到染色体水平的压缩过程二、人类染色体的数目、结构和形态（一） 人类染色体的数目 生物的不同物种其染色体数目各不相同，而同一物种的染色体数目是相对恒定的例如，果蝇的染色体数目为6，小鼠染色体数为40 染色体数目的恒定对维持物种的稳定性具有重要意义，染色体数目也 是物种鉴定的重要标志之一在真核生物中，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，其上所包含的全部基因称为一个基因组 （genome）。

具有一个染色体组的细胞称为单倍体haploid）,以n表 示；具有两个染色体组的细胞称为二倍体（diploid）,以2n表示人 类正常体细胞染色体数目是46,即2n=46条，正常性细胞（精子或卵 子）中染色体数为 23 条，即 n=23 条二） 人类染色体的结构、形态 在细胞增殖周期中的不同时期，染色体的形态结构不断地变化着在有丝分裂中期的染色体的形态是最典型的，可以在光学显微镜 下观察，常用于染色体研究和临床上染色体病的诊断每一中期染色体都具有两条染色单体（chromatid），互称为姐妹 染色单体，它们各含有一条DNA双螺旋链两条单体之间由着丝粒 （centromer。