第十章細(xì)胞核與染色體2009

1、第十章第十章 細(xì)胞核細(xì)胞核(Nucleus)與染色體與染色體(Chromosome) 概概 述述3.1831年，R.Brown發(fā)現(xiàn)于植物。一、定義和發(fā)現(xiàn)一、定義和發(fā)現(xiàn)1.定義：細(xì)胞核是真核細(xì)胞內(nèi)最大、最重要的細(xì)胞器細(xì)胞器，是細(xì)胞遺傳與代謝的調(diào)控信息中心。2.真核細(xì)胞真核細(xì)胞區(qū)別于原核細(xì)胞最顯著的標(biāo)志之一。二、細(xì)胞核的形態(tài)、大小、數(shù)目二、細(xì)胞核的形態(tài)、大小、數(shù)目 形態(tài)：形態(tài)： 大多呈球形或卵圓形（特列：細(xì)長的肌細(xì)胞呈桿狀，在胚乳中呈網(wǎng)狀） 大小：大小：高等動物為5-10m，高等植物為5-20m，低等植物為1-4m。 數(shù)目：數(shù)目：通常一個(gè)，成熟的篩管和哺乳動物紅細(xì)胞（0）、肝細(xì)胞、心肌細(xì)胞(1-2

2、）、破骨細(xì)胞(650）、骨骼肌細(xì)胞(數(shù)百）、植物氈絨層細(xì)胞(24)。核被膜核被膜（nuclear envelope)核核 仁仁（nucleolus)核基質(zhì)核基質(zhì)（nuclear matrix)間期核間期核染色質(zhì)染色質(zhì)（chromatin) 三、三、間期核的典型形態(tài)結(jié)構(gòu)間期核的典型形態(tài)結(jié)構(gòu)第一節(jié)第一節(jié) 核被膜與核孔復(fù)合體核被膜與核孔復(fù)合體核被膜核被膜 （nuclear envelope)核孔復(fù)合體核孔復(fù)合體（nuclear pore complex,NPC） 結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成 核被膜的功能核被膜的功能 核被膜在細(xì)胞周期中的崩解與組裝核被膜在細(xì)胞周期中的崩解與組裝 外核膜（外核膜（outer nu

3、clear membrane），附有核糖），附有核糖體顆粒，與糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連續(xù)體顆粒，與糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連續(xù) 內(nèi)核膜（內(nèi)核膜（inner nuclear membrane），有特有的），有特有的蛋白成份（如核纖層蛋白蛋白成份（如核纖層蛋白B受體）受體）核周間隙（核周間隙（perinuclear space）核孔（核孔（nuclear pore） （一）外核膜（一）外核膜與粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連，其與粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連，其外表面附著核糖體外表面附著核糖體（二）內(nèi)核膜（二）內(nèi)核膜無核糖體附著，有核纖層無核糖體附著，有核纖層蛋白受體，從而固定到核蛋白受體，從而固定到核纖層上纖層上（三）核周間隙（三）核周間隙核、質(zhì)交

4、流的通道核、質(zhì)交流的通道核孔核孔：內(nèi)外兩層核膜融合形成環(huán)狀開口，稱：內(nèi)外兩層核膜融合形成環(huán)狀開口，稱為核孔。為核孔。 一般來說，合成功能旺盛的細(xì)胞，核孔數(shù)目一般來說，合成功能旺盛的細(xì)胞，核孔數(shù)目較多（其數(shù)量主要是與細(xì)胞核的轉(zhuǎn)錄水平有較多（其數(shù)量主要是與細(xì)胞核的轉(zhuǎn)錄水平有關(guān)，密度大約關(guān)，密度大約10201020個(gè)個(gè)/m/m2 2）（四）核孔（四）核孔核核 孔孔 構(gòu)成核、質(zhì)之間的天然選擇性屏障構(gòu)成核、質(zhì)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(hù)保護(hù)DNA分子免受損傷分子免受損傷核質(zhì)之間的物質(zhì)交換與信息交流核質(zhì)之間的物質(zhì)交換與信息交流 新核膜來自舊核膜新核膜來自舊核膜核被膜

