第八章細(xì)胞核和染色體jian

第八章細(xì)胞核和染色體jian第1頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一概述：1831年，Brown在植物中發(fā)現(xiàn)，并定名為細(xì)胞核大?。褐参镏?-4um，動(dòng)物中10um數(shù)目：通常一個(gè)；無(wú)核；多核形狀：圓形；網(wǎng)狀（胚乳細(xì)胞）；分支狀（蝶類的絲腺細(xì)胞）位置：細(xì)胞中央；成熟的植物細(xì)胞位于邊緣結(jié)構(gòu)：核被膜；核仁；染色質(zhì)；核骨架功能：遺傳第2頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第3頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)核被膜與核孔復(fù)合體

●核被膜●核孔復(fù)合體（nuclearporecomplex，NPC）第4頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、核被膜的結(jié)構(gòu)組成第5頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一◆外核膜（outernuclearmembrane），胞質(zhì)面附有核糖體，是特殊的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）內(nèi)核膜（innernuclearmembrane），有特有的蛋白成分◆核周間隙（perinuclearspace），與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相通核孔（nuclearpore），內(nèi)外膜融合的部位◆核纖層（nuclearlamina），內(nèi)核膜核質(zhì)面的一層纖維蛋白構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)狀第6頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第7頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第8頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一核被膜的功能構(gòu)成核、質(zhì)之間的天然選擇性屏障避免生命活動(dòng)的彼此干擾，使生命活動(dòng)更加井然有序保護(hù)DNA不受細(xì)胞骨架運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的機(jī)械力的損傷核質(zhì)之間的物質(zhì)交換與信息交流第9頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、核孔復(fù)合體（NPC）概述：組成：多種不同的蛋白組成的數(shù)量：哺乳動(dòng)物細(xì)胞中平均含有3000個(gè)核孔

細(xì)胞核活動(dòng)旺盛的細(xì)胞中數(shù)目多結(jié)構(gòu)：電鏡下圓形或者八角形，fish-trap第10頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第11頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（一）結(jié)構(gòu)模型第12頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一胞質(zhì)環(huán)（cytoplasmicring），外環(huán)核質(zhì)環(huán)（nuclearring），內(nèi)環(huán)輻（spoke） 柱狀亞單位（columnsubunit） 腔內(nèi)亞單位（luminalsubunit） 環(huán)帶亞單位（annularsubunit）中央栓（centralplug）：transporter第13頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第14頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（二）核孔復(fù)合體成分的研究核孔復(fù)合體主要由蛋白質(zhì)構(gòu)成，推測(cè)有100余種不同的多肽，共1000多個(gè)蛋白質(zhì)分子。

gp210：結(jié)構(gòu)性跨膜蛋白

p62：功能性蛋白，具有兩個(gè)功能結(jié)構(gòu)域第15頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（三）核孔復(fù)合體的功能核孔復(fù)合體是雙功能（被動(dòng)擴(kuò)散和主動(dòng)運(yùn)輸）、雙向性（入核和出核）的親水性核質(zhì)交換通道。第16頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一被動(dòng)運(yùn)輸（passivetransport）允許條件：一般直徑10nm以下的分子；60KD以下的蛋白注：有的則由于含有信號(hào)序列或者和其它的分子結(jié)合成大分子而不能自由出入核孔復(fù)合體（組蛋白21KD）。第17頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一主動(dòng)運(yùn)輸（activetransport）通過(guò)核孔復(fù)合體的主動(dòng)運(yùn)輸主要是指親核蛋白的入核，RNA分子及核糖核蛋白顆粒（RNP）出核運(yùn)輸。特性：①選擇性：對(duì)運(yùn)輸顆粒大小的限制（10-20nm)；②是信號(hào)識(shí)別和載體介導(dǎo)的過(guò)程；③雙向性：蛋白質(zhì)的入核；RNA和核糖體亞單位的出核。第18頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第19頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一親核蛋白的入核轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制親核蛋白（karyophilicprotein）是指在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成之后，需要或能夠進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮功能的一類蛋白質(zhì)。類型：進(jìn)入核之后一直滯留在其中執(zhí)行功能；穿梭于核質(zhì)之間行駛功能。1982年R.Laskey發(fā)現(xiàn)核內(nèi)含量豐富的核質(zhì)蛋白的C端有一個(gè)信號(hào)序列，可引導(dǎo)蛋白質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核，稱為核定位信號(hào)（nuclearlocalizationsignal，NLS），富含有堿性氨基酸，但不同的NLS之間并沒(méi)有共有的序列特征。

