說明案例細胞核

1、細胞核細胞核 (nucleus)學習目的和要求學習目的和要求1.1. 掌握核膜、核孔復合體結構組成、模型及功能。掌握核膜、核孔復合體結構組成、模型及功能。2.2. 掌握染色質與染色體的概念、化學組成、包裝過程以及染掌握染色質與染色體的概念、化學組成、包裝過程以及染色體的形態(tài)結構。色體的形態(tài)結構。3.3. 掌握核仁的超微結構和功能、核纖層的結構與功能、核骨掌握核仁的超微結構和功能、核纖層的結構與功能、核骨架的化學構成及功能。架的化學構成及功能。4.4. 熟悉細胞的核型與染色體帶型。熟悉細胞的核型與染色體帶型。5.5. 了解細胞核與疾病的關系。了解細胞核與疾病的關系。Cell NucleusOut

2、line概述概述核膜核膜染色質與染色體染色質與染色體核核 仁仁核基質核基質細胞核的功能細胞核的功能細胞核與疾病細胞核與疾病The cell nucleus. (a) Electron micrograph of an interphase HeLa cell nucleus. Heterochromatin is evident around the entire inner surface of the nuclear envelope. Two prominent nucleoli arevisible, and clumps of chromatin can be seen scatte

3、red throughout the nucleoplasm. (b) Schematic drawing showing some of the major components of the nucleus. 細胞核是真核細胞內(nèi)最大、最重要的細胞結構，是遺傳物質儲存、細胞核是真核細胞內(nèi)最大、最重要的細胞結構，是遺傳物質儲存、復制和轉錄的場所，也是細胞生命活動的控制中心復制和轉錄的場所，也是細胞生命活動的控制中心核膜的化學組成核膜的化學組成核膜的結構核膜的結構 核膜的功能核膜的功能 核膜在細胞周期中崩解與組裝核膜在細胞周期中崩解與組裝核膜（核膜（nuclear envelope）核膜的化學成

4、分主要為蛋白質和脂類，此外還有少量的核膜的化學成分主要為蛋白質和脂類，此外還有少量的DNA和和RNA。所含有的酶類和脂類都與內(nèi)質網(wǎng)相似。所含有的酶類和脂類都與內(nèi)質網(wǎng)相似。蛋白質蛋白質含量：約占含量：約占65%75%。 種類：核膜含有種類：核膜含有20多種蛋白質，包括組蛋白、基因調節(jié)蛋白、多種蛋白質，包括組蛋白、基因調節(jié)蛋白、 DNA和和RNA聚合聚合酶、酶、RNA酶以及電子傳遞有關的酶類等。酶以及電子傳遞有關的酶類等。脂類脂類卵磷脂和磷脂酰乙醇胺，含量低；卵磷脂和磷脂酰乙醇胺，含量低；膽固醇和甘油三酯，含量高。膽固醇和甘油三酯，含量高。外核膜（外核膜（outer nuclear membran

5、e）：附有核糖體顆粒）：附有核糖體顆粒內(nèi)核膜（內(nèi)核膜（inner nuclear membrane）：有特有的蛋白成份（如核纖層）：有特有的蛋白成份（如核纖層蛋白蛋白B受體）受體）核周間隙（核周間隙（perinuclear space）核孔復合體（核孔復合體（nuclear pore complex，NPC）核纖層（核纖層（nuclear lamina）The nuclear envelope. (a) Schematic drawing showing the double membrane, nuclear pore complex, nuclear lamina, and the con

6、tinuity of the outer membrane with the rough endoplasmic reticulum (ER). Both membranes of the nuclear envelope contain their own distinct complement of proteins. (b) Electron micrograph of a section through a portion of the nuclear envelope of an onion root tip cell. Note the double membrane (NM) w

7、ith intervening space, nuclear pore complexes (NPC), and associated heterochromatin (HC) that does not extend into the region of the nuclear pores核內(nèi)外核膜融合之處形成的環(huán)狀開口。核內(nèi)外核膜融合之處形成的環(huán)狀開口。由多個蛋白質顆粒以特定方式排列而成的蛋白分子復合物由多個蛋白質顆粒以特定方式排列而成的蛋白分子復合物捕魚籠式（捕魚籠式（fish-trap）結構模型：八邊形對稱結構，四部分組成）結構模型：八邊形對稱結構，四部分組成 胞質環(huán)（胞質環(huán)（cyto

8、plasmic ring）：）：核質環(huán)（核質環(huán)（nuclear ring）：核籃模型）：核籃模型輻（輻（spoke）：由核孔邊緣伸向中心，呈輻射狀八重對稱，分為三個結構域：）：由核孔邊緣伸向中心，呈輻射狀八重對稱，分為三個結構域：柱狀亞基（柱狀亞基（column subunit）腔內(nèi)亞基（腔內(nèi)亞基（luminal subunit）環(huán)帶亞基（環(huán)帶亞基（annular subunit）中央栓（中央栓（central plug）：又稱中央顆粒（）：又稱中央顆粒（central granule）核孔復合體（核孔復合體（nuclear pore complex，NPC）核孔復合體組成成份：核孔蛋白（核孔

9、復合體組成成份：核孔蛋白（nucleoporin，Nup） gp210：一類結構性跨膜蛋白，第一個被鑒定出來的核孔復合體蛋白，位：一類結構性跨膜蛋白，第一個被鑒定出來的核孔復合體蛋白，位于核膜的孔膜區(qū)，介導核孔復合體與核被膜的連接、參與核孔形成及核于核膜的孔膜區(qū)，介導核孔復合體與核被膜的連接、參與核孔形成及核質交換。質交換。 p62：一類功能性的核孔復合體蛋白。參與核質交換；為核質交換活動提：一類功能性的核孔復合體蛋白。參與核質交換；為核質交換活動提供支持。供支持。核孔復合體（核孔復合體（nuclear pore complex，NPC）核纖層（核纖層（nuclear lamina）位于內(nèi)核膜

