細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞核與染色體

細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞核與染色體第一頁，共五十六頁，2022年，8月28日第二頁，共五十六頁，2022年，8月28日第三頁，共五十六頁，2022年，8月28日次縊痕（secondaryconstriction)次縊痕指在染色體上其它的淺染縊縮部位。它的數(shù)目、位置和大小是某些染色體所特有的形態(tài)特征，因此也可以作為鑒定染色體的標(biāo)記第四頁，共五十六頁，2022年，8月28日主縊痕與主縊痕第五頁，共五十六頁，2022年，8月28日核仁組織區(qū)（NOR）位于染色體的次縊痕部位。是rRNA基因所在部位（5SrRNA基因除外），與間期細(xì)胞核仁的形成有關(guān)第六頁，共五十六頁，2022年，8月28日隨體（satellite)位于染色體末端的球形染色體節(jié)段，通過次縊痕區(qū)域染色體主體部分相連。是識別染色體的重要形態(tài)特征之一，有隨體的染色體稱為sat染色體。第七頁，共五十六頁，2022年，8月28日端粒（telomere)染色體兩個端部特化結(jié)構(gòu)。通常由富含鳥嘌呤核苷酸（G）的短的串聯(lián)重復(fù)序列DNA組成（TELDNA）。其生物學(xué)功能在于維持染色體的完整性和個體性，與染色體在核內(nèi)的空間排布及減數(shù)分裂時同源染色體配對有關(guān)第八頁，共五十六頁，2022年，8月28日染色體DNA的三種功能元件

（functionalelements）

第九頁，共五十六頁，2022年，8月28日三種功能元件的實(shí)驗(yàn)證明第十頁，共五十六頁，2022年，8月28日功能元件自主復(fù)制DNA序列(autonomouslyreplicatingDNAsequence,ARS)：具有一段11-14bp的同源性很高的富含AT的共有序列及其上下游各200bp左右的區(qū)域是維持ARS功能所必需的。著絲粒DNA序列(centromereDNAsequence,CEN)： 兩個相鄰的核心區(qū)：80-90bp的AT區(qū)；11bp的保守區(qū)。端粒DNA序列(telomereDNAsequence,TEL)：◆端粒序列的復(fù)制◆端粒酶，在生殖細(xì)胞和部分干細(xì)胞中有端粒酶活性，端粒重復(fù)序列的長度與細(xì)胞分裂次數(shù)和細(xì)胞衰老有關(guān)。第十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日ARS第十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日TEL第十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日“人造微小染色體”(artificialminichromosome)第十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日核型與染色體顯帶核型(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。第十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日核型模式圖(idiogram)

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稱為核型模式圖,它代表一個物種的核型模式。第十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日核型模式圖第十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日巨大染色體在某些生物的細(xì)胞中，特別是在發(fā)育的某些階段，可以觀察到一些特殊的、體積很大的染色體，包括多線染色體（polytenechromosome）、燈刷染色體（lampbrushchromosome）第十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日●概念●時相：間期●存在的組織▲雙翅目昆蟲的幼蟲組織內(nèi),如唾液腺、氣管等。▲體積也相應(yīng)增大●產(chǎn)生的原因：核內(nèi)DNA多次復(fù)制而細(xì)胞不分裂，產(chǎn)生的子染色體并行排列，且體細(xì)胞內(nèi)同源染色體配對，緊密結(jié)合在一起，從而阻止染色質(zhì)纖維進(jìn)一步聚縮，形成體積很大的多線染色體多線染色體(polytenechromosome)第十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日

燈刷染色體是卵母細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)第一次分裂時,停留在雙線期的染色體。它是一個二價體,含4條染色單體。它由軸和側(cè)絲組成,形似燈刷。燈刷染色體(lampbrushchromosome)第二十頁，共五十六頁，2022年，8月28日燈刷染色體第二十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日第四節(jié)核仁(nucleolus)

●核仁的超微結(jié)構(gòu)●核仁的功能●核仁周期第二十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日一、核仁的超微結(jié)構(gòu)超微結(jié)構(gòu)三種基本核仁組分和rRNA的轉(zhuǎn)錄與加工形成RNP的不同事件有關(guān)

第二十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日超微結(jié)構(gòu)纖維中心(fibrillarcenters,FC)致密纖維組分(densefibrillarcomponent,DFC)顆粒組分(granularcomponent,GC)核仁相隨染色質(zhì)(nucleolarassociatedchromatin)