核輸出序列（nuclearexportsignal，NES）第20頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一親核蛋白的入核第21頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一RNA的出核轉(zhuǎn)錄的RNA需加工、修飾成為成熟的RNA分子后才能被轉(zhuǎn)運(yùn)出核。RNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄的rRNA分子：以RNP的形式離開(kāi)細(xì)胞核；RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄的5srRNA與tRNA的核輸出由蛋白質(zhì)介導(dǎo)；RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄的hnRNA，在核內(nèi)進(jìn)行5’端加帽（m7GpppG“帽子”結(jié)構(gòu)）和3’端加PolyA尾巴以及剪接等加工過(guò)程，然后形成成熟的mRNA出核。第22頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)染色質(zhì)1842年，Nali在植物細(xì)胞核中發(fā)現(xiàn)了桿狀的染色體。1848年，Hofmeister從鴨跖草的小孢子母細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)染色體。

1879年，W.Flemming提出了染色質(zhì)（chromatin）。1888年，Waldeyer提出了染色體（Chromosome）。第23頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、染色質(zhì)的概念及化學(xué)組成染色質(zhì)的概念

◆染色質(zhì)（chromatin）

指間期細(xì)胞核內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成的線性復(fù)合結(jié)構(gòu)，是間期細(xì)胞遺傳物質(zhì)存在的形式。

◆染色體(chromosome)

指細(xì)胞在分裂過(guò)程中,由染色質(zhì)聚縮而成的棒狀結(jié)構(gòu)。第24頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一化學(xué)組成染色質(zhì)由DNA、組蛋白、非組蛋白、RNA組成，各組分的含量比例為1：1：0.6：0.1。其中DNA與組蛋白是染色質(zhì)的穩(wěn)定成分，非組蛋白和RNA的含量隨細(xì)胞生理狀態(tài)不同而發(fā)生變化。第25頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（一）染色質(zhì)DNADNA序列可分為三種類型：①單一序列②中度重復(fù)序列（101-5）③高度重復(fù)序列（大于105）DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的類型：B-DNA、A-DNA、Z-DNA第26頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第27頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(二)組蛋白(histone)核小體組蛋白（核心組蛋白）H2B、H2A、H3和H4，幫助DNA卷曲形成核小體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)連接組蛋白：H1組蛋白，在構(gòu)成核小體時(shí)起連接作用特點(diǎn)： 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）； 沒(méi)有種屬及組織特異性，在進(jìn)化上十分保守。第28頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(三)非組蛋白對(duì)DNA具有識(shí)別特異性，又稱序列特異性DNA結(jié)合蛋白非組蛋白具多樣性和異質(zhì)性具有多種功能：幫助DNA折疊；協(xié)助DNA復(fù)制；調(diào)節(jié)基因表達(dá)第29頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位—核小體1974年Kornberg等人根據(jù)染色質(zhì)的酶切降解和電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)核小體（nucleosome）是染色質(zhì)包裝的基本結(jié)構(gòu)單位，并提出染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的“串珠“模型。實(shí)驗(yàn)證據(jù)核小體的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)第30頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一自然結(jié)構(gòu)鹽處理后實(shí)驗(yàn)證據(jù)一第31頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一染色質(zhì)

核酸酶完全酶解離心、電泳200bp的片段部分酶解離心、電泳單體、二體或三體等裸露的DNA酶解離心、電泳隨機(jī)大小的片段群體實(shí)驗(yàn)證據(jù)二第32頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第33頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一實(shí)驗(yàn)證據(jù)三SV40微小染色體分析第34頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一實(shí)驗(yàn)證據(jù)四：X射線衍射、中子散射和電鏡三維重建第35頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一核小體的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)示意圖第36頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一核小體的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)◆每個(gè)核小體單位包括200bp左右的DNA超螺旋、一個(gè)組蛋白八聚體和一分子H1。◆由H2A、H2B、H3、H4各兩分子形成八聚體，構(gòu)成核心顆粒?！鬌NA分子螺旋纏繞在核心顆粒表面，每圈80bp，共1.75圈，約146bp，組蛋白H1在核心顆粒外結(jié)合額外20bpDNA，鎖住核小體DNA的進(jìn)出端，起穩(wěn)定核小體的作用?！粝噜徍诵念w粒之間以一段0～80bp的連接?！艚M蛋白與DNA之間的相互作用主要是結(jié)構(gòu)性的，基本不依賴于核苷酸的特異序列?！艉诵◇w沿DNA的定位受不同因素的影響，進(jìn)而通過(guò)核小體相位改變影響基因表達(dá)。第37頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一。