10、內(nèi)側與染色質之間的一層由高電子密度纖維蛋白質組成的位于內(nèi)核膜內(nèi)側與染色質之間的一層由高電子密度纖維蛋白質組成的網(wǎng)絡片層結構網(wǎng)絡片層結構核纖層由核纖層蛋白（核纖層由核纖層蛋白（lamin）構成，是一類中間纖維，在哺乳類和）構成，是一類中間纖維，在哺乳類和鳥類中可分為：鳥類中可分為：核纖層蛋白核纖層蛋白A僅見于分化細胞僅見于分化細胞核纖層蛋白核纖層蛋白C核纖層蛋白核纖層蛋白B所有體細胞所有體細胞核纖層與中間纖維、核骨架相互連接，形成貫穿于細胞核與細胞質的核纖層與中間纖維、核骨架相互連接，形成貫穿于細胞核與細胞質的骨架體系。骨架體系。核纖層功能：核纖層功能：核纖層在細胞核中起支架作用，并利于維持核孔

11、位置及核膜形狀。核纖層在細胞核中起支架作用，并利于維持核孔位置及核膜形狀。核纖層與核膜的崩解和重建密切相關核纖層與核膜的崩解和重建密切相關 。核纖層與染色質凝集成染色體相關核纖層與染色質凝集成染色體相關 核纖層參與核纖層參與DNA的復制的復制 核纖層（核纖層（nuclear lamina）構成核、質之間的天然選擇性屏障構成核、質之間的天然選擇性屏障避免生命活動的彼此干擾避免生命活動的彼此干擾保護保護DNA不受細胞骨架運動所產(chǎn)生的機械力的損傷不受細胞骨架運動所產(chǎn)生的機械力的損傷使使DNA復制、復制、RNA轉錄與蛋白質的翻譯在不同的時間和空間上進行轉錄與蛋白質的翻譯在不同的時間和空間上進行核質之間

12、的物質交換與信息交流核質之間的物質交換與信息交流 核膜參與蛋白質合成核膜參與蛋白質合成核膜的功能核膜的功能 被動擴散被動擴散 無機離子、小分子及直徑小于無機離子、小分子及直徑小于10nm的物質，如的物質，如 水分子、水分子、K+、Cl-、Ca2+、Mg2+、單糖、氨基酸等。、單糖、氨基酸等。 通過直徑通過直徑910nm的親水性通道自由轉運。的親水性通道自由轉運。 主動運輸主動運輸 大分子物質，如大分子物質，如RNA、核糖體、蛋白質等。、核糖體、蛋白質等。 具有選擇性；直徑大小是可調節(jié)；信號識別與載體介導；消耗能量；雙具有選擇性；直徑大小是可調節(jié)；信號識別與載體介導；消耗能量；雙向性。向性。（a

13、）自由擴散； （b）協(xié)助擴散；（c）信號介導的核輸入；（d） 信號介導的核輸出。 親核蛋白的輸入親核蛋白的輸入親核蛋白（親核蛋白（karyophilic protein）：在細胞質內(nèi)合成后，需要或能夠進入：在細胞質內(nèi)合成后，需要或能夠進入細胞核內(nèi)發(fā)揮功能的一類蛋白質。細胞核內(nèi)發(fā)揮功能的一類蛋白質。 核定位信號（核定位信號（nuclear localization signal, NLS）：存在于親核蛋白內(nèi)：存在于親核蛋白內(nèi)的特殊氨基酸序列，可引導蛋白質通過核孔復合體轉運到核內(nèi)。的特殊氨基酸序列，可引導蛋白質通過核孔復合體轉運到核內(nèi)。 富含堿性氨基酸殘基，如富含堿性氨基酸殘基，如Lys、Arg，

14、Pro NLS可以是一段連續(xù)的序列（可以是一段連續(xù)的序列（T抗原），也可以分成兩段?？乖?，也可以分成兩段。 NLS序列可存在于親核蛋白的不同部位，完成入核后不被切除。序列可存在于親核蛋白的不同部位，完成入核后不被切除。 核轉運受體：入核素核轉運受體：入核素 RanGTP酶：水解酶：水解GTP，為核轉運提供能量；激活入核素，使其釋放，為核轉運提供能量；激活入核素，使其釋放親核蛋白至核內(nèi)親核蛋白至核內(nèi)爪蟾卵母細胞核質蛋白注射實驗 The movement of materials through the nuclear pore.(a) Electron micrograph of the nu

15、clearcytoplasmic border of a frog oocyte taken minutes after injection with gold particles that had been coated with a protein normally found in the nucleus. These particles are seen to pass through the center of the nuclear pores (arrows) on their way from the cytoplasm to the nucleus. (b) At highe

16、r magnification, the gold particles are seen to be clustered in linear array within each pore.(c) Electron micrograph of a section through the nuclear envelope of an insect cell showing the movement of granular material (presumed to be a ribosomal subunit) through a nuclear pore.信號類別蛋白名稱信號在蛋白中的位置信號序

17、列單信號SV40病毒大T抗原殘基126-132Pro Lys Lys Lys Arg Lys Val腺病毒E1aC-末端Lys Arg Pro Arg Pro流感病毒核蛋白靠近C-末端336-345Ala Ala Phe Gly Asp Leu Arg Val Leu Ser二重信號非洲爪蟾核質蛋白靠近C-末端155-171Lys Arg Pro Ala Ala Thr Lys Lys Gly Gln Ala Lys Lys Lys Lys Leu非洲爪蟾N1核蛋白內(nèi)部534-550Lys Arg Lys Thr Glu Glu Glu Ser Pro Leu Lys Asp Lys Asp

