绪论

生物学（biology)是研究生命现象的本质，并探讨生命发生、发展规律的一种生命科学。

它不仅对探索生物体的生命现象具有重要的科学意义，而且对改善人类的生存质量，提高人民的生活水平，促进经济的发展，丰富人类的精神生活都具有广泛的社会意义。

第一节 生物学的形成与发展

一、形成

“生物学”一词最早出现在1800年的一份不起眼的德国医学文献注释中；1820年在英语中广泛流行。

二、

一、生物学的发展

1、19世纪以前，唯心主义占统治地位，生物学进展缓慢

2、19世纪以后，唯物主义占统治地位，生物学取得巨大进展

3、20世纪后,生物学取得迅猛发展

三、生物学发展的趋势 

1、  向微观和宏观双向同时进行

2、多个学科之间相互交叉 、相互渗透，新方法、新技术、新概念广泛应用。

第二节 生物学与医学的关系

一、生长、发育

生长、发育与环境-基因-神经-免疫-内分泌有关。

主要研究侏儒症、衰老、肿瘤等。

二、分化

分化是受精卵产生的同质细胞逐渐形成形态、功能和结构等方面稳定 性差异的过程。

主要是对肿瘤的研究。

三 、干细胞与医学

干细胞是指一类尚末分化，但具分裂增生能力、并分化产生一种以上“专业‘细胞的特化细胞。分胚胎干细胞和成体干细胞。

主要对恶性肿瘤、器官移植等方面的研究。

四、克隆技术

克隆(Clone)是通过无性方式，由单个细胞或个体产生的和亲代非常相似的一群细胞或生物体。如克隆羊“多莉” 。

主要对器官移植的研究。

五、基因组医学

基因组指“人类基因组计划”（已完成)和“后基因组计划”（疾病基因组学、比较基因组学、药物基因组学、环境基因组学等)。

对人类疾病的预防和治疗具有重大作用。

六、生殖医学

人类生殖是通过两性的精卵结合而实现的。

主要是避孕和不孕、不育症等的理论基础。

学习该课程的要求和方法

第一章 生命的特征与其源

第一节 生命的基本特征

一、核酸、蛋白质-共同的生命大分子基础

二、细胞-相似的生命基本单位

三、新陈代谢-高度一致的生命基本运动形式

四、信息传递-维持机体生命活动的统一机制

五、生长和发育-生物体量边与质变转化的表现形式

六、生殖-生生不息的基础

七、遗传变异-生命的中枢

八、进化-生命发展的全部历史

九、生物与环境的统一-自然界相互依存的基本法则

第二章  生命的基本单位-细胞

细胞是生命体形态结构和生命活动的基本单位。

细胞学说：由施莱登和施旺于1838-1939年提出：认为细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而来,并由细胞和细胞产物所构成；每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自己的”生命,又对与其它细胞共同组成的整体的生命有所助益；新的细胞可以通过老的细胞繁殖产生

第一节 生命的基本特征

一、细胞的基本概念

1、一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位

 细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，

2、细胞是代谢与功能的基本单位

3、细胞是有机体生长与发育的基础

4、细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性

没有细胞就没有完整的生命

二、细胞的大小、形态和数量

1．大小：人和动物的直径一般在10-100um之间，支原体是最小的细胞直径仅0.1um。

2．形态：细胞的形态多种多样，这与它的功能相适应。常见的有球形、或椭圆形、扁平形、立方形、圆柱形、长梭形、星形等。

3．数量：单细胞生物体仅有一个细胞组成，多细胞生物体根据其复杂的程度由数百至万亿。

三、原核细胞与真核细胞

原核细胞基本特点：

遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状DNA构成；

细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门结构与功能

的细胞器和细胞核膜。

主要代表：

支原体（mycoplast)——目前发现的最小最简单的细胞；

细菌

蓝藻又称蓝细菌（Cyanobacteria)

真核细胞

以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统；

 以核酸（DNA或RNA)与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统

 由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统。

原核细胞与真核细胞的区别

第二节 细胞的物质基础

一、小分子物质

（一)水

（二)无机盐和离子

（三)有机小分子 分子量：100~1000

1．糖 五碳糖细胞中的糖类既有单糖，也有多糖。细胞中的单糖是作为能源以及与糖有关的化合物的原料存在。重要的单糖为五碳糖（戊糖)和六碳糖（己糖)，其中最主要的五碳糖为核糖，最重要的六碳糖为葡萄糖。葡萄糖不仅是能量代谢的关键单糖，而且是构成多糖的主要单体 （核糖)；六碳糖（葡萄糖)

2．脂肪酸 直链脂肪烃有机酸，通式：CH3(CH2)nCOOH

脂类包括：脂肪酸、中性脂肪、类固醇、蜡、磷酸甘油酯、鞘脂、糖脂、类胡萝卜素等。脂类化合物难溶于水，而易溶于非极性有机溶剂。

3．氨基酸 组成蛋白的氨基酸有20种，通式：RCH(NH2)COOH

4．核苷酸

二、大分子

（一)蛋白质

蛋白质在生命活动中，蛋白质是一类极为重要的大分子，几乎各种生命活动无不与蛋白质的存在有关。蛋白质不仅是细胞的主要结构成分，而且更重要的是，生物专有的催化剂——酶是蛋白质，因此细胞的代谢活动离不开蛋白质。一个细胞中约含有104种蛋白质，分子的数量达1011个。由许多氨基酸通过肽键相连而成的一种大分子多聚体。

1．蛋白质的结构：①每一条特定的肽链都有其特异的氨基酸排列顺序即一级结构（线性结构)；

②每条多肽链再盘旋折叠而成二级结构，主要有α螺旋和β折叠两种；

③蛋白质的三级结构是在二级结构基础上进一步盘旋折叠而成特定空间构象；

④由两个或两个以上的结构域相互作用聚合而成的更复杂的蛋白质四级结构。

2．蛋白质的类型；单纯蛋白\结合蛋白

3．蛋白质的作用：结构支持\催化\传递\运输运动\防御调节

4．细胞蛋白质组学

（二)核酸

核酸是生物遗传信息的载体分子，所有生物均含有核酸。核酸是由核苷酸单体聚合而成的大分子。核酸可分为核糖核酸RNA和脱氧核糖核酸两大类DNA。当温度上升到一定高度时，DNA双链即解离为单链，称为变性（denaturation)或熔解（melting)，这一温度称为熔解温度（meltingtemperature，Tm)。碱基组成不同的DNA，熔解温度不一样，含G—C对（3条氢键)多的DNA，Tm高；含A—T对（2条氢键)多的，Tm低。当温度下降到一定温度以下，变性DNA的互补单链又可通过在配对碱基间形成氢键，恢复DNA的双螺旋结构，这一过程称为复性（renaturation)或退火（annealing)。

1．DNA的结构 ①双螺旋结构模型（平行、反向、互补)

②遗传信息的主要贮存库。

2．RNA的结构（三种)：①mRNA 是蛋白质合成的模板。

②tRNA 是氨基酸的转运工具。

③rRNA 是蛋白质合成“工厂”核糖体的组成部分。

问题：DNA与RNA在化学成分、结构、位置、作用及核苷酸组成上的区别？

（三)新进展

1．核酶、

2．肽核酸

第三节 细胞结构

一、细胞膜和细胞表面

（一)细胞膜的化学组成

质膜（plasma membrane)包在细胞外面，所以又称细胞膜（cell membrane)，它不仅是区分细胞内部与周围环境的动态屏障，更是细胞物质交换和信息传递的通道。围绕各种细胞器的膜，称为细胞内膜。质膜和内膜在起源、结构和化学组成的等方面具有相似性，故总称为生物膜（biomembrane)。生物膜是细胞进行生命活动的重要物质基础，细胞的能量转换、蛋白质合成、物质运输、信息传递、细胞运动等活动都与膜的作用有密切的关系。

质膜表面寡糖链形成细胞外被（cell coat)或糖萼（glycocalyx)；质膜下的表层溶胶中具有细胞骨架成分组成的网络结构，除对质膜有支持作用外，还与维持质膜的功能有关，所以这部分细胞骨架又称为膜骨架。细胞外被、质膜和表层胞质溶胶构成细胞表面。

1．膜脂

主要有三种：磷脂、胆固醇、糖脂；均为兼性分子；脂双分子层组成生物膜的基本骨架。

2．膜蛋白 分为两类：外在（外周)蛋白、内在（镶嵌)蛋白

3．膜糖：细胞外被（糖萼)——细胞表面

（二)细胞膜的分子结构与特性

1． 细胞膜的分子结构

质膜的流动镶嵌模型：流动镶嵌模型突出了膜的流动性和不对称性，认为细胞膜由流动的脂双层和嵌在其中的蛋白质组成。磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成生物膜骨架，蛋白质或嵌在脂双层表面，或嵌在其内部，或横跨整个脂双层，表现出分布的不对称性

2．细胞膜的特性

①不对称性；质膜的内外两层的组分和功能有明显的差异，称为膜的不对称性。

②流动性。质膜的流动性由膜脂和蛋白质的分子运动两个方面组成质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。

二、细胞质

（一)内质网（ER)

细胞由KR. Porter、A. Claude 和 EF. Fullam等人于1945年发现，他们在观察培养的小鼠成纤维细胞时，发现细胞质内部具有网状结构，建议叫做内质网endoplasmicreticulum，ER，后来发现内质网不仅仅存在于细胞的“内质”部，通常还有质膜和核膜相连，并且与高尔基体关系密切，并且常伴有许多线粒体。

1．粗面型内质网（roughendoplasimic reticulum，RER，图6-20)RER呈扁平囊状，排列整齐，膜围成的空间称为ER腔（lumen)，膜外有核糖体附着。

2．光面型内质网（smoothendoplasimic reticulum，SER，图6-21)SER呈分支管状或小泡状，无核糖体附着。肌肉细胞中的肌质网是一种特化的SER，称为肌质网，可贮存Ca²⁺，引起肌肉收缩。细胞不含纯粹的RER或SER，它们分别是ER连续结构的一部分。

ER主要功能是合成蛋白质和脂类，分泌性蛋白和跨膜蛋白都是在ER中合成的。ER合成的脂类除满足自身需要外，还提供给高尔基体、溶酶体、内体、质膜、线粒体、叶绿体等膜性细胞结构。