5、的去組裝是非隨機(jī)的，具有核被膜的去組裝是非隨機(jī)的，具有區(qū)域特異性（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(xì)核被膜的解體與重建的動態(tài)變化受細(xì) 胞周期調(diào)控因子的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)作用可胞周期調(diào)控因子的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)作用可 能與核纖層蛋白、核孔復(fù)合體蛋白的能與核纖層蛋白、核孔復(fù)合體蛋白的 磷酸化與去磷酸化修飾有關(guān)。磷酸化與去磷酸化修飾有關(guān)。 規(guī)律性規(guī)律性核孔復(fù)合體核孔復(fù)合體（nuclear pore complex,NPC）結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)模型 核孔復(fù)合體的功能核孔復(fù)合體的功能核孔復(fù)合體核孔復(fù)合體 在核孔上鑲嵌由一組蛋白質(zhì)顆粒和在核孔上鑲嵌由一組蛋白質(zhì)顆粒和纖維物質(zhì)以特定方

6、式排列形成的復(fù)合結(jié)纖維物質(zhì)以特定方式排列形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，稱為核孔復(fù)合體。構(gòu)，稱為核孔復(fù)合體。(nuclear pore complex，NPC)捕捕 胞質(zhì)環(huán)（胞質(zhì)環(huán)（cytoplasmic ring），外環(huán)），外環(huán) 核質(zhì)環(huán)（核質(zhì)環(huán)（nuclear ring），內(nèi)環(huán)），內(nèi)環(huán) 輻（輻（spoke）柱狀亞單位（柱狀亞單位（column subunit）:連接連接內(nèi)、外環(huán)，支撐作用內(nèi)、外環(huán)，支撐作用腔內(nèi)亞單位腔內(nèi)亞單位(luminal subunit)，伸入核，伸入核周間隙中周間隙中環(huán)帶亞單位（環(huán)帶亞單位（annular subunit） 中央栓（中央栓（central plug）：）：transpo

7、rter胞質(zhì)環(huán)胞質(zhì)環(huán)中央栓中央栓輻輻胞質(zhì)纖維胞質(zhì)纖維核質(zhì)環(huán)核質(zhì)環(huán)核纖層核纖層捕魚籠式模型捕魚籠式模型核質(zhì)環(huán)核質(zhì)環(huán)內(nèi)核膜內(nèi)核膜外核膜外核膜核周間隙核周間隙輻輻胞質(zhì)環(huán)胞質(zhì)環(huán)中央栓中央栓核孔復(fù)合體模型核孔復(fù)合體模型-捕魚籠式捕魚籠式核質(zhì)交換的雙向選擇性親水通道核質(zhì)交換的雙向選擇性親水通道 核孔運(yùn)輸特點(diǎn)核孔運(yùn)輸特點(diǎn)被動擴(kuò)散被動擴(kuò)散主動運(yùn)輸主動運(yùn)輸雙向性雙向性信號引導(dǎo)信號引導(dǎo)入核：入核：DNA聚合酶、聚合酶、 RNA聚合酶、組蛋白、核糖體蛋白聚合酶、組蛋白、核糖體蛋白出核：出核：RNA、組裝好的核糖體亞單位、組裝好的核糖體亞單位1.被動擴(kuò)散被動擴(kuò)散離子、小分子離子、小分子2.主動運(yùn)輸主動運(yùn)輸核核質(zhì)質(zhì)蛋蛋

8、白白注注射射實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)2，3實(shí)驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)1：表明核質(zhì)蛋白為親核蛋白，可以進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)；實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)2和實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)3：核質(zhì)蛋白不是自由進(jìn)入細(xì)胞核，而是有選擇性的，受到一定信號的控制，只有帶有核定位信號（NLS）的蛋白才能進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)。實(shí)驗(yàn)4：核質(zhì)蛋白是通過核孔攝入細(xì)胞核內(nèi)親核蛋白（親核蛋白（karyophilic protein） 在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成后，需要或能夠進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮功在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成后，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)能的一類蛋白質(zhì)核定位信號核定位信號 (nuclear localization signal，NLS) NLS是存在于親核蛋白內(nèi)的一些短的氨基酸

