细胞生物学教程第十二章细胞核.pptx

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1、1781年 Trontana发现于鱼类细胞；1831年，Brown发现于植物。大小：植物14m，动物10m。常以核质比来估算核的大小。正常细胞NP0.5，分裂期细胞NP0.5，衰老细胞NP105）。3种构像：B-DNA、Z-DNA、A-DNA。3种基本元素：自主复制序列(ARS)，是DNA复制的起点。着丝粒序列(CEN)，含卫星DNA。端粒序列(TEL)。酵母人工染色体(YAC)：含上述3种成分，用于转基因。第19页/共67页Three DNA conformations第20页/共67页Three key regions of a chromosome第21页/共67页带正电荷，含Arg，L

2、ys，属碱性蛋白，共5种，分为：核心组蛋白（core histone）：H2A、H2B、H3、H4；连接组蛋白（linker histone）：H1。结构：高度保守，尤其是H4。核心组蛋白由球形部和尾部构成，球形部借Arg与磷酸二脂骨架间的静电作用使DNA分子缠绕在组蛋白核心上，形成核小体，尾部含有大量Arg和Lys，为组蛋白转译后进行修饰的部位。H1多样性，具有属(genus)和组织特异性。（二）组蛋白第22页/共67页序列特异性DNA结合蛋白。特性：1.含有较多天冬氨酸、谷氨酸，带负电荷，属酸性蛋白质。2.整个细胞周期都进行合成，组蛋白只在S期合成。3.能识别特异的DNA序列，识别与结合籍

3、氢键和离子键。功能：帮助DNA折叠；协助DNA复制；调节基因表达。（三）非组蛋白第23页/共67页二、染色质的结构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1.72.0m。nucleosomes(10 nm)condensed form(30 nm)第24页/共67页二、从DNA到染色体核小体（nucleosome）：一种串珠状结构，由核心颗粒和连结线DNA两部分组成，通过酶消化实验建立。每个核小体单位包括约200bp的DNA、一个组蛋白核心和一个H1；由H2A、H2B、H3、H4各两分子形成八聚

4、体，构成核心颗粒；DNA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；相邻核心颗粒之间为一段60bp的连接线DNA。第25页/共67页第26页/共67页通过核小体，DNA长度压缩7倍，形成11nm的纤维。但是在电镜下观察用温和方法分离的染色质是直径30nm的纤维，这种纤维的形成有两种解释：由核小体螺旋化形成，每6个核小体绕一圈，长度压缩6倍；由核小体纤维Z字形折叠而成，长度压缩40倍。对于更高级染色体包装方式，至今尚不明确。目前多认为30nm的纤维折叠为一系列的环（loop）结合在核骨架上（或称染色体骨架），结合点是富含AT的区域。第27页/共67

5、页第28页/共67页solenoid第29页/共67页Chromatin Packing第30页/共67页Chromatin Packing第31页/共67页三、异染色质和常染色质间期核中染色质可分为异染色质（heterochromatin）和常染色质（enchromatin）。异染色质的特点：在间期核中处于凝缩状态，无转录活性、是遗传惰性区。在细胞周期中表现为晚复制、早凝缩（异固缩现象）。分为两类：结构（恒定）异染色质（constitutive heterochromatin）、兼性（功能）异染色质（facultative heterochromatin）第32页/共67页巴氏小体（barr

6、 body）。雌性哺乳动物细胞中一条异固缩化的X染色体。人的胚胎发育到16天以后，出现巴氏小体。barr body第33页/共67页四、染色体一、染色体相关的术语随体次缢痕主缢痕端粒长臂短臂第34页/共67页核仁组织区（nucleolar orgnizing regions NORs）构成核仁，位于染色体的次缢痕区，但并非所有的次缢痕都是NORs。第35页/共67页How a nucleolus is organized第36页/共67页端粒（telomere）：由高度重复的短序列组成，高度保守。作用：1.维持染色体的稳定性。2.起细胞分裂计时器的作用。端粒核苷酸复制和基因DNA不同，每复制一

7、次减少50100bp，其复制要靠具有反转录酶性质的端粒酶来完成，正常体细胞缺乏此酶，故随细胞分裂而变短，细胞随之衰老。第37页/共67页性细胞染色体为单倍体（haploid），用n表示;体细胞为2倍体（diploid）以2n表示，还有一些物种的染色体成倍增加成为4n、6n、8n等，称为多倍体。染色体的数目因物种而异，如人类2n=46，黑猩猩2n=48，果蝇2n=8，家蚕2n=56，小麦2n=42，水稻2n=24，洋葱2n=16.（二）染色体的数目第38页/共67页着丝粒（centromere）和着丝点（kinetochore）是两个不同的概念，前者指中期染色单体相互联系在一起的特殊部位，后者指

8、主缢痕处两个染色单体外侧与纺锤体微管连接的部位。着丝粒包含3个结构域1、着丝点结构域（kinetochore domain）位于着丝粒的表面，包括三层板状结构和围绕外层的纤维冠(fibrous corona)。（三）着丝粒的结构第39页/共67页OPinterzone IP第40页/共67页Satellite DNA(FISH image)第41页/共67页2、中央结构域位于着丝粒结构域的下方。其中含有高度重复的卫星DNA。3、配对结构域位于着丝粒结构的内层，中期两条染色单体在此处相互连结。对于着丝粒蛋白研究主要是使用ACA来研究的。用ACAs发现鉴定出来的CENP主要有6种，即：CENP-A