與核仁基質(zhì)（(nucleolarmatrix)第二十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日三種基本核仁組分和rRNA的轉(zhuǎn)錄

與加工形成RNP的不同事件有關(guān)FCs是rRNA基因的儲存位點(diǎn)；轉(zhuǎn)錄主要發(fā)生在FC與DFC的交界處，并加工初始轉(zhuǎn)錄本；顆粒組分區(qū)（GC）負(fù)責(zé)裝配核糖體亞單位，是核糖體亞單位成熟和儲存的位點(diǎn)。第二十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日二、核仁的功能

核糖體的生物發(fā)生(ribosomebiogenesis)是一個向量過程(vetoricalprocess)：從核仁纖維組分開始,再向顆粒組分延續(xù)。這一過程包括rRNA的合成、加工和核糖體亞單位的裝配。rRNA基因轉(zhuǎn)錄的形態(tài)及組織特征rRNA前體的加工核糖體亞單位的組裝第二十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日rRNA基因轉(zhuǎn)錄的形態(tài)及組織特征組織特征位于NORs的rDNA是rRNA的信息來源。形態(tài)特征:“圣誕樹”樣結(jié)構(gòu)。rRNA基因的轉(zhuǎn)錄采取受控的級聯(lián)放大機(jī)制。第二十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日人間期細(xì)胞核仁組織區(qū)含有rRNA基因的10個染色體袢環(huán)延伸進(jìn)入并簇集在核仁

（引自B.Alberts）第二十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日第二十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日rRNA前體的加工加工過程修飾與加工小分子核仁RNA(snoRNAs)、小分子核仁核糖核蛋白（snoRNPs）引導(dǎo)RNA（guideRNA）第三十頁，共五十六頁，2022年，8月28日第三十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日核糖體亞單位的組裝加工下來的蛋白質(zhì)和小的RNA存留在核仁中,可能起著催化核糖體構(gòu)建的作用；核糖體的成熟作用只發(fā)生在轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)以后,從而阻止有功能的核糖體與核內(nèi)加工不完全的hnRNA分子接近；核仁的另一個功能涉及mRNA的輸出與降解。

第三十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、核仁周期核仁的動態(tài)變化核仁結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化依賴于rDNA轉(zhuǎn)錄活性和細(xì)胞周期的運(yùn)行第三十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日第三十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日第五節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因轉(zhuǎn)錄活性染色質(zhì)及其主要特征染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因轉(zhuǎn)錄第三十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日活性染色質(zhì)及其主要特征活性染色質(zhì)(activechromatin)與非活性染色質(zhì)(inactivechromatin)活性染色質(zhì)主要特征第三十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日活性染色質(zhì)(activechromatin)與

非活性染色質(zhì)(inactivechromatin)

活性染色質(zhì)是具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)活性染色質(zhì)的核小體發(fā)生構(gòu)象改變，具有疏松的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而便于轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子與順式調(diào)控元件結(jié)合和RNA聚合酶在轉(zhuǎn)錄模板上滑動。

非活性染色質(zhì)是沒有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)第三十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日活性染色質(zhì)主要特征活性染色質(zhì)具有DNaseI超敏感位點(diǎn)（DNaseIhypersensitivesite，DHS）：染色質(zhì)上無核小體的DNA片段，通常位于5‘-啟動子區(qū)，長度幾百bp。染色質(zhì)活性基因DNaseI敏感性的檢測活性染色質(zhì)在生化上具有特殊性 活性染色質(zhì)很少有組蛋白H1與其結(jié)合； 活性染色質(zhì)的組蛋白乙酰化程度高； 活性染色質(zhì)的核小體組蛋白H2B很少被磷酸化； 活性染色質(zhì)中核小體組蛋白H2A在許多物種 很少有變異形式； HMG14和HMG17只存在于活性染色質(zhì)中。

第三十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日第三十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日核酸酶超敏感位點(diǎn)第四十頁，共五十六頁，2022年，8月28日染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因轉(zhuǎn)錄