9、序列是存在于親核蛋白內(nèi)的一些短的氨基酸序列片段。片段。 NLS的可以是一段連續(xù)的序列（的可以是一段連續(xù)的序列（T抗原），也可以抗原），也可以分成兩段，兩段之間間隔約分成兩段，兩段之間間隔約10個(gè)氨基酸殘基（核質(zhì)蛋個(gè)氨基酸殘基（核質(zhì)蛋白）。白）。 NLS序列可存在于親核蛋白的不同部位，在指導(dǎo)序列可存在于親核蛋白的不同部位，在指導(dǎo)完成核輸入后并不被切除。完成核輸入后并不被切除。(與信號肽的區(qū)別）與信號肽的區(qū)別）對運(yùn)輸顆粒大小的限制對運(yùn)輸顆粒大小的限制主動運(yùn)輸是一個(gè)信號識別與載體介導(dǎo)的過主動運(yùn)輸是一個(gè)信號識別與載體介導(dǎo)的過程，需要消耗能量程，需要消耗能量主動運(yùn)輸具有雙向性，即核輸入與核輸出主動運(yùn)輸具

10、有雙向性，即核輸入與核輸出 生物大分子的核質(zhì)分配主要是通過核孔復(fù)合體的生物大分子的核質(zhì)分配主要是通過核孔復(fù)合體的主動運(yùn)輸完成的，具有高度的選擇性，并且是雙向的。主動運(yùn)輸完成的，具有高度的選擇性，并且是雙向的。 選擇性表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：選擇性表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：結(jié)合：需結(jié)合：需NLS識別并結(jié)合識別并結(jié)合importin；轉(zhuǎn)移：需轉(zhuǎn)移：需GTP水解提供能量水解提供能量 核內(nèi)異質(zhì)核內(nèi)異質(zhì)RNARNA需在核內(nèi)進(jìn)行需在核內(nèi)進(jìn)行55加帽和加帽和33加尾以加尾以及剪接等加工過程，形成成熟的及剪接等加工過程，形成成熟的mRNAmRNA出核；出核； mRNA的出核轉(zhuǎn)運(yùn)過程是有極性的，其的出核轉(zhuǎn)運(yùn)過程是有極性的

11、，其5端在前，端在前，3端在后。端在后。 核糖體則相反，前體核糖體出核后，在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)核糖體則相反，前體核糖體出核后，在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)組裝形成成熟的核糖體組裝形成成熟的核糖體。第二節(jié)第二節(jié) 染染 色色 質(zhì)質(zhì) 染色質(zhì)的概念及化學(xué)組成染色質(zhì)的概念及化學(xué)組成 染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位核小體核小體染色質(zhì)包裝的結(jié)構(gòu)模型染色質(zhì)包裝的結(jié)構(gòu)模型 常染色質(zhì)和異染色質(zhì)常染色質(zhì)和異染色質(zhì) 染色質(zhì)概念染色質(zhì)概念 染色質(zhì)染色質(zhì)DNA 染色質(zhì)蛋白質(zhì)染色質(zhì)蛋白質(zhì) 染色質(zhì)與染色體是在細(xì)胞周期不同的功能階段可以染色質(zhì)與染色體是在細(xì)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(gòu)相互轉(zhuǎn)變的的形態(tài)結(jié)構(gòu)染色質(zhì)與染色體具有基本相

12、同的化學(xué)組成，但包裝染色質(zhì)與染色體具有基本相同的化學(xué)組成，但包裝程度不同，構(gòu)象不同。程度不同，構(gòu)象不同。 染色質(zhì)（染色質(zhì)（chromatin）: 間期細(xì)胞核內(nèi)由間期細(xì)胞核內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量、組蛋白、非組蛋白及少量 RNA組成的線性復(fù)合結(jié)構(gòu)組成的線性復(fù)合結(jié)構(gòu), 是間期細(xì)胞遺傳物質(zhì)存在是間期細(xì)胞遺傳物質(zhì)存在 的形式。的形式。染色體染色體(chromosome):指細(xì)胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中指細(xì)胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中, 由染色質(zhì)聚縮由染色質(zhì)聚縮而成的棒狀結(jié)構(gòu)。而成的棒狀結(jié)構(gòu)?；蚪M（基因組（genome） DNA分子一級結(jié)構(gòu)具有多樣性分子一級結(jié)構(gòu)具有多樣性 DNA二級結(jié)構(gòu)具

13、有多形性二級結(jié)構(gòu)具有多形性(polymorphism) 概念概念 一個(gè)生物貯存在單倍染色體組中的總遺傳一個(gè)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。信息，稱為該生物的基因組。 基因組大小基因組大小通常隨物種的復(fù)雜性而增加通常隨物種的復(fù)雜性而增加 基因組中兩類遺傳信息基因組中兩類遺傳信息 編碼序列編碼序列 調(diào)控序列調(diào)控序列 物種 基因組大小 平均基因長（bp） 基因數(shù)目 大腸桿菌 4.2106bp， 1.2Kb 約4228酵母 1.3107bp 1.4Kb 約6000 果蠅 1.4108bp 11.3Kb 約13600 人 3109bp 16.3Kb 約30000 DNA分子一級