（二)高尔基复合体（GC)

1889年，Golgi用银染法在猫头鹰的神经细胞内观察到了清晰的结构，因此定名为高尔基体。20世纪50年代以后才正确认识它的存在和结构。

电镜下，GC由扁平囊、小囊泡和大囊泡三部分组成，蛋白质加工场所。

常分布于内质网与细胞膜之间，呈弓形或半球形，凸出的一面对着内质网称为形成面（forming face)或顺面（cis face)。凹进的一面对着质膜称为成熟面（mature face)或反面（trans face)。顺面和反面都有一些或大或小的运输小泡，在具有极性的细胞中，高尔基体常大量分布于分泌端的细胞质中

（三)溶酶体

1955年de Duve与Novikoff首次发现溶酶体（lysosome)。它是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器，其主要功能是进行细胞内消化。

1． 溶酶体的形态结构与酶类

单位膜围成的囊状结构，内含60多种酸性水解酶，专门从事细胞内消化作用。

溶酶体膜的特性（1)膜上镶嵌有质子泵，可将H⁺泵入溶酶体内，以维持溶酶体内的酸性环境；（2)膜蛋白呈高度糖基化状态糖链伸向膜内侧，可保护自身膜结构免受内部水解酶的消化；（3)膜上具有多种载体蛋白，用于水解产物向外转运。

2． 溶酶体的发生与分类

初级溶酶体是在高尔基体的trans面以出芽的形式形成的，其形成过程如下。

内质网上核糖体合成溶酶体蛋白→进入内质网腔进行N-连接的糖基化修饰→进入高尔基体Cis面膜囊→N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶识别溶酶体水解酶的信号斑→将N-乙酰葡糖胺磷酸转移在1~2个甘露糖残基上→在中间膜囊切去N-乙酰葡糖胺形成M6P配体→与trans膜囊上的受体结合→选择性地包装成初级溶酶体

具有异质性，形态大小及内含的水解酶种类都可能有很大的不同，标志酶为酸性磷酸酶。根据完成其生理功能的不同阶段可分为初级溶酶体（primarylysosome)，次级溶酶体（secondary lysosome)和残体小体（residual body)。

（四)过氧化物酶体（微体)

过氧化物酶体（peroxisome)又称微体（microbody)，由J. Rhodin（1954)首次在鼠肾小管上皮细胞中发现。是一种具有异质性的细胞器，在不同生物及不同发育阶段有所不同。直径约0.2~1.5um，通常为0.5um，呈圆形，椭圆形或哑呤形不等，由单层膜围绕而成（图6-31)。共同特点是内含一至多种依赖黄素（flavin)的氧化酶和过氧化氢酶（标志酶)，已发现40多种氧化酶，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)的含量极高，以至于在有些种类形成酶结晶构成的核心

（五)线粒体

1890年R. Altaman首次发现线粒体，命名为bioblast，以为它可能是共生于细胞内独立生活的细菌。

1898年Benda首次将这种颗命名为mitochondrion。

1．线粒体的形态结构

线粒体一般呈粒状或杆状，但因生物种类和生理状态而异，可呈环形，哑铃形、线状、分杈状或其它形状。主要化学成分是蛋白质和脂类，其中蛋白质占线粒体干重的65-70%，脂类占25-30%。一般直径0.5~1μm，长1.5~3.0μm，在胰脏外分泌细胞中可长达10~20μm，称巨线粒体。数目一般数百到数千个，肝细胞约1300个线粒体，占细胞体积的20%；单细胞鞭毛藻仅1个，酵母细胞具有一个大型分支的线粒体，巨大变形中达50万个；许多哺乳动物成熟的红细胞中无线粒体。通常分布在细胞功能旺盛的区域。如在肝细胞中呈均匀分布，在肾细胞中靠近微血管，呈平行或栅状排列，肠表皮细胞中呈两极性分布，集中在顶端和基部，在精子中分布在鞭毛中区。

超微结构

线粒体由内外两层膜封闭，包括外膜、内膜、膜间隙和基质四个功能区隔。在肝细胞线粒体中各功能区隔蛋白质的含量依次为：基质67%，内膜21%，外8%膜，膜间隙4%。

（1)外膜 (outmembrane)

含40%的脂类和60%的蛋白质，具有孔蛋白（porin)构成的亲水通道，允许分子量为5KD以下的分子通过，1KD以下的分子可自由通过。标志酶为单胺氧化酶。

（2)内膜 （inner membrane)

含100种以上的多肽，蛋白质和脂类的比例高于3:1。心磷脂含量高（达20%)、缺乏胆固醇，类似于细菌。通透性很低，仅允许不带电荷的小分子物质通过，大分子和离子通过内膜时需要特殊的转运系统。线粒体氧化磷酸化的电子传递链位于内膜，因此从能量转换角度来说，内膜起主要的作用。内膜的标志酶为细胞色素C氧化酶。

内膜向线粒体基质褶入形成嵴（cristae)嵴上覆有基粒（elementaryparticle)，基粒由头部（F₁偶联因子)和基部（F₀偶联因子)构成，F₀嵌入线粒体内膜

（3)膜间隙(intermembranespace)

是内外膜之间的腔隙，延伸至嵴的轴心部，腔隙宽约6-8nm。由于外膜具有大量亲水孔道与细胞质相通，因此膜间隙的pH值与细胞质的相似。标志酶为腺苷酸激酶。

（4)基质（matrix)

为内膜和嵴包围的空间。除糖酵解在细胞质中进行外，其他的生物氧化过程都在线粒体中进行。基质具有一套完整的转录和翻译体系。包括线粒体DNA（mtDNA)，70S型核糖体，tRNAs 、rRNA、DNA聚合酶、氨基酸活化酶等。

基粒的结构

ATP合酶（ATP synthetase， 图7-13)，分子量500KD，状如蘑菇。分为球形的F₁（头部)，柄部是一种被称为寡霉素敏感的蛋白和嵌入膜中的F₀（基部)，它可以利用质子动力势合成ATP，也可以水解ATP，转运质子，属于F型质子泵。每个肝细胞线粒体通常含15000个ATP合酶、每个酶每秒钟可产生100个ATP。

F₁由5种多肽组成α₃β₃γδε复合体，具有三个ATP合成的催化位点（每个β亚基具有一个)。α和β单位交替排列，状如桔瓣。γ贯穿αβ复合体（相当于发电机的转子)，并与F₀接触，ε帮助γ与F₀结合。δ与F₀的两个b亚基形成固定αβ复合体的结构（相当于发电机的定子)。

F₀由三种多肽组成ab₂c₁₂复合体，嵌入内膜，12个c亚基组成一个环形结构，具有质子通道，可使质子由膜间隙流回基质。

2．线粒体的化学组成及酶类

复合物Ⅰ：即NADH-辅酶Q氧化还原酶

复合物Ⅱ：琥珀酸 -辅酶Q氧化还原酶

复合物 Ⅲ：辅酶Q-细胞色素c氧化还原酶

复合物 Ⅳ：细胞色素c氧化酶

由复合物 Ⅰ、 Ⅲ 、Ⅳ和Ⅱ 、 Ⅲ 、Ⅳ分别组成两条电子传递链

3．线粒体的半自主作用

1963年M. 和 S. Nass发现线粒体DNA（mtDNA)后，人们又在线粒体中发现了RNA、DNA聚合酶、RNA聚合酶、tRNA、核糖体、氨基酸活化酶等进行DNA复制、转录和蛋白质翻译的全套装备，说明线粒体具有独立的遗传体系。

虽然线粒体也能合成蛋白质，但是合成能力有限。线粒体1000多种蛋白质中，自身合成的仅十余种。线粒体的核糖体蛋白、氨酰tRNA 合成酶、许多结构蛋白， 都是核基因编码， 在细胞质中合成后，定向转运到线粒体的，因此称线粒体为半自主细胞器

人的线粒体DNA，1981年发现人的线粒体DNA全长16569bp，编码的多肽为细胞色素c氧化酶的3个亚基，F₀的2个亚基，NADH脱氢酶的7个亚基和细胞色素b等13条多肽。此外线粒体DNA还能合成12S和16SrRNA及22种tRNA。

4．线粒体的生物发生

线粒体的增殖是通过已有的线粒体的分裂。

（六)核糖体

由rRNA和蛋白质组成，含大小两个亚基，是蛋白质合成场所。重要活性部位有：①mRNA结合部位；②P位；③G位；④A位；⑤肽基转移酶部位；⑥E位。

（七)细胞骨架

纤维蛋白构成的网架结构，由微管、微丝和中间纤维组成

三、细胞核

核一般呈圆形，但因生物的种类而异。在旺盛分裂的组织中，核呈圆形，在长形细胞中多呈椭圆形，在扁平细胞中多为扁圆形，在蛾蝶类的丝腺细胞中为分枝状，在胚乳细胞中呈网状。通常一个细胞一个核，肝细胞和心肌细胞可有双核，破骨细胞可有6~50个细胞核，骨骼肌细胞可有数百个核；高等植物的毡绒层可有2~4个核。正在生长的细胞中，核位于细胞中央，在分化成熟的细胞中，常因细胞内含物或特殊结构的存在，核被挤到边缘。

细胞核的主要结构包括：①核膜（nuclearenvelope)、②核仁（nucleolus)、③核基质（nuclear matrix)、④染色质（chromatin)。

在生命活动过程中处于极为重要的地位，是细胞内遗传信息贮存、复制和转录的场所。

（一)核膜

是包在核外的双层膜结构。它将DNA与细胞质分隔开，形成核内特殊的微环境，保护DNA分子免受损伤；使 DNA的复制和RNA的翻译表达在时空上分隔开来；此外染色体定位于核膜上，有利于解旋、复制、凝缩、平均分配到子核，核被膜还是核质物质交换的通道。

1．核被膜

是双层膜结构由内核膜（inner nuclearmembrane)、外核膜（outer nuclear membrane)和核周隙（perinuclearspace)三部分构成。核被膜上有核孔与细胞质相通。

外核膜胞质面附有核糖体，并与内质网相连，核周隙与内质网腔相通，可以说是内质网的一部分。外核膜上附着10nm的中间纤维intermediatefilament，可见核是被内质网和中间纤维相对固定的。