第38頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、染色質(zhì)包裝的結(jié)構(gòu)模型染色質(zhì)包裝的多級(jí)螺旋模型

(multiplecoilingmodel)●染色體的骨架-放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型

(scaffoldradialloopstructuremodel)第39頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（一）染色質(zhì)包裝的多級(jí)螺旋模型

◆一級(jí)結(jié)構(gòu)：核小體

◆二級(jí)結(jié)構(gòu)：螺線管(solenoid) ◆三級(jí)結(jié)構(gòu)：超螺線管(supersolenoid) ◆四級(jí)結(jié)構(gòu)：染色單體（chromatid）

壓縮7倍壓縮6倍壓縮40倍壓縮5倍

DNA核小體螺線管超螺線管染色單體第40頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第41頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（二）染色體的骨架-放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型用高鹽或硫酸匍聚糖加肝素處理染色體，電鏡下看到一種網(wǎng)絡(luò)狀的染色體骨架結(jié)構(gòu)，由骨架伸出無(wú)數(shù)DNA側(cè)環(huán)。DNA酶消化后的骨架主要是非組蛋白，另外含有少量DNA和RNA?！粢患?jí)：核小體；二級(jí)：螺線管◆由螺線管形成DNA復(fù)制環(huán)，每18個(gè)復(fù)制環(huán)呈放射狀平面排列，結(jié)合在核基質(zhì)上形成微帶(miniband)。微帶是染色體高級(jí)結(jié)構(gòu)的單位，大約106個(gè)微帶沿縱軸構(gòu)建成子染色體。第42頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一結(jié)構(gòu)模型第43頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四、常染色質(zhì)和異染色質(zhì)常染色質(zhì)(euchromatin)異染色質(zhì)(heterochromatin)

第44頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第45頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一常染色質(zhì)(euchromatin)◆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?fàn)顟B(tài),用堿性染料染色時(shí)著色淺的那些染色質(zhì)?！艚M成：?jiǎn)我恍蛄蠨NA和中度重復(fù)序列DNA◆常染色質(zhì)狀態(tài)只是基因轉(zhuǎn)錄的必要條件而非充分條件。第46頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一異染色質(zhì)(heterochromatin)◆概念：指間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度高,處于聚縮狀態(tài),用堿性染料染色時(shí)著色深的那些染色質(zhì)?！纛愋?結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)（組成型異染色質(zhì)）

兼性異染色質(zhì)

第47頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)

染色體（chromosome）

●中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)●染色體DNA的三種功能元件●核型與染色體顯帶●巨大染色體第48頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

同一物種的染色體數(shù)目是相對(duì)穩(wěn)定的，性細(xì)胞染色體為單倍體（haploid），用n表示，體細(xì)胞為2倍體（diploid）以2n表示，還有一些物種的染色體成倍增加成為4n、6n、8n等多倍體。

第49頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)中期染色體類型染色體的主要結(jié)構(gòu)

第50頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一中期染色體的類型第51頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一染色體的主要結(jié)構(gòu)第52頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一◆著絲粒(centromere)◆次縊痕(secondaryconstriction)◆核仁組織區(qū)(NOR)◆隨體(satellite)◆端粒(telomere)第53頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一著絲粒與著絲點(diǎn)(動(dòng)粒)著絲點(diǎn)結(jié)構(gòu)域

