一、染色体
人类遗传物质包含核染色体和线粒体染色体。人类细胞核包含46条染色体，22对常染色体（autosome）和两条性染色体(sex chromosome)，男性为46,XY，女性为46,XX。X、Y染色体的短臂末端是高度同源的，可以互相配对，与常染色体类似。染色体有4个关键部分：着丝粒（centromere）、端粒(telomere)、长臂(q)和短臂(p) 医学教 育网收集整理 。体细胞是双倍体（diploid，通常用2n表示），核中包含两套遗传信息，分别来自父亲（23，X/Y）和母亲（23，X）。线粒体位于细胞浆中，来源于母亲。新近的研究表明，精子中的父源RNA对于合子的发育非常重要。
核DNA上的核苷酸排列起来，长度将有2米。染色体DNA与组蛋白核心（H2A、H2B、H3和H4各2个分子）形成复合体——核小体（nucleosome）,大约140-150个核苷酸绕组蛋白核心1.75圈，每个核小体之间有20-60核苷酸的连接区（spacer）；然后盘旋形成螺线管（solenoid），每一转包含6个核小体；再形成染色质圈（chromatin loop），与蛋白骨架相连，每个染色质圈大约包含100kb DNA。这样其长度只有原先的1/10000。核型分析的染色体是细胞分裂中期所见的染色体特殊形态，高度凝缩。在活性的细胞中，染色体是分散的。医学教育网
细胞核的染色质有常染色质（euchromatin）与异染色质（herochromatin）之分。常染色质在细胞间期时呈松散状态，有转录活性；而异染色质呈凝缩状态，很少进行转录，复制时为迟复制。异染色质又可分结构异染色质（constitutive heterochromatin），在各种细胞中都处于凝缩状态，一般为高度重复的DNA序列，没有转录活性；另一种为兼性异染色质（facultative heterochromatin），只在特定的细胞或在一定的发育阶段出现，由常染色质凝缩形成，是基因表达的发育调控的表现。在中期染色体，异染色质表现为深染，而常染色质表现为浅染。
典型的中期染色体由两条姐妹染色单体组成，中间有一个缢痕，像两股麻花中间被捆住一样，这个缢痕就是着丝粒，以着丝粒为界，染色体分成短臂和长臂两部分，摆放染色体时通常将短臂向上，长臂在下，染色体的两端为端粒。在有随体（卫星）的染色体，随体与染色体相连处也出现狭窄，称为“次缢痕”，着丝粒称为“主缢痕”（primary constriction）。通过特殊处理和染色（分带，banding），染色体的常染色质与异染色质可区分开来，出现明暗相间的条纹，称为“区带”（band）。根据染色体的长度可将常染色体分成A-G组，根据着丝粒的位置可将染色体分成中着丝粒、亚中着丝粒和近端着丝粒染色体（A组：1～3号染色体，为大的中和亚中着丝粒染色体；B组：4、5号染色体，较大，为亚中着丝粒染色体；C组：6～12号染色体，中等大小，为亚中着丝粒染色体；D组：13-15号染色体，是近端着丝粒染色体，都有随体；E组：16～18染色体，相对较短的中或亚中着丝粒染色体，10%的个体长臂有随体；F组：19、20号染色体；G组：21、22号染色体）。在显带技术发明之后，根据区带特征可将染色体进行准确分辨和命名。
端粒(telomere)是真核细胞染色体臂的末端，在差别很大的物种中，端粒的DNA结构是非常相似的，人类端粒是由(TTAGGG)n串联重复序列组成，这个重复区域长达数千bp。富含G的链为5'－3'方向指向末端，比互补的C富含链长出12～16bp，末端的单链区反折形成G-G配对的双链。末端由特异的端粒结合蛋白保护着，不受化学和酶的影响。这个结构是染色体末端稳定和正常复制所必需的。端粒末端DNA的添加是通过端粒末端转移酶——端粒酶(telomerase)进行的。端粒酶是蛋白和RNA的复合体，RNA是端粒末端延伸的模板DNA合成，因此端粒酶是一种特殊形式的逆转录酶。在DNA复制过程中新合成的DNA 5'会因RNA引物的去除而短缺，这样，随着DNA一次次复制染色体将逐渐缩短，末端粒酶添加端粒DNA重复序列，避免了这种缩短。完整的端粒不会互相融合，为染色体的末端提供了一种保护，没有端粒的染色体不稳定。