核周隙宽20~40nm，腔内电子密度低，一般不含固定的结构。

2．核孔复合体

核孔是细胞核与细胞质之间物质交换的通道，一方面核的蛋白都是在细胞质中合成的，通过核孔定向输入细胞核，另一方面细胞核中合成的各类RNA、核糖体亚单位需要通过核孔运到细胞质。此外注射实验证明，小分子物质能够以自由扩散的方式通过核孔进入细胞核。

核孔由至少50种不同的蛋白质（nucleoporin)构成，称为核孔复合体（nuclear porecomplex，NPC)。由环孔颗粒、周边颗粒、中央颗粒和无定形物质组成。一般哺乳动物细胞平均有3000个核孔。细胞核活动旺盛的细胞中核孔数目较多，反之较少。

3．核纤层

内核膜的内表面有一层网络状纤维蛋白质，叫核纤层（nuclear lamina)，核纤层的作用有以下两个方面：（1)保持核的形态； （2)参与染色质和核的组装。

（二)核仁（necleolus)

核仁见于间期的细胞核内，呈圆球形，一般1-2个，也有多达3-5个的。核仁的位置不固定，或位于核中央，或靠近内核膜，核仁的数量和大小因细胞种类和功能而异。一般蛋白质合成旺盛和分裂增殖较快的细胞有较大和数目较多的核仁，反之核仁很小或缺如。

1．核仁的化学组成

核仁主要成分为蛋白质（80%)、RNA（10%-11%)、DNA（8%)和少量的脂类

2．核仁的形态结构

核仁与其他的细胞器不同，周围没有界膜包围，在电子显微镜下可辨认出有3个特征性的区域：①纤维成分：由紧密排列、直径为5-8nm的纤维丝组成其主要成分是RNA和蛋白质，他们构成了核仁的海绵状网架。②颗粒成分：由直径15-20nm的颗粒构成，是不同加工阶段的RNP。 ③核仁相随染色质分为两部分，一部分位于核仁周围，称为核仁周染色质，属异染色质，一部分位于核仁内，为常染色质，即核仁组织区，是rDNA所在的位置。④核仁基质：为无定型的蛋白质性液体物质。

3．核仁周期

核仁是一种动态结构，在分裂间期，由于细胞需要合成大量的蛋白质，核仁组织区的rDNA快速进行rRNA转录，在其周围装配核体亚单位从而形成了典型的核仁结构。在分裂前期核仁组织区的rDNA停止了rRNA转录，其周围核体亚单位散去，核仁消失，分裂末期又重新出现。核仁的主要功能是转录rRNA和组装核糖体单位。

核糖体的组装

（三)核基质

核基质（nuclear matrix)或称核骨架（nucleoskeleton)为真核细胞核内的网络结构，是指除核被膜、染色质、核纤层及核仁以外的核内网架体系。由于核基质与DNA复制，RNA转录和加工，染色体组装及病毒复制等生命活动密切相关，故日益受到重视。

核骨架纤维粗细不等，直径为3-30nm，形成三维网络结构与核纤层，与核孔复合体相接，将染色质和核仁网络在其中。核骨架-核纤层-中间纤维三者相互联系形成一个贯穿于核、质间的统一网络系统。这一系统较微管、微丝具有更高的稳定性。

（四)染色质与染色体

染色质和染色体是同一物质在不同细胞周期中的形态表现。

1．染色质的化学组成

染色质由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成，

DNA是染色质的主要成分。

组蛋白带正电荷，含精氨酸，赖氨酸，属碱性蛋白，其含量恒定，在真核细胞中组蛋白共有5种，分为两类：一类是高度保守的核心组蛋白（core histone)包括H₂A、H₂B、H₃、H₄四种；另一类是可变的连接组蛋白（linker histone)即H₁。

与组蛋白不同，非组蛋白是一类富含天门冬氨酸和谷氨酸的酸性蛋白。非组蛋白的功能是：①帮助DNA分子折叠，以形成不同的结构域，从而有利于DNA的复制和基因的转录；②协助启动DNA复制；③控制基因转录，调节基因表达。

2．染色质的超微结构与组装

人体的一个细胞核中有23对染色体，每条染色体的DNA双螺旋若伸展开，平均长为5cm，核内全部DNA连结起来约1.7-2.0m，而细胞核直径不足10um。因此，不难想象DNA是以螺旋和折叠的方式压缩起来的，压缩比例高达上万倍，这种压缩的最初级结构就是核小体。

核小体是一种串珠状结构，由核心颗粒和连结线DNA两部分组成，可描述如下：①每个核小体单位包括约200bp的DNA、一个组蛋白核心和一个H₁；②由H₂A、H₂B、H₃、H₄各两分子形成八聚体，构成核心颗粒；③DNA分子以左手螺旋缠绕在核心颗粒表面，每圈80bp，共1.75圈，约146bp，两端被H₁锁合；④相邻核心颗粒之间为一段60bp的连接线DNA。

核小体和螺线管结构

染色体的包装方式

3．常染色质与异染色质

间期核中染色质可分为异染色质（heterochromatin)和常染色质（euchromatin)。常染色质是进行活跃转录的部位，呈疏松的环状，电镜下表现为浅染；纤维直径约10nm，易被核酸酶在一些敏感的位点（hypersensitivesites)降解。异染色质的特点是：在间期核中处于凝缩状态，无转录活性，也叫非活动染色质(inactivechromatin)；是遗传惰性区；在细胞周期中表现为晚复制、早凝缩，即异固缩现象(heteropycnosis

结构（恒定)异染色质（constitutiveheterochromatin)：在所有细胞内和都呈异固缩的染色质，多定位于着丝粒区（图12-15)，端粒，次缢痕及染色体臂的某些节段，在间期聚集成多个染色中心（chromocenter)，由相对简单的高度重复序列构成。

兼性（功能)异染色质（facultativeheterochromatin)：是指不同细胞类型或不同发育时期出现的异染色质区。雌性哺乳类动物的X染色体就是一类特殊的兼性异染色质。在哺乳动物细胞内如有两个X染色体（通常为雌性)，则其中的一个染色体常表现为异染色质（图12-16)，称巴氏小体（barr body)。人的胚胎发育到16天以后，一条X染色体转变为巴氏小体，呈块状紧靠核膜，染色反应表现为深染。因此通过检查羊水中胚胎细胞的巴氏小体可预测胎儿的性别。

第四节  细胞的功能

一、细胞膜的物质运输

（一)穿膜运输

是离子和小分子过膜的形式包括简单扩散、协助扩散、主动运输

1．简单扩散

也叫自由扩散（free diffusing)，特点是：①沿浓度梯度（或电化学梯度)扩散；②不需要提供能量；③没有膜蛋白的协助。

脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小；非极性分子比极性容易透过，小分子比大分子容易透过。具有极性的水分子容易透过是因水分子小，可通过由膜脂运动而产生的间隙。

非极性的小分子如O₂、CO₂、N₂可以很快透过脂双层，不带电荷的极性小分子，如水、尿素、甘油等也可以透过人工脂双层，尽管速度较慢

2．协助扩散

运输特点是： ①比自由扩散转运速率高； ②存在最大转运速率； 在一定限度内运输速率同物质浓度成正比。如超过一定限度，浓度再增加，运输也不再增加。因膜上载体蛋白的结合位点已达饱和； ③有特异性，即与特定溶质结合。这类特殊的载体蛋白主要有离子载体和通道蛋白两种类型。

3．主动运输

主动运输的特点是：①逆浓度梯度（逆化学梯度)运输；②需要能量（由ATP直接供能)或与释放能量的过程偶联（协同运输)；③都有载体蛋白。

主动运输所需的能量来源主要有：

  协同运输中的离子梯度动力；

ATP驱动的泵通过水解ATP获得能量；

（1)离子泵：实际上就是Na⁺-K⁺ATP酶，一般认为是由2个大亚基、2个小亚基组成的4聚体。Na⁺-K⁺ATP酶通过磷酸化和去磷酸化过程发生构象的变化，导致与Na⁺、K⁺的亲和力发生变化。在膜内侧Na⁺与酶结合，激活ATP酶活性，使ATP分解，酶被磷酸化，构象发生变化，于是与Na⁺结合的部位转向膜外侧；这种磷酸化的酶对Na⁺的亲和力低，对K⁺的亲和力高，因而在膜外侧释放Na⁺、而与K⁺结合。K⁺与磷酸化酶结合后促使酶去磷酸化，酶的构象恢复原状，于是与K⁺结合的部位转向膜内侧，K⁺与酶的亲和力降低，使K⁺在膜内被释放，而又与Na⁺结合。其总的结果是每一循环消耗一个ATP；转运出三个Na⁺，转进两个K⁺。

Na-K泵示意图

（2)协同运输：协同运输（cotransport)是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。物质跨膜运动所需要的能量来自膜两侧离子的电化学浓度梯度，而维持这种电化学势的是钠钾泵或质子泵。动物细胞中常常利用膜两侧Na⁺浓度梯度来驱动，植物细胞和细菌常利用H⁺浓度梯度来驱动。根据物质运输方向与离子沿浓度梯度的转移方向，协同运输又可分为：同向协同（symport)与反向协同（antiport)。

小肠对葡萄糖的吸收

反向协同

（二)膜泡运输

真核细胞通过胞吞作用（endocytosis)和胞吐作用（exocytosis)完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输。在转运过程中，质膜内陷，形成包围细胞外www.lindalemus.com/sanji/物质的囊泡，因此又称膜泡运输。

1．胞吞作用

是质膜内陷将外来的大分子和颗粒物质包围，形成小泡转运到细胞内的过程。可分为吞噬作用、胞饮作用和受体介导的胞吞作用。

（1)吞噬作用：细胞内吞较大的固体颗粒物质（图5-13)，如细菌、细胞碎片等，称为吞噬作用（phagocytosis)。吞噬现象是原生动物获取营养物质的主要方式，在后生动物中亦存在吞噬现象。如：在哺乳动物中，中性颗粒白细胞和巨噬细胞具有极强的吞噬能力，以保护机体免受异物侵害。

