細(xì)胞生物學(xué)-13.doc

基 礎(chǔ) 醫(yī) 學(xué) 院 電 子 教 案 紙 課程名稱：細(xì)胞生物學(xué)課 型：理論課授課章節(jié)：第十三章授課內(nèi)容：授課地點(diǎn)：授課時(shí)間：教學(xué)手段：多媒體教學(xué)時(shí)數(shù)：教材及參考書目：醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué) 宋今丹主編 一、教學(xué)目的與要求：掌握細(xì)胞核、染色體與染色質(zhì)、核小體、核纖層與核骨架、常染色質(zhì)和異染色質(zhì)、核仁組織區(qū)等基本概念。掌握細(xì)胞核的超微結(jié)構(gòu)及功能，核膜和核仁的超微結(jié)構(gòu)和功能。染色質(zhì)的化學(xué)組成及染色體的構(gòu)建（一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)結(jié)構(gòu)），核小體的結(jié)構(gòu)。掌握染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)、人類染色體數(shù)目、類型、核型、帶型，掌握核仁的亞微結(jié)構(gòu)及生物學(xué)功能。熟悉核仁周期、核纖層和核骨架的成分及功能，熟悉細(xì)胞核的病變和疾病的關(guān)系。二、教學(xué)用具：三、重點(diǎn)、難點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)：細(xì)胞核、染色體與染色質(zhì)、核小體、核纖層與核骨架、常染色質(zhì)和異染色質(zhì)、核仁組織區(qū)等基本概念。細(xì)胞核的超微結(jié)構(gòu)及功能，核膜和核仁的超微結(jié)構(gòu)和功能。染色質(zhì)的化學(xué)組成及染色體的構(gòu)建（一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)結(jié)構(gòu)），核小體的結(jié)構(gòu)。染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)、人類染色體數(shù)目、類型、核型、帶型，掌握核仁的亞微結(jié)構(gòu)及生物學(xué)功能。四、教學(xué)內(nèi)容：細(xì)胞核： 1 最大的細(xì)胞器 2 遺傳物質(zhì)儲(chǔ)存、復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的場(chǎng)所3 生命活動(dòng)的控制中心 4 真核生物與原核生物最大的區(qū)別 正常細(xì)胞NP (核質(zhì)比) 1：4-5，分裂期細(xì)胞NP0.2，衰老細(xì)胞NP0.2。形態(tài)：與細(xì)胞的形態(tài)相適應(yīng), 圓形、橢圓形、桿狀、分葉狀。 大?。?-30m 數(shù)目：1個(gè)、2個(gè)（肝、腎細(xì)胞）、數(shù)百（破骨細(xì)胞） 位置：細(xì)胞中央或偏于某一端 組成部分：核被膜、核仁、 染色質(zhì)、核基質(zhì)第一節(jié) 核被膜結(jié)構(gòu)和功能（nuclear envelope） 一、 核膜的化學(xué)組成 蛋白質(zhì)、脂類、少量DNA和RNA 核被膜的化學(xué)組成與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相似 二、 核膜的結(jié)構(gòu)（電鏡） 構(gòu)成： 內(nèi)核膜（inner nuclear membrane） 外核膜（outer nuclear membrane） 核周間隙（perinuclear space）2. 外核膜：面向胞質(zhì)，與粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜連續(xù), 有核糖體附著 表面有中間纖維2.內(nèi)核膜：面向核質(zhì)外表面無核糖體 內(nèi)表面附有核纖層3.核周間隙： 與粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔相通 寬：20-40nm 4. 核孔 ：內(nèi)外核膜融合所致，3000-4000個(gè)/細(xì)胞 核孔復(fù)合體（nuclear pore complex, NPC）： 捕魚籠式核孔復(fù)合體： 胞質(zhì)環(huán) 核質(zhì)環(huán) 輻 中央栓 功能：介導(dǎo)細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)間的物質(zhì)運(yùn)輸三、核被膜的主要功能 1.區(qū)域化作用 保證相對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境 遺傳信息的表達(dá)得到得到更為精確的控制2.合成生物大分子-蛋白質(zhì)3.控制核質(zhì)間的物質(zhì)流和信息流 核膜雙層核孔復(fù)合體第三節(jié) 染色質(zhì)(chromatin) 和染色體(chromosome) 概念：染色質(zhì)（chromatin）是指間期細(xì)胞核內(nèi)能被堿性染料染色的物質(zhì)，由DNA、組蛋白，非組蛋白及少量RNA組成的復(fù)合體，是間期遺傳物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的存在形式。