14、結(jié)構(gòu)具有多樣性分子一級結(jié)構(gòu)具有多樣性蛋白編碼序列（蛋白編碼序列（非重復(fù)序列非重復(fù)序列DNA）串聯(lián)重復(fù)序列（串聯(lián)重復(fù)序列（中度重復(fù)中度重復(fù)DNA序列序列 ）高度重復(fù)高度重復(fù)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(fù)），又稱數(shù)量可變的的串聯(lián)重復(fù) 序列，常用于序列，常用于DNA指紋技術(shù)（指紋技術(shù)（DNA finger-printing）作個(gè)體鑒定；）作個(gè)體鑒定； 微微衛(wèi)星衛(wèi)星DNA（microsatellite DNA）重復(fù)單位序列最短，

15、具高度）重復(fù)單位序列最短，具高度多態(tài)性，在遺傳上高度保守，為重要的遺傳標(biāo)記。多態(tài)性，在遺傳上高度保守，為重要的遺傳標(biāo)記。DNA二級結(jié)構(gòu)具有多形性二級結(jié)構(gòu)具有多形性(polymorphism)三種構(gòu)型三種構(gòu)型DNA： B型型DNA（右手雙螺旋（右手雙螺旋DNA）；活性最高的）；活性最高的DNA構(gòu)象；構(gòu)象； A型型DNA，B型型DNA的重要變構(gòu)形式，仍有活性；的重要變構(gòu)形式，仍有活性； Z型型DNA，Z型型DNA是左手螺旋，是左手螺旋，B型型DNA的另一種的另一種 變構(gòu)形式，活性明顯降低變構(gòu)形式，活性明顯降低DNA構(gòu)型的構(gòu)型的生物學(xué)意義生物學(xué)意義 DNA構(gòu)型的生物學(xué)意義構(gòu)型的生物學(xué)意義 溝（特別是

16、大溝）的特征在遺傳信息表達(dá)過程中起關(guān)鍵作用溝（特別是大溝）的特征在遺傳信息表達(dá)過程中起關(guān)鍵作用 溝的寬窄及深淺影響調(diào)控蛋白對溝的寬窄及深淺影響調(diào)控蛋白對DNA信息的識別信息的識別 三種構(gòu)型的三種構(gòu)型的DNA處于動態(tài)轉(zhuǎn)變之中處于動態(tài)轉(zhuǎn)變之中 DNA二級結(jié)構(gòu)的變化與高級結(jié)構(gòu)的變化是相互關(guān)聯(lián)的，二級結(jié)構(gòu)的變化與高級結(jié)構(gòu)的變化是相互關(guān)聯(lián)的， 這種變化在這種變化在DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄中具有重要的生物學(xué)意義。復(fù)制與轉(zhuǎn)錄中具有重要的生物學(xué)意義。 三種不同構(gòu)型的三種不同構(gòu)型的DNADNA 負(fù)責(zé)負(fù)責(zé)DNA分子遺傳信息的組織、復(fù)制和閱讀分子遺傳信息的組織、復(fù)制和閱讀 組蛋白組蛋白(histone)：染色質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)蛋

17、白：染色質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)蛋白 非組蛋白非組蛋白(nonhistone)：影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能：影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能 非組蛋白的不同非組蛋白的不同結(jié)構(gòu)模式結(jié)構(gòu)模式核小體組蛋白核小體組蛋白(nucleosomal histone)：H2B、H2A、H3和和H4，幫助幫助DNA卷曲形成核小體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)卷曲形成核小體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)H1組蛋白：在構(gòu)成核小體時(shí)組蛋白：在構(gòu)成核小體時(shí)H1起連接作用起連接作用, 它賦予染色質(zhì)以它賦予染色質(zhì)以極性。極性。特點(diǎn)：真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白，富含帶正電荷的特點(diǎn)：真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白，富含帶正電荷的Arg和和Lys等堿性氨基酸，屬堿性蛋白質(zhì)，可以和酸性的等堿性氨基酸