（2)胞饮作用：细胞吞入的物质为液体或极小的颗粒物质（图5-14)，这种内吞作用称为胞饮作用（pinocytosis)。胞饮作用存在于白细胞、肾细胞、小肠上皮细胞、肝巨噬细胞和植物细胞。

（3)受体介导的内吞作用

2．胞吐作用

与内吞作用的顺序相反，某些大分子物质通过形成小囊泡从细胞内部移至细胞表面，小囊泡的膜与质膜融合，将物质排出细胞之外，这个过程称为外排作用（exocytosis)，细胞内不能消化的物质和合成的分泌蛋白都是通过这种途径排出的。

二、细胞内物质运输

（一)细胞内蛋白质的运输与分选

1．蛋白质的运输与分选

1)门控运输（gatedtransport)：如核孔可以选择性的主动运输大分子物质和RNP复合体，并且允许小分子物质自由进出细胞核。

2)跨膜运输（transmembranetransport)：蛋白质通过跨膜通道进入目的地。如细胞质中合成的蛋白质在信号序列的引导下，通过线粒体上的转位因子，以解折叠的线性分子进入线粒体。

3)膜泡运输（vesiculartransport)：蛋白质被选择性地包装成运输小泡，定向转运到靶细胞器。如内质网向高尔基体的物质运输、高尔基体分泌形成溶酶体、细胞摄入某些营养物质或激素，都属于这种运输方式。

2．两种类型的分选信号

①信号肽（signalsequence)：存在于蛋白质一级结构上的线性序列，通常15-60个氨基酸残基，有些信号序列在完成蛋白质的定向转移后被信号肽酶（signalpeptidase)切除.

②信号斑（signal patch)：存在于完成折叠的蛋白质中，构成信号斑的信号序列之间可以不相邻，折叠在一起构成蛋白质分选的信号。

（二)细胞内蛋白质的加工与分泌

三、细胞的能量转换

葡萄糖彻底氧化转变为能量经历如下代谢过程：

① 糖酵解  ②乙酰辅酶A形成  ③三羧酸循环  ④电子传递和氧化磷酸化 

其中 ①在细胞质中进行，②③在线粒体基质中，④在线粒体内膜中进行。

四、细胞的信号转导

（一)信号分子与受体

1．信号分子：能以某种方式引起细胞发生功能改变的外界物质。

2．受体：能识别信号分子并与之结合而引发其所在细胞产生生物学效应的生物大分子。

（二)膜受体类型及信号传递途径

五、细胞识别

1．相同受体间相互作用

2．受体与细胞表面大分子间相互作用

3．相同受体与游离大分子间相互作用

六、细胞消化与防御

1．异噬作用：细胞通过胞吞作用形成内体或吞噬小体，再与含溶酶体酶的小泡融合进行消化。

2．自噬作用：含溶酶体酶的小泡与细胞内自噬小体融合形成自噬性溶酶体进行消化。

3． 自溶作用

4． 胞外消化

七、细胞的支持与运动

1．细胞骨架特别是微管参与决定了细胞的几何形状。

2．所有细胞运动都与细胞骨架体系（尤其是微管、微丝)有关，同时需要ATP和动力蛋白。

第五节  细胞增殖周期

细胞增殖是通过细胞周期（cell cycle)来实现的，而细胞周期的有序运行是通过相关基因的严格监视和调控来保证的。细胞无限制增长对个体来说意味着癌症，个体无限制繁殖对地球来说意味着灾难。一个大肠杆菌若按20分钟分裂一次，并保持这一速度，则两天即可超过地球的重量。

一、细胞周期一些概念

细胞周期指连续分裂的细胞由一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂结束所经历的过程，所需的时间叫细胞周期时间。

可分为四个阶段：①G₁期(gap1)，指从有丝分裂完成到期DNA复制之前的间隙时间；②S期(synthesisphase)，指DNA复制的时期，只有在这一时期H³-TDR才能掺入新合成的DNA中；③G₂期(gap2)，指DNA复制完成到有丝分裂开始之前的一段时间；④M期又称D期(mitosis ordivision)，细胞分裂开始到结束。

体内细胞的动态

从增殖的角度来看，可将高等动物的细胞分为三类：①连续分裂细胞，在细胞周期中连续运转因而又称为周期细胞，如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。②休眠细胞暂不分裂，但在适当的刺激下可重新进入细胞周期，称G₀期细胞，如淋巴细胞、肝、肾细胞等。③不分裂细胞，指不可逆地脱离细胞周期，不再分裂的细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等等。

二、细胞周期各时相的动态及特点

（一)G1期（合成前期)

G1期是细胞生长的主要阶段，也是为进入S期准备必要的物质基础的时期。在此期，细胞进行生物合成，产生大量的RNA和蛋白质。

（二)S期（合成期)

细胞由G1期进入S期，主要进行DNA的复制，组蛋白和非组蛋白等染色质蛋白的合成。 DNA的复制是细胞增殖的关键，细胞增殖的主要物质基础是细胞质和遗传物质的倍增，前者的合成贯穿于整个细胞周期，后者复制仅局限于S期。

（三)G2期（合成后期)

这一时期主要为M期进行多种结构和功能准备。这时期细胞继续进行RNA和蛋白质的合成，进行细胞生长，同时还合成一些特殊的蛋白质，如合成一种可溶性的蛋白激酶，它可使核纤层磷酸化，达到一定程度便引起核膜破裂，也合成使染色质凝集的成熟促进因子，构成纺锤丝的微管蛋白。

（四)M期(分裂期)

这一时期将确保亲本细胞核染色体能精确均等地分配给两个细胞，使分裂后的细胞保持遗传上的一致性。为了便于描述，根据细胞核的形态变化，认为地分为前、中、后、末四个时期。

三、有丝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染色质凝缩，②分裂极确立与纺锤体开始形成，③核仁解体，④核膜消失。

前期最显著的特征是染色质通过螺旋化和折叠，变短变粗，形成光学显微镜下可以分辨的染色体，每条染色体包含2个染色单体。

早在S期两个中心粒已完成复制，在前期移向两极，两对中心粒之间形成纺锤体微管，当核膜解体时，两对中心粒已到达两极，并在两者之间形成纺锤体，

2．中期

指从核膜消失到有丝分裂器形成的时期。该期染色体最大程度地被压缩，由动粒微管牵引排列在纺锤体的中央形成赤道板。有丝分裂器是由纺锤体、中心粒和染色体组成。染色体两边的牵引力就像拔河一样达到平衡

3．后期

指姊妹染色单体分开并移向两极的时期，当子染色体到达两极后，标志这一时期结束。后期可以分为两个方面：①后期A，指染色体向两极移动的过程。这是因为染色体着丝点微管在着丝点处去组装而缩短，在分子马达的作用下染色体向两极移动，体外实验证明即使在不存在ATP的情况下，染色体着丝点也有连接到正在去组装的微管上的能力，使染色体发生移动。②后期B，指两极间距离拉大的过程。这是因为一方面极体微管延长，结合在极体微管重叠部分的马达蛋白提供动力，推动两极分离，另一方面星体微管去组装而缩短，结合在星体微管正极的马达蛋白牵引两极距离加大。

4．末期

是从子染色体到达两极，至形成两个新细胞为止的时期。末期涉及子核的形成和胞质分裂两个方面。

（二)胞质分裂

虽然核分裂与胞质分裂（cytokinesis)是相继发生的，但属于两个分离的过程，例如大多数昆虫的卵，核可进行多次分裂而无胞质分裂，某些藻类的多核细胞可长达数尺，以后胞质才分裂形成单核细胞。

动物细胞的胞质分裂是以形成收缩环的方式完成的，收缩环在后期形成，由大量平行排列的肌动蛋白和结合在上面的myosin II等成分组成，用细胞松驰素及肌动蛋白和肌球蛋白抗体处理均能抑制收缩环的形成。不难想象胞质收缩环工作原理和肌肉收缩时一样的。

四、细胞周期的调控

五、细胞周期与医学

第三章  生命的延续

第一节  无性生殖与有性生殖

一、无性生殖：由母体直接产生新个体的生殖方式。如细菌的分裂生殖。

二、有性生殖：是高等动植物普遍存在的生殖方式。由两性亲本产生配子，两性配子结合形成合子，合子发育成新个体。

第二节   配子发生

一、精子发生

指精原细胞发育为精子的过程，约需64-72天。精子的发生在睾丸曲细精管内进行，可分为增殖期、生长期、成熟期、变形期等4个时期。

（一)增殖期：精原细胞进行有丝分裂

（二)生长期：精原细胞体积增大，形成初级精母细胞。

（三)成熟期：初级精母细胞进行减数分裂形成四个精细胞。

（四)变形期：精细胞变形形成精子的过程。

二、卵子的发生

（一)增殖期：卵原细胞进行有丝分裂

（二)生长期：卵原细胞体积增大，形成初级卵母细胞。初级卵母细胞进入第一次减数分裂并停止在前期的双线期。

（三)成熟期：初级精母细胞进行减数分裂形成一个卵细胞和三个极体。

第三节  减数分裂

数分裂（Meiosis)的特点是DNA复制一次，而细胞连续分裂两次，形成单倍体的精子和卵子，通过受精作用又恢复二倍体，减数分裂过程中同源染色体间发生交换，使配子的遗传多样化，增加了后代的适应性，因此减数分裂不仅是保证生物种染色体数目稳定的机制，同且也是物种适应环境变化不断进化的机制。

一、第一次减数分裂

（一)前期I

减数分裂的特殊过程主要发生在前期I，通常人为划分为5个时期：①细线期（leptotene)、②合线期（zygotene)、③粗线期（pachytene)、④双线期（diplotene)、⑤终变期（diakinesis)。必须注意的是这5个阶段本身是连续的，它们之间并没有截然的界线

1)细线期: 染色体呈细线状，具有念珠状的染色粒。持续时间最长，占减数分裂周期的40%。细线期虽然染色体已经复制，但光镜下分辨不出两条染色单体。由于染色体细线交织在一起，偏向核的一方，所以又称为凝线期(synizesis)，在有些物种中表现为染色体细线一端在核膜的一侧集中，另一端放射状伸出，形似花束，称为花束期(bouquetstage)。