18、Ala Lys Lys酵母SW1 5轉錄因子內(nèi)部636-652Lys Lys Tyr Glu Asn Val Val Ile Lys Arg Ser Pro Arg Lys Arg Gly Arg鼠poly-ADP核糖體聚合酶內(nèi)部208-224Arg Lys Gly Asp Glu Val Asp Gly Thr Asp Glu Val Val Lys Lys Lys Glu雞雌激素受體內(nèi)部205-260Arg Lys Asp Arg Arg Gly Gly Glu Met Met Lys Gln Lys Arg Gln Arg Glu 幾種核定位信號的結構 RNA及核糖體亞基的核輸出及核糖體

19、亞基的核輸出核孔復合體除了把親核蛋白輸入核內(nèi)以外，還要把新合成的核糖體大小亞基、核孔復合體除了把親核蛋白輸入核內(nèi)以外，還要把新合成的核糖體大小亞基、mRNA和和tRNA等輸出到細胞質。等輸出到細胞質。核孔復合體上的受體識別被轉運的核孔復合體上的受體識別被轉運的RNA分子（輸出蛋白，分子（輸出蛋白，exportin）核輸出信號核輸出信號 (Nuclear Export Signal，NES)：RNA分子的出核轉運需要蛋白分子的分子的出核轉運需要蛋白分子的幫助，這些蛋白因子本身含有出核信號幫助，這些蛋白因子本身含有出核信號染色質與染色體染色質與染色體Chromatin & Chromoso

20、me 概述概述 染色質與染色體的組成成分染色質與染色體的組成成分 常染色質與異染色質常染色質與異染色質 染色質經(jīng)組裝形成染色體染色質經(jīng)組裝形成染色體 染色體的形態(tài)結構染色體的形態(tài)結構 核型與帶型核型與帶型染色質（染色質（chromatin）：）：是間期細胞遺傳物質的存在形式，由是間期細胞遺傳物質的存在形式，由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量組蛋白、非組蛋白及少量RNA等構成的細絲狀復合結構，形態(tài)不規(guī)則，等構成的細絲狀復合結構，形態(tài)不規(guī)則，彌散分布于細胞核內(nèi)。彌散分布于細胞核內(nèi)。染色體（染色體（chromosome）：）：是細胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中，染是細胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中，染色質

21、復制后反復纏繞凝聚而成的條狀或棒狀結構。色質復制后反復纏繞凝聚而成的條狀或棒狀結構。 染色質與染色體是遺傳物質在細胞周期不同階段的不同存在形式。染色質與染色體是遺傳物質在細胞周期不同階段的不同存在形式。染色質與染色體具有基本相同的化學組成，但包裝程度不同染色質與染色體具有基本相同的化學組成，但包裝程度不同,構象不同構象不同染色質組分：染色質組分：DNA和組蛋白占和組蛋白占98%，少量，少量RNA和非組蛋白。和非組蛋白。染色質染色質DNA染色質蛋白染色質蛋白 組蛋白組蛋白(histone)： 非組蛋白非組蛋白(nonhistone)： 染色質染色質DNA基因組（基因組（genome） 一個生物貯

22、存在單倍染色體組中的總遺傳信息，稱為該生物的基因組。一個生物貯存在單倍染色體組中的總遺傳信息，稱為該生物的基因組。染色質染色質DNA的類型的類型蛋白編碼序列蛋白編碼序列單一基因單一基因雙重基因或基因家族里分出的基因雙重基因或基因家族里分出的基因編碼編碼rRNA、tRNA，snRNA和組蛋白的串聯(lián)重復序列和組蛋白的串聯(lián)重復序列重復序列重復序列DNA簡單序列簡單序列DNA（simple sequence DNA)散在重復（散在重復（interspersed repeats):未分類的間隔未分類的間隔DNADNA分子一級結構的多樣性分子一級結構的多樣性 高度重復序列（高度重復序列（highly re

23、petitive sequence） 中度重復序列（中度重復序列（moderately repetitive sequence） 單一序列（單一序列（unique sequence）染色質染色質DNA高度重復高度重復DNA序列序列 衛(wèi)星衛(wèi)星DNA（satellite DNA），主要分布在染色體著絲粒部位；），主要分布在染色體著絲粒部位； 小衛(wèi)星小衛(wèi)星DNA（minisatellite DNA），又稱數(shù)量可變的的串聯(lián)重復序列，常），又稱數(shù)量可變的的串聯(lián)重復序列，常用于用于DNA指紋技術（指紋技術（DNA finger-printing）作個體鑒定；）作個體鑒定； 微衛(wèi)星微衛(wèi)星DNA（micros

24、atellite DNA）重復單位序列最短，具高度）重復單位序列最短，具高度多態(tài)性多態(tài)性（polymorphism），在遺傳上高度保守，為重要的遺傳標志。，在遺傳上高度保守，為重要的遺傳標志。染色質染色質DNADNA二級結構的多形性二級結構的多形性染色質染色質DNA染色質染色質DNA一條染色體要在細胞世代中保持穩(wěn)定，其一條染色體要在細胞世代中保持穩(wěn)定，其DNA 必須含必須含3 種關鍵序列：種關鍵序列：自主復制自主復制DNA 序列序列(autonomously replicating DNA sequence, ARS) :確保細胞周期中確保細胞周期中DNA 的自我復制，維持遺傳物質能夠連續(xù)的穩(wěn)