18、，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）。緊密結(jié)合（非特異性結(jié)合）。 非組蛋白具多樣性和異質(zhì)性非組蛋白具多樣性和異質(zhì)性 對對DNA具有識別特異性，又稱序列特異性具有識別特異性，又稱序列特異性DNA結(jié)合結(jié)合 蛋白蛋白 (sequence specific DNA binding proteins) 具有多種功能，包括基因表達(dá)的調(diào)控和染色質(zhì)高級具有多種功能，包括基因表達(dá)的調(diào)控和染色質(zhì)高級 結(jié)構(gòu)的形成。結(jié)構(gòu)的形成。 螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)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

19、式(Leucine zipper motif，ZIP)螺旋螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)模式螺旋結(jié)構(gòu)模式(helix-loop-helix motif，HLH) HMG-盒結(jié)構(gòu)模式（盒結(jié)構(gòu)模式（HMG-box motif）二、染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位二、染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位 核小體核小體(nucleosome)鹽溶液處理前后染色質(zhì)絲的電鏡照片 A 自然結(jié)構(gòu)；30nm的纖絲；B 解聚的串珠結(jié)構(gòu)，10nm非特異性微球非特異性微球菌核酸酶消化菌核酸酶消化染色質(zhì)，凝膠染色質(zhì)，凝膠電泳圖譜電泳圖譜每個(gè)核小體單位包括每個(gè)核小體單位包括200bp左右的左右的DNA超螺旋和一個(gè)組蛋白八聚體及一超螺旋和一個(gè)組蛋白八聚體及一

20、個(gè)分子個(gè)分子H1組蛋白八聚體構(gòu)成核小體的盤狀核心結(jié)構(gòu)組蛋白八聚體構(gòu)成核小體的盤狀核心結(jié)構(gòu)146bp的的DNA分子超螺旋盤繞組蛋白八聚體分子超螺旋盤繞組蛋白八聚體1.75圈圈, 組蛋白組蛋白H1在核心顆粒在核心顆粒 外結(jié)合額外外結(jié)合額外20bp DNA，鎖住核小體，鎖住核小體DNA的進(jìn)出端，起穩(wěn)定核小體的作的進(jìn)出端，起穩(wěn)定核小體的作 用。用。 兩個(gè)相鄰核小體之間以連接兩個(gè)相鄰核小體之間以連接DNA 相連，典型長度相連，典型長度60bp，不同物種變化值，不同物種變化值 為為080bp組蛋白與組蛋白與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之間的相互作用主要是結(jié)構(gòu)性的，基本不依賴于核

21、苷酸的 特異序列，實(shí)驗(yàn)表明，核小體具有自組裝（特異序列，實(shí)驗(yàn)表明，核小體具有自組裝（self-assemble）的性質(zhì)）的性質(zhì)核小體沿核小體沿DNA的定位受不同因素的影響，進(jìn)而通過核小體相位改變影響的定位受不同因素的影響，進(jìn)而通過核小體相位改變影響 基因表達(dá)基因表達(dá) 核小體模型圖解核小體模型圖解 一級結(jié)構(gòu)：核小體一級結(jié)構(gòu)：核小體 二級結(jié)構(gòu)：螺線管二級結(jié)構(gòu)：螺線管(solenoid) 三級結(jié)構(gòu)：超螺線管三級結(jié)構(gòu)：超螺線管(supersolenoid) 四級結(jié)構(gòu)：染色單體（四級結(jié)構(gòu)：染色單體（chromatid） 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

22、螺線管螺線管超螺線管超螺線管染色單體染色單體 （二）螺線管（二）螺線管二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu) 由核小體構(gòu)成的由核小體構(gòu)成的染色質(zhì)細(xì)絲再螺旋染色質(zhì)細(xì)絲再螺旋化，形成中空的螺化，形成中空的螺線管，每個(gè)螺旋內(nèi)線管，每個(gè)螺旋內(nèi)含含6 6個(gè)核小體。個(gè)核小體。（三）超螺線管（三）超螺線管-三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu) 單位線（電鏡觀察，圓筒狀）單位線（電鏡觀察，圓筒狀） 以上即染色體的組裝過程，均以螺旋以上即染色體的組裝過程，均以螺旋方式實(shí)現(xiàn)，總稱為方式實(shí)現(xiàn)，總稱為多級螺旋模型多級螺旋模型（四）染色單體（四）染色單體四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)染色體組裝的放射環(huán)模型染色體組裝的放射環(huán)模型基因組結(jié)構(gòu)和染色質(zhì)組裝基因組結(jié)構(gòu)和染色質(zhì)組裝常染