2)偶线期：持续时间较长，占有丝分裂周期的20%。亦称偶线期，是同源染色体配对的时期，这种配对称为联会(synapsis)。这一时期同源染色体间形成联会复合体(synaptonemalcomplex，SC)。在光镜下可以看到两条结合在一起的染色体，称为二价体（bivalent)。每一对同源染色体都经过复制，含四个染色单体，所以又称为四分体（tetrad

3)粗线期：持续时间长达数天，此时染色体变短，结合紧密，在光镜下只在局部可以区分同源染色体，这一时期同源染色体的非姊妹染色单体之间发生交换的时期。在果蝇粗线期SC上具有与SC宽度相近的电子致密球状小体，称为重组节，与DNA的重组有关。

4)双线期：联会的同源染色体相互排斥、开始分离，但在交叉点(chiasma)上还保持着联系。双线期染色体进一步缩短，在电镜下已看不到联会复合体。植物细胞双线期一般较短，但在许多动物中双线期停留的时间非常长，人的卵母细胞在五个月胎儿中已达双线期，而一直到排卵都停在双线期，排卵年龄大约在12-50岁之间。成熟的卵细胞直到受精后，才迅速完成两次分裂，形成单倍体的卵核。

在鱼类、两栖类、爬行类、鸟类以及无脊椎动物的昆虫中，双线期的二价体解螺旋而形成灯刷染色体，这一时期是卵黄积累的时期。

5)终变期：二价体显著变短，并向核周边移动，在核内均匀散开。所以是观察染色体的良好时期。

由于交叉端化过程的进一步发展，故交叉数目减少，通常只有一至二个交叉。终变期二价体的形状表现出多样性,如V形、O形等。

（二)中期I：核仁消失，核被膜解体，标志进入中期I，中期I的主要特点是染色体排列在赤道面上。每个二价体有4个着丝粒、姊妹染色单位的着丝粒定向于纺锤体的同一极，故称联合定向(co-orientation)。

（三)后期I：二价体中的两条同源染色体分开，分别向两极移动。由于相互分离的是同源染色体，所以染色体数目减半。但每个子细胞的DNA含量仍为2C。同源染色体随机分向两极，使母本和父本染色体重所组合，产生基因组的变异。如人类染色体是23对，染色体组合的方式有223个（不包括交换)，因此除同卵孪生外，几乎不可能得到遗传上等同的后代。

（四)末期I染色体到达两极后，解旋为细丝状、核膜重建、核仁形成，同时进行胞质分裂。

二、第二次减数分裂

第二次减数分裂的间期很短，并无DNA的复制。

（一)前期Ⅱ

每个二分体凝缩，核膜消失。

（二)中期Ⅱ

个二分体排列于赤道面上形成赤道板，着丝粒纵裂而

成2条染色体，其着丝粒区的动原粒连于纺锤丝的微管

（三)后期Ⅱ

各染色体被纺锤丝拉向两极。

（四)末期Ⅱ

各染色体移至两极后，解旋伸展，分别形成细胞核。结果，分裂后所形成的细胞中只含单倍数染色体，以人来说只含23条染色体。

第四节   受精（fertilization)

精子与卵子结合形成受精卵的过程称为受精。

第一节  遗传的分子基础

一、DNA结构特征及其生物学意义

1．DNA分子中碱基的排列顺序就是DNA序列。

2．DNA分子的双螺旋碱基互补结构是复制和修复的基础。

3．DNA分子双链的互补性是DNA分析技术的基础。

二、人类基因组

（一)线粒体基因组及其主要特征

基因组（genome)是细胞内全部遗传物质的总称。细胞内遗传物质包括存在于细胞核内的全部DNA和存在于线粒体内的DNA，前者称为核基因组（nuclear genome)，后者称为线粒体基因组（mitochondrialgenome)。

（二)核基因组及其主要特征

组成基因组的DNA序列：核基因组包括3×10⁹bp，约含3-5万基因。根据DNA出现的拷贝数可以将组成基因组的DNA序列分为三类：

1．单一序列（uniquesequences)：在一个基因组中只出现一次或很少几次，约占基因组DNA的60%，大多数结构基因属于单一序列；

2．重复序列

（1)高度重复序列（highlyrepetitive sequences)：约占基因组DNA的10%，重复单位的长度小于200bp，在基因组中出现的拷贝数在10⁶-10⁸，如组成端粒和着丝粒的序列属于高度重复序列；

（2)中度重复序列（moderatelyrepetitive sequences)：约占基因组DNA的30%，重复单位的长度在200bp以上，在基因组的拷贝数在10²-10⁵，少数基因属于中度重复序列。

3．多基因家族（multigenefamily)及假基因

多基因家族指由一个祖先基因经过重复和突变所形成的一组基因，其中至少有一个功能基因。多基因家族有两类：一类串联排列在同一条染色体上，称为基因簇（gene cluster)，如α基因簇；另一类是不同成员分布在不同染色体上。

在多基因家族成员中某些基因不能合成相应的蛋白产物，称为假基因。

三、断裂基因的基本结构

大多数真核生物基因的编码序列不是连续排列的，被非编码序列隔开，因此，称为断裂基因（split gene)。

1．外显子（exon)和内含子（intron)

基因内的编码序列称为外显子。

位于两外显子之间的非编码序列称为内含子。

外显子内含子接头序列：在外显子与内含子接头有一段高度保守的序列，是RNA剪接的信号，称为接头序列。每个内含子的5’端以GT开始，在3’端以AG结束，所以又称为GT-AG法则。

2．侧翼序列（flankingsequences)：在基因的两侧不被转录的非编码序列，这些序列在转录调控中起重要作用。它们包括位于转录起始点上游的启动子序列、位于转录终止点下游的终止子序列和位置不固定的转录调控序列，如增强子、静止子等。

1)启动子（promoters)：是一段特异的核苷酸序列，通常位于基因转录起始点上游的100bp范围，是RNA聚合酶的结合部位，能启动和促进转录过程。启动子决定了双链DNA中的转录链，常见序列有：

TATA框（TATA box)：位于转录起始点上游大约-20～-30bp处，是高度保守的一段序列，由7个碱基组成，即TATAA（T)AA（T)，其中只有两个碱基可以有变化。TATA框能够与转录因子TFⅡ结合，再与RNA聚合酶Ⅱ形成复合物，从而准确地识别转录的起始位置，对于转录水平有着定量效应。

CAAT框（CAAT box)：位于转录起始点上游-70～-80bp，也是一段保守序列，由9个碱基组成，其序列为GGC（T)CAATCA，其中只有一个碱基可以变化。转录因子CTF能够识别CAAT框并且与之结合，其C端有着激活转录的功能。所以CAAT框有促进转录的功能。

GC框（GC box)：其顺序为GGCGGG，有两个拷贝，位于CAAT框两侧。转录因子Sp1能识别GC框并且与之结合，其N端有激活转录的作用。所以，GC框有激活转录的功能。

2)增强子（enhancer)：增强子能增强启动子发动转录的作用，从而明显地提高基因转录的效率。增强子的位置不固定，可以位于启动子上游，也可以位于启动子下游，可以距离启动子很远，也可以距离启动子较近。

3)终止子（terminator)：终止子为反向重复序列，是RNA聚合酶停止工作的信号，反向重复序列转录后，可以形成发夹式结构，并且形成一串U。发夹式结构阻碍了RNA聚合酶的移动，一串U的U与DNA模板中的A结合不稳定，从模板上脱落下来，转录终止。

四、DNA的复制（replication)

真核生物的复制过程：

（1)从复制起始点开始双向复制，再起始点两侧分别形成复制叉，随着复制叉的移动，相邻的复制子汇合，当所有的复制子汇合，复制完成。（2)DNA的复制是半不连续的。由于DNA聚合酶只能使DNA链的3ˊ端加脱氧核苷酸，所以新的DNA链只能沿5ˊ→3ˊ的方向进行。以3ˊ→5ˊ链为模板，DNA沿5ˊ→3ˊ方向复制，复制是连续的，复制速度快，新合成的链为前导链；以5ˊ→3ˊ方向复制，需要引物RNA提供3ˊ末端，先合成冈崎片段，然后去掉引物RNA，在DNA连接酶作用下补上一段DNA，复制是不连续的，复制速度慢，新合成的链为后随链。（3)DNA的复制是半保留的。

五、基因的表达与调控：

（一)基因的表达

储存在DNA中的遗传信息通过在细胞核内转录（transcription)形成mRNA，并由mRNA在细胞质内经过翻译（translation)转变成具有生物活性的蛋白质分子的过程，称为基因表达（geneexpression)。

1．转录（transcription)：

在细胞核内，以DNA链为模板合成mRNA的过程称为转录。在双链DNA中，做为转录模板的DNA单链称为模板链（templatestrand)或反义链（anti-sense strand)，不作为模板的DNA单链称为非模板链或有义链（sense strand)。双链DNA解旋后，RNA聚合酶沿着DNA模板移动，到达转录起始点后，即开始合成RNA。DNA转录后的初级产物为hnRNA（heterogeniousnuclear RNA)，初级产物需要经过加工后成为成熟的mRNA。加工过程包括：

加帽：在RNA的5’端接上一个甲基化帽，即7-甲基鸟嘌呤核苷酸。

剪接：是指在酶的作用下，将初级RNA中的内含子序列切掉，并将各外显子序列拼接起来；

加尾：在腺苷酸聚合酶的作用下，在RNA的3’端加接一连串腺苷酸，形成多聚腺苷酸（poly A)尾。

2．翻译（translation)：

在细胞质中，以mRNA为模板，tRNA为运载工具，将活化氨基酸在核糖体上装配成多肽链的过程，多肽链经过修饰加工成为有生物学活性的蛋白质。

（二)基因表达的调控

真核生物的调控

（1)转录前调控：组蛋白与DNA结合后，可以抑制基因表达。非组蛋白可以解除组蛋白对DNA转录的抑制，促进DNA转录，是转录前调控的重要方式。

（2)转录水平调控：是人类基因表达调控的关键，可以通过启动子、增强子等特异序列与相应的蛋白质结合激活或抑制转录过程而到达调控基因表达的目的。

（3)转录后调控：主要是初级RNA加工过程受到调控。通过不同的加工可以由一个基因的转录产物产生出不同的成熟mRNA，从而翻译出不同的蛋白质。

（4)翻译水平调控：核糖体数量、mRNA的成熟度、启动因子、延伸因子、释放因子和各种酶等均能影响蛋白质合成。

（5)翻译后调控：多肽链合成后要通过修饰、加工，才能成为具有一定生物活性的蛋白质。

六、基因的突变与修复

（一)基因突变（gene mutation)