25、定傳遞的自我復制，維持遺傳物質能夠連續(xù)的穩(wěn)定傳遞;著絲粒著絲粒DNA 序列序列(centromere DNA sequence, CEN): 確保復制后的染色體能平均分配到子細胞中確保復制后的染色體能平均分配到子細胞中;端粒端粒DNA 序列序列( telomere DNA sequence, TEL): 可使可使DNA 完整復制，并保持染色體的獨立性、穩(wěn)定性。完整復制，并保持染色體的獨立性、穩(wěn)定性。構成染色體構成染色體DNA的這三種關鍵序列（的這三種關鍵序列（key sequence）稱為染色體）稱為染色體DNA的功能的功能元件。元件。染色質蛋白染色質蛋白負責負責DNA分子遺傳信息的組織、復制

26、和閱讀分子遺傳信息的組織、復制和閱讀 組蛋白組蛋白(Histone)： 非組蛋白非組蛋白(Nonhistone)： 組蛋白組蛋白(Histone)真核生物染色體的真核生物染色體的基本結構蛋白基本結構蛋白，富含帶正電荷的，富含帶正電荷的Arg和和Lys等堿性氨基酸，等堿性氨基酸，屬屬堿性蛋白質堿性蛋白質，可以和酸性，可以和酸性DNA緊密結合（非特異性結合）緊密結合（非特異性結合）組蛋白種類：（組蛋白種類：（Arg、Lys比例不同）比例不同） 5種，即種，即H1 、H2A、H2B、H3、H4 ，可分為兩組：，可分為兩組：核小體組蛋白（核小體組蛋白（nucleosomal histone）：高度保守

27、，包括）：高度保守，包括H2A、H2B、H3、H4四四種，幫助種，幫助DNA卷曲形成核小體的穩(wěn)定結構；卷曲形成核小體的穩(wěn)定結構；連接組蛋白（連接組蛋白（linker histone）即）即H1，在構成核小體時，在構成核小體時H1起連接作用起連接作用, 它賦予染色它賦予染色質以極性。質以極性。類 型賴氨酸精氨酸氨基酸數(shù)相對分子質量(道爾頓)H129%1%21523,000H2A11%9%12914,000H2B16%6%12513,800H310%13%13515,300H411%14%10211,200組蛋白組蛋白(Histone)非組蛋白具多樣性和異質性非組蛋白具多樣性和異質性對對DNA具有

28、識別特異性，又稱具有識別特異性，又稱序列特異性序列特異性DNA結合蛋白結合蛋白 (sequence specific DNA binding proteins)具有多種功能，包括基因表達的調控和染色質高級結構的形成。具有多種功能，包括基因表達的調控和染色質高級結構的形成。非組蛋白（非組蛋白（Nonhistone）非組蛋白的特性：非組蛋白的特性：非組蛋白具有多樣性非組蛋白具有多樣性多種參與核酸代謝與修飾的酶類如多種參與核酸代謝與修飾的酶類如DNA聚合酶和聚合酶和RNA聚合酶、聚合酶、HMG蛋白蛋白(high mobility group protein )、染色體支架蛋白、肌動蛋白和基因表達調控

29、蛋白、染色體支架蛋白、肌動蛋白和基因表達調控蛋白識別識別DNA具有特異性具有特異性能識別特異的能識別特異的DNA序列，識別信息來源于序列，識別信息來源于DNA核苷酸序列本身核苷酸序列本身具有功能多樣性具有功能多樣性幫助幫助DNA分子折疊，以形成不同的結構域；協(xié)助啟動分子折疊，以形成不同的結構域；協(xié)助啟動DNA復制，控制基因轉錄，調復制，控制基因轉錄，調節(jié)基因表達節(jié)基因表達非組蛋白（非組蛋白（Nonhistone）酶功能以核酸作為底物的酶DNA聚合酶DNA合成RNA聚合酶RNA合成核酸酶切割DNA和/或RNADNA連接酶在DNA復制和修復時進行DNA連接Poly-A聚合酶在mRNA3添加poly

30、 A尾DNA甲基化酶DNA甲基化拓撲異構酶將超螺旋DNA轉變成松弛型螺旋去穩(wěn)定酶DNA解旋, 形成穩(wěn)定的單鏈作用于染色質蛋白的酶蛋白酶蛋白質切割組蛋白乙酰化與去乙?；附M蛋白乙?；腿ヒ阴；鞍准っ附M蛋白和非組蛋白的磷酸化組蛋白甲基化酶組蛋白甲基化某些具有酶功能的非組蛋白 序列特異性序列特異性DNA結合蛋白不同結構模式結合蛋白不同結構模式螺旋螺旋-轉角轉角-螺旋模式螺旋模式(helix-turn-helix motif) 鋅指模式鋅指模式(Zinc finger motif) 亮氨酸拉鏈模式亮氨酸拉鏈模式(Leucine zipper motif，ZIP)螺旋螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋結構模式螺旋結構模

31、式(helix-loop-helix motif，HLH) HMG-盒結構模式（盒結構模式（HMG-box motif）：）： 常染色質（常染色質（euchromatin）概念：指間期核內(nèi)染色質纖維折疊壓縮程度低，處于伸展狀態(tài)，用堿概念：指間期核內(nèi)染色質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染色質。性染料染色時著色淺的染色質。常染色質特點常染色質特點常染色質結構松散，均勻分布于核內(nèi)，伸入核仁，能活躍的進行復制和轉錄。常染色質結構松散，均勻分布于核內(nèi)，伸入核仁，能活躍的進行復制和轉錄。DNA包裝比約為包裝比約為1 0002 000分之一分之一單一序列單一序列 DNA 和中度重