染色質(zhì)和染色體是同一物質(zhì)不同時(shí)相的不同表現(xiàn)形態(tài) 染色質(zhì)（間期） 染色體（分裂期）一染色質(zhì)的化學(xué)組成 組成： DNA、 組蛋白、 非組蛋白、 少量RNA 比例： 1 : 1 : (1-1.5) : 0.05。 1染色體（質(zhì)）DNAu 基因組（genome）: 真核細(xì)胞單倍染色體組中所含有的全部遺傳信息為1個(gè)基因組 。人基因組：22條常染色體+2條性染色體u 染色體（質(zhì)）DNA必須含有的三個(gè)特殊序列：1) 復(fù)制源 (replication origin)：DNA復(fù)制的起點(diǎn)有多個(gè)不同區(qū)域多點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行。 2) 著絲粒（centromer ): 兩條染色單體連接部位，分裂期與紡錘絲相連，保證染色體平均分配。 3) 端粒（telomere )：染色體末端富含G重復(fù)序列，保證 DNA分子的完整性。 酵母人工染色體(YAC )：含上述3種成分，用于轉(zhuǎn)基因2染色體（質(zhì)）蛋白（1）組蛋白（histone） 1) 堿性蛋白,共5種 核心組蛋白（core histone）： H2A、H2B、H3、H4； 高度保守, 與DNA盤繞形成核小體 連接組蛋白（linker histone）：H1 具有種屬和組織特異性 2) 構(gòu)建染色體的高級(jí)結(jié)構(gòu)。 3) 合成于S期，與DNA合成同時(shí)進(jìn)行， 4) 合成后立即進(jìn)入核內(nèi)與DNA裝配成染色質(zhì)。 5) 與DNA緊密結(jié)合可抑制DNA的復(fù)制和RNA的轉(zhuǎn)錄。（2）非組蛋白( nonhistone ) 酸性蛋白, 序列特異性DNA結(jié)合蛋白 功能： 1）幫助DNA分子折疊以維持染色質(zhì)的結(jié)構(gòu) 2）協(xié)助啟動(dòng)DNA的復(fù)制 3）控制基因的轉(zhuǎn)錄和調(diào)節(jié)基因的表達(dá)3RNA：含量很低二 染色質(zhì)的種類 常染色質(zhì) 異染色質(zhì)Euchromatin heterochromatin 結(jié)構(gòu)松散 結(jié)構(gòu)緊密 著色較淺 著色較深 螺旋化程度低 螺旋化程度高 有功能，可活躍 轉(zhuǎn)錄不活躍 地進(jìn)行復(fù)制和轉(zhuǎn)錄 均勻分布在核內(nèi) 位于核的邊緣 多位于中央 部分與核仁結(jié)合u 結(jié)構(gòu)異染色質(zhì): 在所有的細(xì)胞中,在整個(gè)細(xì)胞周期中都處于凝集狀態(tài)，既不轉(zhuǎn)錄也不編碼蛋白，為高度重復(fù)序列, 見于著絲粒、端粒、次縊痕等部位，在S期合成。u 兼性異染色質(zhì)：只在特定階段凝集而成（由原來的常染色質(zhì)因喪失基因轉(zhuǎn)錄活性而來） # 常/異染色質(zhì)的化學(xué)本質(zhì)相同，但以不同的狀態(tài)存在而已，一定條件下可互相轉(zhuǎn)化。 分化細(xì)胞中兼性染色質(zhì)增多說明了一種可能性:通過染色質(zhì)折疊是關(guān)閉基因的一種方式。三染色體的構(gòu)建 6109DNA堿基對(duì)/細(xì)胞/46條染色體/人 5/DNA/染色體/條 總長(zhǎng)度174cm 5m/核直徑 需要包裝、壓縮、折疊染色單體（幾微米）DNA和組蛋白組成重復(fù)的亞單位: -核小體的提出。 （一）染色質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)核小體(nucleosome) (染色體的基本結(jié)構(gòu)單位) 八聚體/組蛋白（H3 H4和H2A H2B） + 140bpDNA分子（纏繞1.75圈） 核心顆粒 之間為60bp的連接DNA片段 直徑11nm圓盤狀顆粒核小體(壓縮1/7) （二）染色質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 螺線管 H1參與下，核小體緊密連接、螺旋纏繞（6個(gè)/圈）染色質(zhì)纖維（30nm） (壓縮1/6) （三）染色質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)超螺線管 進(jìn)一步盤繞形成，直徑400nm (壓縮1/40) （四）染色質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)染色單體 再次折疊而成chromatid（長(zhǎng)2-10uM） (壓縮1/5) 5/DNA2-10m/染色單體 長(zhǎng)度壓縮了近萬倍多級(jí)結(jié)構(gòu)螺旋模型。袢環(huán)結(jié)構(gòu)模型 染色質(zhì)纖維（30nm）折疊袢環(huán)結(jié)構(gòu)域（沿染色體縱軸向中央四周伸出，形成放射環(huán)）再多次折疊盤曲染色單體四染色體的形態(tài)特征1中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu) （1）染色單體： DNA雙鏈盤曲折疊 一條染色單體 兩條姐妹染色單體 著絲粒相連 一個(gè)染色體 （2）著絲粒和主縊痕： 著絲粒： 兩條染色單體相連的中心部位，一段高度重復(fù)的DNA序列，不與組蛋白結(jié)合，而與紡錘絲結(jié)合參與染色體向兩極的移動(dòng)。 主縊痕：著絲粒的兩側(cè)向內(nèi)凹陷處。光鏡下相對(duì)不著色。 