1． 基因突变的概念

2． 基因突变类型

（1)点突变(pointmutation)或碱基替换（base substitution)

概念：一个碱基对被另一个碱基对所替代。

主要类型：

1)转换（transition)：嘌呤代替嘌呤，或嘧啶代替嘧啶

2)颠换（transversion)：嘌呤被嘧啶所替代或嘧啶被嘌呤所替代。

效应：点突变的效应取决于突变所累及的区域

同义突变（same sensemutation)：尽管碱基序列发生了改变，但并不改变其所编码的氨基酸。例如， GCG（Ala)→GCC（Ala)；

错义突变（missensemutation)：碱基改变导致所编码的氨基酸发生改变，即由一种氨基酸密码子变为另一种氨基酸密码子。如GCA（Ala)→GAA（Glu)；

无义突变（nonsensemutation)：由编码氨基酸的密码子突变为终止密码，突变导致肽链合成提前终止。如TCA（Ser)→TAA（Stop)；

终止密码子突变(terminationcodon mutation)：

（2)移码突变（frameshiftmutation)：如果缺失或插入的碱基数不是3的倍数，导致插入或缺失位点之后的阅读框架发生改变，这类突变称为移码突变。移码突变不仅导致改变位点之后的全部氨基酸组成发生改变，而且也会改变肽链长度，所以移码突变的后果通常比点突变严重得多。

（3)动态突变（dynamicmutation)：存在于外显子（编码区或非翻译区)中的3核苷酸重复序列的重复次数在一代一代传递过程中发生明显增加，从而导致某些遗传病的发生，这类突变称为动态突变。例如，脆性X综合征就是由于FMR1基因的5’端非翻译区内（CCG)n重复次数增加所致。当n小于或等于50时，表型正常；当n大于200时，表现为智力低下；当n界于50和200之间时，个体表型正常，称为前突变。

（二)DNA的修复

主要有两种：切除修复和复制后修复。

第二节  遗传的细胞基础

一、染色质

（一)染色质的分子结构：

染色质由DNA、组蛋白（histone)、非组蛋白和少量RNA组成。

（二)常染色质与异染色质

细胞核内能被碱性染料染色的物质，称为染色质（chromatin)。染色质可以分为常染色质（euchromatin)和异染色质（heterochromatin)两大类：常染色质呈较松散状态，它们均匀地分布在整个细胞核内，染色较浅，具有转录活性；异染色质在整个细胞周期都处于高度螺旋化状态，在细胞核中形成染色较深的团块，存在于异染色质中的基因是没有转录活性的。

（三)性染色质

１．X染色体（X chromosome)

女性细胞中含有两条X染色体，而男性细胞中只含有一条X染色体，但女性X染色体基因的产物并不比男性多。对此，英国遗传学家Mary Lyon在1961年首先提出了“X失活假说”，或称为“Lyon假说”，其要点是：

1) 在间期细胞中，女性的两条X染色体中，只有一条X染色体有转录活性，另一条X染色体无转录活性，呈固缩状，形成X染色质。这样，在含有XX的细胞和XY的细胞中，其X染色体基因产物的量基本相等，此称为剂量补偿（dosagecompensation)。不论细胞内有几条X染色体，只有一条X染色体是具有转录活性的，其余的X染色体均失活形成X染色质。

2) 失活发生在胚胎发育早期。

３)失活是随机的，即失活的X染色体可以来自父方也可以来自母方，但一个细胞中的某条X染色体一旦失活，由该细胞增殖而来的所有子细胞都具有相同的失活X染色体。

２．Y染色质

（１)形态：男性间期细胞被荧光染料染色后在细胞核内出现的强荧光小体。

（２)来源：Y染色体长臂远端部分异染色质。

（３)数目：与Y染色体数相同。

二、染色体

（一)人类染色体染色体的形态结构

中期染色体由两条姊妹染色单体组成，两条姊妹染色单体通过着丝粒相连，着丝粒处凹陷缩窄，因此也称为主缢痕（primaryconstriction)。着丝粒将染色体分为上、下两部分，上部分称为短臂（short arm， p)，下部分称为长臂（long arm，q)。在有些中期染色体的长、短臂上可见凹陷缩窄区，称为次缢痕（secondaryconstriction)；人类近端着丝粒染色体的短臂末端可见球状结构，称为随体（satellite)。随体柄部为缩窄的次缢痕，与核仁形成有关，称为核仁形成区。

（二)人类染色体的类型

根据着丝粒位置，人类中期染色体可分为三种类型：中央着丝粒染色体（metacentricchromosome)的着丝粒位于染色体中部，染色体长臂和短臂长度相等或近似相等；亚中着丝粒染色体（submetacentricchromosome)着丝粒偏向一端，染色体两臂不等，短臂短于长臂；近端着丝粒染色体（acrocentric chromosome)的着丝粒靠近染色体的一端。

（三)人类染色体的数目

中期分裂细胞中含有46条染色体，可构成23对，1-22对为男女共有，称为常染色体（autosomes)；另一对则男女不同，女性为两条X染色体，男性为一条X染色体和一条Y染色体，X和Y染色体称为性染色体（sexchromosomes)。

三、人类的正常核型

（一)人类染色体非显带核型

1、 概念：是一个细胞内的全部染色体按其大小和形态特征排列所构成的图像。对这种图像进行分析称为核型分析。

2、 核型描述：按国际标准，正常核型的描述包括两部分：第一部分为染色体总数，第二部分为性染色体组成，两者之间用“，”隔开。如正常男性的核型为46，XY。异常核型的描述除包括以上两部分外，还包括畸变情况，也是用“，”与前面部分隔开。

３、人类染色体分组：根据着丝粒位置和染色体大小，将22对常染色体由大到小依次命名为1至22号，并将人类染色体分为7组，分别用大写字母A-G表示。

A组：包括1-3号染色体，1号和3号为中央着丝粒染色体，2号为亚中着丝粒染色体；

B组：包括4-5号染色体，均为亚中着丝粒染色体；

C组：包括6-12号和X染色体，均为亚中着丝粒染色体，X染色体大小界于7号和8号染色体之间；

D组：包括13-15号染色体，为近端着丝粒染色体，可以有随体；

E组：包括16-18号染色体，16号为中央着丝粒染色体，17和18号为亚中着丝粒染色体；

F组：包括19-20号染色体，为中央着丝粒染色体；

G组：包括21-22号和Y染色体，为近端着丝粒染色体，21、22号染色体可以有随体。Y染色体的大小变异较大，大于21和22号染色体，其长臂常常平行靠拢。

（二)人类染色体显带核型

１、染色体显带

用各种染色体显带技术，使染色体沿其长轴显示出明暗或深浅相间的带纹，而每一号染色体都有其独特的带纹，这就构成了每条染色体的带型。

常见带型的类型、特点及临床应用

（１)  Q带（Q banding)： Q显带是用荧光染料对染色体标本进行染色，然后在荧光显微镜下进行观察。

（２)  G显带（G banding)：染色体标本用热、碱、蛋白酶等预处理后，再用Giemsa染色，可以显示出与Q带相似的带纹。在光学显微镜下，可见Q带亮带相应的部位，被Giemsa染成深带，而Q带暗带相应的部位被Giemsa染成浅带。这种显带技术称为G显带，所显示的带纹称为G带。是目前进行染色体分析的常规带型。

（３)  R显带（R banding)：所显示的带纹与G带的深、浅带带纹正好相反，故称为R带（reversed band)。G带浅带如果发生异常，不易发现和识别，而R显带技术可以将G带浅带显示出易于识别的深带。

（４)C显带（C banding)：专门显示着丝粒的显带技术。C显带也可使第1、9、16号和Y染色体长臂的异染色质区染色。

（５)  T显带（T banding)：专门显示染色体端粒的显带技术，用来分析染色体端粒。

（６)  N显带（N banding)：专门显示核仁组织区的显带技术。

２、染色体显带核型的识别

区和带的命名原则包括：1、长、短臂分别命名区，各区分别命名带；2、用数字命名，从着丝粒向远端依次编号，靠近着丝粒的两个带分别为长、短臂的1区1带；3、做为界标的带为远端区第1带。

带型描述包括4部分：染色体序号，臂符，区号和带号，各部分之间无分隔符。如1p13表示1号染色体短臂1区3带。

３、高分辨显带染色体

高分辨显带（high-resolutionbanding)：分裂中期一套单倍染色体一般显示320条带。70年代后期，采用细胞同步化方法和改进的显带技术，获得细胞分裂前中期、晚前期或早前期的分裂相，可以得到带纹更多的染色体，能显示550-850条带，甚至2000条带以上。这种显带技术称为高分辨显带技术。

四、染色体的多态性

在正常人群中，染色体存在着各种的恒定微小变异，主要表现为同源染色体之间在形态结构、带纹宽窄和着色强度等存在着明显的差异。通常无明显的表型效应或病理学意义，称为染色体多态性。

第三节  遗传的基本规律

一、  分离律

基因在体细胞内成对存在，在生殖细胞形成时，成对的基因彼此分离，分别进入不同的生殖细胞。

基因型与表现型对应关系：

基因型 ：AA（显性纯合子)   Aa（杂合子)   aa（隐性纯合子)

表现型：   显性性状显性性状隐性性状

婚配型子代类型及比例

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%)

细胞学基础：减数分裂中，同源染色体的分离。

实质：等位基因的分离。

二、自由组合定律

在生殖细胞形成时，成对的基因彼此分离，不成对的基因自由组合。

AaBb XAaBb 

生殖细胞   AB Ab aB ab

AB AABB AABb  AaBB   AaBb

Ab     AABb  AAbb  AaBb   Aabb

aB AaBB AaBb  aaBB   aaBb

ab AaBb Aabb  aaBb   aabb

两个双重杂合的个体婚配，其子代的表型分离比为A-B- ：A-bb：aaB-：aabb = 9：3：3：1。

细胞学基础：减数分裂中，非同源染色体的自由组合。

实质：非等位基因的自由组合。

三、连锁与交换律（linkage andrecombination)