32、復序列和中度重復序列DNA(如組蛋白基因和如組蛋白基因和tRNA基因基因)并非所有基因都具有轉錄活性并非所有基因都具有轉錄活性異染色質（異染色質（heterochromatin）：）：概念：指間期細胞核中概念：指間期細胞核中, 折疊壓縮程度高折疊壓縮程度高, 處于聚縮狀態(tài)的，染色時著處于聚縮狀態(tài)的，染色時著色較深的染色質。色較深的染色質。異染色質特點：異染色質結構較緊密，位于內(nèi)核膜邊緣，轉錄不活躍。異染色質特點：異染色質結構較緊密，位于內(nèi)核膜邊緣，轉錄不活躍。異染色質類型：異染色質類型：結構異染色質（結構異染色質（constitutive heterochromatin）兼性異染色質（兼性異染

33、色質（facultative heterochromatin）結構異染色質（結構異染色質（constitutive heterochromatin）概念：除復制期以外，在整個細胞周期均處于聚縮狀態(tài)，概念：除復制期以外，在整個細胞周期均處于聚縮狀態(tài)，DNA組裝比組裝比在整個細胞周期中基本沒有較大變化的異染色質，在間期核中，結構在整個細胞周期中基本沒有較大變化的異染色質，在間期核中，結構異染色質聚集形成多個染色中心（異染色質聚集形成多個染色中心（chromocenter）結構異染色質特征：結構異染色質特征：在中期染色體上多定位于著絲粒區(qū)、端粒、次縊痕及染色體臂的某些節(jié)段；在中期染色體上多定位于著絲

34、粒區(qū)、端粒、次縊痕及染色體臂的某些節(jié)段；由相對簡單、高度重復的由相對簡單、高度重復的DNA序列構成序列構成, 如衛(wèi)星如衛(wèi)星DNA；具有顯著的遺傳惰性具有顯著的遺傳惰性, 不轉錄也不編碼蛋白質；不轉錄也不編碼蛋白質；在復制行為上與常染色質相比表現(xiàn)為晚復制早聚縮；在復制行為上與常染色質相比表現(xiàn)為晚復制早聚縮；在功能上參與染色質高級結構的形成，導致染色質區(qū)間性，作為核在功能上參與染色質高級結構的形成，導致染色質區(qū)間性，作為核DNA的轉座元的轉座元件，引起遺傳變異。件，引起遺傳變異。兼性異染色質（兼性異染色質（facultative heterochromatin）概念：在某些細胞類型或一定的發(fā)育階段

35、概念：在某些細胞類型或一定的發(fā)育階段, 原來的常染色質聚縮原來的常染色質聚縮, 并喪失基因并喪失基因轉錄活性轉錄活性, 變?yōu)楫惾旧|（異染色質化可能是關閉基因活性的一種途徑）變?yōu)楫惾旧|（異染色質化可能是關閉基因活性的一種途徑）X染色質：染色質：巴氏小體（巴氏小體（barr body）常染色質和異染色質在螺旋化程度、常染色質和異染色質在螺旋化程度、DNA序列及功能具有明顯的區(qū)別，但化序列及功能具有明顯的區(qū)別，但化學本質是相同，是染色質的不同存在狀態(tài)。在一定條件下是可以相互轉化的。學本質是相同，是染色質的不同存在狀態(tài)。在一定條件下是可以相互轉化的。The inactive X chromosom

36、e: an example of facultative heterochromatin.染色質組裝成染色體染色質組裝成染色體主要實驗證據(jù)：主要實驗證據(jù)：鋪展染色質的電鏡觀察：未經(jīng)處理的染色質自然結構為鋪展染色質的電鏡觀察：未經(jīng)處理的染色質自然結構為30nm的纖絲，經(jīng)鹽溶的纖絲，經(jīng)鹽溶液處理后解聚的染色質呈現(xiàn)液處理后解聚的染色質呈現(xiàn)10nm串珠狀結構串珠狀結構 染色質的基本結構單位染色質的基本結構單位核小體核小體(nucleosome)核小體：包括核小體：包括200bp左右的左右的DNA超螺旋超螺旋和一個和一個組蛋白八聚體組蛋白八聚體以及一個分子的以及一個分子的組蛋組蛋白白H1組蛋白八聚體構成

37、核小體的盤狀核心顆粒，相對分子質量組蛋白八聚體構成核小體的盤狀核心顆粒，相對分子質量100103 ，由，由4個異二聚個異二聚體組成，包括兩個體組成，包括兩個H2AH2B和兩個和兩個H3H4146bp 的的DNA分子超螺旋欲繞組蛋內(nèi)八聚體分子超螺旋欲繞組蛋內(nèi)八聚體1.75 圈。組蛋白圈。組蛋白H1在核心顆粒外結合在核心顆粒外結合額外額外20bpDNA，鎖住核小體，鎖住核小體DNA的進出端，起穩(wěn)定核小體的作用。的進出端，起穩(wěn)定核小體的作用。兩個相鄰核小體之間以連接兩個相鄰核小體之間以連接DNA (linker DNA) 相連，典型長度相連，典型長度60bp，不同物種變，不同物種變化值為化值為0-8

38、0bp不等不等組蛋白與組蛋白與DNA 之間的相互作用主要是結構性的，基本不依賴于核苷酸的特異序列之間的相互作用主要是結構性的，基本不依賴于核苷酸的特異序列核小體串珠的形成使核小體串珠的形成使DNA分子壓縮了約分子壓縮了約7倍倍染色質組裝成染色體染色質組裝成染色體 (a) Schematic diagram showing the structure of a nucleosome core particle and an associated histone H1 molecule. The core particle itself consists of approximately 1.8