中央結(jié)構(gòu)域配對(duì)結(jié)構(gòu)域第54頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一著絲粒：將兩個(gè)染色單體連接在一起，并把染色體分成兩個(gè)臂。動(dòng)粒：位于著絲粒兩側(cè)由蛋白質(zhì)構(gòu)成的三層盤(pán)狀或球狀結(jié)構(gòu)。動(dòng)粒與紡錘體自然相連，與染色體的移動(dòng)有關(guān)。第55頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第56頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一次縊痕（secondaryconstriction）：除主縊痕外，染色體上其他呈淺縊縮的部分稱次縊痕，次縊痕的位置相對(duì)穩(wěn)定，是鑒定染色體個(gè)別性的一個(gè)顯著特征。核仁組織區(qū)（nucleolarorganizingregions,NORs）：是核糖體RNA基因所在的區(qū)域，其精細(xì)結(jié)構(gòu)呈燈刷狀。能夠合成核糖體的28S、18S和5.8SrRNA。位于次縊痕的部位。隨體（satellite）：指位于染色體末端的球形染色體節(jié)段，通過(guò)次縊痕區(qū)與染色體主體部分相連。第57頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第58頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一端粒（telomere）：是染色體端部的特化部分，位于染色體的端部來(lái)維持染色體的穩(wěn)定性。端粒由高度重復(fù)的短序列串聯(lián)而成，在進(jìn)化上高度保守，不同生物的端粒序列都很相似。端粒起到細(xì)胞分裂計(jì)時(shí)器的作用，端粒核苷酸復(fù)制和基因DNA不同，每復(fù)制一次減少50-100bp，其復(fù)制要靠具有反轉(zhuǎn)錄酶性質(zhì)的端粒酶（telomerase）來(lái)完成，正常體細(xì)胞缺乏此酶，故隨細(xì)胞分裂而變短，細(xì)胞隨之衰老。第59頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第60頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一自主復(fù)制DNA序列（ARS）功能：DNA復(fù)制起點(diǎn)，確保染色體在細(xì)胞周期中能夠自我復(fù)制。序列：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（CEN）功能：細(xì)胞分裂時(shí)已復(fù)制完成的染色體能平均分配在自染色體中。共同點(diǎn)是兩個(gè)相鄰的核心區(qū)：80-90bp的AT區(qū)；11bp的保守區(qū)。端粒DNA序列(TEL)功能：保持染色體的獨(dú)立性和穩(wěn)定性

由富含G的簡(jiǎn)單串聯(lián)重復(fù)序列組成，可長(zhǎng)達(dá)數(shù)Kb；末端均有一條12-16bp的單鏈，3’端突出二、染色體DNA的三種功能元件第61頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第62頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一人造微小染色體（artificialminichromosome）：1983年，A.W.Murray等人首次成功構(gòu)建了包括ARS、CEN、TEL和外源DNA，總長(zhǎng)度為55kb的酵母人工染色體(yeastartificialchromosome,YAC)。YAC可用于轉(zhuǎn)基因和構(gòu)建基因文庫(kù)，容納插入片段的能力遠(yuǎn)高于質(zhì)粒。第63頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、核型與染色體顯帶核型(karyotype)是指染色體組在有絲分裂中期特征的總和，包括染色體數(shù)目、大小、形態(tài)特征的總和。

核型模式圖(idiogram)將一個(gè)染色體組的全部染色體逐個(gè)按其特征繪制下來(lái),再按長(zhǎng)短、形態(tài)等特征排列起來(lái)的圖象稱為核型模式圖,它代表一個(gè)物種的核型模式。第64頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第65頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一染色體顯帶技術(shù)是指經(jīng)過(guò)物理、化學(xué)因素處理后，再用染料對(duì)染色體進(jìn)行染色，使其呈現(xiàn)特定的深淺不同帶紋的技術(shù)根據(jù)產(chǎn)生的帶在染色體上的分布分兩類：帶分布在整條染色體上，如G、Q、R帶等帶局部分布在染色體上，如C、T、N帶等。第66頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一人類G帶核型，G帶顯示的是染色體上富含AT的區(qū)域

第67頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一人類Q帶核型，Q帶顯示的帶紋與G帶相似

第68頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一人類C帶核型，C帶顯示的是著絲粒異染色質(zhì)

第69頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四、巨大染色體多線染色體（polytenechromosome）燈刷染色體（lampbrushchromosome）第70頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一多線染色體

◆發(fā)現(xiàn)：存在于雙翅目昆蟲(chóng)的幼蟲(chóng)唾腺細(xì)胞和植物胚珠細(xì)胞中?！魜?lái)源：核內(nèi)的DNA多次復(fù)制但細(xì)胞不分裂，產(chǎn)生的子染色體并行排列，且在體細(xì)胞內(nèi)