位于同一染色体上的两个基因，在生殖细胞形成时，如果它们相距越近，一起进入同一生殖细胞的可能性越大；如果相距较远，它们之间可以发生交换。

例如：AaBb × aabb

当A、B位于同一条染色体上，a、b位于另一条同源染色体上，在生殖细胞形成时，可以形成AB，ab、Ab 和aB四种不同的生殖细胞，前两种与亲体类型一致，称为亲组合，后两者与亲体类型不同，称为重组合。位于同一染色体上的基因一起遗传，称为连锁（linkage)，位于同一染色体上的基因因为交换而进入不同生殖细胞，称为交换（crossing-over)。四种生殖细胞分别与ab生殖细胞受精，形成4种类型子代。重组合子代在全部子代中所占的比例称为交换率（或重组率)。两个基因相距越远，它们之间的重组率越高。因此，可以用基因之间的重组率来衡量它们之间的相对距离。

综上所述，四个遗传规律分别讨论一对和两对及两对以上基因的传递规律。对于一对基因而言，如果位于常染色体上，遵循分离定律；如果位于性染色体上，遵循伴性遗传定律；对于两对或两对以上基因而言，如果它们位于同一对染色体上，遵循连锁互换定律；如果位于不同对染色体上，遵循自由组合定律。

第四节  遗传的变异

遗传病分类：单基因遗传病、多基因遗传病、染色体病、线粒体遗传病和体细胞遗传病等。

一、染色体异常与疾病

（一)染色体数目异常（chromosomenumerical aberration)

正常二倍体在数量上（整组或整条)的增加或减少，称为染色体数目畸变。

１．染色体整倍性改变

正常生殖细胞中的染色体称为一个染色体组（n)，在人类n=23。正常体细胞含有两个染色体组，称为二倍体（2n)。其中整组染色体的增减称为整倍性变异（euploidabnormality)。

多倍体（polyploid)：如果体细胞的染色体不是由两个染色体组，而是由两个以上染色体组组成，称为多倍体。

形成机制：1)双雄受精（diandry)，即同时有两个精子与卵子受精。2)双雌受精（digyny)，即第二次减数分裂时，次级卵母细胞由于某种原因未形成第二极体，因此，原来应分给第二极体的那一组染色体仍留在卵子内，这样的卵子与一个精子受精后，即可形成核型为69，XXY或69，XXX的受精卵。３)是核内复制（endoreduplication)，一是核内有丝分裂（endomitosis)。核内复制是指在一次细胞分裂中，染色体不是复制一次，而是复制两次，每条染色体形成四条染色单体。这时染色体两两平行排列在一起，其后经过正常的分裂中期、后期和末期，形成的两个子细胞均为四倍体细胞。核内有丝分裂是体细胞染色体正常复制一次，但至分裂中期时核膜仍未破裂消失，也无纺锤丝形成和无后期和末期的胞质分裂，结果细胞内的染色体不是二倍体而成为四倍体。

２、染色体非整倍性的改变

个别染色体数目的增加或减少称为非整倍性变异（aneuploidabnormality)。

亚二倍体（hypodiploid)：体细胞内染色体数目少于46条。最常见的亚二倍体是单体（2n-1)，即某号染色体只有一条。如21单体的细胞内只有一条第21号染色体，核型表示为：45，XX，-21或45，XY，-21。

超二倍体（hyperdiploid)：细胞内染色体数目大于46条。最常见的超二倍体是三体（2n-1)，即某号染色体有三条。如21三体的体细胞内含有三条21号染色体，核型表示为：47，XX，+21或47，XY，+21。

形成机理： 非整倍体的产生原因多数是在细胞分裂时，由于染色体不分离、丢失而引起的。

1) 染色体不分离（chromosome nondisjunction)：

减数分离不分离：减数分裂包括两次分裂。如果后期I发生染色体不分离，所形成的成熟配子中，1/2将有n+1条染色体，1/2将有n-1条染色体，这种染色体异常的配子与正常配子受精，可产生三体（2n+1)和单体（2n-1)。如果后期II发生不分离，所形成的成熟配子中，1/2将有n条染色体，1/4将有n+1条染色体，1/4将有n-1条染色体。受精后，1/2将为二倍体（2n)，1/4将为三体（2n+1)，1/4将为单体（2n-1)。

有丝分裂不分离：受精卵在胚胎发育的早期阶段──卵裂期的细胞分裂中，如果发生某一染色体的姐妹染色单体不分离，将导致嵌合体的产生。嵌合体（mosaic)是指一个个体同时存在两种或两种以上核型的细胞系。

   嵌合体个体中各细胞系的类型和数量比例，取决于发生染色体不分离的时期。染色体不分离发生的时期越晚，正常二倍体细胞所占比例越大，异常细胞系比例就越小，临床症状就相对较轻。

 2)染色体丢失：染色体丢失是细胞分裂时在中、后期过程中，某一染色体的着丝粒未与纺锤丝相连，不能被牵引至某一极参与新细胞核的形成；或某一染色体在向一极移动时，由于某种原因引致行动迟缓，发生后期延迟，也不能参与新细胞核的形成，滞留在细胞质中，最后分解消失，结果某一细胞即丢失了一条染色体而成为亚二倍体。

（二)染色体结构畸变（chromosomestructural aberration)

导致染色体发生结构畸变的基础是断裂及断裂后的重接。如果一条染色体发生了断裂，随后在原位重接，称为愈合或重建，将不引起遗传效应。如果染色体发生断裂后，未在原位重接，这就引起染色体结构畸变。

1．染色体结构畸变的描述方法：染色体结构畸变的表示方法有两种

简式：在这一方式中，染色体的结构畸变只用断裂点来表示。

繁式： 在这一方式中，对染色体的结构畸变用改变了的染色体的带纹组成来描述。

2．染色体结构畸变的类型

（1)缺失（deletion)

末端缺失（terminaldeletion)：一条染色体的臂发生断裂后未发生重接，而形成一条末端缺失的染色体和一个无着丝粒片段，后者因不与纺锤丝相连而在分裂后期不能向两极移动而滞留在细胞质中，因而经过一次分裂后即消失。如1号染色体长臂的2区1带处断裂，且其远端的片段丢失，残存的1号染色体由1号染色体的从短臂末端到长臂2区1带组成。

简式：46，XX，del（1)（q21)

繁式：46，XX，del（1)（pter→q21：)

当染色体短臂末端存在时，从短臂末端开始描述；当短臂末端缺失时，从长臂末端描述。

末端缺失导致部分基因的丢失，其效应取决于缺失片段大小及丢失的基因的性质。

中间缺失（interstitialdeletion)：一条染色体的同一臂发生两次断裂后，两个断裂点之间的片段丢失，近侧断端与远侧断端重接形成中间缺失的染色体。如1号染色体长臂2区1带和3区1带处各发生断裂，中间的片段（2区1带至3区1带)丢失，2区1带与3区1带重接。

简式：46，XX，del（1)（q21q31)

繁式：46，XX，del（1)（pter→q21：：q31→qter)

象末端缺失一样，中间缺失的效应取决于缺失片段的大小和缺失基因的性质。

（2)重复（duplication)

 (3) 倒位(inversion)

臂内倒位（paracentricinversion)：某一染色体臂内发生两次断裂后，所形成的中间片段旋转180度后重接。如2号染色体短臂上的1区3带和2区4带处分别断裂，此二带之间的片段旋转180度后重接，尽管没有带的增加或减少，但带的顺序发生了改变。

简式：46，XY，inv（2)（p13p24)

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

臂间倒位（pericentricinversion)：一条染色体的长臂和短臂各发生一处断裂后，断裂点之间的片段旋转180度后重接。如断裂和重接发生在2号染色体短臂的2区1带和长臂的3区1带。

简式：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)：两条染色体发生断裂后形成的两个断片相互交换而形成两条衍生染色体（derivative chromosome)。如3号染色体在长臂2区1带断裂，10号染色体在长臂2区2带断裂，然后3号染色体带着丝粒的片段与10号染色体无着丝粒片段重接形成衍生的3号染色体[der(3)]，10号染色体带着丝粒的片段与3号染色体无着丝粒的片段重接形成衍生的10号染色体[der(10)]。

简式：46，XX，t（3；10)（q21；q22)

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

在描述易位染色体时，先描述染色体序号靠前的染色体，如3号和10号易位时，先描述3号；但当常染色体和性染色体发生易位时，先描述性染色体。

相互易位在临床上较常见，如果易位的两条染色体在断裂点重接，没有发生片段的丢失或增加，这种相互易位称为平衡易位。相反，如果出现片段的丢失或增加，则为非平衡易位。可以通过比较染色体的断裂点和重接点是否一致而确定是否为平衡易位。通常携带平衡易位的个体表型正常，但在其生殖细胞发生时，按同源染色体配对原则，易位染色体和正常染色体配对形成四射体结构。这样配对的同源染色体在后期I可以有不同的分离方式，其中对角分离、邻近分离1和邻近分离2较常见。

罗伯逊易位（Robertsoniantranslocation)：发生于近端着丝粒染色体的一种易位形式。因其断裂点常发生于着丝粒处，故两个近端着丝粒染色体发生断裂后，常在着丝粒处重接，这种易位也称为着丝粒融合（centric fusion)。如14号染色体和21号染色体在短臂的1区1带和长臂1区1带发生断裂并重接，形成一条由21号长臂和14号染色体着丝粒至长臂组成的易位染色体，14号染色体短臂、21号染色体短臂和着丝粒丢失。

简式：45，XX，t（14；21)（p11；q11)

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

（5)环状染色体（ringchromosome)：当一条染色体的长、短臂同时各发生一次断裂，含有着丝粒节段的长、短臂断端相接，形成环状染色体。如2号染色体在长臂3区1带和短臂2区1带发生断裂，无着丝粒的断片丢失，带有着丝粒的染色体两个断端相接。

简式：46，XX，r（2)（p21q31)

繁式：46，XX，r（2)（p21→q31)