39、turns (146 base pairs) of negatively supercoiled DNA wrapped around eight core histone molecules (two each of H2A, H2B, H3, and H4). The H1 linker histone binds near the sites where DNA enters and exits the nucleosome. Two alternate positions of the H1 molecule are shown. (b) Electron micrograph of

40、chromatin fibers released from the nucleus of a Drosophila cell in a buffer of low ionic strength. The nucleosome core particles are approximately 10 nm in diameter and are connected by short strands of naked linker DNA, which are approximately 2 nm in diameter螺線管螺線管染色質的二級結構染色質的二級結構 概念：螺線管（概念：螺線管（so

41、lenoid）是在組）是在組蛋白蛋白H1協(xié)助下，由核小體串珠結構協(xié)助下，由核小體串珠結構盤旋而成的中空結構。盤旋而成的中空結構。 組裝：螺線管每圈組裝：螺線管每圈6個核小體，螺個核小體，螺距距11nm，外徑，外徑30nm，內(nèi)徑，內(nèi)徑10nm。 螺線管的形成使核小體串珠結構壓螺線管的形成使核小體串珠結構壓縮了約縮了約6倍。倍。 染色質組裝成染色體染色質組裝成染色體染色質組裝成染色體染色質組裝成染色體多級螺旋模型（多級螺旋模型（multiple coiling model）：）：又稱四級結構模型，超螺旋螺旋模型。又稱四級結構模型，超螺旋螺旋模型。2nmDNA以核小體形式，形成以核小體形式，形成11

42、nm染色質絲（長染色質絲（長度壓縮度壓縮7倍，一級結構）倍，一級結構）染色質絲螺旋化，形成中空管狀結構（螺線管），染色質絲螺旋化，形成中空管狀結構（螺線管），30nm（壓縮（壓縮6倍，二級結構）倍，二級結構）30nm 螺線管進一步螺旋化，形成螺線管進一步螺旋化，形成700nm螺旋管結螺旋管結構，稱超螺旋管（壓縮構，稱超螺旋管（壓縮40倍，三級結構）倍，三級結構）超螺旋管再螺旋和折疊，壓縮超螺旋管再螺旋和折疊，壓縮5倍，形成染色單體倍，形成染色單體（中期染色體，四級結構）（中期染色體，四級結構） 壓縮壓縮7倍倍 壓縮壓縮6倍倍 壓縮壓縮40倍倍 壓縮壓縮5倍倍 DNA 核小體核小體 螺線管螺線管

43、 超螺線管超螺線管 染色單體染色單體 染色質組裝的多級螺旋模型染色質組裝的多級螺旋模型直徑直徑2nm的的DNA雙螺旋與組蛋白構建成直徑為雙螺旋與組蛋白構建成直徑為11nm的核小體串珠結構。的核小體串珠結構。串珠鏈以每圈串珠鏈以每圈6個核小體為單位盤繞成直徑為個核小體為單位盤繞成直徑為30nm的螺線管。的螺線管。螺線管折疊成連續(xù)的襻環(huán)，沿染色體縱軸由中央向四周伸出，形成放射環(huán)，環(huán)的螺線管折疊成連續(xù)的襻環(huán)，沿染色體縱軸由中央向四周伸出，形成放射環(huán)，環(huán)的基部連接在染色體中央由非組蛋白構成的染色體支架上，每個襻環(huán)平均包含基部連接在染色體中央由非組蛋白構成的染色體支架上，每個襻環(huán)平均包含315個個核小體

44、，約核小體，約63000bp，長度為，長度為21um。襻環(huán)是染色質獨立的功能單位，即襻環(huán)是染色質獨立的功能單位，即DNA復制和轉錄的單位。因此，襻環(huán)是間期染復制和轉錄的單位。因此，襻環(huán)是間期染色質的基本存在形式。色質的基本存在形式。每每18個襻環(huán)以染色體支架為軸心呈放射狀平面排列形成微帶（個襻環(huán)以染色體支架為軸心呈放射狀平面排列形成微帶（miniband），微帶），微帶是染色體的高級結構單位。是染色體的高級結構單位。大約大約106 個微帶沿縱軸支架縱向排列，便構建成染色單體。個微帶沿縱軸支架縱向排列，便構建成染色單體。染色體的骨架染色體的骨架-放射環(huán)結構模型（襻環(huán)模型）放射環(huán)結構模型（襻環(huán)模型

45、）.Electron micrograph of a mitotic chromosome that had been treated with a solution of dextran sulfate to remove histones. The histone depleted chromosome displays loops of DNA that are attached at their bases to a residual protein scaffold.染色體的形態(tài)和結構在同種生物中相對恒定，在不同種染色體的形態(tài)和結構在同種生物中相對恒定，在不同種類的生物中各不相同類的

46、生物中各不相同單倍體（單倍體（haploid）、二倍體（）、二倍體（diploid）、多倍體）、多倍體（polyploidy）中期染色體的形態(tài)結構：中期染色體的形態(tài)結構：姊妹染色單體姊妹染色單體(sister chromatids) 著絲粒著絲粒(centromere)：主縊痕主縊痕(primary constriction) 或初級縊痕；或初級縊痕；短臂短臂(p) 和長臂和長臂( q) 。動粒動粒(kinetochore)次縊痕次縊痕(secondary constriction)核仁組織區(qū)核仁組織區(qū) (nucleolar organizing region,NOR)隨體隨體(satelli