23、色質(zhì)常染色質(zhì)(euchromatin) 異染色質(zhì)異染色質(zhì)(heterochromatin)：概念：指間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度低概念：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)處于伸展?fàn)顟B(tài), 用堿性染料染色時(shí)著色淺的那用堿性染料染色時(shí)著色淺的那些染色質(zhì)。些染色質(zhì)。單一序列單一序列 DNA 和中度重復(fù)序列和中度重復(fù)序列DNA(如組蛋白如組蛋白基因和基因和tRNA基因基因)并非所有基因都具有轉(zhuǎn)錄活性，常染色質(zhì)狀態(tài)并非所有基因都具有轉(zhuǎn)錄活性，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只是基因轉(zhuǎn)錄的必要條件而非充分條件 概念：指間期細(xì)胞核中概念：指間期細(xì)胞核中, 折疊壓縮程度高折疊壓縮

24、程度高, 處于聚處于聚縮狀態(tài)的染色質(zhì)組分。堿性染料染色時(shí)著色較深縮狀態(tài)的染色質(zhì)組分。堿性染料染色時(shí)著色較深的染色質(zhì)組分的染色質(zhì)組分.類型類型結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)（或組成型異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)（或組成型異染色質(zhì)）(constitutive heterochromatin) 兼性異染色質(zhì)兼性異染色質(zhì)(facultative heterochromatin) 除復(fù)制期以外，在整個(gè)細(xì)胞周期均處于聚縮狀態(tài)，除復(fù)制期以外，在整個(gè)細(xì)胞周期均處于聚縮狀態(tài)，形成多個(gè)染色中心形成多個(gè)染色中心 結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)的特征：結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)的特征：凝縮狀態(tài)，無轉(zhuǎn)錄活性、是遺傳惰性區(qū)。凝縮狀態(tài)，無轉(zhuǎn)錄活性、是遺傳惰性區(qū)。在細(xì)胞周期中表現(xiàn)為

25、晚復(fù)制、早凝縮。在細(xì)胞周期中表現(xiàn)為晚復(fù)制、早凝縮。 在某些細(xì)胞類型或一定的發(fā)育階段在某些細(xì)胞類型或一定的發(fā)育階段, 原來的原來的 常染色質(zhì)聚縮常染色質(zhì)聚縮, 并喪失基因轉(zhuǎn)錄活性并喪失基因轉(zhuǎn)錄活性, 變?yōu)楫愖優(yōu)楫?染色質(zhì)，如染色質(zhì)，如X染色體隨機(jī)失活染色體隨機(jī)失活 異染色質(zhì)化可能是關(guān)閉基因活性的一種途徑異染色質(zhì)化可能是關(guān)閉基因活性的一種途徑 常、異染色質(zhì)的區(qū)別常、異染色質(zhì)的區(qū)別 常染色質(zhì)常染色質(zhì) 異染色質(zhì)異染色質(zhì)螺旋化程度螺旋化程度低低高高染染 色色 較淺較淺較深較深間間 期期核中央核中央核邊緣核邊緣分裂期分裂期染色體臂染色體臂著絲粒區(qū)和端粒區(qū)著絲粒區(qū)和端粒區(qū)活活 性性常轉(zhuǎn)錄常轉(zhuǎn)錄很少轉(zhuǎn)錄很少轉(zhuǎn)

26、錄復(fù)制時(shí)間復(fù)制時(shí)間S 早期早期S 晚期晚期第三節(jié)第三節(jié) 染色體染色體 中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu) 染色體染色體DNA的三種功能元件的三種功能元件（functional elements） 核型與染色體顯帶核型與染色體顯帶 巨大染色體巨大染色體（giant chromosome） 中期染色體具有比較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，它由兩條相同的姐妹染色單體（chromatid)構(gòu)成，彼此以著絲粒（centromere)相連。中著絲粒染色體中著絲粒染色體(metacentric chromosome) 亞中著絲粒染色體亞中著絲粒染色體(submetacentric chromosome) 亞端著絲粒染色