疏松染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成

染色質(zhì)的區(qū)間性

染色質(zhì)模板的轉(zhuǎn)錄第四十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日疏松染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成DNA局部結(jié)構(gòu)的改變與核小體相位的影響 當(dāng)調(diào)控蛋白與染色質(zhì)DNA的特定位點(diǎn)結(jié)合時， 染色質(zhì)易被引發(fā)二級結(jié)構(gòu)的改變；進(jìn)而引起其 它的一些結(jié)合位點(diǎn)與調(diào)控蛋白的結(jié)合。 核小體通常定位在DNA特殊位點(diǎn)而利于轉(zhuǎn)錄DNA甲基化：A/C甲基化/去甲基化（特別是5-mC）組蛋白的修飾 組蛋白的修飾改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)，直接或間接 影響轉(zhuǎn)錄活性（磷酸化、甲基化、乙酰化，泛素化（uH2A）//Arg，His，Lys，Ser，Thr） 組蛋白賴氨酸殘基乙酰基化（acetylation），影響轉(zhuǎn)錄HMG結(jié)構(gòu)域蛋白等染色質(zhì)變構(gòu)因子的影響 HMG結(jié)構(gòu)域可識別某些異型的DNA結(jié)構(gòu)，與DNA

彎折和DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體高級結(jié)構(gòu)的形成有關(guān)第四十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日◆核小體與DNA的轉(zhuǎn)錄

即使正在轉(zhuǎn)錄的基因仍然有核小體結(jié)構(gòu),表明轉(zhuǎn)錄并不要求整個基因都處于無核小體狀態(tài)。第四十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日核小體與DNA的轉(zhuǎn)錄第四十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日核小體與基因轉(zhuǎn)錄第四十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日組蛋白乙?；c基因轉(zhuǎn)錄第四十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日

核小體相位在協(xié)助轉(zhuǎn)錄中的作用（a）基因的關(guān)鍵調(diào)控元件被留在核心顆粒外面，從而有利于結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子；（b）位于DNA上調(diào)控元件被盤繞在核心組蛋白上，因?yàn)榻M蛋白，使DNA上的關(guān)鍵調(diào)控元件靠得很近，它們可以通過轉(zhuǎn)錄因子而聯(lián)系。第四十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日染色質(zhì)的區(qū)間性基因座控制區(qū)（locuscontrolregion,LCR） 染色體DNA上一種順式作用元件，具有穩(wěn)定 染色質(zhì)疏松結(jié)構(gòu)的功能； 與多種反式因子的結(jié)合序列可保證DNA復(fù)制 時與啟動子結(jié)合的因子仍保持在原位。。隔離子（insulator） 防止處于阻遏狀態(tài)與活化狀態(tài)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu) 域之間的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)向兩側(cè)擴(kuò)展的染色質(zhì)DNA

序列，稱為隔離子。 作用：作為異染色質(zhì)定向形成的起始位點(diǎn)； 提供拓?fù)涓綦x區(qū)第四十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日染色質(zhì)模板的轉(zhuǎn)錄基因轉(zhuǎn)錄的模板不是裸露的DNA，染色質(zhì)是否處于活化狀態(tài)是決定轉(zhuǎn)錄功能的關(guān)鍵

轉(zhuǎn)錄的“核小體犁”（nucleosomeplow）假說第四十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日第一步：RNA聚合酶使核小體不穩(wěn)定，撤掉2個（H2A-H2B）,形成H3-H4四聚體復(fù)合物；第二步：組蛋白核心的另一半（H3-H4四聚體）被移開并轉(zhuǎn)到聚合酶后面自由DNA上；第三步：2個H2A-H2B二聚體重新結(jié)合到DNA上，又形成一個完整的核小體核心結(jié)構(gòu)。

核小體核心結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄的模型第五十頁，共五十六頁，2022年，8月28日

第六節(jié)核基質(zhì)與核體

核基質(zhì)(nuclearmatrix)

核體（nuclearbodies，NBs）第五十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日核基質(zhì)(nuclearmatrix)核基質(zhì)或核骨架(nuclearskeleton)的概念狹義概念僅指核基質(zhì)，即細(xì)胞核內(nèi)除了核被膜、核纖層、染色質(zhì)與核仁以外的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系。廣義概念應(yīng)包括核基質(zhì)、核纖層(或核纖層-核孔復(fù)合體結(jié) 構(gòu)體系),以及染色體骨架。目前對核骨架的研究結(jié)論核骨架是存在于真核細(xì)胞核內(nèi)真實(shí)的結(jié)構(gòu)體系；核骨架與核纖層、中間纖維相互連接形成貫穿于核與質(zhì)的 一個獨(dú)立結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。核骨架的主要成分是由非組蛋白的纖維蛋白構(gòu)成的,含有多種蛋白成分及少量RNA；核骨架與DNA復(fù)制、基因表達(dá)及染色體的包裝與構(gòu)建有密切 關(guān)系。第五十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日核體（nuclearbodies，NBs）

核體概念螺旋體（coile