著絲粒結(jié)構(gòu) 動(dòng)粒結(jié)構(gòu)域-外，微管組織中心 中心結(jié)構(gòu)域-中，高度重復(fù)的DNA序列 配對(duì)結(jié)構(gòu)域 -內(nèi)，連接姐妹染色單體 動(dòng)粒 ： 主縊痕兩側(cè)的一對(duì)三層板狀結(jié)構(gòu) 是紡錘絲微管聚合中心 中央著絲粒染色體（1/25/8） 染色體分類 亞中著絲粒染色體（5/87/8） 近端著絲粒染色體（7/81）長(zhǎng)臂（q）,短臂（p） 端著絲粒染色體（末端）（3）次縊痕和隨體： 次縊痕：近端著絲粒染色體（13，14，15，21，22）的短臂上，常與核仁的形成有關(guān)核仁組織區(qū)（NOR） 。 隨 體： 染色體末端、與次縊痕相連的棒狀小體（satellite）,由異染色質(zhì)組 成。是識(shí)別染色體形態(tài)的重要特征之一 （4）端粒（telomere） 染色體末端的特化部位 簡(jiǎn)單的重復(fù)序列組成（人：TTAGGG） 維持染色體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，防止末端的相互粘連 正常染色體每復(fù)制一次丟失50-120bp 細(xì)胞的生命鐘，衰老的標(biāo)志 腫瘤細(xì)胞因具有端粒酶活性而自行合成端粒細(xì)胞無限繁殖。 五、染色體的數(shù)目、核型（一）數(shù)目 數(shù)目恒定，多為二倍體細(xì)胞（2n），生殖細(xì)胞為n. ( 二 ) 核型核型（karyotype）： 一個(gè)物種的全部染色體數(shù)目、大小和每條染色體所特有的形態(tài) 特征的總和，是有絲分裂中期的表型。 核型分析： 對(duì)染色體進(jìn)行分組、排列、配對(duì)所做的形態(tài)分析。 人：46，XX（女）；46XY（男） 第三節(jié) 核纖層和核骨架 一、核纖層 內(nèi)核膜下的纖維狀蛋白網(wǎng)，一側(cè)結(jié)合于內(nèi)核膜，一側(cè)結(jié)合于染色質(zhì)。分三種核纖層蛋白（A、 B、C ）屬于中間絲。 功能： 1）與核膜重建及染色體凝集有關(guān) 2）參與細(xì)胞核構(gòu)建及DNA的復(fù)制和基因的表達(dá) 二、核骨架（核基質(zhì)） 除核被膜、染色質(zhì)和核仁以外的網(wǎng)架系統(tǒng)，又稱核骨架 (nuclea skeleton)。是非組蛋白構(gòu)成的纖維狀結(jié)構(gòu)。 (一)核基質(zhì)的形態(tài)結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成 纖維蛋白成分構(gòu)成的纖維網(wǎng)架結(jié)構(gòu)， 分布于核空間， 與核纖層和核孔復(fù)合體相連。 (二)核基質(zhì)的功能1. 為DNA的復(fù)制提供支架2. 是基因轉(zhuǎn)錄加工的場(chǎng)所3. 與染色體構(gòu)建有關(guān) 第四節(jié) 核仁（nucleolus）在間期細(xì)胞的核中最明顯，光鏡下為均勻、海綿狀的球體1-2個(gè)/細(xì)胞，與蛋白質(zhì)的合成密切相關(guān)在核中的位置不固定 ，生長(zhǎng)旺盛的細(xì)胞“核仁趨邊”現(xiàn)象 無膜包裹一. 核仁的形態(tài)結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成 組成： 蛋白質(zhì)占80% RNA占11% DNA占8% 形態(tài)結(jié)構(gòu)： （電鏡下）1纖維中心： 淺染的低電子密度的圓形結(jié)構(gòu)， 是 rRNA基因的rDNA存在部位， 位于5對(duì)染色體上（13、 14、 15、21、22）， 共同構(gòu)成核仁組織區(qū)（次縊痕部位）。 2致密纖維成分： 核仁內(nèi)電子密度最高的的區(qū)域， 位于淺染區(qū)的周圍 含有正在 轉(zhuǎn)錄 的rRNA分子 含有一些特異性的RNA結(jié)合蛋白（核仁素 nucleolin ：可使核仁被特征性地銀染） 3. 顆粒成分： 核仁的外周，致密的顆粒成熟核糖體亞單位前體 二核仁的功能 1）合成rRNA；2）裝配核糖體的大、小亞基三核仁周期 有絲分裂期：核仁變小、消失分裂末期：核仁重現(xiàn) 第八節(jié) 細(xì)胞核與疾病一、細(xì)胞核形態(tài)異常與腫瘤 腫瘤細(xì)胞：高核/質(zhì)比；異型核結(jié)構(gòu)；染色質(zhì)近核膜處，顆粒狀； 核仁rRNA高轉(zhuǎn)錄活性，體積大，數(shù)目多； 核孔數(shù)目增多顯著。 二、染色體異常與腫瘤 數(shù)目異常； 結(jié)構(gòu)異常視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤：13號(hào)長(zhǎng)臂中間缺失五、小結(jié)：The nucleus is a spherical, sometimes elongated structure that contains the genetic material, the DNA, of the cell. The highly organized chromatin within is enveloped by a nuclear membrane that contains numerous pores for the transport of large macromolecules and ribosomal subunits to the cytoplasm. The nuclear envelope is actually two parallel unit membranes with an intervening perinuclear space. Ribosomes are often attached to the outside membrane and it is sometimes continuous with the rough ER.