着丝粒(centromere)是染色体的一个重要结构特征。它是将中期染色体的一对姐妹染色单体联会在一起的结构，又是动质体微管连接处。动质体微管与动质体(kinetochore)相连，动质体为盘状结构，分成三层：内层包含着丝粒DNA组成的染色质，外层是纤维样结构，与动质体微管的(+)端相连，中间层厚约25～30nm，有许多细丝将内外两层联系在一起。来自硬皮病患者血清的抗体识别动质体内层的4种蛋白，曾被用来进行荧光免疫分析，确定染色体上着丝粒的数目。在细胞分裂过程中，染色体的分离实际上是动质体的分离，染色体只是伴随着动质体移动，因此，着丝粒结构是染色体分离的重要结构，缺乏着丝粒的染色体片段在细胞分裂的过程中不能参入到纺锤体中，因而丢失。着丝粒的位置由染色体特异的DNA所确定，不同染色体的着丝粒的DNA序列不同，因此应用不同染色体着丝粒区域DNA来源的探针，可通过间期核FISH确定该染色体的数目，诊断三体性，如21三体。医学教育网
染色体短臂的长度除以该染色体的全长再乘以100的数值，称为着丝粒指数(centromere index)。
3.性染色质
性染色质是在间期核细胞核中染色体的异染色质部分显示出来的一种特殊结构。人类性染色质有X染色质和Y染色质两种。 医学教 育网收集整理
X染色质又称Barr小体，是Barr等人1949年在雌性猫神经元细胞核中发现的一种凝缩小体，位于细胞核中紧贴核膜内缘，染色较深，在雄猫中见不到这种结构。后来发现，除猫以外，其他雌性哺乳类动物（包括人类）也同样有这种显示性别差异的结构，而且不限于神经元细胞。正常女性的X染色质大小约为1um，椭圆形。在X染色体数目异常的个体，X染色质的数目比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，说明X染色质就是凝缩X染色体。45,X Tuner综合征患者没有X小体，XXY的Klineflter男性有1个X染色质，进一步证明了这种推测的正确性。
Y染色质 正常男性的间期核用荧光染料染色后，在细胞核内可见一强荧光小体，直径约为0.3um左右，女性没有。在中期染色体荧光染色时，Y染色体的长臂远端的异染色质部分显示荧光，说明这种染色质是Y染色体特异的，因此称为Y染色质。47,XYY的男性细胞核中有2个Y染色质。
4．X染色体失活——Lyon假说
为什么女性会产生X染色质，并且多于1条X染色体的细胞就出现X染色质并且数目正好比X染色体的数目少1？女性有两条X染色体，为什么在X-连锁的隐性遗传病中有女性杂合子患病的情况？1961年Lyon M在一系列动物实验的基础上提出X染色体失活假说（Lyon假说）对此进行解释。要点是：①雌性哺乳动物的细胞中，仅有1条X染色体是有活性的，另一条X染色体处于失活，在间期细胞核中螺旋化而处于异固缩状态，表现为X染色质；②失活发生在女性胚胎早期，大约在妊娠第16天（此时胚胎大约有数百个细胞），可以检测到X染色质，而在这之前两条X染色体都是有活性的；③细胞中哪一条染色体失活是随机的，某些细胞是父源的失活，某些细胞是母源的失活，失活发生后，各细胞的后代保持这种失活的格式。从某种意义上讲，女性是两种不同活性X染色体细胞群的嵌合体（mosaic），而男性是X染色体的半合子（hemizygote）。在X连锁的眼白化病中，男性半合子缺少视网膜上皮色素，眼底苍白，而女性杂合子眼底有不规则的视网膜色素，出现斑点状。
后来的研究表明Lyon假说是正确的。在X染色体长臂近端存在X染色体的灭活中心（X inactivation center，XIC），XIC起码包含一个基因，XIST，位于活跃X染色体上的XIST转录一个15-17kb的mRNA（男性没有表达），不翻译成蛋白质，而是包裹着失活X染色体，它可能因此而启动后续的一系列灭活过程，包括迟复制和凝缩。失活从XIC开始，波及整条X染色体。但失活不是全X染色体，一些区域（特别是X染色体的两端）逃逸了失活，大约占X染色体的20%。形成胎盘等胚胎之外的组织的细胞是由父源X染色体失活的细胞发育而成。灭活的X染色体在女性生殖系细胞中将被重新激活，所有卵子中的X染色体都处于激活状态。
保持活性区域的基因处于表达状态，例如类固醇硫酸脂酶、Xg血型和Kallman综合征基因。许多与Y染色体基因同源的X染色体基因逃逸了灭活，从而保持了男女基因剂量的平衡。X染色体失活使雌雄两性细胞中只有1个X连锁的基因表达，维持两性X连锁基因产物的量平衡，这种效应称为X染色体的剂量补偿（dosage compensation）。
X染色体自身结构异常时，失活的总是异常的X染色体。有两种可能的解释：在Lyon化时，仍然遵循随机的规则，但正常X染色体失活的细胞生长优势不如异常染色体失活的细胞；另一种可能是失活是异常X染色体的固有特性。但在X-常染色体平衡易位时，大多数情况下失活的是正常X染色体，因为一旦易位的染色体失活，个体将是易位常染色体的单体性，是不能生存的。
。