47、te)端粒端粒(telomere) 中央著絲粒染色體（中央著絲粒染色體（metacentric chromosome）亞中著絲粒染色體（亞中著絲粒染色體（submetacentric chromosome）近端著絲粒染色體（近端著絲粒染色體（subtelocentric chromosome）端著絲粒染色體（端著絲粒染色體（telocentric chromosome）。）。著絲粒（著絲粒（centromere）與動粒（）與動粒（kinetochore）著絲粒著絲粒( centromere)： 位于主縊痕的中位于主縊痕的中心部位，是主縊痕內(nèi)部高度重復的異染心部位，是主縊痕內(nèi)部高度重復的異染色質

48、結構。色質結構。動粒動粒(kinetochore) ：又稱著絲點，位于：又稱著絲點，位于主縊痕處主縊痕處2條染色單體的外側表層部位，條染色單體的外側表層部位，由蛋白質組成的盤狀或球狀結構的特化由蛋白質組成的盤狀或球狀結構的特化部位，是紡錘絲微管的聚合中心之一。部位，是紡錘絲微管的聚合中心之一。著絲粒著絲粒-動粒復合體介導紡錘絲與染色體動粒復合體介導紡錘絲與染色體的結合的結合著絲粒超微結構：著絲粒超微結構： 著絲粒著絲粒-動粒復合體（動粒復合體（centromere-kinetochore complex） 動粒結構域（動粒結構域（kinetochore domain）；）；中心結構域（中心結構

49、域（central domain）；）；配對結構域（配對結構域（paring domain）：）：動粒的超微結構：動粒的超微結構：內(nèi)板內(nèi)板(inner plate)中間間隙中間間隙(middle space，innerzone)外板外板(outer plate)纖維冠纖維冠(fibrouscorona)次縊痕（次縊痕（secondary constriction）：）：指染色體上除主縊痕之外的縊縮部位，數(shù)量、位置和大小可作鑒別染色體的標記指染色體上除主縊痕之外的縊縮部位，數(shù)量、位置和大小可作鑒別染色體的標記隨體（隨體（satellite）：）：隨體是某些染色體末端的棒狀或球狀結隨體是某些染色體

50、末端的棒狀或球狀結構，通過次縊痕的染色質絲與染色體臂構，通過次縊痕的染色質絲與染色體臂相連，是識別染色體的重要特征之一。相連，是識別染色體的重要特征之一。在人類染色體中，隨體位于第在人類染色體中，隨體位于第13 、14 、15 、21 、22 號染色體上。號染色體上。核仁組織區(qū)（核仁組織區(qū)（nucleolar organizing region，NOR）：）：是細胞核特定染色體的次縊痕處，含有是細胞核特定染色體的次縊痕處，含有rRNA基因的一段染色體區(qū)域，與核仁的形成有基因的一段染色體區(qū)域，與核仁的形成有關，故稱為核仁組織區(qū)。其精細結構呈燈刷狀。能夠合成核糖體的關，故稱為核仁組織區(qū)。其精細結構

51、呈燈刷狀。能夠合成核糖體的28S、18S和和5.8S rRNA。具有核仁組織區(qū)的染色體數(shù)目依不同細胞種類而異，人有具有核仁組織區(qū)的染色體數(shù)目依不同細胞種類而異，人有5對染色體即對染色體即13、14、15、21、22號染色體上有核仁組織區(qū)。號染色體上有核仁組織區(qū)。端粒（端粒（telomere）：）：端粒端粒( telomere) 是染色體末端的特化部位，可維持染色體的穩(wěn)定性，保證染是染色體末端的特化部位，可維持染色體的穩(wěn)定性，保證染色體色體DNA 的完全復制及參與染色體在核內(nèi)的空間排布。的完全復制及參與染色體在核內(nèi)的空間排布。端粒由端粒端粒由端粒DNA和端粒結構蛋白構成，和端粒結構蛋白構成，端粒

52、結構蛋白屬非組蛋白，可使端粒免受酶或化學試劑降解端粒結構蛋白屬非組蛋白，可使端粒免受酶或化學試劑降解;端粒端粒DNA 是是5-8bp 富含富含G 的短串聯(lián)高度重復序列（人的序列為的短串聯(lián)高度重復序列（人的序列為TTAGGG/CCCTAA ），進化上高度保守，在），進化上高度保守，在DNA 復制過程中，引物被切除后留復制過程中，引物被切除后留下的下的5端空隙由端粒端空隙由端粒DNA 填補，可防止染色體末端填補，可防止染色體末端DNA 在復制中丟失。在復制中丟失。端粒酶（端粒酶（telomerase）是由蛋白質和與端粒）是由蛋白質和與端粒DNA 互補的互補的RNA 所組成，它能以所組成，它能以自身

53、的自身的RNA 為模板合成端粒為模板合成端粒DNA. 使端粒得到補充。使端粒得到補充。The importance of telomerase in maintaining chromosome integrity核型（核型（karyotype）：是指染色體組在有絲分裂中期的表型：是指染色體組在有絲分裂中期的表型, 是染色體數(shù)目、是染色體數(shù)目、大小、形態(tài)特征的總和。大小、形態(tài)特征的總和。將成對的染色體按形狀、大小依順序排列起來叫將成對的染色體按形狀、大小依順序排列起來叫核型圖（核型圖（karyogram）對這些圖像進行染色體數(shù)目、形態(tài)結構特征的分析叫對這些圖像進行染色體數(shù)目、形態(tài)結構特征的分析

54、叫核型分析核型分析（karyotype analysis）人類體細胞的正常核型有人類體細胞的正常核型有46條染色體（條染色體（2n=46），其中），其中22對為常染色體對為常染色體（autosome），），1對為性染色體（對為性染色體（sex chromosome）。）。核型與染色體顯帶核型與染色體顯帶丹佛體制（丹佛體制（Denver System）：根據(jù)染色體的長度和著絲粒的位置，）：根據(jù)染色體的長度和著絲粒的位置，將人體細胞的將人體細胞的46條染色體進行配對、順序排列、編號、分組及核型描條染色體進行配對、順序排列、編號、分組及核型描述述正常人類體細胞的正常人類體細胞的46條染色體分為條染色