細(xì)胞核呈球形，有時(shí)為卵圓形，含有細(xì)胞的遺傳物質(zhì)DNA。高度有序的染色質(zhì)被核膜包被，核膜上有許多核小孔以方便大分子物質(zhì)和核糖體亞單位進(jìn)入細(xì)胞漿。核膜實(shí)際上由兩層平行的單位膜構(gòu)成，膜中間為核間隙。核糖體經(jīng)常附著在外核膜上，有時(shí)與粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜連續(xù)。Functional aspects of nuclear：It is the largest organelle in the cell and the place for genetic storage, replication and transcription. It is the control center of living activity and the hallmark to distinguish eucaryotic cells from prokaryotic ones.細(xì)胞核的功能：細(xì)胞核是真核細(xì)胞中最大的細(xì)胞器，也是遺傳物質(zhì)儲(chǔ)存、復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的場(chǎng)所。它還是生命活動(dòng)的控制中心，也是真核細(xì)胞和原核細(xì)胞的最大區(qū)別。Chromatin consists of coiled DNA bound to basic proteins called histones and non-histone proteins. The degree of coiling of the chromatin varies during cell activity. From microscopic examination, two types of chromatin can be seen: 1) dark, dense heterochromatin and 2) light euchromatin. Cells with light nuclei / uncoiled chromatin are more active than those with condensed, dark nuclei. Lightly coiled DNA facilitates transcription because there is more surface area available. 染色質(zhì)由卷曲的DNA、組蛋白和非組蛋白組成。染色質(zhì)的卷曲程度因細(xì)胞的功能活動(dòng)而不同。在顯微鏡下，可看到兩種類型的染色質(zhì)：1）著色較深，結(jié)構(gòu)緊密的異染色質(zhì)和2）著色較淺的常染色質(zhì)。細(xì)胞核著色淺，染色質(zhì)螺旋化程度不高的細(xì)胞生物功能活躍，而細(xì)胞核著色深，染色質(zhì)螺旋化程度高的細(xì)胞功能不如前者。輕度螺旋的DNA有利于基因的轉(zhuǎn)錄，因?yàn)榭山佑|的表面積較大。A DNA molecule is an enormously long, unbranched, linear polymer that can contain many millions of nucleotides arranged in an irregular but nonrandom sequence. The genetic information is contained in the linear order of the nucleotides. Each DNA molecule is packaged in a separate chromosome, and the total genetic information stored in the chromosomes of an organism is said to constitute its genome. DNA分子是由數(shù)百萬個(gè)核苷按不規(guī)則但非隨機(jī)的方式組成的長(zhǎng)的無分支的線性多聚體。細(xì)胞的遺傳信息包含在核苷的線性序列中。每條染色體只有一個(gè)DNA分子。一個(gè)生物體的所有染色體中的遺傳信息構(gòu)成它的基因組。Each chromosome is formed from a single long DNA molecule. Each DNA molecule that forms a chromosome must contain a centromere, two telomeres, and replicating origins. Most chromosomal DNA does not code for essential proteins or RNAs. Therefore, only a few percent of mammalian genome can be involved in regulating or encoding essential proteins. Besides these nonessential DNA sequences, even the essential coding regions are often interrupted by long stretches of noncoding DNA.A每條染色體由一個(gè)長(zhǎng)的DNA分子組成。每個(gè)DNA分子包含一個(gè)著絲粒、兩