細胞核與染色體-長沙醫(yī)學院

1、長沙醫(yī)學院教案課程名稱細胞生物學授課題目（章節(jié)或主題）第十 章細胞核與染色體授課教師黃秋霞所屬系（部）基礎醫(yī)學系所屬教研室生物技術職 稱助教授課時間年 月曰第周星期第節(jié)第次課授課時數(shù)2授課班級生物技術專業(yè)（本科）2010 級1班教學課型理論課教材名稱、作者、出版社及出版時間細胞生物學、翟中和主編、高等教育出版社、2007.8教學目的要求：1.掌握核被膜的超微結(jié)構和功能；核孔復合體的形態(tài)結(jié)構與功能；染色質(zhì)的概念、類型；化學組成；基 本結(jié)構單位核小體；核小體的結(jié)構要點；核仁的化學組成；核仁的超微結(jié)構和功能；中期染色體的 形態(tài)結(jié)構；染色體 DNA關鍵序列；核基質(zhì)的概念和功能；2.熟悉核孔復合體結(jié)構模

2、型；常染色質(zhì)與異染色質(zhì)的特點；動物染色體的類型；人類的正常核型；3.了解核型與染色體顯帶、多線染色體、燈刷染色體；核體的概念；核基質(zhì)的形態(tài)結(jié)構和基本組分；染 色質(zhì)結(jié)構與基因轉(zhuǎn)錄；核仁的周期；重點與難點：重點：核孔復合體的結(jié)構與功能；核小體的結(jié)構要點；染色質(zhì)的組裝 難點：染色質(zhì)的組裝；染色體DNA 關鍵序列教學方法（請打選擇）：講授法V討論法啟發(fā)式自學輔導法口練習法（習題或操作）讀書指導法VPBL（以問題為中心 的教學法）其他口教學手段（請打V選擇）：板書V實物標本掛圖口模型口投影V幻燈錄像口CAI（計算機輔助教學）V教學過程設計和教學內(nèi)容：引入：細胞生物學研究的幾個層面，我們已經(jīng)學習了亞顯微水

3、平一一各細胞 器的結(jié)構與功能，那么從今天開始我們就從分子水平來學習有關的結(jié) 構及其生理功能。此列為提示欄（包括重點、難點、教學方法、 教學手段、更新 教學內(nèi)容、教書 育人等）給出一張細胞結(jié) 構圖，引出細胞 核的內(nèi)容時 間分 配份鐘）2第十章細胞核與染色體第一節(jié)核被膜與核孔復合體概述：細胞核是真核細胞內(nèi)最大、最重要的細胞器，是細胞遺傳與提問：細胞核的代謝的調(diào)控信息中心。形狀、大小、數(shù) 量、功能？31831 年，Brown 發(fā)現(xiàn)于植物。大?。褐参?14 叩，動物 10 艸?？偨Y(jié)細胞核的概形狀：圓形，胚乳細胞(網(wǎng)狀)蝶類絲腺細胞 份支狀)。念、結(jié)構、相關位置：細胞中央，成熟植物細胞的邊緣。數(shù)目：通常

4、一個，成熟的篩管和紅細胞 (0)、肝細胞、心肌細胞(1-2)、 破骨細胞(650 )、骨骼肌細胞(數(shù)百)、植物氈絨層細胞(24)。結(jié)構：核被膜、核仁、核基質(zhì)、染色質(zhì)、核纖層。功能：遺傳、發(fā)育。一、核被膜的結(jié)構(一)、結(jié)構組成核被膜是雙層膜：的特點核被膜結(jié)構比較5抽象，學生接觸1、內(nèi)核膜(inner nclear membrane)得少，應該插入2、外核膜(oter nclear membrane ):內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的一部分，胞質(zhì)面附有核圖片，生動展示糖體。3、 核周隙(perinclear space):寬 2040nm，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔相通。4、 核孑 L( nclear pore)5、 核纖層(ncle

5、ar lamina):位于內(nèi)核膜的內(nèi)表面的纖維網(wǎng)絡，可支持核膜，并與染色質(zhì)及核骨架相連。核纖層由核纖肽(lamin )構成，是一類中間纖維(一)核被膜在細胞在有絲分裂中有規(guī)律地解體與重建新核膜來自舊核膜；核被膜的去組裝是非隨機的，具有區(qū)域特異性(domain-specific)。核被膜的解體與重建的動態(tài)變化受細胞周期調(diào)控因子核被膜的結(jié)構。的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)作用可能與核纖層蛋白、核孔復合體蛋白的磷酸化與去磷酸 化修飾有關。核孔復合體的結(jié)構模型二、核孔復合體(一)結(jié)構模型1、 胞質(zhì)環(huán)(cytoplasmic ring)，位于核孔復合體胞質(zhì)一側(cè)，環(huán)上有8條纖維伸向胞質(zhì)(外環(huán))；2、 核質(zhì)環(huán)(nclear