55、體分為23對、對、7個組（個組（A、B、C、D、E、F、G組）。組）。核型描述：染色體總數(shù)（包括性染色體）及性染色體核型描述：染色體總數(shù)（包括性染色體）及性染色體正常的男性核型描述為正常的男性核型描述為46，XY；女性為；女性為46，XX。核型與染色體顯帶核型與染色體顯帶正常男性：正常男性：46，XY正常女性：正常女性：46，XX染色體顯帶技術：經(jīng)物理、化學因素（如通過熱、堿、酶等）處理后，染色體顯帶技術：經(jīng)物理、化學因素（如通過熱、堿、酶等）處理后，再用染料對染色體進行分化染色，使其呈現(xiàn)特定的深淺不同帶紋（再用染料對染色體進行分化染色，使其呈現(xiàn)特定的深淺不同帶紋（band）的方法。的方法。分

56、帶技術可分為兩大類分帶技術可分為兩大類整體顯帶：整體顯帶：G、Q和和R帶帶局部顯帶，如局部顯帶，如C、T和和N帶。帶。人類的人類的24種染色體都可以顯示出各自的特異的帶紋，稱為帶型（種染色體都可以顯示出各自的特異的帶紋，稱為帶型（banding pattern）。）。核型與染色體顯帶核型與染色體顯帶G顯帶核型歌謠顯帶核型歌謠一禿二蛇三蝶飄，四像鞭炮五黑腰；一禿二蛇三蝶飄，四像鞭炮五黑腰；六號像個小白臉，七蓋八下九苗條；六號像個小白臉，七蓋八下九苗條；十號長臂近帶號，十一低來十二高；十號長臂近帶號，十一低來十二高；十三、四、五一二一，十六長臂縊痕大；十三、四、五一二一，十六長臂縊痕大；十七長臂戴

57、腳鐐，十八白頭肚子飽；十七長臂戴腳鐐，十八白頭肚子飽；十九中間一點腰，二十頭重腳飄飄；十九中間一點腰，二十頭重腳飄飄；二十一好像葫蘆瓢，二十二頭上一點黑；二十一好像葫蘆瓢，二十二頭上一點黑；X染色體一擔挑，染色體一擔挑，Y染色體長臂戴黑腳。染色體長臂戴黑腳。人類C帶核型，C帶顯示的是著絲粒異染色質 巨大染色體：（巨大染色體：（giant chromosome）某些生物的細胞中某些生物的細胞中, 特別是在發(fā)育的某些階段特別是在發(fā)育的某些階段, 可以觀察到一些特殊的可以觀察到一些特殊的體積巨大的染色體，稱為巨大染色體體積巨大的染色體，稱為巨大染色體多線染色體（多線染色體（polytene chro

58、mosome）燈刷染色體（燈刷染色體（lampbrush chromosome） 多線染色體（多線染色體（polytene chromosome）存在于雙翅目昆蟲的幼蟲組織細胞、某些植物細胞存在于雙翅目昆蟲的幼蟲組織細胞、某些植物細胞多線染色體的來源：核內(nèi)有絲分裂多線染色體的來源：核內(nèi)有絲分裂(endomitosis) 多線染色體的帶及間帶：多線染色體的帶及間帶：帶和間帶都含有基因，可能帶和間帶都含有基因，可能“管家管家”基因基因(housekeeping gene)位于間帶位于間帶,“奢侈奢侈”基基因因(luxury gene) 位于帶上。位于帶上。多線染色體與基因活性：脹泡是基因活躍轉錄的

59、形態(tài)學標志多線染色體與基因活性：脹泡是基因活躍轉錄的形態(tài)學標志燈刷染色體（燈刷染色體（lampbrush chromosome）燈刷染色體普遍存在于動物界的卵母細胞，兩棲類卵母細胞的燈刷染色體最典型燈刷染色體普遍存在于動物界的卵母細胞，兩棲類卵母細胞的燈刷染色體最典型燈刷染色體的來源：卵母細胞進行減數(shù)第一次分裂時停留在雙線期的染色體。燈刷染色體的來源：卵母細胞進行減數(shù)第一次分裂時停留在雙線期的染色體。燈刷染色體的超微結構燈刷染色體的超微結構燈刷染色體的轉錄功能燈刷染色體的轉錄功能 概述概述核仁的主要成分核仁的主要成分核仁的超微結構核仁的超微結構 核仁的功能核仁的功能 核仁周期核仁周期 核核 仁

60、（仁（nucleolus）概述概述核仁（核仁（nucleolus）：真核細胞間期細胞核中最明顯的結構，光鏡下為）：真核細胞間期細胞核中最明顯的結構，光鏡下為均勻、海綿狀的球體。均勻、海綿狀的球體。 每個細胞中有核仁每個細胞中有核仁12個，甚至多個。個，甚至多個。蛋白質合成旺盛的細胞核仁大，如卵母細胞、分泌細胞；不具備蛋白合成能力的蛋白質合成旺盛的細胞核仁大，如卵母細胞、分泌細胞；不具備蛋白合成能力的細胞核仁小。細胞核仁小。 在細胞核中的位置通常不固定，在生長旺盛的細胞中，常趨向核的邊緣。在細胞核中的位置通常不固定，在生長旺盛的細胞中，常趨向核的邊緣。 核仁的主要成分核仁的主要成分核仁的分子組成：核酸和