（6)双着丝粒染色体

（7)等臂染色体（isochromosome)：等臂染色体一般是由于着丝粒分裂异常造成的。在正常的细胞有丝分裂中期时，连接两姐妹染色单体的着丝粒进行纵裂，形成两条各具有长、短臂的染色体。如果着丝粒发生横裂，就将形成两条等臂染色体。如X染色体着丝粒发生横裂形成X染色体的等长臂和等短臂染色体。

X染色体等长臂染色体表示为：

简式：46，X，i（Xq)

繁式：46，X，i（X)（qter→cen→qter)

X染色体等短臂染色体表示为：

简式：46，X，i（Xp)

繁式：46，X，i（X)（pter→cen→pter)

（三)染色体病

１．常染色体病

由于常染色体异常所导致的疾病，称为常染色体病。

（1)先天愚型（Down syndrome)：

先天愚型是一种常见的常染色体病，人群中的发病率约为1/650。1866年Down首先发现该病，1959年Lejeune等证实本综合征由于多一条21号染色体所致。

Down综合征的主要临床特征为：智力低下，身体发育迟缓，有特殊面容，鼻跟低平，眼间距宽，眼裂小，外眼角上斜，内眦赘皮，腭弓高尖，新生儿患者常有第三囟门，舌大常外伸，故又称伸舌样痴呆。50%有先天性心脏病，并有唇裂、腭裂及多指（趾)、并指（趾)等畸形。患者肌张力低，关节可过度屈曲。患者IgE降低，易患肺炎等呼吸道感染。皮肤纹理特征常有通贯手，三叉点高（t’)，径侧弓形纹和第5指只有一条褶纹。

核型：４７，ＸＸ（ＸＹ)，＋２１

先天愚型有三种不同核型：三体型、易位型和嵌合型，不同核型患者产生原因及遗传情况不同。

（2)18三体综合征

（3)13三体综合征

（4)5p-综合征（猫叫综合征)

2．性染色体病

由于性染色体异常所引起的疾病，称为性染色体病。

(1) 先天性睾丸发育不全综合征（Klinefelter综合征)

1956年Bradbury等及Plunkett和Barr在这类病人中发现性染色质X小体为阳性。1959年Jacobs和Strong证实患者的核型为47，XXY。本症X小体和Y小体均为阳性。

本症患者的主要临床症状是：表型为男性，在儿童期无任何症状，青春期开始后症状即逐渐明显。患者体高一般在180cm以上，具男性外生殖器，但呈去势体征，阴茎短小，睾丸小或为隐睾，睾丸组织切片可见曲细精管玻璃样变，不能产生精子，故不能生育。患者体毛稀少，无须，无喉结，常见男性乳房发育。皮下脂肪发达，皮肤细腻如女性，其性情体态表现为趋向女性化。少数患者有智力落后现象。

本症的产生主要是由于患者双亲之一在生殖细胞形成过程中发生了性染色体不分离。患者额外染色体起源分析表明，患者的额外染色体40%来自父亲，60%来自母亲，5/6的不分离发生在第一次减数分裂，1/6发生在第二次减数分裂。由于本症患者不育，不会将多余的性染色体传给后代。

（2)性腺发育不全（Turner综合征)

1959年Ford等观察到患者的核型为45，X。目前发现Turner综合征的核型可以为：45，X.。

患者的主要特征为：表型为女性，体矮（身高12医学全.在线www.lindalemus.com0-140cm左右)，后发际低，50%有蹼颈，肘外翻，乳间距宽，青春期乳腺仍不发育，乳头发育不良。性腺发育不全，虽有卵巢基质但无滤泡，原发闭经，外生殖器发育差等，并常并发肾畸形，色素斑，指（趾)甲发育不良。

（3)XYY 综合征

（4)XXX综合征

二、单基因遗传病

系谱（pedigree)：用图示的方式表示家系中各成员之间的相互关系及患病情况。

常用符号：

（一)常染色体显性遗传病（autosomaldominant disease，AD)

定义：致病基因位于常染色体上，致病基因为显性基因。

1． 常染色体显性遗传婚配类型及系谱特征

完全显性（completedominance)：

基因型与表现型的对应关系：

基因型：  AA  Aa aa

表现型：  患者患者  正常

系谱特征：1)患者的亲代之一为患者；

2)患者的同胞约有1/2发病，且男女发病机会相等；

  3)患者的子女约有1/2发病；

4)连续遗传

2． 常染色体显性遗传的不同类型

（1)不完全显性（incompletedominance)：纯合子患者与杂合子患者的症状不同，纯合子患者症状重。

基因型与表现型的对应关系：

基因型：  AA  Aaaa

表现型：   重型患者  轻型患者  正常

（2)不规则显性（irregulardominance)：有些杂合子不表现出临床症状，但能将致病基因传给下一代，下一代可能患病。

基因型与表现型的对应关系：

基因型：  AA  Aaaa

表现型：  患者患者或正常  正常

在不规则显性的情况下，一种显性基因在杂合状态下是否全部得到表现受到遗传背景和环境因素的影响，其影响程度可以用外显率（penetrance)来衡量。外显率是指一定基因型的个体在特定的环境中形成相应表现型的比例，一般用百分率（%)来表示。例如100个杂合子中，有90个杂合子表现出相应的性状，该基因的外显率为90%。

   （3)共显性（codominance)：在杂合子状态下，两个基因的作用都表现出来。

基因型与表现型对应关系：

基因型：  I^MI^M  I^MI^N  I^NI^N

表现型：  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)延迟显性（delayeddominance)：杂合子到一定年龄才表现出临床症状。

基因型与表现型的对应关系：

基因型：  AA  Aaaa

表现型：  患者患者或正常  正常

（5)早现遗传：一些遗传病在连续的世代传递过程中，其发病年龄一代比一代提早，且病情加重。如：强直性肌营养不良。

（6)从性遗传：一些常染色体显性遗传，杂合子的表达受性别的影响，在某一性别表达出相应表型，而另一性别不表达相应表型；或者某一性别中的发病率高于另一性别。如：秃顶

（二)常染色体隐性遗传病（autosomalrecessive diseases，AR)

1、 定义：致病基因位于常染色体上，致病基因为隐性基因。

2、 基因型与表现型的对应关系：

基因型：  AA  Aaaa

表现型：  正常 正常（携带者) 患者

3、系谱特征：1)患者的双亲表型正常，但都为携带者；

  2)患者的同胞约有1/4发病，且男女发病机会相等；

  3)不连续遗传

  4)近亲结婚子代发病风险增高

（三)X连锁遗传

1．X连锁显性遗传病（X-linkeddominant diseases，XD)

定义：致病基因位于X染色体上，致病基因为显性基因。

基因型与表现型的对应关系：

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

表现型： 患者  患者 正常   患者 正常

系谱特征： 1)女性患者多于男性患者；

2)患者的双亲之一为患者；

3)女性患者的子女约有1/2发病；

4)男性患者的儿子正常，女儿均为患者；

5)连续遗传

2．X连锁隐性遗传病（X-linkedrecessive diseases，XR)

定义：致病基因位于X染色体上，致病基因为隐性基因。

基因型与表现型的对应关系：

基因型：  X^AX^A X^AX^aX^aX^a X^AY   X^aY

表现型： 正常  正常（携带者)  患者   正常  患者

系谱特征： 1)男性患者多于女性患者；

2)男性患者的双亲正常，但母亲为携带者；

3)由于交叉遗传，患者的兄弟、姨表兄弟、舅父、外甥可能患病；

4)非连续遗传

（四)Y连锁遗传病（Y-linkeddiseases，YL)

致病基因位于Y染色体上，随Y染色体遗传。

三、线粒体遗传病（mitochondrialdiseases)

致病基因位于线粒体基因组上，由于受精卵的细胞质主要来自卵子，存在于细胞质中的线粒体也来自卵子，所以线粒体遗传病表现为母系遗传，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、多基因遗传病

（一)数量性状的遗传

（二) 多基因假说

要点：（1)数量性状受两对以上基因控制；（2)基因都是共显性；（3)基因对表型作用微小，但有积累效应；（4)基因积累效应与环境共同作用，决定性状。

特点：（1)两个极端类型杂交，子一代都是中间类型，并出现少量的变异。（2)两个中间类型个体交配，子二代的变异更广泛，有可能出现极端类型。（3)一个随机杂交的群体中，变异范围更广泛，多数个体接近中间型，极端变异个体很少。

（三)多基因遗传病

（三) 

一些常见的畸形或疾病，它们的发病率大多超过0.1%,这些病的发病有一定的遗传基础,常表现有家族聚集倾向,但同胞的发病率明显低于单基因遗传的分离比,一般在1%-10%,这些疾病为多基因遗传病,其遗传基础是多对基因,同时也受环境因素影响.

1．易患性（liability)与发病阈值（threshold)

在多基因遗传病中，遗传基础和环境因素的共同作用，决定一个个体是否易于患病，称为易患性。易患性在群体中的变异分布是连续的，呈正态分布。在一个群体中，大部分个体的易患性接近平均值，易患性很低和很高的个体都很少。当一个个体的易患性高达一定限度即阈值时，个体就患病。这样连续分布的易患性变异就被阈值区分为两部分，大部分为正常个体，小部分为患病个体。在一定的环境条件下，阈值代表着造成发病所需要的最少基因数。

2．遗传率（heritability)

在多基因遗传病中，易患性的高低受遗传基础和环境因素的双重影响，其中遗传因素所起作用的大小程度称为遗传度或遗传率，一般用百分率表示。

3．多基因遗传病的特点

1)发病有家族聚集倾向，患者亲属的发病率高于群体发病率，但同胞发病率远低于1/4；

2)同一级亲属的发病风险相同；如患者的父母、同胞和子女均为一级亲属，其发病风险相同；

3)随着亲属级别的降低，患者亲属的发病风险迅速降低；

4)近亲结婚时，子女的发病风险也增高，但不及常染色体隐性遗传显著；

5)发病率有种族差异。

4．多基因遗传病的再发风险估计

1)当群体发病率在0.1%-1%、遗传度在70%-80%时，患者一级亲属的发病风险等于一般群体发病率的平方根；

2)一个家庭中患者数越多，患者亲属的发病风险越高；

3)患者病情越重，其亲属的发病风险越高；

4)当发病率有性别差异时，发病率低的性别的亲属发病风险高。