27、體亞端著絲粒染色體(subtelocentric chromosome) 端著絲粒染色體端著絲粒染色體(telocentric chromosome)。 染色體的類型染色體的類型著絲粒著絲粒(主縊痕主縊痕centromere)與動粒（與動粒（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(satellite)端粒端粒(telomere) 中期染色體模式圖中期染色體模式圖l著絲粒（centromere）和著絲點(diǎn)（kinetochore）是兩個(gè)不同的概念，著絲點(diǎn)又稱動

28、粒。l著絲粒包含3個(gè)結(jié)構(gòu)域：l1. 動粒結(jié)構(gòu)域（kinetochore domain） 位于著絲粒的表面，包括三層板狀結(jié)構(gòu)和圍繞外層的纖維冠(fibrous corona)。l2 . 中央結(jié)構(gòu)域（CENP-B盒與動粒蛋白）盒與動粒蛋白）位于著絲粒結(jié)構(gòu)域的下方，含衛(wèi)星DNA。l3 . 配對結(jié)構(gòu)域位于著絲粒內(nèi)層，中期染色單體相互作用的位點(diǎn)。 內(nèi)部著絲粒蛋白內(nèi)部著絲粒蛋白INCENP (inner centromere protein) 染色單體連接蛋白染色單體連接蛋白CLIPS (chromatid linking proteins) 纖維冠纖維冠 動粒結(jié)構(gòu)域動粒結(jié)構(gòu)域 中央結(jié)構(gòu)域中央結(jié)構(gòu)域 配對

29、結(jié)構(gòu)域配對結(jié)構(gòu)域配對結(jié)構(gòu)域配對結(jié)構(gòu)域中心結(jié)構(gòu)域中心結(jié)構(gòu)域lSatellite DNA (FISH image)（二）次縊痕（二）次縊痕 染色體上除主縊痕之外的淺染縊縮部染色體上除主縊痕之外的淺染縊縮部位，每種染色體組中至少有一條染色體上位，每種染色體組中至少有一條染色體上有次縊痕。有次縊痕。（三）隨（三）隨 體體指染色體末端的球形染色體節(jié)段，通過次縊痕與指染色體末端的球形染色體節(jié)段，通過次縊痕與染色體部分相連，有隨體的染色體稱染色體部分相連，有隨體的染色體稱sat染色體染色體隨體柄部凹陷縮窄隨體柄部凹陷縮窄的次級縊痕與核仁的次級縊痕與核仁的形成有關(guān)，稱為的形成有關(guān)，稱為核仁組織區(qū)（核仁組織區(qū)（

30、NOR) 位于染色體次縊痕處，但不是所有的次縊痕位于染色體次縊痕處，但不是所有的次縊痕都是都是NORNOR。含有主要。含有主要rRNA(18SrRNA(18S、28S28S、8SrRNA)8SrRNA)基因的染色體區(qū)段。基因的染色體區(qū)段。（四）核仁組織區(qū)（四）核仁組織區(qū)（NOR)NOR)具有組織形成間期核仁能力的染色質(zhì)區(qū) 染色體端部特化部位，由端粒染色體端部特化部位，由端粒DNADNA和端粒蛋白構(gòu)成。和端粒蛋白構(gòu)成。 功能：功能： 1. 1. 維持染色體的完整性和獨(dú)立性維持染色體的完整性和獨(dú)立性 2. 2. 保證染色體保證染色體DNADNA的完全復(fù)制的完全復(fù)制 3. 3. 參與染色體在核內(nèi)定位

31、參與染色體在核內(nèi)定位（五）端粒（五）端粒端粒端粒（telomere）人的端粒序列為人的端粒序列為: TTAGGG 可重復(fù)可重復(fù)5003000次次四膜蟲端粒序列為四膜蟲端粒序列為:TTGGGG 端粒端粒DNA序列的特點(diǎn)序列的特點(diǎn): 串聯(lián)重復(fù)串聯(lián)重復(fù) 高度保守性高度保守性自主復(fù)制自主復(fù)制DNA序列序列(ARS)：維持染色體在細(xì)胞世代傳遞維持染色體在細(xì)胞世代傳遞中的連續(xù)性中的連續(xù)性著絲粒著絲粒DNA序列序列(CEN) ：使染色體平均分配到子細(xì)胞中。使染色體平均分配到子細(xì)胞中。端粒端粒DNA序列序列(TEL) ：保持染色體的獨(dú)立性和穩(wěn)定性。保持染色體的獨(dú)立性和穩(wěn)定性。 端粒酶端粒酶 ，在生殖細(xì)胞和部分