6、ring ),位于核孔復合體核質(zhì)一側(cè)，上面伸出8 條纖維，纖維端部與端環(huán)相連，構成籠子狀的結(jié)構(內(nèi)環(huán))；3、 輻(spoke):核孔邊緣伸向核孔中央的突出物。2 柱狀亞單位(colmn sbnit)2 腔內(nèi)亞單位(lminal sbnit)52 環(huán)帶亞單位(annlar sbnit)4、中央栓(central plg ):又稱轉(zhuǎn)運器(transporter),核孔中央的一個 栓狀的中央顆粒；(二)核孔復合體的功能 核孔是細胞核與細胞質(zhì)之間物質(zhì)交換的雙向性親水通道。表現(xiàn)在兩個方面：1、 雙向性：蛋白質(zhì)入核； RNA、核糖體蛋白質(zhì)出核2、 雙功能：被動運輸、主動運輸?shù)诙?jié)染色質(zhì)一、染色質(zhì)是細胞生命

7、活動的基礎染色質(zhì)：指間期細胞核內(nèi)由 DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA 組成的線性復合結(jié)構，是間期細胞遺傳物質(zhì)存在的形式。染色體(chromosome):指細胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中，由染色質(zhì)聚縮而成的棒狀結(jié)構。染色質(zhì)與染色體是在細胞周期不同的功能階段可以相互轉(zhuǎn)變的的形 態(tài)結(jié)構。染色質(zhì)與染色體具有基本相冋的化學組成，但包裝程度不冋，構象不同。二、染色質(zhì) DNA三、染色質(zhì)蛋白質(zhì)負責 DNA 分子遺傳信息的組織、復制和閱讀。(一) 組蛋白(histone)核小體組蛋白(ncleosomal histone): H2B、H2A、H3 和 H4,幫助 DNA 卷曲形成核小體的穩(wěn)定結(jié)構。H1 組蛋

8、白：在構成核小體時 H1 起連接作用，賦予染色質(zhì)以極性。 特點：真核生物染色體的基本結(jié)構蛋白，富含帶正電荷的Arg 和 Lys 等堿性氨基酸，屬堿性蛋白質(zhì)，可以和酸性的DNA 緊密結(jié)合(非 特異性結(jié)合)；(二) 非組蛋白與 DNA 特異序列相結(jié)合的蛋白。1、 特性：1含有較多天冬氨酸、谷氨酸，帶負電荷，屬酸性蛋白質(zhì)。2整個細胞周期都進行合成，組蛋白只在S 期合成。3能識別特異的 DNA 序列，識別與結(jié)合依賴氫鍵和離子鍵。2、 功能：1幫助 DNA 分子折疊，以形成不同的結(jié)構域， 從而有利于 DNA 的復 制和基因的轉(zhuǎn)錄；2協(xié)助啟動 DNA 復制；3控制基因轉(zhuǎn)錄，調(diào)節(jié)基因表達。四、染指的基本結(jié)構

9、單位一一核小體核小體要點：舉例說明核孔復 合體功能的特點染色質(zhì)與染色體 的區(qū)別DNA是分子生 化重點，學生自 學染色質(zhì)蛋白質(zhì)的 種類為后面染色 質(zhì)的組裝做基 礎，講解清楚兩種染色質(zhì)蛋白的結(jié)構和功能的 特點核小體結(jié)構要點 是重點和難點52051每個核小體單位包括200bp 左右的 DNA 超螺旋和一個組蛋白八聚體及一個分子 H1。2由 H2A、H2B、H3、H4 各兩分子形成八聚體，構成核心顆粒；3146bp 的 DNA 分子超螺旋盤繞組蛋白八聚體1.75 圈，組蛋白 H1 在核心顆粒外結(jié)合額外20bp DNA，鎖住核小體 DNA 的進出端，起穩(wěn)定核小體的作用。 包括組蛋白 H1 和 166bp

10、 DNA 的核小體結(jié)構又稱染色質(zhì)小體。4兩個相鄰核小體之間以連接DNA 相連，典型長度 60bp,不同物種變化值為 080bp。5組蛋白與 DNA 之間的相互作用主要是結(jié)構性的，基本不依賴于核苷酸的特異序列，實驗表明，核小體具有自組裝(self-assemble)的性質(zhì)。6核小體沿 DNA 的定位受不同因素的影響，進而通過核小體相位改 變影響基因表達五、染色質(zhì)組裝模型(一)、染色質(zhì)包裝的多級螺旋模型(mltiple coiling model)1、 核小體：通過組蛋白 DNA 長度壓縮 7 倍，形成直徑 11 nm 的纖維。 即染色體的一級結(jié)構。2、 螺線管(solenoid ):由核小體螺旋