9、至F。第42页/共67页Centromeric proteins Proteins associated with the centromere have been identified using antibodies from scleroderma patients CENP proteins CENP-Acentromere-specific histone CENP-Bbinds central domain satellite DNA CENP-Cbinds kinetochore CENP-Dbinds kinetochore CENP-Ekinesin-like motor,i

10、nvolved in chromatid segregationCENP-F binds kinetochoreINCENP proteins INCENP-Asister chromatid associationINCENP-Bsister chromatid association第43页/共67页1.核型：即细胞分裂中期染色体特征的总和。包括染色体的数目、大小和形态特征等方面。2.带型：染色体经物理、化学因素处理后，再进行分化染色，使其呈现特定的深浅不同带纹（band）的方法。分带技术可分为两类：一类是产生的染色带分布在整过染色体的长度上如：Q、G和R带，另一类是局部性的显带，如C、C

11、d、T和N带。（四）核型与带型第44页/共67页第45页/共67页第46页/共67页第47页/共67页第48页/共67页1.多线染色体：由Balbiani(1881)发现于摇蚊幼虫唾腺细胞，特点：体积巨大，是由于核内有丝分裂的结果；多线性；体细胞联会；横带纹。膨突和环。在幼虫发育的某个阶段，多线染色体的某些带区疏松膨大，形成膨突（puff），或巴氏环（Balbiani ring）。用H3-UdR处理细胞，发现膨突被标记，说明膨突是基因活跃转录的区域。（五）几类的特殊的染色体第49页/共67页Polytene chromosomes第50页/共67页Lampbrush chromosome fr

12、om Pleurodeles oocyte Polytene chromosome第51页/共67页2、灯刷染色体最早发现于鱼类、两栖类和爬行类卵母细胞减数分裂的双线期，双线期是卵黄合成的旺盛期。由于染色体主轴两侧有侧环，状如灯刷，故名灯刷染色体。侧环是RNA活跃转录的区域。3、B染色体1928年伦道夫（Randolph）把生物的正常染色体叫做A染色体，而把存在于许多动、植物中，形态和行为不同为A染色体的超数染色体呈B染色体。第52页/共67页第三节 核仁核仁（nucleolus）见于间期的细胞核内，呈圆球形，一般12个，有时多达35个。主要功能是转录rRNA和组装核糖体单位。一般蛋白质合成旺

13、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。核仁在分裂前期消失，分裂末期又重新出现。第53页/共67页一、核仁形态纤维中心(fibrillar centers，FC)：是被致密纤维包围的一个或几个低电子密度的圆形结构，主要成分为RNA聚合酶和rDNA，这些rDNA是裸露的分子。致密纤维组分(dense fibrillar component，DFC)：呈环形或半月形包围FC，由致密的纤维构成，是新合成的RNP，转录主要发生在FC与DFC的交界处。颗粒组分(granular component，GC)：由直径15-20 nm的颗粒构成，是不同加工阶段的RNP。第54页/共6

14、7页Nucleolus第55页/共67页（一）核糖体的结构含40%的蛋白质、60%的RNA，由两个亚单体构成。分为70S和80S两种类型。由大小两个亚基构成，只在以mRNA为模板合成蛋白质时才结合在一起，肽链合成终止后，大小亚单位又解离。核糖体并不是单独工作的，而是由多个甚至几十个串连在一条mRNA分子上，称多聚核糖体（polyribosome）。二、核糖体ribosome第56页/共67页核糖体的组成第57页/共67页Protein Synthesis第58页/共67页（二）核糖体组装rRNA基因是重复的多拷贝基因。人的一个细胞中约有200个拷贝，rDNA没有组蛋白核心，是裸露的DNA节段，

15、相邻基因之间为非转录的间隔DNA。第59页/共67页转录时，RNA聚合酶沿DNA分子排列，此酶由基因头端向末端移动，转录好的rRNA分子从聚合酶处伸出，愈近末端愈长，从左右两侧均可伸出，呈羽毛状。rRNA首先出现在纤维部，而后转向颗粒部。第60页/共67页纤维部的纤维状物质是新合成的45SrRNA，它与蛋白质形成RNP复合体。45SrRNA甲基化以后经RNA酶裂解形成18s、28s、5.8srRNA。成熟的rRNA仅为45srRNA的一半，丢失的大部分是非甲基化和GC含量较高的区域。第61页/共67页5SrRNA通常定位在常染色体，合成后被转运至核仁区参与大亚基的装配。第62页/共67页第四节

16、 核骨架nucleoskeleton核基质（nuclear matrix）或称核骨架，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。第63页/共67页非组蛋白性纤维蛋白，10多种次要蛋白质，包括肌动蛋白和波形蛋白，后者构成核骨架的外罩。核骨架碎片中还存在三种支架蛋白（scaffold proteins，SC、SC、SC)，SC则是DNA拓朴异构酶。少量RNA（占0.5%）和DNA(占0.8%，即：MAR)。少量磷脂（1.6%）和糖类（0.9%）。（一）核基质的组成第64页/共67页1.为DNA的复制提供支架结合有DNA复制所需要的酶。2.是基因转录加工的场所有RNA聚合酶的结合位点，RNA的合成在核骨架上进行。3.与染色体构建有关一般认为核骨架与染色体骨架为同一类物质，30nm的染色质纤维就是结合在核骨架上，形成放射环状的结构，在分裂期进一步包装成光学显微镜下可见的染色体。（二）核骨架的功能第65页/共67页Chromosome Structure第66页/共67页感谢您的观看！第67页/共67页