32、干細(xì)胞中有端粒酶活性，端，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)。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)。間期間期有絲分裂有絲分裂間期間期開放開放 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,包括染色體數(shù)目、大小、形態(tài)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, 再按長短、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(gè)物種形態(tài)等特征排列起

33、來的圖象稱為核型模式圖，它代表一個(gè)物種的核型模式。的核型模式。 帶型：帶型： 是染色體中的非組蛋白和是染色體中的非組蛋白和DNA堿基對呈現(xiàn)的特定帶紋堿基對呈現(xiàn)的特定帶紋 顯帶技術(shù)顯帶技術(shù) 染色體經(jīng)過一定處理，并用特定染定料染色后，其長軸顯現(xiàn)出染色體經(jīng)過一定處理，并用特定染定料染色后，其長軸顯現(xiàn)出明暗或深淺相間的橫行帶紋。明暗或深淺相間的橫行帶紋。. .秋水仙素的應(yīng)用：便于富集中期細(xì)胞分裂相秋水仙素的應(yīng)用：便于富集中期細(xì)胞分裂相. .低滲處理：使中期染色體分散良好，便于觀察低滲處理：使中期染色體分散良好，便于觀察. .植物凝集素（）的應(yīng)用：刺激細(xì)胞轉(zhuǎn)化和植物凝集素（）的應(yīng)用：刺激細(xì)胞轉(zhuǎn)化和分裂分

34、裂顯帶顯帶技術(shù)技術(shù)整條顯帶整條顯帶局部顯帶局部顯帶Q帶：喹吖因或熒光染料帶：喹吖因或熒光染料G帶：帶：Giemsa染色染色R帶：帶：Q、G反帶反帶高分辨帶高分辨帶C帶：著絲粒等區(qū)的異帶：著絲粒等區(qū)的異 染色質(zhì)染色質(zhì)T帶：端粒帶：端粒N帶：帶：NOR區(qū)酸性蛋白區(qū)酸性蛋白P350多線染色體多線染色體（polytene chromosome）燈刷染色體燈刷染色體（lampbrush chromosome） 存在于雙翅目昆蟲的存在于雙翅目昆蟲的幼蟲組織細(xì)胞幼蟲組織細(xì)胞、某些植物細(xì)胞、某些植物細(xì)胞 多線染色體的多線染色體的來源來源：核內(nèi)有絲分裂：核內(nèi)有絲分裂(endomitosis) 多線染色體的帶及間

35、帶：可能多線染色體的帶及間帶：可能“管家管家”基因基因(housekeeping gene) 位于間帶位于間帶, “奢侈奢侈”基因基因(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(zhuǎn)錄的多線染色體與基因活性：脹泡是基因活躍轉(zhuǎn)錄的 形態(tài)學(xué)標(biāo)志形態(tài)學(xué)標(biāo)志 見于魚類、兩棲類、爬行類雙線期卵母細(xì)胞，雙線期是卵黃合成的旺盛期。染色粒軸絲兩側(cè)有側(cè)環(huán)，狀如燈刷，故名。側(cè)環(huán)是轉(zhuǎn)錄活躍的區(qū)域。燈刷染色體結(jié)構(gòu)圖解（引自燈刷染色體結(jié)構(gòu)圖解（引自AlbertsAlberts）第四節(jié)第四節(jié) 核核 仁仁(nucleolus)核仁的超微結(jié)構(gòu)核仁的超微結(jié)構(gòu)核仁的功能核仁的功能核仁周期核仁周期 什么細(xì)胞的核仁較大？蛋白質(zhì)合成旺盛、活蛋白質(zhì)合成旺盛、活躍生長的細(xì)胞躍生長的細(xì)胞一、核仁的超微結(jié)構(gòu)一、核仁的超微結(jié)構(gòu)光鏡：核仁通常是勻質(zhì)的球體，具較光鏡：核仁通常是勻質(zhì)的球體，具較 強(qiáng)的折光性，易被酸性或堿性強(qiáng)的折光性，易被酸性或堿性 染料著色染料著色電鏡：核仁裸露無膜、有纖維絲構(gòu)成電鏡：核仁裸露無膜、有纖維絲構(gòu)成纖維中心纖維中心(fibrillar centers,FC)致密纖維致密纖維(dense fibrillar component,DFC)顆粒組分顆粒組分(granular component,GC) 細(xì)胞內(nèi)特定染色體次縊