11、化形成，每6 個核小體繞一 圈，長度壓縮 6 倍；即染色體的二級結(jié)構。3、 超螺線管(spersolenoid ):螺線管進一步螺旋化形成的直徑為0.4m勺圓桶壯結(jié)構，長度壓縮40 倍。即染色體的三級結(jié)構。4、 染色單體 (chromatid):超螺線管進一步螺旋折疊形成直徑210叩的結(jié)構。即染色體的四級結(jié)構。5、 DNA 壓縮 7 倍一-核小體 一一 6 螺線管一一 40超螺線管5T染色單體(二)、染色體的骨架-放射環(huán)結(jié)構模型 (scaffold radial loop strctre model)對于更咼級染色體包裝方式，至今尚不明確。目前多認為30nm 的纖維折疊為一系列的環(huán)(loop

12、)結(jié)合在核骨架上(或稱染色體骨架)，結(jié)合 點是富含AT 的區(qū)域六、常染色質(zhì)和異染色質(zhì)1、 常染色質(zhì)概念：指間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度低,處于伸展狀態(tài)，用堿性染料染色時著色淺的那些染色質(zhì)。常染色質(zhì)是進行活躍轉(zhuǎn)錄 的部位，易被核酸酶在一些敏感的位點(hyperse nsitive sites)降解。2、 異染色質(zhì)概念：堿性染料染色時著色較深的染色質(zhì)組分3、 特點第四節(jié)染色體一、中期染色體的形態(tài)結(jié)構根據(jù)著絲粒的位置將染色體分為4 類：1、中著絲粒染色體( metace ntric chromosome)。2、亞中著絲粒染色體( sbmetace ntric chromosome )。3、近湍著絲

13、粒染色體( sbteloce ntric chromosome)染色質(zhì)組裝，配 以動畫辨析常染色質(zhì)和 異染色質(zhì)的概念10234、端著絲粒染色體( teloce ntric chromosome )。二、染色體 DNA 的 3 種功能元件1、自主復制 DNA 序列(atonomosly replicating DNA seqenee , ARS): 具有一段11-14bp的冋源性很高的富含 AT的共有序列及其上下游各 200bp 左右的區(qū)域，它們是維持 ARS 功能所必需的。2、 著絲粒 DNA 序列(centromere DNA seqenee, CEN):兩個相鄰的 核心區(qū)：80-90 bp

14、 的 AT 區(qū)；11 bp 的保守區(qū)。3、 端粒 DNA 序列(telomere DNA seqenee , TEL):三、核型與染色體顯帶1、 核型(karyotype)是指染色體組在有絲分裂中期的表型，包括染色體數(shù)目、大小、形態(tài) 特征的總和。2、 核型模式圖(idiogram)是指將一個染色體組的全部染色體逐個按其特征繪制下來，再按長短、形態(tài)等特征排列起來的圖象。它代表一個物種的核型模式。3、 帶型：染色體經(jīng)物理、化學因素處理后，再進行分化染色，使其 呈現(xiàn)特定的深淺不同帶紋(band)的方法。第五節(jié)核仁核仁(ncleols)見于間期的細胞核內(nèi)，呈圓球形，一般12 個，有時多達 35 個。主

15、要功能是轉(zhuǎn)錄 rRNA 和組裝核糖體單位。一般蛋白質(zhì)合成旺盛和分裂增殖較快的細胞有較大和數(shù)目較多的核 仁，反之核仁很小或缺失。核仁在分裂前期消失，分裂末期又重新出現(xiàn)。一、核仁的超微結(jié)構1、 纖維中心(fibrillar centers, FC):是被致密纖維包圍的一個或幾個低電子密度的圓形結(jié)構， 主要成分為 RNA 聚合酶和 rDNA ,這些 rDNA 是裸露的分子。2、 致密纖維組分(dense fibrillar component, DFC):呈環(huán)形或半月形包圍 FC,由致密的纖維構成，是新合成的 RNP (指結(jié)合蛋白質(zhì)的 rRNA ),轉(zhuǎn)錄主要發(fā)生在 FC 與 DFC 的交界處。3、 顆粒組分(gra nlar comp on e nt, GC):由直徑 15-20 nm 的顆粒構成， 是不同加工階段的 RNP。4、 核仁相隨染色質(zhì)分為兩部分：一部分位于核仁周圍，稱為核仁周 染色質(zhì)，屬異染色質(zhì)。一部分位于核仁內(nèi)，為常染色質(zhì)，即核仁組織區(qū)， 是 rDNA 所在的位置。二、核仁的功能(一) rRNA 基因轉(zhuǎn)錄(二) 、rRNA 前體的加工了解了解概念理解核仁的功能，動畫5310（三）、核糖體亞單位的組裝三、核仁周期?核仁的動態(tài)變化?核仁結(jié)構的動態(tài)變化依賴于rDNA 轉(zhuǎn)錄活性和細胞周期的運行。小結(jié)核孔復合體的結(jié)構和功能； 染色質(zhì)組裝，染色體結(jié)構核仁的功能2